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摆幅电容支持音频放大器多路复用,延长电池寿命

Jeremy Georges?? 技术团队成员?? Maxim?? 2014年07月03日 ?? 收藏1
引言

D类升压放大器驱动扬声器的电压高于供电电压,由于可以用单节锂离子(Li+)电池供电就能实现较高性能的音频,这类放大器应用广泛。然而,大多数D类升压放大器并不为用户提供内部升压后的电压,这就使复用扬声器难以利用常见的模拟开关实现多路音频源。本文中,我们讨论如何利用摆幅电容电荷泵使模拟开关能连接这些信号,而无需附加外部电路。

摆幅电容电荷泵

我们首先从摆幅升压电容的基础电路开始讨论,该技术早已被用于产生高于电源的电压,以及提供负电源。只要每次加一点点的力量,即使小朋友也能让秋千荡得很高。摆幅升压电容(这里指电荷泵)电源的原理与此类似。

图1. 小朋友在院子里玩秋千时,添加的能量,使他们的小伙伴荡的越来越高。
图1. 小朋友在院子里玩秋千时,添加的能量,使他们的小伙伴荡的越来越高。

现在,请观察图2,我们假设VCC为5V。明白这点之后,我们就能明白简单的两级摆幅电容电荷泵的工作原理。首先,通过图中所示顶部的两个开关将C1充电至VCC。然后,将顶部的两个开关置于与图2所示相反的位置。现在,C1的负端连接至VCC,正端连接至C3+和V+。第一级C1中储存的电压(+5V)叠加至VCC (+5V),在V+上产生+10V电压。

另外一个摆幅电容C2用于产生负电源V-。将C2两侧的两个开关置于与图2所示相反的位置。C2的正端连接至V+,负端连接至地。然后切换C2各端的开关,因此将C2的正端接地,将负端连接至C4和V-,以形成负电源。

图2. 利用摆幅电容电荷泵转换电压。
图2. 利用摆幅电容电荷泵转换电压。

摆幅电容电荷泵极成功地被用于计算机的串行通信系统。RS-232(现称之为EIA/TIA-232)标准颁布于1962年,现在仍通用,并且已经被许多工业应用所采用2。RS-232标准要求信号摆幅至少为±5V,早期集成电路RS-232收发器的工作电源为±12V至±15V。上世纪80年代中期,Maxim Integrated Products推出了使用摆幅电容电荷泵的IC,与图2所示类似。器件允许利用单端+5V电源实现全部功能RS-232通信。早期的MAX232仍然在产,并且自始至终是销售最好的器件之一。

由于那些早期工业通用电源现在已经降至3V或更低,电池供电的便携式设备大量涌现,其工作电压低至1.8V。随着情况的变化,升压电源的需求几乎已经消失。同时,由于多个串联电荷泵在高功率应用中的效率较低,所以开发出不同的技术来支持这些应用。在这些领域中,电感电源使得高效率升压调节器成为可能。虽然基于电感的调节器已经大量取代要求大功率应用中的摆幅电容电荷泵,但摆幅电容电荷泵仍被许多领域应用。

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音频放大器? 摆幅电容? 多路复用? 电池寿命?

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