Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Bomba de carga

Bomba de carga de dos etapas con alimentación de voltaje CC y señal de control de bomba S 0 Bomba de carga Dickson con diodos Bomba de carga Dickson con MOSFETs Bomba de carga P...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Bomba de carga de dos etapas con alimentación de voltaje CC y señal de control de bomba S 0
Bomba de carga Dickson con diodos
Bomba de carga Dickson con MOSFETs
Bomba de carga PLL

Una bomba de carga es un tipo de convertidor CC-CC que utiliza condensadores para almacenar energía y así aumentar o disminuir el voltaje . Los circuitos de bomba de carga son capaces de alcanzar altas eficiencias , a veces de hasta el 90-95%, a pesar de ser circuitos eléctricamente sencillos.

Descripción

Las bombas de carga utilizan algún tipo de dispositivo de conmutación para controlar la conexión de la tensión de alimentación a una carga a través de un condensador en un ciclo de dos etapas. En la primera etapa, se conecta un condensador a la fuente de alimentación, cargándola a la misma tensión. En la segunda etapa, el circuito se reconfigura de manera que el condensador quede en serie con la fuente de alimentación y la carga. Esto duplica la tensión en la carga, que es la suma de la tensión original de la fuente y la tensión del condensador. La naturaleza pulsante de la salida conmutada de mayor tensión se suele suavizar mediante el uso de un condensador de salida.

Un circuito externo o secundario controla la conmutación, generalmente a frecuencias que van desde decenas de kilohercios hasta varios megahercios. La alta frecuencia minimiza la capacitancia necesaria, ya que se requiere almacenar y descargar menos carga en un ciclo más corto.

Las bombas de carga pueden duplicar, triplicar, reducir a la mitad, invertir, multiplicar o escalar fraccionalmente los voltajes (como × 3/2 , × 4/3 , × 2/3 , etc.) y generar voltajes arbitrarios alternando rápidamente entre modos, dependiendo del controlador y la topología del circuito.

Se utilizan habitualmente en dispositivos electrónicos de baja potencia (como los teléfonos móviles) para aumentar y disminuir los voltajes de diferentes partes del circuito, minimizando así el consumo de energía mediante un control preciso de los voltajes de alimentación.

Terminología para PLL

El término bomba de carga también se usa comúnmente en circuitos de bucle de enganche de fase (PLL), aunque no implica una acción de bombeo, a diferencia del circuito descrito anteriormente. Una bomba de carga PLL es simplemente una fuente de corriente bipolar conmutada. Esto significa que puede generar pulsos de corriente positivos y negativos en el filtro de bucle del PLL. No puede producir voltajes superiores ni inferiores a sus niveles de alimentación y tierra.

