在日常的电路 DIY 实践中,隔离电源的使用场景并不少见。尽管这类应用所需的功率通常较小,但如果单独添加一个变压器,无疑会造成资源的浪费。基于此,我们可以自行设计一个简单的电荷泵电路,以此来产生一个悬浮的电源。这种设计在高端 nmos 管的驱动方面具有重要应用价值,能够显著提高 nmos 管控制的可靠性。
电荷泵电路属于 DC - DC 电路的一种,其全称为开关电容式电压变换器。在本设计中,它的主要作用是提供一个悬空的电压。其工作原理并不复杂:我们选用了 STC15F104W 这款单片机,它的作用是产生两路相位相反的驱动信号。当电路上电后,设定 A 引脚先输出一个高电平,此时 Q2 会导通,C2 上会充上 11.3V 的电压。这是因为存在 D1 二极管,其存在压降,所以电压无法达到 12V。
当 A 引脚输出高电平一段时间后,会切换到低电平。经过一个短暂的延迟后,B 引脚输出高电平,此时 Q3 导通,进而控制 Q1 也导通。Q1 导通后,会把 C3 电容器经 D2 二极管串入到 C2 电容器的放电回路中。由于 C2 电位远高于 C3(C3 默认电位为 0V),C2 会对 C3 放电,相当于把 C2 上的电荷转移到了 C3 上。此时,C3 上已经有了转移过来的电压,并且 D 点与 GND 处于隔离状态。
为了使输出电压更加纯净,我们在电路中增加了 C1 和 D3。当 B 引脚切换到低电平后,经过一小段延迟,A 引脚再次输出高电平,电路如此周而复始地工作,终在 C 点与 D 点间输出一个隔离后的电压。虽然该电路输出功率并不大,但用于驱动 NMOS 管已经足够。
A 引脚与 B 引脚的驱动波形如图所示,A 与 B 之间存在一个 E 的时间段,这个时间段被称为死区时间。死区时间的作用是防止 Q2 和 Q1 同时导通,因为一旦两者同时导通,不仅无法起到隔离作用,还会出现短路的情况,这对于电路的安全和正常运行是非常不利的。
综上所述,这种自行设计的电荷泵电路在成本控制和实际应用中具有一定的优势,通过合理的设计和参数选择,能够满足特定场景下隔离电源的需求。

