电压逆变器设计理念转变为 1MHz VFC

出处:维库电子市场网时间:2024-07-16

   

    图 1基本电压逆变器电路的效率为 100 kHz,电流输出为几毫安。

  如此配置的泵适用于电压逆变器应用,简单且便宜。它每 kHz 仅从 5V 电源轨吸取约 1A(无负载)。 
  如果泵电容器 C2 减小几个数量级,就会产生有趣的变化。这使得泵送电流与振荡器频率成正比:Ipump = 5*C2*Fpump

  从这个想法开始,然后添加一些简单的分立元件,我们原来的逆变器电路就变成了廉价、快速(1 MHz)、低功耗电压频率转换器的。图 2显示了这个过程。

  图2改进后的电压逆变器变为省电的1MHz VFC。
  输入电流 = Vin/R1给 C3 充电,导致跨导放大器 Q1、Q2 吸收电流,从而增加来自施密特触发器振荡器电容 C1 的电流。这会增加 U1c 振荡器频率以及由 U1a、b 和 C2 泵送的电流。这是因为泵送电流具有负极性(记住我们从电压反相电路开始);它完成了一个反馈回路,该回路不断平衡泵送电流以等于输入电流:
  Ipump = 5*C2*Fpump = Vin/R1
  Fpump = Vin/(5*C2*R1) = Vin/(5*100pF*10,000) = 200kHz*Vin
  Q3 提供启动每个振荡器周期的斜坡复位脉冲。R6 限制 C2 放电电流,以防止驱动 U1 引脚 1 衬底二极管导通,这可能会窃取一小部分 Ipump,从而产生非线性。R5/R3 的比率选择在 Vin 和 Fpump 等于零时平衡 Q2/Q1 集电极电流,从而限度地减少 Vin 零偏移。因此,线性度和零偏移误差小于满量程的 1%。
  然而,如果 +5 逻辑电源轨不够准确,则可能会出现不可接受的比例因子误差。

  如果我们想要一个不受 +5 不稳定性影响的精密电压基准,该怎么办?图 3回答了这个问题。

  图 3 U2 分流基准将 C2 电荷稳定至 +5 独立精度 2.50 V。
  然而,添加参考确实会增加约半美元的零件成本和约半毫安的功耗。这些总和对于准确和快速的转换来说仍然是相当合理的价格。是的,对于 VFC 来说,一毫秒内的 10 位分辨率相当快。
  请注意,可以选择 R1 来实现几乎任何所需的 Vin 满量程因子。
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