Calculateur de multiplicateur de tension pour pompe de charge
Calculez la tension de sortie, la tension en charge, l'ondulation de sortie et l'efficacité de la pompe de charge Dickson pour les circuits multiplicateurs de tension à condensateur commuté
Formule
Comment ça marche
Le calculateur de tension de la pompe de charge détermine la tension de sortie, la capacité actuelle et l'efficacité pour la conversion capacitive DC-DC, essentielle pour les pilotes de grille, les interfaces RS-232, la programmation de la mémoire flash et les applications d'amplification à faible consommation. Les concepteurs de circuits intégrés analogiques, les ingénieurs d'appareils portables et les développeurs de signaux mixtes utilisent cet outil pour multiplier la tension sans composants magnétiques. Selon la note d'application SLVA517 de TI, les pompes de charge transfèrent de l'énergie en chargeant un condensateur volant à Vin pendant une phase et en l'empilant en série avec Vin pendant la deuxième phase, produisant idéalement Vout = N × Vin pour un multiplicateur N×. La topologie de la pompe de charge est analysée en détail dans Erickson & Maksimovic « Fundamentals of Power Electronics » (3e éd.) Chapitre 5 (Mode de conduction discontinu) et « Manuel de conception de circuits linéaires » sur les dispositifs analogiques (2008) Chapitre 4. Chutes de tension de sortie réelles dues à la résistance du commutateur et à l'ESR du condensateur : Vout = N×Vin - Iout× (N×Rsw + N²×ESR/FSW). Selon la note d'application AN-725 de Maxim Integrated, les pompes de charge non régulées atteignent une efficacité de 80 à 90 % à une charge optimale, et chutent à 50 à 60 % à faible charge. Les pompes à charge régulée (TI LM2776) conservent une efficacité de 85 % sur une plage de charge de 1 à 100 mA en ajustant la fréquence de commutation. Le courant de sortie maximal dépend de la valeur du condensateur volant : IOut_Max ≈ C × fsw × Vin pour les doubleurs de tension, ce qui nécessite une capacité ou une fréquence plus élevée pour augmenter la capacité de courant.
Exemple Résolu
Concevez un doubleur de tension pour le variateur de grille MOSFET à partir d'une alimentation logique de 5 V. Exigences : sortie 10 V, courant de crête 50 mA, ondulation <100 mV. Étape 1 : Vérifier la multiplication — Doubleur : Vout_ideal = 2 × 5 V = 10 V. Étape 2 : Calcul du condensateur volant — Pour Iout = 50 mA avec commutation 200 kHz : Cfly = Iout/ (fsw × ΔV) = 50 m/ (200 k × 0,1) = 2,5 µF minimum. Utilisez de la céramique X5R de 4,7 µF. Étape 3 : estimation de la chute de tension — Supposons que Rw = 3 Ω (TI TPS60403 typique) : Vdrop = 50 m × (2 × 3 + 2 ²×10 m/200 k) = 300 mV. Vout = 10 - 0,3 = 9,7 V. Étape 4 : Sélectionnez le condensateur de sortie — Cout = Iout/ (fsw × ΔVripple) = 50 m/ (200 k × 0,1) = 2,5 µF. Utilisez 10 µF pour la marge. Étape 5 : Vérifier l'efficacité — η = Vout/ (2 × Vin) = 9,7/10 = 97 % à vide, puis chuter à 85 à 90 % à 50 mA. Étape 6 : Sélectionnez IC — TI LM2775 (doubleur, 150 mA, efficacité maximale de 95 %) avec démarrage progressif et arrêt thermique intégrés.
Conseils Pratiques
- ✓Conformément à la note d'application AN-88 de la technologie linéaire (désormais ADI), utilisez des pompes de charge régulées pour les applications sensibles au bruit : les pompes non régulées génèrent une ondulation de 20 à 50 mV qui se couple aux circuits analogiques adjacents
- ✓Ajoutez une petite résistance en série (1 à 10 Ω) à la sortie pour améliorer la réponse transitoire et atténuer la résonance LC entre le condensateur de sortie ESL et la capacité de charge
- ✓Pour la génération de tension négative, utilisez une topologie de pompe de charge inversée (Maxim MAX1044) : Vout = -Vin est obtenu avec la même efficacité que les doubleurs positifs
Erreurs Fréquentes
- ✗Utilisation de condensateurs électrolytiques : un ESR de 100 à 500 mΩ entraîne une chute de tension 10 fois plus élevée que la céramique ; les pompes de charge nécessitent des céramiques X5R/X7R à faible ESR (5 à 20 mΩ) pour obtenir des performances nominales
- ✗Ignorer le déclassement de polarisation en courant continu du condensateur : 10 µF/10 V, le X5R à 9 V DC ne conserve que 20 à 30 % de sa capacité ; utilisez soit un condensateur nominal de 16 V, soit une valeur nominale 3 fois plus grande
- ✗Dépassement du courant de sortie nominal : l'impédance de sortie de la pompe de charge est de ~1/ (fsw × C) ; à 200 kHz avec 1 µF, Zout = 5 Ω, provoquant une chute de 500 mV à 100 mA
Foire Aux Questions
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