【技术】可用于电源芯片领域降噪的电荷泵技术,具有低噪声和电磁干扰特性,有效解决EMC问题

2021-07-12 韬略科技
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在现当今所有的电子产品当中,都离不开电源。然而,由于开关电源效率高、体积小的压倒性优势,在这所有的产品的电源有近90%以上都是采用开关电源进行电压适配,当然另外也有一些LDO。虽然效率、体积或者功能是达到了开发者的要求,但是在过认证(EN55022、FCC part 15、GB9254)的时候就会发现有很多的EMC的困扰,例如,空间辐射测试、传导辐射测试、雷击浪涌、脉冲群等等,往往会因为这些问题的存在让认证过程产生延误,导致产品延缓上市,不能抢占市场。


●常见小型电源分类

图 1

通常我们在选择电源芯片时,一般在考虑了电压、电流、效率后,或者什么都没有考虑的情况下,沿用以前的设计,但实际上在一些特殊应用场景,电荷泵电路也是一个比较合适的选择。


●什么是电荷泵技术

∎概念

电荷泵的基本原理是,通过电容对电荷的积累效应而产生高压,使电流由低电势流向高电势。在此功率转换技术的基本执行过程中,电流(电荷)在两个电容器之间交替切换和定向,因此电路输出是输入的两倍,从而起倍压升压转换器的作用。由于这些原因,电荷泵转换器也被称为开关电容器设计。


∎原理

▲倍压升压如何实现?

一切都从物理学的基本原理开始:在闭路中来回流动的电荷不是“丢失”的,而是可以通过在电荷存储元件之间切换来转移的。在电荷泵的概念中,二极管可用于控制电流的流过。在实际操作中,开关通常是开关MOSFET,而电容器则是外部陶瓷或电解装置,具体取决于所需的电容量。

图 2

▲原理描述

上图的操作是一个两步充放电循环,其中电容器C1充电,然后放电到C2。首先,时钟将反相器1的输出拉低,因此D1正向偏置,从而将电容器C1充电至电源电压+ Vdc;同样,D2关闭。


接下来,时钟将反相器1的输出驱动为高电平,并且C1上的电荷现在与来自反相器1的+ Vdc串联。由于反相器2的输出为低电平,D2变为正向偏置,并且C2充电至两倍Vdc。这样,负载两端的电压为2×Vdc,减去二极管的正向压降和逆变器中的任何损耗。


在使用分立元件的实际设计中,通常使用肖特基二极管代替常规二极管,因为它们的正向压降较低。但是,基于IC的电荷泵不使用二极管。相反,他们使用具有低导通电阻RDS(ON)的MOSFET开关。电荷泵效率相当高,在90%到95%的范围内。


●电荷泵技术的发展

实际上电荷泵技术已经应用非常成熟了,比如TI(德州仪器)、MAXIM(美信)、SGMICRO(圣邦微)、HEXIN(禾芯微)、ON(安森美)、MICRONE(南京微盟)、AWINIC(艾为),这些一线厂商已经将这项技术开发相当成熟了。以上说到的内容,可能在实际生活或者产品上很难见到,不过在一些手机发布会上已经频频出现了。

图3

比如以上电荷泵技术应用到手机电池充电。


●实际应用中,电荷泵技术优缺点

电荷泵又称为开关电容/无感式DC-DC变换器,与基于电感的DC-DC开关电源相比较,电荷泵采用电容为开关和储能元件,电荷泵的主要优点如下:

图 4

但是在目前市场情况下,电荷泵技术应用场景还是有限的,但是在未来技术升级革新的情况下电荷泵也将会是一个不错的选择。

图 5


●总结

我们在EMC设计和整改过程中,如果走进死胡同在现有手段或者选型没有更好的方法时,可以试着找一找新技术,试一试总会有收获。


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设计经验    发布时间 : 2022-02-16

艾创微(AICHUANGWEI)电源管理/信号链/电机驱动/宽禁带半导体功率芯片选型指南

描述- 艾创微成立于 2015 年,总部位于合肥市肥西经开区,专注于研发高性能模拟及数模混合芯片,为客户提供高效能、低功耗、品质稳定的集成电路产品,同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务。公司研发的产品包括车规级电源管理芯片、车规级信号链芯片、车规级电机驱动芯片及宽禁带半导体功率芯片,主要应用于新能源及新能源汽车、智能电网、新一代智能家电等领域。

