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電荷泵掃盲篇
文章來源:永阜康科技 更新時間:2020/7/25 9:12:00
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    介紹功率MOS管的驅(qū)動時,提到一個電荷泵,用來提供高于VCC的電壓。這在馬達(dá)驅(qū)動器,開關(guān)電源驅(qū)動芯片經(jīng)常用到。而且很多情況下,跨接電容需要單獨(dú)選擇。這時需要了解一些基本的內(nèi)容。
   
1,原理
    電荷泵的基本原理是,通過電容對電荷的積累效應(yīng)而產(chǎn)生高壓,使電流由低電勢流向高電勢。(參考資料1)
    最簡單的電荷泵:跨接電容A端通過二極管接Vcc,另一端B端接振幅Vin的PWM方波。當(dāng)B點(diǎn)電位為0時,A點(diǎn)電位為Vcc;當(dāng)B點(diǎn)電位上升至Vin時,因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰蛔,此時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PWM方波,最大值是Vcc+Vin,最小值是Vcc。(假設(shè)二極管為理想二極管)(很簡單的電路,可以用Pspice模擬)
    A點(diǎn)的方波經(jīng)過簡單的整流,就可以作為驅(qū)動MOS管的電源了。


    
    常見的馬達(dá)驅(qū)動器或者開關(guān)電源驅(qū)動芯片有一個引腳,通常叫做Vboost,推薦電路會在Vboost管腳和驅(qū)動管腳之間接上一個電容,這個電容就是上面介紹的跨接電容。二極管會接在Vcc與Vboost之間。
    對于跨接電容,需要注意的是耐壓和容量。   
   
2,計(jì)算(參考凌特LTC3240 DATASHEET)
    通常對于電荷泵,最感興趣的是下面兩個指標(biāo):
    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)
    用來驅(qū)動MOS管時,因?yàn)榇藭r相當(dāng)于給電容充電,而電容充電瞬間相當(dāng)于短路(輸出電壓為0),所以,我們用短路輸出電流來評價(jià)電荷泵:
    Iout=(Vcc+Vin-Vf)*f*Cfly
   
    上面兩個公式是理想情況下得出的。因?yàn)殡姾杀玫挠行ч_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(qū)動設(shè)計(jì)中,選擇跨接電容時一般要留有一半的余量。
   
3,應(yīng)用
    除了MOS管的驅(qū)動,電荷泵有時也用于相機(jī)的照明燈等設(shè)備,也有升壓,降壓,和產(chǎn)生負(fù)壓的電荷泵。當(dāng)然因?yàn)橛懈叩囊螅瑑?nèi)部原理要比上面介紹的復(fù)雜得多,但是,萬變不離其宗,了解了電荷泵的基本動作原理,更復(fù)雜的電路也就不難了。

 
 
 
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