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电荷泵扫盲

助工
2008-01-19 22:55:35    评分
遇到电荷泵这个词条,不知道什么意思,搜了一篇文章.觉得写的不错.拿来与大家分享
介绍功率MOS管的驱动时,提到一个电荷泵,用来提供高于VCC的电压。这在马达驱动器,开关电源驱动芯片经常用到。而且很多情况下,跨接电容需要单独选择。这时需要了解一些基本的内容。
   
1,原理
    电荷泵的基本原理是,通过电容对电荷的积累效应而产生高压,使电流由低电势流向高电势。(参考资料1)
    最简单的电荷泵:跨接电容A端通过二极管接Vcc,另一端B端接振幅Vin的PWM方波。当B点电位为0时,A点电位为Vcc;当B点电位上升至Vin时,因为电容两端电压不变,此时A点电位上升为Vcc+Vin。(参考资料2)
    所以,A点的电压就是一个PWM方波,最大值是Vcc+Vin,最小值是Vcc。(假设二极管为理想二极管)(很简单的电路,可以用Pspice模拟)
    A点的方波经过简单的整流,就可以作为驱动MOS管的电源了。



    
    常见的马达驱动器或者开关电源驱动芯片有一个引脚,通常叫做Vboost,推荐电路会在Vboost管脚和驱动管脚之间接上一个电容,这个电容就是上面介绍的跨接电容。二极管会接在Vcc与Vboost之间。
    对于跨接电容,需要注意的是耐压和容量。   
   
2,计算(参考凌特LTC3240 DATASHEET)
    通常对于电荷泵,最感兴趣的是下面两个指标:
    1,输出电压。
    理想情况下,输出电压Vout=Vin+Vcc-Vf (Vf=二极管压降)。
   
    2,输出电流。
    Iout=(Vcc+Vin-Vf-Vout)*f*Cfly (f=PWM波频率,Cfly=跨接电容值)
    用来驱动MOS管时,因为此时相当于给电容充电,而电容充电瞬间相当于短路,所以,我们用短路输出电流来评价电荷泵:
    Iout=(Vcc+Vin-Vf)*f*Cfly
   
    上面两个公式是理想情况下得出的。因为电荷泵的有效开环输出电阻(3)存在,使得实际情况不是那么理想。所以在MOS管的驱动设计中,选择跨接电容时一般要留有一半的余量。
   
3,应用
    除了MOS管的驱动,电荷泵有时也用于相机的照明灯等设备,也有升压,降压,和产生负压的电荷泵。当然因为有更高的要求,内部原理要比上面介绍的复杂得多,但是,万变不离其宗,了解了电荷泵的基本动作原理,更复杂的电路也就不难了。




关键词: 电荷     扫盲     电容    

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