淺談貼片電感在高壓充電泵中的應(yīng)用
【貼片電感】充電泵填補了線性穩(wěn)壓器和基于電感器的開關(guān)穩(wěn)壓器之間的性能空白，為不喜歡電感器的工程師提供了另一種設(shè)計選擇。與 LDO 相比，充電泵需要一個額外的電容器 (“浮動”電容器) 才能工作，但一般來說成本僅略有增加，同時充電泵具有更高的輸出噪聲電平，而且輸出電流能力通常較弱。不過，充電泵也有一些線性穩(wěn)壓器所沒有的優(yōu)勢，例如效率更高、由于較高效率工作而產(chǎn)生更好的熱量管理、能夠升壓和降壓或者產(chǎn)生負(fù)電壓。當(dāng)與常規(guī)開關(guān)穩(wěn)壓器相比較時，充電泵的輸出電流能力較弱，效率較低。但是充電泵更簡單，易于設(shè)計，而且不需要電感器。
充電泵 IC 用電容器作為儲能元件來產(chǎn)生輸出電壓。該電路采用單個浮動電容器 和 4 個由兩相時鐘驅(qū)動的內(nèi)部開關(guān)，產(chǎn)生比輸入電壓大一倍的輸出電壓。在時鐘的第一個相位，一對開關(guān)給浮動電容器充電，使其達(dá)到輸入電壓 (VIN)。在時鐘的第二個相位，第三個開關(guān)將該電容器的負(fù)端連接至 VIN，在電容器的正端有效地產(chǎn)生 2 * VIN。第四個開關(guān)將浮動電容器的正端連接到輸出電容器。在無負(fù)載情況下，電荷將在每個周期中傳送到輸出電容器，直至輸出充電至 2 * VIN 為止，從而產(chǎn)生等于兩倍輸入電壓。當(dāng)存在輸出負(fù)載時，輸出電容器 在第一個相位上提供負(fù)載電流，而在第二個相位上，浮動電容器提供負(fù)載電流，并給輸出電容器充電。為了傳送電荷，輸出將穩(wěn)定在一個略低于 2 * VIN 的電壓上。輸出電容器在兩個時鐘相位上的充電和放電產(chǎn)生了輸出紋波，該紋波是輸出電容器值、時鐘頻率和輸出負(fù)載電流的函數(shù)，其他所有充電泵電路拓?fù)涠际且赃@一基本電路為基礎(chǔ)的，只是增加 / 改變開關(guān)和電容器以及時鐘相位數(shù)量而已。視控制器和電路拓?fù)涞牟煌煌，充電泵可以產(chǎn)生任意大小的輸出電壓，例如 2 倍、3 倍于輸入電壓的輸出電壓，等于輸入電壓一半的輸出電壓、負(fù)輸出電壓，與輸入電壓成分?jǐn)?shù)比例的輸出電壓，如等于輸入電壓 3/2、4/3、2/3 的輸出電壓。在接近理想充電比時，充電泵的效率可以非常高。在上述的倍壓器例子中，理想情況下，輸入電源電流等于輸出負(fù)載電流的兩倍，輸入功率等于輸出功率。現(xiàn)實情況是，由于靜態(tài)工作電流和其他損耗，效率略低于理想情況。充電泵用途廣泛，可用于多種應(yīng)用和細(xì)分市場。充電泵由于采用了創(chuàng)新性設(shè)計方法而更加堅固，為應(yīng)用于嚴(yán)酷的工業(yè)和汽車環(huán)境創(chuàng)造了機會。
為汽車應(yīng)用設(shè)計電子系統(tǒng)極富挑戰(zhàn)性，原因有很多，包括寬工作溫度范圍、嚴(yán)格的 EMI (電磁干擾) 和瞬態(tài)要求以及汽車OEM(原始設(shè)備制造商) 所要求的高質(zhì)量。汽車儀表板內(nèi)非常擁擠，塞滿了電子產(chǎn)品。雪上加霜的是，還有從藍(lán)牙到基于手機的網(wǎng)絡(luò)連接等各種無線系統(tǒng)。因此，當(dāng)務(wù)之急是，給這種散熱受限的環(huán)境增加任何組件，都要注意不能產(chǎn)生過多的熱量或太大的MI。對于輻射型和傳導(dǎo)型電磁干擾、抗輻射和傳導(dǎo)性或輻射和傳導(dǎo)敏感性以及靜電放電 (ESD)，都有嚴(yán)格的電磁兼容性 (EMC) 要求。能否滿足這些要求影響到 IC 設(shè)計的多種性能。充電泵 (無磁性元件，無電感器) 的低 EMI 和低噪聲輸出使其成為理想選擇。充電泵一般比電感性開關(guān)的 EMI 低，因為浮動電容器的連接線可以最大限度地縮短，以減輕容性耦合和天線效應(yīng)。電感器往往比電容器大，其作用如同天線，尤其是未屏蔽時。在現(xiàn)實情況下，與典型數(shù)字輸出相比，浮動電容器輸出根本不會產(chǎn)生更高的EMI。實際上，它們產(chǎn)生的 EMI 反而更低，因為電路板走線被盡量縮短了。
充電泵現(xiàn)在已經(jīng)走向成熟。由于有限的電壓范圍以及歷史上其性能處在 LDO 和開關(guān)穩(wěn)壓器之間，所以在某些方面，充電泵幾乎被遺忘了。然而，創(chuàng)新設(shè)計方法已經(jīng)提升了充電泵的性能和功能，其中包括降壓-升壓型架構(gòu)、廣泛的輸入瞬態(tài)保護以及能夠在 4mA 至 20mA 環(huán)路應(yīng)用中倍增電流。視工作條件的不同而不同，充電泵達(dá)到了接近開關(guān)穩(wěn)壓器的效率。因此，確實沒有理由不在高壓設(shè)計中使用充電泵！举N片電感】
編輯：admin 最后修改時間：2018-01-05