Aplicaciones

  • Una aplicación común de los circuitos de bomba de carga se encuentra en los convertidores de nivel RS-232 , donde se utilizan para obtener voltajes positivos y negativos (a menudo +10 V y -10 V) a partir de una única línea de alimentación de 5 V o 3 V.    
  • Las bombas de carga también pueden utilizarse como controladores de pantallas LCD o LED blancos , generando altos voltajes de polarización a partir de una única fuente de alimentación de bajo voltaje, como una batería.
  • Las bombas de carga se utilizan ampliamente en memorias NMOS y microprocesadores para generar una tensión negativa "VBB" (aproximadamente −3  V), que se conecta al sustrato. Esto garantiza que todas las uniones N+-sustrato estén polarizadas inversamente en 3  V o más, lo que disminuye la capacitancia de la unión y aumenta la velocidad del circuito. [ 1 ]
  • Se ha utilizado una bomba de carga que proporciona un pico de voltaje negativo en juegos compatibles con NES no licenciados por Nintendo para desactivar el chip de bloqueo de Nintendo Entertainment System . [ 2 ]
  • A partir de 2007, las bombas de carga están integradas en casi todos los circuitos integrados de memoria EEPROM y flash . Estos dispositivos requieren un pulso de alto voltaje para "limpiar" cualquier dato existente en una celda de memoria particular antes de que se pueda escribir con un nuevo valor. Los primeros dispositivos de memoria EEPROM y flash requerían dos fuentes de alimentación: +5  V (para lectura) y +12  V (para borrado). A partir de 2007Las memorias flash y EEPROM disponibles comercialmente solo requieren una fuente de alimentación externa, generalmente de 1,8  V o 3,3  V. Un voltaje más alto, utilizado para borrar las celdas, se genera internamente mediante una bomba de carga integrada en el chip.
  • Las bombas de carga se utilizan en puentes H en controladores de lado alto para el control de compuerta de MOSFETs e IGBTs de potencia de canal n de lado alto . Cuando el centro de un medio puente pasa a nivel bajo, el condensador se carga a través de un diodo, y esta carga se utiliza posteriormente para elevar la compuerta del FET de lado alto unos pocos voltios por encima de la tensión de la fuente, conectándolo así. Esta estrategia funciona bien, siempre que el puente se conmute regularmente, y evita la complejidad de tener que usar una fuente de alimentación independiente, permitiendo el uso de dispositivos de canal n más eficientes para ambos interruptores. Este circuito (que requiere la conmutación periódica del FET de lado alto) también puede denominarse circuito de "arranque" (bootstrap), y algunos lo diferencian de una bomba de carga (que no requiere dicha conmutación).
  • Generación de señal de deflexión vertical de alto voltaje para monitores de tubo de rayos catódicos (CRT), realizada, por ejemplo, con el circuito integrado TDA1670A. Para lograr la máxima desviación, una bobina de CRT requiere aproximadamente 50  V. El uso de un duplicador de voltaje de bomba de carga a partir de una fuente de alimentación existente de 24  V elimina la necesidad de una fuente de alimentación adicional.
  • Las soluciones de carga rápida de mayor potencia para dispositivos móviles se basan en una bomba de carga en lugar de un convertidor reductor para disminuir el voltaje, ya que una mayor eficiencia reduce la generación de calor. El Samsung A23, que admite una corriente de entrada de 3 A , puede cargar sus baterías internas a 6 A gracias a una bomba de corriente 2:1. [ 3 ] El SUPERVOOC de 240 W de Oppo va más allá y utiliza tres bombas de carga en paralelo (con una eficiencia declarada del 98 % [ 4 ] ) para pasar de 24 V/10 A a 10 V/24 A, que luego es utilizada por dos baterías en paralelo. [ 5 ]   

Véase también

Referencias

  1. ↑ Jenne, F. "Circuito de polarización del sustrato", Patente estadounidense 3794862A, 26 de febrero de 1974.
  2. ↑ Kevin Horton. Colordreams Revisión C. Última modificación: 30/09/2007. Consultado el 15/09/2011.
  3. ↑ Comunicado de prensa (25 de julio de 2022). "Smartphones - Cargador directo con bomba de carga 2:1" . Power Electronics News .
  4. ^ "OPPO 超级闪充四大技术全面突破,布局多终端、多场景闪充生态 | OPPO 官方网站" . OPPO (en chino (China)).
  5. ↑ K., Balakumar (1 de marzo de 2022). "Oppo afirma alcanzar nuevos niveles de carga rápida con SUPERVOOC de 240 W: lo explicamos" . TechRadar .

Aplicación del concepto de resistencia equivalente al cálculo de las pérdidas de potencia en las bombas de carga.

