Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электрлік түрлендіргіш
Electric converter
Зарядтық сорғы – кернеуді көтеру немесе төмендету үшін энергияны заряд ретінде сақтауға конденсаторларды пайдаланатын тұрақты токтан тұрақты токқа түрлендіргіштің бір түрі. Зарядтық сорғы схемалары электр жағынан қарапайым болғанымен, жоғары тиімділікке (кейде 90–95% дейін) қол жеткізе алады.
A charge pump is a kind of DC to DC converter that uses capacitors for energetic charge storage to raise or lower voltage. Charge pump circuits are capable of high efficiencies, sometimes as high as 90–95%, while being electrically simple circuits.
Сипаттама
Зарядтау сорғылары екі сатылы циклде конденсатор арқылы жүктемеге қуат көзі кернеуін қосуды басқару үшін бір түрлі коммутациялық құрылғыны пайдаланады. Бірінші сатыда конденсатор қуат көзіне қосылып, сол кернеуге дейін зарядталады. Екінші сатыда тізбек қайта конфигурацияланады, сонда конденсатор қуат көзімен және жүктемемен тізбектей қосылады. Бұл жүктемедегі кернеуді бастапқы қуат көзі және конденсатор кернеулерінің қосындысына дейін екі есе арттырады. Жоғары кернеулі, коммутацияланған шығыстың импульстік табиғаты көбінесе шығыс конденсаторын қолдану арқылы тегістеледі. Сыртқы немесе қосалқы тізбек коммутацияны басқарады, әдетте ондаған килогерцтен бірнеше мегагерцке дейін. Жоғары жиілік қажетті сыйымдылық мөлшерін азайтады, себебі аз зарядты қысқа циклде сақтау және төгу қажет. Зарядтау сорғылары кернеуді екі есе, үш есе арттыруға, кернеуді жартылай етуге, кернеуді инверттеуге, кернеуді бөлшектеп көбейтуге немесе өзгертуге (мысалы, ×, ×, × және т.б.) және контроллер мен тізбек топологиясына байланысты режимдер арасында жылдам ауысу арқылы кез келген кернеуді жасауға мүмкіндік береді. Олар көбінесе төмен қуатты электроникада (мысалы, ұялы телефондарда) тізбектің әртүрлі бөліктері үшін кернеуді арттыру және азайту үшін қолданылады, қуат көзі кернеуін мұқият басқару арқылы қуат тұтынуды азайтады.
Charge pumps use some form of switching device to control the connection of a supply voltage across a load through a capacitor in a two stage cycle. In the first stage a capacitor is connected across the supply, charging it to that same voltage. In the second stage the circuit is reconfigured so that the capacitor is in series with the supply and the load. This doubles the voltage across the load the sum of the original supply and the capacitor voltages. The pulsing nature of the higher voltage switched output is often smoothed by the use of an output capacitor. An external or secondary circuit drives the switching, typically at tens of kilohertz up to several megahertz. The high frequency minimizes the amount of capacitance required, as less charge needs to be stored and dumped in a shorter cycle. Charge pumps can double voltages, triple voltages, halve voltages, invert voltages, fractionally multiply or scale voltages (such as ×, ×, ×, etc.) and generate arbitrary voltages by quickly alternating between modes, depending on the controller and circuit topology. They are commonly used in low power electronics (such as mobile phones) to raise and lower voltages for different parts of the circuitry minimizing power consumption by controlling supply voltages carefully.
PLL терминологиясы
Зарядтық насос термині фазалық бұғатталған циклдерде (PLL) де жиі қолданылады, бірақ жоғарыда талқыланған схемадағыдай сорғылау әрекеті болмайды. PLL зарядтық насосы – тек екіполюсті коммутациялық ток көзі. Яғни, ол PLL-дің циклдік сүзгісіне оң және теріс ток импульстарын жіберуге қабілетті. Ол қуат көзі мен жер деңгейінен жоғары немесе төмен кернеу шығара алмайды.
The term charge pump is also commonly used in phase locked loop (PLL) circuits even though there is no pumping action involved unlike in the circuit discussed above. A PLL charge pump is merely a bipolar switched current source. This means that it can output positive and negative current pulses into the loop filter of the PLL. It cannot produce higher or lower voltages than its power and ground supply levels.
