Calculadora de Bomba de Carga de Tensión
Calcula la tensión de salida, corriente y selección de condensadores para circuitos de bomba de carga.
Fórmula
Cómo Funciona
La calculadora de voltaje de la bomba de carga determina el voltaje de salida, la capacidad de corriente y la eficiencia para la conversión capacitiva de CC-CC, algo esencial para los controladores de compuerta, las interfaces RS-232, la programación de memorias flash y las aplicaciones de refuerzo de bajo consumo. Los diseñadores de circuitos integrados analógicos, los ingenieros de dispositivos portátiles y los desarrolladores de señales mixtas utilizan esta herramienta para lograr la multiplicación de la tensión sin componentes magnéticos. Según la nota de aplicación SLVA517 de TI, las bombas de carga transfieren energía cargando un condensador móvil a Vin durante una fase y apilándolo en serie con Vin durante la segunda fase, produciendo idealmente Vout = N × Vin para un multiplicador N×. La topología de las bombas de carga se analiza en detalle en «Fundamentals of Power Electronics» de Erickson & Maksimovic (3a ed.) El capítulo 5 (modo de conducción discontinua) y el capítulo 4 del «Manual de diseño de circuitos lineales» de Analog Devices (2008). La tensión de salida en condiciones reales se reduce debido a la resistencia del conmutador y a la ESR del condensador: Vout = N×Vin - Iout× (N×Rsw + N²×ESR/FSw). Según la nota de aplicación AN-725 de Maxim Integrated, las bombas de carga no reguladas alcanzan una eficiencia del 80 al 90% con una carga óptima, que se reduce al 50 al 60% con una carga ligera. Las bombas de carga regulada (TI LM2776) mantienen una eficiencia del 85% en un rango de carga de 1 a 100 mA mediante el ajuste de la frecuencia de conmutación. La corriente de salida máxima depende del valor del condensador en funcionamiento: iOut_max ≈ C × fsw × Vin para los duplicadores de voltaje, por lo que se necesita una mayor capacitancia o frecuencia para aumentar la capacidad de corriente.
Ejemplo Resuelto
Diseñe un duplicador de voltaje para el variador de compuerta MOSFET a partir de una fuente lógica de 5 V. Requisitos: salida de 10 V, corriente máxima de 50 mA, ondulación de <100 mV. Paso 1: Verificar la multiplicación — Doubler: Vout_ideal = 2 × 5 V = 10 V. Paso 2: Calcular el condensador volador — Para Iout = 50 mA con conmutación de 200 kHz: Cfly = Iout/ (fsw × ΔV) = 50 m/ (200 k × 0,1) = 2,5 µF como mínimo. Utilice cerámica X5R de 4,7 µF. Paso 3: Estime la caída de tensión: supongamos que Rsw = 3 Ω (un TPS60403 típico de TI): Vdrop = 50 m × (2 × 3 + 2 ² × 10 m/200 k) = 300 mV. Vout = 10 - 0,3 = 9,7 V. Paso 4: Seleccione el condensador de salida — Cout = Iout/ (fsw × ΔVripple) = 50 m/ (200 000 × 0,1) = 2,5 µF. Usa 10 µF como margen. Paso 5: Verifica la eficiencia: η = Vout/ (2 × Vin) = 9,7/10 = 97% sin carga, reduciéndola al 85-90% a 50 mA. Paso 6: Seleccione IC — TI LM2775 (duplicador, 150 mA, 95% de eficiencia máxima) con arranque suave y apagado térmico integrados.
Consejos Prácticos
- ✓Según la nota de aplicación AN-88 de Linear Technology (ahora ADI), utilice bombas de carga reguladas para aplicaciones sensibles al ruido; las bombas no reguladas generan ondulaciones de 20 a 50 mV que se acoplan a circuitos analógicos adyacentes
- ✓Agregue una resistencia en serie pequeña (1-10 Ω) en la salida para mejorar la respuesta transitoria y amortiguar la resonancia LC entre el condensador de salida ESL y la capacitancia de carga
- ✓Para la generación de voltaje negativo, utilice la topología de bomba de carga invertida (Maxim MAX1044): alcanza Vout = -Vin con la misma eficiencia que los dobladores positivos
Errores Comunes
- ✗Uso de condensadores electrolíticos: una ESR de 100 a 500 mΩ provoca una caída de voltaje 10 veces mayor que la cerámica; las bombas de carga requieren cerámicas X5R/X7R de baja ESR (5-20 mΩ) para obtener un rendimiento nominal
- ✗Ignorando la reducción de polarización de corriente continua del condensador: el X5R de 10 µF/10 V a 9 V CC retiene solo del 20 al 30% de la capacitancia; utilice un condensador nominal de 16 V o un valor nominal 3 veces mayor
- ✗Superación de la corriente nominal de salida: la impedancia de salida de la bomba de carga es de ~1/ (fsw × C); a 200 kHz con 1 µF, Zout = 5 Ω, lo que provoca una caída de 500 mV a 100 mA
Preguntas Frecuentes
Shop Components
As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.
DC-DC Buck Converter Modules
Adjustable step-down converter modules for bench and prototype use
Calculadoras relacionadas
Power
Ciclo de Trabajo PWM
Calcula el ciclo de trabajo, frecuencia y tensión promedio de señales PWM.
Power
Rizado de Regulador
Calcula la tensión de rizado de salida de reguladores conmutados buck y boost.
Power
Convertidor Boost
Diseña convertidores elevadores conmutados: calcula inductancia, condensador y ciclo de trabajo.
Power
Divisor de Tensión
Calcula tensiones de salida, valores de resistencias y corriente de un divisor resistivo de tensión.