  • Maxwell, JC (1873). "Corriente intermitente Art. 775, 776". Tratado sobre electricidad y magnetismo . Oxford: The Clarendon Press. pp. 420–5 . 
  • Singer, Z.; Emanuel, A.; Erlicki, MS (febrero de 1972). "Regulación de potencia mediante un condensador conmutado". Actas de la Institución de Ingenieros Eléctricos . 119 (2): 149– 152. doi : 10.1049/piee.1972.0027 .
  • van Steenwijk, G.; Hoen, K.; Wallinga, H. (1993). "Análisis y diseño de un circuito de bomba de carga para aplicaciones de alta corriente de salida" . Actas de la 19.ª Conferencia Europea de Circuitos de Estado Sólido (ESSCIRC) . Vol.  1. págs. 118–121 . 
  • Kimball, JW; Krein, PT; Cahill, KR (diciembre de 2005). "Modelado de la impedancia del condensador en convertidores conmutados". IEEE Power Electronics Letters . 3 (4): 136– 140. Bibcode : 2005IPEL....3..136K . doi : 10.1109/LPEL.2005.863603 . S2CID 27467492 . 
  • Kiyoo Itoh; Masashi Horiguchi; Hitoshi Tanaka (2007). Memorias a nanoescala de voltaje ultrabajo . Serie sobre circuitos y sistemas integrados. Saltador. ISBN 978-0-387-68853-4.
  • Seeman, MD; Sanders, SR (marzo de 2008). "Análisis y optimización de convertidores CC-CC de condensadores conmutados". IEEE Transactions on Power Electronics . 23 (2): 841– ​​851. Bibcode : 2008ITPE...23..841S . doi : 10.1109/TPEL.2007.915182 . S2CID 7011962 . 
  • Ben-Yaakov, S.; Evzelman, M. (2009). «Modelo genérico y unificado de convertidores de condensadores conmutados». Congreso y Exposición de Conversión de Energía IEEE 2009. págs. 3501–8 . doi : 10.1109/ECCE.2009.5316060 . ISBN  978-1-4244-2893-9. S2CID 9116733 . 
  • Ben-Yaakov, S. (enero de 2012). "Sobre la influencia de las resistencias de conmutación en las pérdidas de los convertidores de condensadores conmutados". IEEE Transactions on Industrial Electronics . 59 (1): 638– 640. Bibcode : 2012ITIE...59..638B . doi : 10.1109/TIE.2011.2146219 . S2CID 18901243 . 

Bombas de carga donde los voltajes a través de los condensadores siguen el sistema numérico binario.

  • Ueno, F.; Inoue, T.; Oota, I. (1986). "Realización de un nuevo transformador de condensadores conmutados con una relación de transformación elevadora de 2n–1 utilizando n condensadores". Simposio Internacional IEEE sobre Circuitos y Sistemas (ISCAS) . págs. 805–8 . 
  • Starzyk, JA; Ying-Wei Jan; Fengjing Qiu (marzo de 2001). "Diseño de una bomba de carga CC-CC basada en duplicadores de voltaje". IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications . 48 (3): 350– 9. Bibcode : 2001ITCSR..48..350S . doi : 10.1109/81.915390 .
  • Fang Lin Luo; Hong Ye (junio de 2004). "Convertidores Luo de condensador conmutado push-pull de elevación múltiple con salida positiva". IEEE Transactions on Industrial Electronics . 51 (3): 594– 602. Bibcode : 2004ITIE...51..594L . doi : 10.1109/TIE.2004.825344 . S2CID 22202569 . 
  • Ben-Yaakov, S.; Kushnerov, A. (2009). "Fundamentos algebraicos de convertidores de condensadores conmutados autoajustables". Congreso y Exposición de Conversión de Energía IEEE 2009. págs. 1582–9 . doi : 10.1109/ECCE.2009.5316143 . ISBN  978-1-4244-2893-9. S2CID 12915415 . 
  • Allasasmeh, Y.; Gregori, S. (noviembre de 2018). "Convertidores de potencia integrados elevadores-reductores de alto rendimiento con condensadores conmutados". IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers . 65 (11): 3970– 3983. Bibcode : 2018ITCSR..65.3970A . doi : 10.1109/TCSI.2018.2863239 . ISSN 1558-0806 . S2CID 52932169 .  
  • Bomba de carga, reguladores de voltaje sin inductor
  • Diseño de generador de alto voltaje integrado en chip
  • Convertidores CC/CC con bomba de carga . Aplicaciones, circuitos y soluciones que utilizan convertidores CC/CC sin inductor (bomba de carga).
  • Conversión CC/CC sin inductores . Descripción general del funcionamiento de la bomba de carga; ejemplos de aplicaciones con controladores Maxim.
  • Circuitos de bomba de carga: una visión general de las estrategias de diseño y las topologías. Tutorial de G. Palumbo y D. Pappalardo.