简单、准确、高效的电荷泵电压逆变器

保持运算放大器输出在零伏或零伏以下“活动”、生成对称输出信号以及处理双极性模拟输入，都是需要几毫安负电压轨的设计情况的示例。图 1显示了基于古老的 x4053 系列三重 CMOS SPDT 开关的简单逆变器设计，该设计可高效、准确地反转正电压轨并实现降压。

这是它的工作原理。

U1a和U1b与C2结合形成反相电容器电荷泵，将电荷传输到滤波电容器C3。电荷转移发生在一个周期中，该周期以 C2 通过 U1a 充电到 V+ 开始，然后通过 U1b 将 C2 部分放电到 C3 来完成。在 U1c 施密特触发器型振荡器的控制下，泵浦频率约为 100 kHz，因此每 10s 就会发生电荷转移。注意 U1c 周围通过 R3 的正反馈和通过 R1、R2 和 C1 的反向反馈。

生成的（近似）振荡器波形（Vc1 和 U1c Vpin9）如图 2所示。

图 2由 U1c 施密特触发振荡器生成的 100kHz 定时信号。

xx4053 系列有保证的先断后合开关可限度地提高效率，同时限度地降低噪声。当 V+ = 5 V 时，开关导通电阻随着 Vout 的降低而固有增加，从而将短路输出故障电流降低至约 20 mA。加电时启动需要大约 5 毫秒。

　图 3 +Vin = 5 V 时 Vout 和功率转换效率与输出电流的关系。

空载功耗小于 500 W，大致平均分配在 U1 和振荡器 RC 网络之间。当 Vout 轻载时，它将地接近 -1.0 x V+。在负载下，它会以~160 mV/mA的速度下降。

如果需要在更高的 V+ 输入（高达 10 V）下运行，则可以采用金属栅极 CD4053B。当然，电容器的额定电压需要相应更高。