Grunderna för DC-DC – översikt över laddningspumpregulatorn

Hej. Välkommen till DC-DC Fundamentals. Jag heter Xiang. I det här avsnittet kommer vi att prata om en laddningspumpregulator. Vad är en laddningspumpregulator? Det är en typ av switchande regulator som levererar ström genom att endast ladda och urladdning av kondensatorer. Den är lämplig för tillämpningar som har låga strömmar och har måttlig skillnad i ingångs- och utgångsspänning. Fördelen med att använda laddningspumpregulatorn är att den inte har någon induktor i regulatorn. Du kan uppnå en mindre storlek. Verkningsgraden är måttlig, men den är högre än den linjära regulatorn. Och V out kan vara högre eller lägre än din V in. Och färre komponenter behövs, så det gör det lätt att bestämma och använda. Nackdelen är att omkopplingen kan ge höga utgångsrippel och brus. Och utgångsströmkapaciteten begränsas av kondensatorerna. Hur fungerar en laddningspump? Kondensatoranslutningen ändras av växlarna så att laddning och urladdning styrs. Som du kan se på detta förenklade diagram här, växlar switch S1 till S4. När S1 och S3 är på, är S2 och S4 avstängda. Kondensatorn laddas av den ingående spänningskällan. När S1 och S3 är avstängda kommer S2 och S4 att slås på. Och laddningskondensatorn kommer att laddas ur till utgångsbelastningen. Det är också intressant att veta att genom att vända på anslutningen mellan utgång och jord kan man gå från en konverter med enhetlig förstärkning till en inverter med negativ förstärkning. På den här sidan visar vi en populär konfiguration av laddningspumpregulatorn. Den kallas för en spänningsdubbler. Som du kan se är den mycket lik den laddningspumpregulatorn med enhetlig förstärkning. Och faktiskt, omkopplingen, den kräver fyra brytare. Och dessa fyra switchar har en liknande koppling. Den växlar på samma sätt som en enhetsförstärkningsregulator. Men i stället för att ansluta din V out jord till jord, är din V out faktiskt ovanpå din V in. Så i det här fallet är din V out faktiskt din V in, plus kondensatorns spänning. Så det ger dig två gånger V in som utgång. Det är därför den kallas spänningsfördubblare. Och i de två föregående bilderna visar vi bara att vi använder en kondensator i den här regulatorn. Så om du har två kondensatorer i laddningspumpregulatorn ger det dig faktiskt fler kombinationer av förstärkningskonfigurationer. Följande figurer visar några typiska konfigurationer av två kondensatorers anslutningar. Och olika förstärkningar kan uppnås. Regler för laddningspump. Genom att inkludera ett postregulatoriskt steg kan laddningspumpen åstadkomma en finkornig reglering av utgångsspänningen. Dessutom kan switchimpedansen regleras genom att fungera effektivt som en postregulator. Som du kan se är den i stället för att använda switch S1 och S3 faktiskt ersatt av en transistor av linjärregulatortyp. Och R out är den effektiva utgångsimpedansen inklusive switchimpedansen R switch och den switchade kapsimpedansen, som bestäms av frekvensen för din switch i kondensatorn för CF cap. Och finjustering kan åstadkommas genom att styra switchfrekvensen och switchimpedansen. Och det finns två typer av regler för laddningspump. Den ena är genom att reglera frekvensen. Vi kallar det pulsfrekvensmodulering. Som du kan se här hålls utgångsspänningen konstant genom att hoppa över den onödiga pulsen. Och fördelen med att använda PFM är att den har mycket låga viloströmmar och du kan uppnå hög effektivitet, särskilt vid förhållanden. Men nackdelen är att den har hög utgångsspänningsrippel och att din frekvens varierar. Den andra typen kallas Constant Frequency Regulation. Den uppnås genom att man kontrollerar switchens motstånd. I denna typ av reglering är fördelen att du kan uppnå låg spänningsrippel. Och kopplingsfrekvensen är relativt fast. Men nackdelen är har hög viloström, så effektiviteten är lägre. Sammanfattningsvis har vi i det här avsnittet introducerat laddningspumpregulatorn och driften och regleringen av denna typ av DC-DC-omvandlare. Tack.