Қолданбалар
Зарядтау сорғысының схемалары RS 232 деңгейлерін ауыстыруда жиі қолданылады, онда олар бір 5 В немесе 3 В қуат көзінен оң және теріс кернеулерді (әдетте +10 В және -10 В) алу үшін пайдаланылады. Зарядтау сорғыларын LCD немесе ақ LED драйверлері ретінде де қолдануға болады, олар батарея сияқты бір ғана төмен кернеу көзінен жоғары кернеуді тудырады. Зарядтау сорғылары NMOS жады және микропроцессорларда субстратқа қосылған "VBB" (шамамен -3 В) теріс кернеуін жасау үшін кеңінен қолданылады. Бұл барлық N+ және субстрат арасындағы қосылыстардың кері бұрылуын 3 В немесе одан да көп деңгейде қамтамасыз етеді, қосылыс сыйымдылығын азайтып, схема жылдамдығын арттырады. Nintendo Entertainment System құлыптау чипін айналып өту үшін Nintendo лицензиясы жоқ NES ойындарында теріс кернеуді қамтамасыз ететін зарядтау сорғысы қолданылды. 2007 жылдан бастап зарядтау сорғылары EEPROM және флэш жадтың интегралдық схемаларының көпшілігіне енгізілген. Бұл құрылғыларға жаңа мәнмен жазу алдында жад ұяшығындағы барлық деректерді "тазалау" үшін жоғары кернеулі импульс қажет. Алғашқы EEPROM және флэш жад құрылғыларына екі қуат көзі қажет болды: +5 В (оқу үшін) және +12 В (жою үшін). 2007 жылдан бастап коммерциялық флэш жад және EEPROM жадына тек бір сыртқы қуат көзі қажет, әдетте 1,8 В немесе 3,3 В. Ұяшықтарды жою үшін қолданылатын жоғары кернеу чиптегі зарядтау сорғысы арқылы жасалады. Зарядтау сорғылары H-көпірлерде жоғары жақты драйверлерде жоғары жақты n-арналы қуатты MOSFET және IGBT-тердің басқару шлюздерінде қолданылады. Жартылай көпірдің ортасы төмендегенде, конденсатор диод арқылы зарядталады, ал бұл заряд кейіннен жоғары жақты FET қақпасын көз кернеуінен бірнеше вольт жоғары көтеріп, оны қосу үшін пайдаланылады. Бұл стратегия көпірдің үнемі ауыстырылуын қамтамасыз етсе және жеке қуат көзін пайдаланудың қажеттілігін болдырмаса жақсы жұмыс істейді, сондай-ақ екі коммутатор үшін де тиімді n-арналы құрылғыларды пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл схеманы (жоғарғы жақты FET-ті мерзімді түрде ауыстыруды талап ететін) "bootstrap" схемасы деп те атайды, ал кейбіреулер оны зарядтау сорғысынан (ол мұндай ауыстыруды қажет етпейтін) ажыратады. CRT мониторларындағы тік бұрылу схемасы, мысалы TDA1670A пайдаланылатын жағдайда. Максималды бұрылуға қол жеткізу үшін CRT катушкасына ~50 В қажет. 24 В қуат желісінен зарядтау сорғысын пайдалану арқылы қосымша кернеудің қажеттілігі жойылады. Мобильді құрылғылар үшін жоғары қуатты жылдам зарядтау шешімдері кернеуді төмендету үшін бук-конвертердің орнына зарядтау сорғысын пайдаланады, себебі жоғары тиімділік жылуды азайтады. Мысалы, Samsung Galaxy S23 3 А ток қабылдап, 2:1 ток сорғысының арқасында ішкі батареяларын 6 А токпен зарядтай алады. Oppo-ның 240 Вт SUPERVOOC одан да әрі барып, 24 В / 10 А-дан 10 В / 24 А-ға дейін өту үшін параллель қосылған үш зарядтау сорғысын (98% тиімділікпен) пайдаланады, содан кейін екі параллель батарея жинағы қолданылады.
A common application for charge pump circuits is in RS 232 level shifters, where they are used to derive positive and negative voltages (often +10 V and −10 V) from a single 5 V or 3 V power supply rail. Charge pumps can also be used as LCD or white LED drivers, generating high bias voltages from a single low voltage supply, such as a battery. Charge pumps are extensively used in NMOS memories and microprocessors to generate a negative voltage "VBB" (about −3 V), which is connected to the substrate. This guarantees that all N+ to substrate junctions are reversely biased by 3 V or more, decreasing junction capacitance and increasing circuit speed. A charge pump providing a negative voltage spike has been used in NES compatible games not licensed by Nintendo in order to stun the Nintendo Entertainment System lockout chip. As of 2007, charge pumps are integrated into nearly all EEPROM and flash memory integrated circuits. These devices require a high voltage pulse to "clean out" any existing data in a particular memory cell before it can be written with a new value. Early EEPROM and flash memory devices required two power supplies: +5 V (for reading) and +12 V (for erasing). as of 2007, commercially available flash memory and EEPROM memory requires only one external power supply – generally 1.8 V or 3.3 V. A higher voltage, used to erase cells, is generated internally by an on chip charge pump. Charge pumps are used in H bridges in high side drivers for gate driving high side n channel power MOSFETs and IGBTs. When the centre of a half bridge goes low, the capacitor is charged through a diode, and this charge is used to later drive the gate of the high side FET a few volts above the source voltage so as to switch it on. This strategy works well, provided the bridge is regularly switched and avoids the complexity of having to run a separate power supply and permits the more efficient n channel devices to be used for both switches. This circuit (requiring the periodic switching of the high side FET) may also be called a "bootstrap" circuit, and some would differentiate between that and a charge pump (which would not require that switching). Vertical deflection circuit in CRT monitors. With use of ic TDA1670A for example. To achieve maximum deviation, the CRT coil needs ~50v. The charge pump trick from the 24v supply line eliminates the need for another voltage. Higher power fast charge solutions for mobile devices rely on a charge pump instead of a buck converter to reduce the voltage, as higher efficiency reduces heat generation. The Samsung Galaxy S23, which takes an input current of 3A, can charge its internal battery packs at 6A thanks to a 2:1 current pump. Oppo's 240W SUPERVOOC goes further and uses three charge pumps in parallel (98% claimed efficiency) to go from 24V/10A to 10V/24A, which is then taken by two parallel battery packs.