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  • 电荷泵

    2021-03-04 12:10:01
    电荷泵,又称为电容式的开关稳压器,或开关电容DC-DC变换器,无感式DC-DC变换器 电荷泵采用电容作为开关和储能的元件 如图所示,S1与S3闭合,S2与S4断开,则Vin给电容充电,而后S1与S3断开,S2与S4闭合,则电容...

    电荷泵,又称为电容式的开关稳压器,或开关电容DC-DC变换器,无感式DC-DC变换器

    电荷泵采用电容作为开关和储能的元件

    如图所示,S1与S3闭合,S2与S4断开,则Vin给电容充电,而后S1与S3断开,S2与S4闭合,则电容放电,此时Vout=Vin,此时C成为飞跨电容

    如图所示,S1与S3闭合,S2与S4断开,C1电容被充电,其电荷为上正下负,而后S1与S3断开,S2与S4闭合,则电容放电,此时C1上的电压没有变,C2的正端电位被定在GND,此时Vout=-Vin

    此时为反压型电荷泵

    如上图所示,左边当S1与S3闭合,S2与S4断开,C1电容被充电,其电荷为上正下负,而后S1与S3断开,S2与S4闭合,则电容放电,此时C1上的电压没有变,C2与C1串联放电,即Vout=2Vin

    如上图右半边所示(画错了,Vin和Vout的位置对调一下),左边当S1与S3闭合,S2与S4断开,C1与C2电容被充电,其电荷为上正下负,充电完毕每个电容上都有一半的Vin,放电时两个电容并联,将1/2的Vin送入Vout

    注意:

    1. 电荷泵的效率高于LDO,低于电感开关电源

    2. 是用于整数倍的升压或降压

    3. 由于电荷泵电容(外部电容)经常要倒换极性,因此优选陶瓷电容,不能选择电解电容(有极性的电容)

    4. 优选ESR低的电容

    5. 电荷泵电容(飞跨电容)容量越大,则其能够提供电流的能力越强

     

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  • 保持恒定输出电流的电荷泵的实现方法及其电荷泵.zip
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    2020-11-11 23:31:03
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  • 下面这篇文主要讲述了制备超低静态电流电荷泵,希望对大家的学习有所帮助。
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  • 电荷泵工作原理

    2011-09-08 12:21:04
    本文介绍了电荷泵的基本知识,对希望了解电荷泵的人们会 有帮助。
  • 栅极驱动器中的电荷泵—BLDC预驱和H桥预驱中的电荷泵 电荷泵(Charge Pump),用来做倍压器。在电机驱动IC中都能见到它的身影,用来做高边驱动。 预驱驱动IC的高边驱动有两种,一种是输出恒定的驱动电压驱动高边...

    栅极驱动器中的电荷泵—BLDC预驱和H桥预驱中的电荷泵

    电荷泵(Charge Pump),用来做倍压器。在电机驱动IC中都能见到它的身影,用来做高边驱动。

    预驱驱动IC的高边驱动有两种形式,一种是输出恒定的驱动电压(24V)驱动高边MOSFET;另一种是在MOSFET的S端电压的基础上经过自举电容抬升电压(Vs+12V),输出浮动的驱动电压驱动高边MOSFET。

    首先介绍电荷泵的工作原理及其仿真波形。图1为电荷泵的电路原理图。

    图1  电荷泵的电路原理图1 荷泵的电路原理图(可以查找迪克森电荷泵相关的文档)
    图2 电压波形采样点图2 电压波形采样点

    图中的CLOCK是频率为100K,占空比为50%的0-12V方波信号。
    在CLOCK为低电平期间,VCC12V通过肖特基二极管对电容充电,将C1充电至12V。此时VCC12V通过D2和D3对C2充电,但是C2的容值较大,无法在一个周期内充满。
    由于电容两端电压不能突变,在高电平期间,C1上端的电压在刚切换为高电平时为VCC12V-VD1+12V-VD2,由于C2电压未充满,且C1上端的电压高于VCC12V,所以由C1为C2充电,C1的电压将在高电平时慢慢降低。因此C1上端的电压随着CLOCK周期慢慢上升,最后到24V-VD2。波形如下图所示。

    图3 各个采样点的电压波形图3 各个采样点的电压波形

    下图是Vout的电压波形。最终慢慢上升到接近24V。
    图4 Vout的电压波形图4 Vout的电压波形

    下图是VC1和Vout的电压波形
    图5 VC1和Vout的电压波形图5 VC1和Vout的电压波形

    接下来介绍输出恒定驱动电压(24V)驱动高边MOSFET的预驱动IC
    其实这种驱动方式的原理同上,需要有时钟电路,最终可以得到稳定的24V电压,驱动MOSFET。下面来看一个TI的H桥驱动IC的系统框图。0.1uF电容对应原理图(图1)中的470nF的电容C1,1uF对应原理图(图1)中的22uF的电容C2。VCP引脚输出VIM+12V恒定电压,用来驱动高边MOSFET。区别是C2位置的这颗电容,原理图中另一端接到GND,但是框图中接到了供电电源。
    图6 TI的一款H桥驱动IC
    图6 TI的一款H桥驱动IC

    然后再介绍另一种驱动电压浮在VS(高边MOSFET的S端)上,利用自举电容将驱动电压抬升,驱动高边MOS管的驱动IC
    驱动原理也和上面的相同,将驱动电压抬升至大约VS+12V。自举电容在和该Vs点相连的下桥MOSFET打开时充电。红线为充电路径,蓝线为放电路径。该IC没有输出恒定的24V驱动电压,不能提供高边防反MOS的控制信号。下图为Allegro的一款BLDC驱动IC。

    Allegro 的一款BLDC驱动IC

    图7 Allegro 的一款BLDC驱动IC

    CBOOT电容的选取
    CBOOT电容主要是给上桥MOSFET的GS端提供大约12V的压差打开MOSFET,这里要关注一个重要的参数MOSFET的Qg,即MOSFET的GS端充满电(MOSFET完全打开)需要的总电荷。打开MOSFET的同时,由于GS端并了一个阻值较大的电阻,也会损耗部分电荷。Allegro文档中给了一个20倍的倍数因子。
    例如VISHAY的MOSFET(SQJ138EP)的Qg(Max)为81nC,根据C=Q/U,有C=20*81nC/12V,得到CBOOT选型不能小于135nF,再选择一颗标准容值的电阻,例如220nF。
    再计算完全打开MOSFET所引起的CBOOT电容上的压降。根据U=Q/C,有U=81nC/220nF,得到压降为0.368V。一般应用满足MOSFET完全打开后,电容上的压降小于0.4V。0.386V<0.4V,因此上述220nF自举电容满足SQJ138的驱动需求。

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空空如也

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