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DC-DC电荷泵的研究与设计
发布时间:2016-08-13 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
VOUT=－(VIN-Vtp-Iout/((CFLY+Csn+Csp)fosc)
-Iout/((COUT+Csn+Csp)fosc)) 电感器厂家（5）
4 对输出为负电压电荷泵的改进
（1）功率MOSFET作为开关管的特点：
图2中的S1、S2、S3、S4采用功率MOS管器件，功率MOSFET是压控元件, 具有输入阻抗大、开关速度快、无二次击穿现象等特点。功率场效应管(MOSFET)由于是单极性多子导电，显著地减小了开关时间。但是对于MOS管来说决定开关速度的因素有二：一是开关电容的导通电阻，二是充放电电容的大小，为了获得较高的采样速度需要采用大宽长比的器件（采用大尺寸的功率MOS管）和较小值的电容。然而栅极的驱动速度在很大程度上也决定了功率MOSFET 的开关速度,这就需要提供具有高速驱动能力的电路来满足这一要求。为了减小开关时间，对MOS管的驱动电路进行一定扁平型电感的改进。实际应用中功率MOSFET的输出级还要带负载,因此影响开关速度的大小不光有驱动速度的问题,还有输出负载大小的问题。
（2）功率MOSFET驱动特性分析：
功率MOSFET的极间电容较大，其等效电路如图3所示[3],输入电容Cin=CGS+CGD，输出电容COUT=CDS+CGD，CG功率电感器D作为反馈电容。
图3 功率MOSFET极间电容等效电路
开关管开通延迟时间td=-CinRonln|1-VGS/VGG|
上升时间tr=2.2Ron(Ciss+(1-A)Cgd)，其中A为与△VDS/△VGS相关的系数。
整个开通时间ton=td+tr （6）
由于Ron=VGS/IOM为开关管的导通电阻，代入式（6）可得：
（7）
由(7)式可知，开关的导通速度与通过开关的电流大小成正比，电流越大，ton越小，开关的速度越快。为提高MOSFET管的驱动速度,要求驱动电路:
a)能够提供足够大的驱动电流, 即驱动电路的充电电阻要充分小, 以缩短导通时间。
b)具有足够的泄流能力, 即放电电阻要充分小,以提高开关管的关断速度差模电感器。
根据以上要求，考虑到由于三极管的导通电阻小的特点，并且对管互补作用消除了少数载流子存储时间的影响，可以达到很高的驱动速度，因此采用互补对称型射极输出器(图4)来驱动功率MOS开关管。
图4 互补跟随电路
该驱动电路利用V4、R1、R2组成模拟电压源，产生正向偏压，使其值等于或稍大于导通电压，只要有信号输入，R1、R2即可轮流导通，克服了互补对称管必然存在的交越失真现象。忽略IB4，
通过调整R1与R2的比值来调整偏压值的大小。
5 时钟控制信号
（1）为了提高MOS管的开关速度，我们来考察一下电容两端电压与时间的关系从而确定最小时钟周期，减小功耗，提高转换效率。
在不考虑沟道调制效应的前提下，电容在放电过程中所产生的电压输出与时间的关系：
VOUT=
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