Перейти к содержанию

Накачка заряда (charge pump)

Микросхеме иногда нужно напряжение выше её питания: открыть N-канальный ключ в верхнем плече или стереть ячейку EEPROM. Индуктивность для этого не нужна — достаточно ключей и конденсатора, который заряжают и «поднимают» над питанием. Такую схему называют накачкой заряда.

Обновлено Редакция GAW

Накачка заряда (charge pump) — схема, которая с помощью ключей и конденсаторов получает напряжение выше питания (или отрицательное) без катушек индуктивности. Принцип простой: конденсатор заряжают от питания, затем переключают его нижний вывод на плюс питания — верхний вывод оказывается примерно на удвоенном напряжении, и этот заряд переносят на накопительный конденсатор. Процесс повторяется с высокой частотой.

Встроенные накачки встречаются в микросхемах, которым нужно напряжение выше собственного питания:

МикросхемаЗачем накачкаЧто нужно снаружи
DRV8833 (TI)управление затворами N-канальных ключей верхнего плечаконденсатор 0,01 мкФ на 16 В между VCP и VM
MCP4725 (Microchip)напряжение программирования EEPROMничего, всё внутри

В драйверах двигателей накачка позволяет делать оба плеча H-моста на N-канальных транзисторах. Почему это выгодно, видно по даташитам Vishay: на 100 В N-канальный IRF540 имеет сопротивление до 0,077 Ом, а P-канальный IRF9540 — до 0,20 Ом (сравнение — в карточке IRF9540 и IRF9Z34). Цена — время запуска: DRV8833 по TI в режиме сна останавливает накачку, и после пробуждения до полной готовности проходит до 1 мс. Подключение драйвера — в карточке DRV8833 и TB6612FNG.

В ЦАП MCP4725 накачка формирует напряжение записи EEPROM, поэтому внешний источник программирования не нужен, а запись длится 25–50 мс.

Частые вопросы

Зачем драйверу двигателя накачка заряда?

Чтобы открыть N-канальный транзистор в верхнем плече моста, на его затвор нужно подать напряжение выше питания моста. DRV8833 получает его встроенной накачкой заряда: на вывод VCP по TI ставят конденсатор 0,01 мкФ на 16 В к питанию VM. Мосты DRV8833 по TI целиком построены на N-канальных MOSFET.

Почему после выхода из сна драйвер не сразу готов?

Потому что накачке нужно время, чтобы зарядить конденсатор до рабочего напряжения. В режиме сна DRV8833 останавливает накачку, и по TI до полной готовности после пробуждения проходит до 1 мс.

Можно ли питать от накачки заряда внешнюю нагрузку?

Нет: в даташитах DRV8833 и MCP4725 встроенная накачка описана только для собственных нужд микросхемы — затворов или записи памяти, и ток с неё не нормирован. Для питания внешних схем выпускают отдельные преобразователи на переключаемых конденсаторах со своими параметрами по току.

Источники

  1. Texas Instruments. DRV8833 Dual H-Bridge Motor Driver (SLVSAR1E, revised July 2015) — вывод VCP — напряжение управления затворами верхних ключей, керамический конденсатор 0,01 мкФ на 16 В к VM; в режиме сна накачка затворов остановлена, выход из сна — до 1 мс; мосты на N-канальных MOSFET
  2. Microchip. MCP4725: 12-Bit Digital-to-Analog Converter with EEPROM Memory in SOT-23-6 (DS22039D, 2009) — встроенная накачка заряда формирует напряжение программирования EEPROM, внешнее напряжение программирования не нужно; запись 25–50 мс

Нашли ошибку?