Bomba de carga de dos etapas con suministro de voltaje de CC y una señal de control de bomba S 0Bomba de carga Dickson con diodosBomba de carga Dickson con MOSFETBomba de carga PLL
Una bomba de carga es un tipo de convertidor de CC a CC que utiliza condensadores para almacenar carga energética para 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 la vez que son circuitos eléctricamente simples.
Descripción
Las bombas de carga utilizan algún tipo de dispositivo de conmutación para controlar la conexión de un voltaje de suministro a través de una carga mediante un capacitor en un ciclo de dos etapas. En la primera etapa, se conecta un capacitor a través de la fuente de alimentación, cargándola a ese mismo voltaje. En la segunda etapa, el circuito se reconfigura de modo que el capacitor esté en serie con la fuente de alimentación y la carga. Esto duplica el voltaje a través de la carga: la suma de los voltajes de la fuente de alimentación original y del capacitor. La naturaleza pulsante de la salida conmutada de voltaje más alto a menudo se suaviza mediante el uso de un capacitor de salida.
Un circuito externo o secundario activa la conmutación, normalmente a decenas de kilohercios hasta varios megahercios. La alta frecuencia minimiza la cantidad de capacitancia necesaria, ya que se necesita almacenar y descargar menos carga en un ciclo más corto.
Las bombas de carga pueden duplicar voltajes, triplicar voltajes, reducir a la mitad voltajes, invertir voltajes, multiplicar fraccionariamente o escalar 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 comúnmente en dispositivos electrónicos de bajo consumo (como teléfonos móviles) para aumentar y disminuir los voltajes de diferentes partes del circuito, minimizando el consumo de energía al controlar cuidadosamente los voltajes de suministro.
Terminología para PLL
El término bomba de carga también se utiliza comúnmente en circuitos de bucle de enganche de fase (PLL), aunque no hay ninguna acción de bombeo involucrada a diferencia del circuito analizado anteriormente. Una bomba de carga PLL es simplemente una fuente de corriente conmutada bipolar. Esto significa que puede generar pulsos de corriente positivos y negativos en el filtro de bucle del PLL. No puede producir voltajes más altos o más bajos que sus niveles de suministro de energía y tierra.
Las bombas de carga también se pueden utilizar como controladores de LCD o LED blancos , generando altos voltajes de polarización a partir de una única fuente de bajo voltaje, como una batería.
Las bombas de carga se utilizan ampliamente en memorias NMOS y microprocesadores para generar un voltaje negativo "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]
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 en ella un nuevo valor. Los primeros dispositivos de memoria EEPROM y flash requerían dos fuentes de alimentación: +5 V (para leer) y +12 V (para borrar). A partir de 2007 [actualizar], la memoria flash y la memoria EEPROM disponibles comercialmente requieren solo una fuente de alimentación externa, generalmente 1,8 V o 3,3 V. Una bomba de carga en el chip genera internamente un voltaje más alto, que se utiliza para borrar celdas.
Las bombas de carga se utilizan en puentes H en controladores de lado alto para controlar la compuerta de los MOSFET de potencia de canal n de lado alto y los IGBT . Cuando el centro de un medio puente se vuelve bajo, el condensador se carga a través de un diodo y esta carga se utiliza para controlar posteriormente la compuerta del FET de lado alto unos pocos voltios por encima del voltaje de la fuente para encenderlo. Esta estrategia funciona bien, siempre que el puente se conmute regularmente y evita la complejidad de tener que hacer funcionar una fuente de alimentación independiente y permite que los dispositivos de canal n más eficientes se utilicen para ambos interruptores. Este circuito (que requiere la conmutación periódica del FET de lado alto) también puede llamarse circuito "bootstrap", y algunos diferenciarían entre eso y una bomba de carga (que no requeriría esa conmutación).
Circuito de deflexión vertical en monitores CRT . Con el uso de TDA1670A, por ejemplo. Para lograr la máxima desviación, la bobina CRT necesita ~50v. El truco de la bomba de carga desde la línea de suministro de 24v elimina la necesidad de otro voltaje.
Las soluciones de carga rápida de mayor potencia para dispositivos móviles dependen de una bomba de carga en lugar de un convertidor reductor para reducir el voltaje, ya que una mayor eficiencia reduce la generación de calor. El Samsung Galaxy S23, que utiliza una corriente de entrada de 3 A, puede cargar sus paquetes de baterías internas a 6 A gracias a una bomba de corriente de 2:1. [3] El SUPERVOOC de 240 W de Oppo va más allá y utiliza tres bombas de carga en paralelo (eficiencia declarada del 98 % [4] ) para pasar de 24 V/10 A a 10 V/24 A, que luego es absorbida por dos paquetes de baterías en paralelo. [5]
^ Jenne, F. "Circuito de polarización de sustrato", patente estadounidense 3794862A, 26 de febrero de 1974.
^ Kevin Horton. Colordreams Revisión C. Última modificación: 2007-09-30. Consultado el 2011-09-15.
^ Comunicado de prensa (25 de julio de 2022). "Smartphones - Cargador directo con bomba de carga 2:1". Noticias de electrónica de potencia .
^ "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)).
^ K., Balakumar (1 de marzo de 2022). "Oppo afirma alcanzar nuevos niveles en carga rápida con SUPERVOOC de 240 W. Te lo explicamos". TechRadar .
Aplicación del concepto de resistencia equivalente al cálculo de las pérdidas de potencia en las bombas de carga
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Bombas de carga donde los voltajes a través de los capacitores siguen el sistema numérico binario
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Enlaces externos
Bomba de carga, sin inductor, reguladores de voltaje
Diseño de generador de alto voltaje en chip
Convertidores CC/CC con bomba de carga. Aplicaciones, circuitos y soluciones que utilizan convertidores CC/CC sin inductor (con bomba de carga).
Conversión CC/CC sin inductores. Descripción general del funcionamiento de la bomba de carga; ejemplos de aplicaciones con controladores Maxim.
Descripción general de los circuitos de la bomba de carga [ vínculo inactivo permanente ] . Tutorial de G. Palumbo y D. Pappalardo
