手機的LCD彩屏需要高亮度的白光LED去電亮，白光LED需要供給穩(wěn)定的5V工作電壓或恒定的電流，如果工作電壓下降，會影響白光LED的亮度，LCD彩屏的顯示效果就不理想、顏色不鮮明。白光LED的電源不能直接到電池上，因為電池一開始使用，電壓就遞減，影響使用效果。所以在電路設(shè)計上需要使用一個升壓型的電荷泵，把遞降的電壓在一段較長的時間內(nèi)穩(wěn)定在5V，充分挖掘電池的潛力，提高使用經(jīng)濟(jì)效益。
1) 電荷泵的種類
? 開關(guān)式調(diào)整器升壓泵 (圖1.a)
? 無調(diào)整電容式電荷泵(圖1.b)
? 可調(diào)整電容式電荷泵(圖1.c)
三個電路的工作過程均為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。開關(guān)式調(diào)整器升壓泵采用電感器來貯存能量，而電荷泵采用電容器。
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1) 電荷泵的工作原理
電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的，但需要外部電容器。工作于較高的頻率，因此可使用小型陶瓷電容(1μF)，使空間占用最小，使用成本低。電荷泵僅用外部電容即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的ESR(等效串聯(lián)電阻)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS(ON)。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。它輸出電壓是工廠生產(chǎn)精密予置的,調(diào)整能力是通過后端片上線性調(diào)整器實現(xiàn)的，因此電荷泵在設(shè)計時可按需要增加電荷泵的開關(guān)級數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用于便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計。從電容式電荷泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,它實際上是一個片上系統(tǒng)(圖2)。
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1) 電荷泵選用要點
作為一個設(shè)計工程師選用電荷泵時必然會考慮以下幾個要素：
? 轉(zhuǎn)換效率要高
無調(diào)整電容式電荷泵 90%
可調(diào)整電容式電荷泵 85%
開關(guān)式調(diào)整器 83%
? 靜態(tài)電流要小，可以更省電;
? 輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能;
? 噪音要小，對手機的整體電路無干擾;
? 功能集成度要高，提高單位面積的使用效率，使手機設(shè)計的更小巧;
? 足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會因工作在滿負(fù)荷狀態(tài)而發(fā)燙;
? 封裝尺寸小是手持產(chǎn)品普遍要求;
? 按裝成本低，包括周邊電路少占PCB板面積小，走線少而簡單;
? 具有關(guān)閉控制端，可在長時間待機狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為0。
2) 幾種不同的電荷泵
? 輸出并聯(lián)穩(wěn)壓供電，周邊零件少，走線簡單，轉(zhuǎn)換效率高的AAT3110(圖3)
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? 輸出供電需要單獨走線的LM2794(圖.4)
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? 恒流輸出串聯(lián)供電的LT1932(圖.5)
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1) AAT3110電荷泵的性能
AAT3110微功率升壓電荷泵是美國研諾邏輯科技有限公司(AATI)開發(fā)的微功率開關(guān)電容器電壓提升轉(zhuǎn)換器，它可以提供一個穩(wěn)定的5V輸出，應(yīng)用時沒有其它升壓泵運作所必需的電感器，周邊只使用三個小的陶瓷電容器，它能輸出100mA電流。它可以驅(qū)動4-5個白色或藍(lán)色LED，以滿足彩色LCD背光的應(yīng)用。
??????? AAT3110主要技術(shù)參數(shù)：
? 工作電壓： Vin=2.7-5.5V
? 輸出電壓： Vout=5.0V/100mA
? 靜態(tài)電流： Iq=13uA
? 停機狀態(tài)電流： ISHDN=1uA
? 工作效率： 90%以上，
? 工作頻率： 750KHz
? 封 裝： SOT23-6 SC70JW-8
AAT3110采用6腳SOT-23和8腳SC70JW小尺寸封裝，適用于表面貼裝，在PCB板上所占空間很小。SC70JW是AATI專利超小8個腳封裝，晶片占空比達(dá)42%，占用PCB面積僅4.2平方毫米，芯片抬起按裝可利應(yīng)空氣受熱自然流動散熱和多3個腳接地可充分利用PCB散熱。
AAT3111也是類似的微功率升壓電荷泵，它的工作電壓是1.8V-3.3V/3.6V，輸出100mA穩(wěn)定的3.3V或3.6V，最適合于使用二個電池作為電源的產(chǎn)品。
電荷泵適用于手機、PDA、E-Book、平板顯示器、智能讀卡機、USB5V穩(wěn)壓電源、GSM手機的SIM接口電源。
AAT3110的特點是非常低的靜態(tài)電流和高的轉(zhuǎn)換效率，負(fù)載范圍大，是電池電源應(yīng)用的理想器件。AAT3110工作在電壓升壓狀態(tài)，在750KHz高頻運作，使用脈沖跳躍技術(shù)，從變化的輸入電壓中提供一個穩(wěn)定輸出電壓。輸入電壓范圍2.7V-5.5V，輸出穩(wěn)定的5V電壓，轉(zhuǎn)換效率達(dá)90%以上，，輸出紋波大大小于同類產(chǎn)品，ESD大于2KV，具有短路保護(hù)、過溫保護(hù)功能，AAT3110自身功耗甚微僅13uA，在停機狀態(tài)下耗用電流小于1uA。AAT3110與其它公司同類產(chǎn)品相比輸出電流大、紋波小、價格低(圖.6)，實際應(yīng)用時對LED并聯(lián)供電(圖.7)走線少，使用方便，因而工藝成本低，周邊電路不使用電感器件，無EMI輻射。
