DC-DC-Grundlagen – Übersicht über den Ladungspumpenregler

Hallo. Willkommen zu den DC-DC-Grundlagen. Ich bin Xiang. In diesem Abschnitt werden wir über einen Ladungspumpenregler sprechen. Was ist ein Ladungspumpenregler? Es ist eine Art Schaltregler, der die Leistung nur durch das Laden und Entladen von Kondensatoren liefert. Er eignet sich für Anwendungen, die niedrige Ströme und eine geringe Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung aufweisen. Der Vorteil des Ladungspumpenreglers ist, dass er keine Induktivität im Regler hat. Sie können eine kleinere Größe erreichen. Der Wirkungsgrad ist mäßig, aber höher als bei einem Linearregler. Und die Ausgangsspannung kann höher oder niedriger sein als die Eingangsspannung. Außerdem werden weniger Komponenten benötigt, was die Entscheidung und den Einsatz erleichtert. Der Nachteil ist, dass das Schalten eine hohe Ausgangswelligkeit und Rauschen erzeugen kann. Und die Ausgangsstromkapazität ist durch die Kondensatoren begrenzt. Wie funktioniert eine Ladungspumpe? Der Anschluss der Kondensatoren wird durch die Schalter so verändert, dass die Ladung und Entladung gesteuert wird. Wie Sie in diesem vereinfachten Diagramm sehen können, schalten die Schalter S1 bis S4. Wenn S1 und S3 eingeschaltet sind, sind S2 und S4 ausgeschaltet. Der Kondensator wird von der Eingangsspannungsquelle aufgeladen. Wenn der Schalter S1 und S3 ausgeschaltet ist, schalten sich S2 und S4 ein. Und der Ladekondensator entlädt sich an der Ausgangslast. Interessant ist auch, dass man durch Umkehrung der Verbindung von Ausgang und Masse von einem Unity-Gain-Wandler zu einem Negative-Gain-Inverter kommen kann. Auf dieser Seite zeigen wir eine beliebte Konfiguration des Ladungspumpenreglers. Sie wird Spannungsverdoppler genannt. Wie Sie sehen können, ist er dem Unity-Gain-Ladungspumpenregler sehr ähnlich. Für die Schaltung werden vier Schalter benötigt. Und diese vier Schalter schalten ähnlich. Er schaltet genauso wie der Unity-Gain-Regler. Aber anstatt die Masse des V-Ausgangs mit der Masse zu verbinden, liegt der V-Ausgang auf dem V-Eingang. In diesem Fall ist V out also eigentlich V in plus die Spannung des Kondensators. Sie erhalten also die doppelte Ausgangsspannung V in. Deshalb nennt man ihn auch Spannungsverdoppler. Auf den beiden vorherigen Folien haben wir gezeigt, dass nur ein Kondensator in diesem Regler verwendet wird. Wenn Sie also zwei Kondensatoren im Ladungspumpenregler haben, erhalten Sie mehr Kombinationen von Verstärkungskonfigurationen. Die folgenden Abbildungen zeigen einige typische Konfigurationen für den Anschluss von zwei Kondensatoren. Dabei können unterschiedliche Verstärkungen erzielt werden. Ladungspumpenregelung. Durch die Einbeziehung einer Nachregelungsstufe kann die Ladungspumpe eine feine Granularität der Ausgangsspannung erreichen. Außerdem kann die Impedanz des Schalters gesteuert werden, indem sie effektiv als Nachregler fungiert. Wie Sie sehen können, werden die Schalter S1 und S3 durch einen linearen Reglertransistor ersetzt. Und R out ist die effektive Ausgangsimpedanz einschließlich der Schalterimpedanz R switch und der Impedanz der geschalteten Kappe, die durch die Frequenz des Schalters im Kondensator der CF-Kappe bestimmt wird. Die Feinabstimmung kann durch die Steuerung der Schaltfrequenz und der Schalterimpedanz erreicht werden. Und es gibt zwei Arten von Ladungspumpenregelungen. Die eine ist die Steuerung der Frequenz. Wir nennen das Pulsfrequenzmodulation. Wie Sie hier sehen können, wird die Ausgangsspannung konstant gehalten, indem der nicht benötigte Impuls übersprungen wird. Der Vorteil der PFM besteht darin, dass sie sehr niedrige Ruheströme hat und man einen hohen Wirkungsgrad erreichen kann, insbesondere unter bestimmten Bedingungen. Der Nachteil ist jedoch, dass die Ausgangsspannung eine hohe Restwelligkeit aufweist und die Frequenz schwankt. Den anderen Typ nennen wir Konstantfrequenzregelung. Sie wird durch die Steuerung des Widerstandes des Schalters erreicht. Der Vorteil dieser Regelungsart ist, dass man eine geringe Spannungswelligkeit erreichen kann. Und die Schaltfrequenz ist relativ fest. Der Nachteil ist jedoch der hohe Ruhestrom, so dass der Wirkungsgrad geringer ist. Zusammenfassend haben wir in diesem Abschnitt den Ladungspumpenregler und den Betrieb und die Regelung dieser Art von DC-DC-Wandler vorgestellt. Vielen Dank.