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| 電荷泵掃盲篇 |
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| 文章來源：永阜康科技 更新時間：2020/7/25 9:12:00 |
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介紹功率MOS管的驅動時，提到一個電荷泵，用來提供高于VCC的電壓。這在馬達驅動器，開關電源驅動芯片經(jīng)常用到。而且很多情況下，跨接電容需要單獨選擇。這時需要了解一些基本的內容。
1，原理
電荷泵的基本原理是，通過電容對電荷的積累效應而產(chǎn)生高壓，使電流由低電勢流向高電勢。(參考資料1)
最簡單的電荷泵：跨接電容A端通過二極管接Vcc，另一端B端接振幅Vin的PWM方波。當B點電位為0時，A點電位為Vcc；當B點電位上升至Vin時，因為電容兩端電壓不變，此時A點電位上升為Vcc+Vin。(參考資料2)
所以，A點的電壓就是一個PWM方波，最大值是Vcc+Vin，最小值是Vcc。（假設二極管為理想二極管）（很簡單的電路，可以用Pspice模擬）
A點的方波經(jīng)過簡單的整流，就可以作為驅動MOS管的電源了。
常見的馬達驅動器或者開關電源驅動芯片有一個引腳，通常叫做Vboost，推薦電路會在Vboost管腳和驅動管腳之間接上一個電容，這個電容就是上面介紹的跨接電容。二極管會接在Vcc與Vboost之間。
對于跨接電容，需要注意的是耐壓和容量。
2，計算（參考凌特LTC3240 DATASHEET）
通常對于電荷泵，最感興趣的是下面兩個指標：
1，輸出電壓。
理想情況下，輸出電壓最大值Voutmax=Vin+Vcc-Vf (Vf=二極管壓降)。
2，輸出電流。
經(jīng)整流后得到的輸出電壓為Vout，可由公式算出Vout與最大可用輸出電流的關系(參考資料3，page8,9)：
Iout=(Vcc+Vin-Vf-Vout)*f*Cfly (f=PWM波頻率，Cfly=跨接電容值)
用來驅動MOS管時，因為此時相當于給電容充電，而電容充電瞬間相當于短路（輸出電壓為0），所以，我們用短路輸出電流來評價電荷泵：
Iout=(Vcc+Vin-Vf)*f*Cfly
上面兩個公式是理想情況下得出的。因為電荷泵的有效開環(huán)輸出電阻(參考資料3)存在，使得實際情況不是那么理想。所以在MOS管的驅動設計中，選擇跨接電容時一般要留有一半的余量。
3，應用
除了MOS管的驅動，電荷泵有時也用于相機的照明燈等設備，也有升壓，降壓，和產(chǎn)生負壓的電荷泵。當然因為有更高的要求，內部原理要比上面介紹的復雜得多，但是，萬變不離其宗，了解了電荷泵的基本動作原理，更復雜的電路也就不難了。
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