Základy DC-DC – přehled regulátorů s nábojovou pumpou

Dobrý den. Vítejte na videu Základy DC-DC. Já jsem Xiang. V této části si povíme něco o regulátoru s nábojovou pumpou. Co je to regulátor s nábojovým čerpadlem? Je to druh spínaného regulátoru, který dodává výkon pouze nabíjením a vybíjením kondenzátorů. Je vhodný pro aplikace, které mají nízké proudy a mírný rozdíl vstupního a výstupního napětí. Výhodou použití regulátoru s nábojovou pumpou je, že nemá v regulátoru žádnou cívku. Lze tak dosáhnout menších rozměrů. Účinnost je mírná, ale je vyšší než u lineárního regulátoru. A V out může být vyšší nebo nižší než vaše V in. A je potřeba méně součástek, takže se snadno rozhoduje a používá. Nevýhodou je, že při spínání může docházet k vysokému zvlnění a šumu na výstupu. A výstupní proudové kapacity jsou omezeny kondenzátory. Jak funguje nábojová pumpa? Zapojení kondenzátorů se mění pomocí spínačů tak, aby bylo řízeno nabíjení a vybíjení. Jak vidíte na tomto zjednodušeném grafu, spínače S1 až S4 se přepínají. Když jsou spínače S1 a S3 zapnuté, spínače S2 a S4 jsou vypnuté. Kondenzátor se nabíjí zdrojem vstupního napětí. A když je spínač S1, S3 vypnutý a S2 a S4 se zapnou. A nabíjecí kondenzátor se vybije do výstupní zátěže. A také je zajímavé vědět, že obráceným zapojením výstupu a země se můžete dostat z měniče s jednotkovým zesílením na měnič se záporným zesílením. Na této stránce si ukážeme oblíbenou konfiguraci regulátoru s nábojovou pumpou. Říká se jí zdvojovač napětí. Jak vidíte, je velmi podobný regulátoru s nábojovou pumpou s jednotným ziskem. A vlastně i spínání, vyžaduje čtyři spínače. A tyto čtyři spínače je spínání podobné. Spíná stejně jako regulátor s jednotným zesílením. Ale místo toho, abyste připojili zem V out k zemi, je váš V out vlastně na vrcholu vašeho V in. Takže v tomto případě je váš V out vlastně váš V in plus napětí kondenzátoru. Tím získáte dvojnásobek výstupního napětí V in. Proto se tomu říká zdvojovač napětí. A na předchozích dvou slajdech jsme si ukázali, že v tomto regulátoru používáme pouze jeden kondenzátor. Takže pokud máte v regulátoru nábojové pumpy dva kondenzátory, dává vám to vlastně více kombinací konfigurací zesílení. A následující obrázky ukazují některé typické konfigurace zapojení dvou kondenzátorů. A lze dosáhnout různého zesílení. Regulace nábojové pumpy. Zařazením postregulátorového stupně může nábojová pumpa dosáhnout jemné granulace výstupního napětí. Také impedanci spínače lze řídit tím, že účinně působí jako postregulátor. Jak vidíte, místo použití spínačů S1 a S3 je vlastně nahrazen lineárním regulátorem typu tranzistoru. A R out je efektivní výstupní impedance zahrnující impedanci spínače R switch a impedanci spínané čepičky, která je určena frekvencí vašeho spínače v kondenzátoru CF cap. A jemného nastavení lze dosáhnout řízením spínací frekvence a impedance spínače. A existují dva typy regulace nábojové pumpy. Jeden je řízením frekvence. Nazýváme ji pulzní frekvenční modulace. Jak zde vidíte, výstupní napětí se udržuje konstantní vynecháním nepotřebných impulzů. A výhodou použití PFM je, že má velmi nízké klidové proudy a můžete dosáhnout vysoké účinnosti, zejména v podmínkách. Nevýhodou však je, že má vysoké zvlnění výstupního napětí a vaše frekvence se mění. A druhý typ, říkáme mu regulace konstantní frekvence. Dosahuje se jí řízením odporu spínače. U tohoto typu regulace je výhodou, že můžete dosáhnout nízkého zvlnění napětí. A spínací frekvence je relativně pevná. Ale nevýhodou je má vysoký klidový proud, takže účinnost je nižší. Souhrnně jsme v této části představili regulátor s nábojovou pumpou a činnost a regulaci tohoto typu měniče DC-DC. Děkuji.