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)
zui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,zui大值是vcc+vin,zui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ltc3240datasheet)
通常对于电荷泵,zui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zui大值voutmax=vin+vcc-vf(vf=二极管压降)。
2,输出电流。
经整流后得到的输出电压为vout,可由公式算出vout与zui大可用输出电流的关系(参考资料3,page8,9):
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(输出电压为0),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(参考资料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。
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