简单电荷泵原理电路图如图4所示。电容C1的A端通过二极管D1接Vcc,电容C1的B端接振幅Vin的方波。当B点电位为0时,D1导通,Vcc开始对电容C1充电,直到节点A的电位达到Vcc;当B点电位上升至高电平Vin时,因为电容两端电压不能突变,此时A点电位上升为Vcc+Vin。所以,A点的电压就是一个方波,
最大值是Vcc+Vin,最小值是Vcc(假设二极管为理想二极管)。A点的方波经过简单的整流滤波,可提供高于Vcc的电压。
在驱动控制电路中,H桥由4个N沟道功率MOSFET组成。若要控制各个MOSFET,各MOSFET的门极电压必须足够高于栅极电压。通常要使 MOSFET完全可靠导通,其门极电压一般在10 V以上,即VCS>10 V。对于H桥下桥臂,直接施加10 V以上的电压即可使其导通;而对于上桥臂的2个MOSFET,要使VGS>10 V,就必须满足VG>Vm+10 V,即驱动电路必须能提供高于电源电压的电压,这就要求驱动电路中增设升压电路,提供高于栅极10 V的电压。考虑到VGS有上限要求,一般MOSFET导通时VGS为10 V~15 V,也就是控制门极电压随栅极电压的变化而变化,即为浮动栅驱动。因此在驱动控制电路中设计电荷泵电路,用于提供高于Vm的电压Vh,驱动功率管的导通。其电路原理图如图5所示。
电路中A部分是方波发生电路,由RC与反相施密特触发器构成,产生振幅为Vin=5 V的方波。B部分是电荷泵电路,由三阶电荷泵构成。当a点为低电平时,二极管D1导通电容C1充电,使b点电压Vb=Vm-Vtn;当a点为高电平时,由于电容C1电压不能突变,故b点电压Vb=Vm+Vin-Vtn,此时二极管D2导通,电容C3充电,使c点电压Vx=Vm+Vin-2Vtn;当a点再为低电平时,二极管D1、D3导通,分别对电容C1、C2充电,使得d点电压Vd=Vm+Vin-3Vtn;当a点再为高电平时,由于电容C2电压不能突变,故d点电压变为Vd=Vm+2Vin-3Vtn,此时二极管D2、D4导通,分别对电容C3、c4充电,使e点电压Ve=Vm+2Vin-4Vtn。这样如此循环,便在g点得到比Vm高的电压Vh=Vm+3Vin-6tn=Vm+11.4 V。其中Vm为二极管压降,一般取0.6 V。从而保证H桥的上臂完全导通。