차지 펌프 전압 배율 계산기
스위치드 커패시터 전압 멀티플라이어 회로의 딕슨 차지 펌프 출력 전압, 부하 전압, 출력 리플 및 효율 계산
공식
작동 방식
차지 펌프 전압 계산기는 게이트 드라이버, RS-232 인터페이스, 플래시 메모리 프로그래밍 및 저전력 부스트 애플리케이션에 필수적인 용량성 DC-DC 변환의 출력 전압, 전류 용량 및 효율을 결정합니다.아날로그 IC 설계자, 휴대용 장치 엔지니어 및 혼합 신호 개발자는 이 도구를 사용하여 자기 부품 없이 전압을 곱할 수 있습니다.TI 애플리케이션 노트 SLVA517 에 따르면, 충전 펌프는 한 단계에서 플라잉 커패시터를 Vin에 충전하고 두 번째 단계에서는 Vin과 직렬로 적층하여 에너지를 전달하는데, N× 배율에 대해 Vout = N × Vin을 생성하는 것이 이상적입니다.차지 펌프 토폴로지는 에릭슨과 막시모비치 '파워 일렉트로닉스의 기초' (제3판) 에서 자세히 분석되었습니다.제5장 (불연속 전도 모드) 및 아날로그 디바이스 '선형 회로 설계 핸드북' (2008) 제4장.스위치 저항과 커패시터로 인한 실제 출력 전압 강하 ESR: Vout = N×Vin - Iout× (N×Rsw + N²×ESR/fsw). Maxim 통합 애플리케이션 노트 AN-725) 에 따르면, 조정되지 않은 충전 펌프는 최적 부하에서 80-90% 의 효율을 달성하고 경부하에서는 50-60% 까지 떨어집니다.레귤레이티드 차지 펌프 (TI LM2776) 는 스위칭 주파수를 조정하여 1~100mA 부하 범위에서 85% 의 효율을 유지합니다.최대 출력 전류는 플라잉 커패시터 값 (전압 더블러의 경우 Iout_max ≈ C × fsw × Vin) 에 따라 달라지므로 전류 용량을 높이려면 더 높은 커패시턴스 또는 주파수가 필요합니다.
계산 예제
5V 로직 서플라이에서 MOSFET 게이트 드라이브용 전압 더블러를 설계하십시오.요구 사항: 10V 출력, 50mA 피크 전류, 100mV 미만의 리플1단계: 곱셈 확인 — 더블러: Vout_ideal = 2 × 5 V = 10 V. 2단계: 플라잉 커패시터 계산 — 출력의 경우 = 50mA (200kHz 스위칭 시): Cfly = 출력/ (fsw × ΔV) = 50m/ (200k × 0.1) = 최소 2.5µF. 4.7µF X5R 세라믹을 사용하십시오.3단계: 전압 강하 추정 — Rw = 3 Ω (일반적인 TI TPS60403) 으로 가정: Vdrop = 50m × (2×3 + 2²×10m/200k) = 300 mV.볼트 = 10 - 0.3 = 9.7 V. 4단계: 출력 커패시터 선택 — 출력 커패시터 선택 — 출력 = 출력/ (fsw × ΔVripple) = 50m/ (200k × 0.1) = 2.5µF.마진으로 10µF를 사용하십시오.5단계: 효율 확인 — η = Vout/ (2×Vin) = 9.7/10 = 무부하 상태에서는 97%, 50mA에서는 85-90% 까지 떨어집니다.6단계: IC 선택 — 소프트 스타트 및 서멀 셧다운 기능이 통합된 TI LM2775 (더블러, 150mA, 피크 효율 95%)
실용적인 팁
- ✓선형 기술 (현재 ADI) 애플리케이션 노트 AN-88, 소음에 민감한 애플리케이션에는 조정식 충전 펌프를 사용하십시오. 조정되지 않은 펌프는 인접한 아날로그 회로에 연결되는 20-50mV 리플을 생성합니다.
- ✓출력에 작은 직렬 저항 (1-10 Ω) ) 을 추가하여 과도 응답을 개선하고 출력 커패시터 (ESL) 와 부하 커패시턴스 사이의 LC 공진을 줄입니다.
- ✓네거티브 전압 생성의 경우 인버팅 차지 펌프 토폴로지 (Maxim MAX1044) 를 사용하십시오. 포지티브 더블러와 동일한 효율로 Vout = -Vin 달성
흔한 실수
- ✗전해 콘덴서 사용 — 100-500 mΩ 의 ESR은 세라믹보다 10배 높은 전압 강하를 유발합니다. 충전 펌프에는 정격 성능을 위해 저 ESR (5-20 mΩ) X5R/X7R) 세라믹이 필요합니다.
- ✗커패시터 DC 바이어스 경감 (9V DC에서 10µF/10V X5R) 을 무시하면 커패시턴스의 20-30% 만 유지됩니다. 16V 정격 커패시터 또는 3배 더 큰 공칭 값을 사용하십시오.
- ✗출력 전류 등급 초과 — 차지 펌프 출력 임피던스는 ~1/ (fsw × C) 입니다. 200kHz에서 1µF일 때 Zout = 5 Ω, 로 인해 100mA에서 500mV 강하가 발생합니다.
자주 묻는 질문
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