Grundlæggende principper for DC-DC – oversigt over ladningspumperegulatorer

Hej. Velkommen til DC-DC Fundamentals. Jeg hedder Xiang. I dette afsnit vil vi tale om en ladningspumperegulator. Hvad er en ladningspumperegulator? Det er en slags switching regulator, der leverer strømmen ved kun at oplade og aflade kondensatorer. Den er velegnet til anvendelse, der har lave strømme og har moderat indgangs- til udgangsspændingsforskel. Fordelen ved at bruge ladningspumperegulatoren er, at den ikke har nogen induktor i regulatoren. Du kan opnå en mindre størrelse. Virkningsgraden er moderat, men den er højere end den lineære regulator. Og V out kan være højere eller lavere end din V in. Og der er brug for færre komponenter, så det gør det nemt at beslutte og bruge. Ulempen er, at skiftet kan give høje udgangsbølger og støj. Og udgangsstrømkapaciteterne er begrænset af kondensatorerne. Hvordan fungerer en ladningspumpe? Kondensatorforbindelsen ændres af kontakterne, således at opladning og afladning styres. Som du kan se på denne forenklede graf her, skifter kontakten S1 til S4. Når S1 og S3 er tændt, er S2 og S4 slukket. Kondensatoren oplades af indgangsspændingskilden. Og når kontakten S1, S3 er slukket, vil S2 og S4 blive tændt. Og opladningskondensatoren vil blive afladet til udgangsbelastningen. Og det er også interessant at vide, at ved at vende forbindelsen mellem udgang og jord kan man komme fra en unity gain-konverter til en negativ gain-inverter ved at vende forbindelsen mellem udgang og jord. På denne side viser vi en populær konfiguration af ladningspumperegulatoren. Den kaldes en spændingsfordobler. Som du kan se, ligner den meget den unity gain ladningspumperegulator. Og faktisk kræver omstillingen fire afbrydere. Og disse fire switche er tilsvarende. Den skifter på samme måde som unity gain-regulatoren. Men i stedet for at forbinde din V out jord til jord, er din V out faktisk oven på din V in. Så i dette tilfælde er din V out faktisk din V in plus kondensatorens spænding. Så det vil give dig to gange V in output. Så det er derfor, den kaldes spændingsfordobleren. Og på de to foregående dias viste vi kun at bruge én kondensator i denne regulator. Så hvis du har to kondensatorer i ladningspumperegulatoren, giver det dig faktisk flere kombinationer af forstærkningskonfigurationer. Og de følgende figurer viser nogle typiske konfigurationer af to kondensatorforbindelser. Og der kan opnås forskellige forstærkninger. Ladningspumperegulatorer. Ved at inkludere et postreguleringstrin kan ladningspumpen opnå en finkornet regulering af udgangsspændingen. Desuden kan switchimpedansen styres ved at fungere effektivt som en postregulator. Som du kan se, er den i stedet for at bruge switch S1 og S3 faktisk erstattet af en transistor af lineær reguleringstype. Og R out er den effektive udgangsimpedans, herunder switchimpedansen R switch og den switchede cap-impedans, som bestemmes af frekvensen af din switch i kondensatoren af CF cap’en. Og finjustering kan opnås ved at styre koblingsfrekvensen og switchimpedansen. Og der er to typer af ladningspumperegler. Den ene er ved at regulere frekvensen. Vi kalder det pulsefrekvensmodulation. Som du kan se her, holdes udgangsspændingen konstant ved at springe den unødvendige puls over. Og fordelen ved at bruge PFM er, at den har meget lave hvilestrømme, og du kan opnå høj effektivitet, især ved forhold. Men ulempen er, at den har høj udgangsspændingsripple, og din frekvens varierer. Og den anden type kalder vi Constant Frequency Regulation. Den opnås ved at styre kontaktens modstand. I denne type regulering er fordelen, at du kan opnå lav spændingsripple. Og koblingsfrekvensen er relativt fast. Men ulempen er, at der er høj hvilestrøm, så effektiviteten er lavere. Sammenfattende har vi i dette afsnit introduceret ladningspumperegulatoren og driften og reguleringen af denne type DC-DC-konverter. Tak.