Конденсатор, заряжаемый через резистор, работает с КПД 50%, поэтому многие инженеры избегают использования DC/DC преобразователей на коммутируемых конденсаторах. Однако такое утверждение относительно КПД справедливо лишь в том случае, когда на конденсаторе нет начального напряжения. Если вы будете коммутировать предварительно заряженный конденсатор, то сможете переносить энергию на выход с КПД, приближающимся к 100%.
Чтобы получить на выходе четыре третьих от входного напряжения, можно заряжать три конденсатора до одной трети напряжения питания каждого, а затем прибавлять эту одну треть к входному напряжению. Для это нужно соединить последовательно три конденсатора равной емкости и зарядить образовавшуюся последовательную цепочку до напряжения, равного входному. Поскольку емкости одинаковы, каждый конденсатор зарядится до одной трети входного напряжения. Затем схема соединяет те же три конденсатора параллельно, добавляя их к входному напряжению, и подключает это увеличенное напряжение к выходу (Рисунок 1). Обе фазы схема повторяет периодически с частотой F.
 |
||
| Рисунок 1. | Эта схема зарядового насоса умножает напряжение в 1.33 раза. Ее можно использовать для преобразования 2.5 В в напряжение 3.3 В. Схеме не мешают среды с сильными магнитными полями, в которых работа преобразователей, основанных на индуктивности, могла бы нарушаться. |
|
CIN и COUT – входной и выходной фильтрующие конденсаторы, соответственно. RP – защитный резистор, ограничивающий бросок тока конденсаторов при включении схемы. Когда выходное напряжение увеличивается, микросхема IC5 закрывается и закорачивает RP. Диоды Шоттки D1 и D2 позволяют питать микросхемы входным, то есть более высоким напряжением в то время, пока устанавливается выходное напряжение. CDC служит для этой шины питания накопительным и развязывающим конденсатором. При более высоком напряжении питания снижаются сопротивления открытых аналоговых ключей. Благодаря низкому сопротивлению открытой микросхемы IC1, равному 0.4 Ом, схема имеет малые потери и высокий КПД. Микросхемы IC1, IC2 и IC3 работают как перекидные контакты, то есть, разрывают цепь до включения, что для нашей схемы принципиально.
Для случая, когда коэффициент заполнения управляющих импульсов равен 50%, теоретическое значение КПД преобразователя можно рассчитать по формуле:
Если емкость конденсатора COUT равна емкости C, потери мощности при заряде трех конденсаторов составляют примерно две третьих от потерь во время фазы разряда. Реальное значение КПД будет меньше рассчитанного по этой формуле за счет мощности, потребляемой схемой управления. Для КМОП схем потребляемая мощность линейно увеличивается с рабочей частотой, поэтому, выбирая частоту переключения, вы можете оптимизировать КПД схемы. Оптимальная частота обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки RL. По счастью, эта зависимость в широком диапазоне нагрузок имеет плоский участок, где КПД превышает 90%. При нагрузке 120 Ом вы можете достичь КПД 94% в диапазоне частот от 100 кГц до 400 кГц. Если рабочую частоту вы установите равной 229 кГц, то КПД схемы при преобразовании входного напряжения 2.2 В в напряжение 2.87 В составит 95.9%. При меньших нагрузках оптимальная частота смещается в область более низких частот. При нагрузке 269 Ом и частоте 100 кГц вы можете получить выходное напряжение 2.88 В.
Купить ADG849 на РадиоЛоцман.Цены
