Podstawy DC-DC – przegląd regulatorów pompy ładunkowej

Witam. Witamy w dziale Podstawy DC-DC. Jestem Xiang. W tym rozdziale porozmawiamy o regulatorze pompy ładunkowej. Co to jest regulator pompy ładunkowej? Jest to rodzaj regulatora przełączającego, który dostarcza moc tylko poprzez ładowanie i rozładowywanie kondensatorów. Jest on odpowiedni dla aplikacji, które mają niskie prądy i umiarkowaną różnicę napięć wejściowych i wyjściowych. Zaletą stosowania regulatora pompy ładunkowej jest to, że nie ma cewki indukcyjnej w regulatorze. Można osiągnąć mniejszy rozmiar. Sprawność jest umiarkowana, ale jest wyższa niż w przypadku regulatora liniowego. I V out może być wyższa lub niższa niż V in. I mniej komponentów jest potrzebne, więc to sprawia, że łatwo zdecydować i używać. Wadą jest to, że przełączanie może produkować wysokie tętnienia wyjścia i hałasu. A wydajność prądu wyjściowego jest ograniczona przez kondensatory. Jak działa pompa ładunkowa? Połączenie kondensatorów jest zmieniane przez przełączniki tak, że ładowanie i rozładowywanie jest kontrolowane. Jak widać na tym uproszczonym wykresie, przełączniki S1 do S4 są przełączane. Kiedy S1 i S3 są włączone, S2 i S4 są wyłączone. Kondensator jest ładowany przez źródło napięcia wejściowego. I kiedy przełącznik S1, S3 jest wyłączony, S2 i S4 włączą się. I kondensator ładowania, będziesz rozładowywać do obciążenia wyjściowego. I to jest również interesujące, aby wiedzieć, poprzez odwrócenie połączenia wyjścia i masy, można uzyskać z konwertera o jedności wzmocnienia do inwertera o ujemnym wzmocnieniu. Na tej stronie pokazujemy popularną konfigurację regulatora pompy ładunkowej. Jest to tak zwany podwajacz napięcia. Jak widać, jest to bardzo podobne do regulatora pompy ładunkowej o jedności wzmocnienia. I faktycznie, przełączanie, wymaga czterech przełączników. I te cztery przełączniki są przełączane podobnie. Przełącza tak samo jak regulator jedności wzmocnienia. Ale zamiast podłączać masę V out do masy, twoje V out jest w rzeczywistości na górze twojego V in. Więc w tym przypadku, twoje V out jest tak naprawdę twoim V in, plus napięcie kondensatora. Więc to da ci dwa razy V in na wyjściu. Dlatego nazywa się to podwajaczem napięcia. Na poprzednich dwóch slajdach pokazaliśmy użycie tylko jednego kondensatora w tym regulatorze. Więc jeśli masz dwa kondensatory w regulatorze pompy ładującej, to w rzeczywistości daje to więcej kombinacji konfiguracji wzmocnienia. Na poniższych rysunkach pokazano kilka typowych konfiguracji połączeń dwóch kondensatorów. I różne wzmocnienie może być osiągnięte. Regulatory pompy ładunkowej. Poprzez włączenie etapu post regulatora, pompa ładunkowa może osiągnąć drobną granulację napięcia wyjściowego. Również, impedancja przełącznika może być kontrolowana przez efektywne działanie jako post regulator. Jak widać, zamiast przełącznika S1 i S3, jest on zastąpiony przez tranzystor typu liniowego regulatora. A R out to efektywna impedancja wyjściowa, w tym impedancja przełącznika R switch i impedancja przełączanego cap, która jest określona przez częstotliwość przełącznika w kondensatorze CF cap. A precyzyjna regulacja może być osiągnięta poprzez kontrolowanie częstotliwości przełączania i impedancji przełącznika. I są dwa rodzaje regulacji pompy ładunkowej. Jeden z nich polega na kontrolowaniu częstotliwości. Nazywamy to Modulacją Częstotliwości Impulsów. Jak widać tutaj, napięcie wyjściowe jest utrzymywane na stałym poziomie poprzez pomijanie niepotrzebnych impulsów. Zaletą PFM jest to, że ma bardzo niskie prądy spoczynkowe i można osiągnąć wysoką sprawność, szczególnie w trudnych warunkach. Ale wadą jest to, że ma wysokie tętnienia napięcia wyjściowego i częstotliwość zmienia się. A drugi typ, nazywamy regulacją stałej częstotliwości. Osiąga się ją poprzez kontrolę rezystancji przełącznika. W tym typie regulacji, zaletą jest to, że można osiągnąć niskie tętnienia napięcia. A częstotliwość przełączania jest względnie stała. Ale wadą jest wysoki prąd spoczynkowy, więc wydajność jest niższa. Podsumowując, w tej sekcji wprowadziliśmy regulator pompy ładunkowej oraz działanie i regulację tego typu przetwornicy DC-DC. Dziękuję.