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電荷泵掃盲篇 |
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文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2020/7/25 9:12:00 |
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介紹功率MOS管的驅動(dòng)時(shí),提到一個(gè)電荷泵,用來(lái)提供高于VCC的電壓。這在馬達驅動(dòng)器,開(kāi)關(guān)電源驅動(dòng)芯片經(jīng)常用到。而且很多情況下,跨接電容需要單獨選擇。這時(shí)需要了解一些基本的內容。
1,原理
電荷泵的基本原理是,通過(guò)電容對電荷的積累效應而產(chǎn)生高壓,使電流由低電勢流向高電勢。(參考資料1)
最簡(jiǎn)單的電荷泵:跨接電容A端通過(guò)二極管接Vcc,另一端B端接振幅Vin的PWM方波。當B點(diǎn)電位為0時(shí),A點(diǎn)電位為Vcc;當B點(diǎn)電位上升至Vin時(shí),因為電容兩端電壓不變,此時(shí)A點(diǎn)電位上升為Vcc+Vin。(參考資料2)
所以,A點(diǎn)的電壓就是一個(gè)PWM方波,最大值是Vcc+Vin,最小值是Vcc。(假設二極管為理想二極管)(很簡(jiǎn)單的電路,可以用Pspice模擬)
A點(diǎn)的方波經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的整流,就可以作為驅動(dòng)MOS管的電源了。
常見(jiàn)的馬達驅動(dòng)器或者開(kāi)關(guān)電源驅動(dòng)芯片有一個(gè)引腳,通常叫做Vboost,推薦電路會(huì )在Vboost管腳和驅動(dòng)管腳之間接上一個(gè)電容,這個(gè)電容就是上面介紹的跨接電容。二極管會(huì )接在Vcc與Vboost之間。
對于跨接電容,需要注意的是耐壓和容量。
2,計算(參考凌特LTC3240 DATASHEET)
通常對于電荷泵,最感興趣的是下面兩個(gè)指標:
1,輸出電壓。
理想情況下,輸出電壓最大值Voutmax=Vin+Vcc-Vf (Vf=二極管壓降)。
2,輸出電流。
經(jīng)整流后得到的輸出電壓為Vout,可由公式算出Vout與最大可用輸出電流的關(guān)系(參考資料3,page8,9):
Iout=(Vcc+Vin-Vf-Vout)*f*Cfly (f=PWM波頻率,Cfly=跨接電容值)
用來(lái)驅動(dòng)MOS管時(shí),因為此時(shí)相當于給電容充電,而電容充電瞬間相當于短路(輸出電壓為0),所以,我們用短路輸出電流來(lái)評價(jià)電荷泵:
Iout=(Vcc+Vin-Vf)*f*Cfly
上面兩個(gè)公式是理想情況下得出的。因為電荷泵的有效開(kāi)環(huán)輸出電阻(參考資料3)存在,使得實(shí)際情況不是那么理想。所以在MOS管的驅動(dòng)設計中,選擇跨接電容時(shí)一般要留有一半的余量。
3,應用
除了MOS管的驅動(dòng),電荷泵有時(shí)也用于相機的照明燈等設備,也有升壓,降壓,和產(chǎn)生負壓的電荷泵。當然因為有更高的要求,內部原理要比上面介紹的復雜得多,但是,萬(wàn)變不離其宗,了解了電荷泵的基本動(dòng)作原理,更復雜的電路也就不難了。
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