如何使用充電泵轉(zhuǎn)換器滿足設(shè)計需要

如何使用充電泵轉(zhuǎn)換器滿足設(shè)計需要

多數(shù)工程師都很熟悉助推轉(zhuǎn)換器,從而提升輸出電壓(V)OUT至超過輸入電壓(V)的值IN他們也熟悉公積加速轉(zhuǎn)換器和單端一級和一級承載器轉(zhuǎn)換器(SEPIC),可確保OUT以上、以下或等于VIN接收設(shè)備所需的。

A 充電泵轉(zhuǎn)換器一種使用電容器提高電壓或降低電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器,這些轉(zhuǎn)換器通常占用較小區(qū)域,效率高,成本效益高,而且非常高,常常在薄膜-晶體-晶體液晶體顯示器(TFT-LCD)光學(xué)模塊的背光下使用,可以驅(qū)動鋼鐵電路的上晶體管(N-Chanel MOSFET)。

傳統(tǒng)上,充電泵轉(zhuǎn)換器通常作為電壓雙倍轉(zhuǎn)換器,對V的電容器充電IN然后交換電費(fèi)以確保VOUT正好是V的兩倍IN基本原則很簡單:充電和卸載電容器,然后使用電容器可以儲存電荷這一事實(shí),將電荷從電路中分離出來,然后通過放電線路通過。

在充電階段,四個開關(guān)中的兩個開關(guān)(Q1和Q4)打開,而另外兩個開關(guān)(Q2和Q3)關(guān)閉,這樣輸入就可以充電電容器(C1)(見圖1)。

轉(zhuǎn)換階段是下一個階段。 在這一階段, Q1 和 Q4 關(guān)閉, 而Q2 和 Q3 關(guān)閉, 因?yàn)殡娙萜鞯碾妷翰粫⒓锤淖儭?然后 C1 釋放到輸出電容器( C) 。OUT電費(fèi)轉(zhuǎn)移是通過轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換完成的,即VOUT= 2 x V = 2 x VIN.

方形( 方形)

MP9361

以下各節(jié)將提供電泵轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用。

Using a Charge Pump for a Buck Circuit's High-Side MOSFET

駕駛高端MOSFET(HS-FET)和確保門到源電壓(V)GS) 超過閾值電壓(V)TH),可能需要用靴桿電路來提高大門的電壓。

圖2顯示,C1在一個開關(guān)周期內(nèi)完成充電和放電過程,這提高了門壓。 充電泵不僅被一個轉(zhuǎn)壓器的靴桿電路用來驅(qū)動HS-FET。 充電泵也可以用來在半橋和全橋應(yīng)用中驅(qū)動HS-FET。

Figure 2: Using a Charge Pump for an HS-FET

Using a Charge Pump in a Boost Circuit

對于助推應(yīng)用程序,助推轉(zhuǎn)換器的最大 VOUT某些設(shè)備可能無法滿足電壓規(guī)格要求, 如 TFT- LCD 中的 VP/ VN 電源。 考慮一個通用的轉(zhuǎn)換器, 用于 TFT 偏向電源。 如果輸出超過 25V, 但 SW 點(diǎn)只支持 25V, 那么輸出通常有限 。

工程師可以找到一個能承受更高電壓的IC,但這些IC的成本效益較低。 在這種情況下,可以增加一個充電泵電路(見圖3),再增加幾個部件,推力轉(zhuǎn)換器就有一個新的輸出(V)。輸出2)是典型輸出電壓(V)的兩倍輸出1圖3顯示了一個充電泵,該泵正在被使用。MP1542一個700kHz/1.3MHz助推轉(zhuǎn)換器。

Figure 3: A Charge Pump in a Boost Circuit

圖4顯示了基于圖3的簡化電路。

Figure 4: Simplified Charge Pump in a Boost Circuit

圖5顯示了總體電費(fèi)過程。當(dāng)Q1開關(guān)時,C1將能量傳輸?shù)紺2, 將C2的電壓提高至第一電壓(V)。1等于第二電壓(V)2)當(dāng)Q1關(guān)閉時,第二個電容器(C2)將能量轉(zhuǎn)移到輸出中,以便最后電壓(V)3() 等于V)2五五1, 或 (2 x V) , 或 (2 x V)1).

Figure 5: Functional Diagram for Simplified Charge Pump

Negative VOUT Applications with a Charge Pump

充電泵可用于具有正和負(fù)輸出電壓的應(yīng)用,由于它們需要的外圍部件較少,占用的空間較小,因此是這些應(yīng)用的流行選擇。

圖6顯示在內(nèi)部邏輯電路中只需要4個MOSFET的電路,因此VOUT等于 -VIN電路不需要外部電路,因?yàn)橥獠侩娐房梢越档涂偝杀?簡化設(shè)計,這種緊湊、低調(diào)的解決方案適用于廣泛的應(yīng)用,包括光學(xué)模塊、RF放大器和傳感器動力供應(yīng)。

Figure 6: Charge Pump in Applications with Negative VOUT

表1匯總了傳統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器與具有能力的DC/DC轉(zhuǎn)換器之間的差異。

Table 1: DC/DC轉(zhuǎn)換器s vs. Capacitor DC/DC Converters

Conclusion

電泵轉(zhuǎn)換器是具有成本效益的解決方案,相對于其輸入量,其輸出量可有效翻倍,設(shè)計者應(yīng)選擇符合其應(yīng)用要求的適當(dāng)?shù)腄C/DC轉(zhuǎn)換器。充電泵轉(zhuǎn)換器, 助推轉(zhuǎn)換器, 和公積加速轉(zhuǎn)換器符合任何設(shè)計規(guī)格。

審核編輯：彭菁