型号- ICW4008A,ICW3102,ICW6216,ICW4008B,ICW2540A,ICW6215,MD57XX,MD8933,ICW1235-Q1,MD7209,MD7208,MD53XX,ICWM12020001,MD957X,MD76XX,ICWM12020002,ICWM12008001,MD7682,ICW4008S,ICW103A,ICW2802,ICW2801,MD75XXH,ICW2006,ICW6207,ICW4009A,ICW6208,ICW875X,ICW2540,MD0001,ICW5015,ICW8249,MD116X,MD7620A,ICW1215-Q1,ICW5013,BC100S,ICW128S,MD132X,ICW847X,ICW5012,MD75UXX,ICW5010,MD88XX,ICW1221-Q1,MD7672,ICWM12040001,MD7671,MD84XX,MD7673,ICW206-7V,MD78UXX,ICW1232-Q1,ICW100,ICW2139,ICW78XX,ICW2199,MD9927,ICW1233-Q1,ICW5069,ICWH06530001,ICWH06530002,MD52XX,MD75XX,MD71XX,MDZ12XX,MD73RXX,MD162X,MD7612XX,ICW37170,ICW4007,ICW78M15,ICW3485E,ICWM12016001,ICW1261-Q1,MD73SRXX,ICW3104-N,ICW6205,ICWM17065001,ICW2001,MD7680XX,ICW6206,ICW845X,ICW6204,ICW2003,MD7218,ICW6201,ICW3490E,ICW212GS,ICW7135,ICW1238-Q1,MD7219,ICW6200,ICW6510T,MD8941,ICW3052,MD8942,SRDXXX4561096,MD83XX,ICW206,MD53RXX,ICW209,ICW3232E,ICW2358,ICW78M24,ICW0310,ICW7741,MD113X,ICW7188,ICWM12004001,ICWM12004002,ICW203H-7V,MD70XX,SRDXXX31304121,MD51XX,ICW3116B,MD75RXX,ICW0308,ICWM12004003,ICWM12002501,ICW3669F,ICW1231-Q1,ICW0306,MD71XXH,ICW1117,ICW841X,ICW1236-Q1,MD6127CXX,MD3156XX,MD73SQXX,ICWH06506501,ICW37200,ICW5178,ICW5176,ICW5012-N,ICW5177,ICW5175,ICW3151,ICW3150,MD82XX,ICW3783A,MD151X,ICW32S16C,ICW864X,ICW3126,MD7616-30,ICW1214-Q1,ICW208AD,ICW28010W,ICW836X,MD58XX,ICW3122,ICW1237-Q1,ICW3121,ICW8651,MD77XX,ICW2150,ICWH06513501,MD53UXX,MD7660,MD73XX,ICW206-8V,MD53XX-1,ICW3667A,ICW3667B,ICW37130,ICW1218,ICW2545,MD73XXH,ICW3118,ICW4009B,ICW8702,ICW2450A,ICW1076,MD85XX,ICW203H-8V,ICW8020,ICW203H,ICW3115B,ICW118A,ICW5947,ICW3128,ICW2159,ICWM12032001

选型指南  -  艾创微  - 2024年3月版  - 2024年3月 PDF 中文 下载

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提供辐射发射测试、传导发射预测试、EMI噪声频率扫描服务。消费电子辐射发射预测试频率范围30MHz-1GHz、 车载电子9KHz-3GHz,并针对问题给出EMC整改方案。支持到场/视频直播测试,资深专家全程指导。

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可定制电感最大电流100A,尺寸最小7 x 7 x 3.0mm到最大35 x 34 x 15.5 mm,工作频率100KHZ ~ 2MHZ,感值范围:0.15 ~ 100uh;支持大功率电感,扁平线电感,大电流电感,高频电感,汽车电感器,车规电感,一体成型电感等定制。

最小起订量: 5000 提交需求>

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