在一次项目定制中，客户要求我们将[color=inherit !important]CPU主控和LCD显示屏电压驱动[color=inherit !important]电路做成一体板，LCD显示屏所需要的AVDD,VGH,VGL等电压需要[color=inherit !important]主控板提供，因为这几路电压所输出的电流都很小（一般都不会超过10mA，具体可以查阅屏体手册），可以采用电荷泵电路。在这里我分享一种集成电荷泵的[color=inherit !important]芯片[color=inherit !important]方案，采用TI的TPS65140，以下是电路图，此电路有一定的应用范围限制，下面我会讲到。

本文资料参考来源TI的tps65140芯片手册，《Application Report SLVA918–December 2017》以及maxim的MAX202E芯片手册。


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1. T PS65140工作原理简述

TPS6510x和TPS6514x器件包含用于正电荷泵和负电荷泵的驱动器电路。对于正电荷泵，这些设备集成了需要从外部连接的二极管。在输出电压的可用范围内，则该设备可以调节电荷泵的输出电压。

1 .1 负电荷泵


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大多数应用电路使用图1 所示的一级负电荷泵电路。可以使用一个以上的级来生成更多的负电压，但是很少有LCD需要这样的负电压，因此这里不再讨论。

该电路可产生的最小（即最负数）输出电压由下式给出：


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• VO1 is the output voltage of the boost converter (shown as V(SUP) in Figure 1)

• VF is the forward voltage of the diodes

• IO2 is the output current of the negative charge-pump

• rDS(ON)Q8 and rDS(ON)Q9 are the on-resistances of the supply circuit

• VF = 0.5 V (taken from the data sheet of the BAT54 diode) (1) diode)

• rDS(ON)Q8 = 4.3 Ω at IDS = 20 mA

• rDS(ON)Q9= 2.9 Ω at IDS = 20 mA


图2是器件中的负电荷泵可以产生的输出电压范围，该范围是电源电压VO1的函数。


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如果尝试生成低于可用范围的输出电压，则灰色区域的底部边界为输出电压。例如，如果VO1 = 11 V，而您尝试生成VO2 = -12 V，则将获得大约-9.7 V（通过跟随VO1 = 11 V网格线直到达到灰色区域的底部边界而找到）。也就是说负电压最小值是受VO1限制的。

1 .2 正电荷泵双倍增器

为了正确使用正电荷泵的双倍配置，在[color=inherit !important]引脚C1-和C1+两端连接电容器。使引脚C2+保持开路，如图3 所示。


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双倍频器可以产生的最大输出电压由下式给出：


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倍频器的最小输出电压由下式给出：


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正电荷泵的输出电压也是受限于VO1的，其范围如下图。如果VO1 = 11 V，并且您尝试使用双倍电荷泵生成VO3 = 24 V，则只能大约得到20.6 V（跟随VO1 = 11 V网格线直到达到灰色区域的顶部边界）。


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1 .3 正电荷泵三倍增器

如果应用需要的VO3电压比双倍电荷泵产生的电压高，请使用图4 所示的三倍配置。在引脚C2- / Mode和C2 +之间连接一个额外的飞跨电容器。


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三倍电路的最大输出电压由下式给出


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       器件的数据手册规定了VO3的最大值为30V。

最小输出电压由下式给出


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正电荷泵的输出电压也是受限于VO1的，其范围如下图。如果VO1 = 11 V，而您尝试用三倍电荷泵产生VO3 = 16 V，您会发现它位于红色填充区域。结果，该设备将调节至约20 V的最小值（跟随VO1 = 11 V网线直至红线找到）。


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1 .4小结

TPS65140器件中的电荷泵可以调节输出电压，且可调节的电压是有一定范围的，可以使用本文档查看该器件的可用输出电压范围。如果应用在允许范围的边缘附近，请确保设计具有足够的余量以在所有条件下正确运行。

2 .简述电荷泵原理

为了更好的帮助大家更好地理解电泵原理，TTL转RS232芯片内部结构可以更直观的展示出来。典型的[color=inherit !important]电平转接电路MAXx2xx系列因单电源+5V供电，均有电荷泵来产生±10V电压，以供RS232电平所需。

一般是接4个电容，采用双电荷泵，标准接法如下：


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芯片内自带振荡器驱动双电荷泵，分双相四步工作，如下图：

VCC接+5V电源。V+和V-分别是输出的泵电压。



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第一步：S1,S3闭合，S2,S4断开，电源+5V向C1充电，C1电压最高可至5V。

第二步：S2,S4闭合，S1,S3断开，这时C1负端电位应该等于电源+5V，C1储存的电荷经S2,S4转移至C3，C3两端电压差应该是5V，和电源VCC电压叠加起来提供10V的V+电源。

第三步：S5,S7闭合，C3所储存电荷向C2充电，C2电压最高可至10V。

第二、三步实际是同时进行的。

第四步，S6,S8闭合，C2所储存电压经S6,S8转移至C4，C4最高电压可至10V，如图中接法，构成反相电荷泵，提供了-10V的V-