負電壓電荷泵的改進
出處:syney11 發(fā)布于:2009-06-17 15:41:18
在圖1中,S1,S2,S3,S4采用的是功率MOSFET器件。功率MOSFET是壓控元件,具有輸入阻抗大、開關速度快、無二次擊穿現(xiàn)象等特點。由于功率MOSFET是單極性多子導電,故顯著地減小了開關時間。決定MOSFET開關速度的因素有開關電容的導通電阻和充、放電電流的大小,故為了獲得較高的采樣速度需要采用大尺寸的功率MOSFET和較小值的電容。然而柵極的驅動速度在很大程度上也決定了功率MOSFET的開關速度,這就需要提供具有高速驅動能力的電路來滿足這一要求。為了減小開關時間,可對MOSFET的驅動電路進行一定的改進。在實際應用中,功率MOSFET的輸出級還要帶負載,因此影響開關速度的大小的不光有驅動速度的問題,還有輸出負載大小的問題。

圖1 電容式電荷泵的內部結構
功率MOSFET的等效電路如圖2所示,輸入電容CIN=CGS+CGD輸出電容COUT=CDS+CGD,開關管的開通延遲時間為
上升時間為
式中,A為與UDS、UGS相關的系數(shù);UGG為功率MOSFET柵極(直流)電源電壓;Ciss為功率MOSFET的柵極短路共源輸入電容。
整個開通時間為

由于Ron=UGS/IOM,Ron為開關管的導通電阻,IOM為功率MOSFET的輸出電流,代入式(1-56)可得

由式(1-57)可知,開關的導通速度與通過開關電流的大小成正比,電流越大,ton越小,開關的速度越快。為提高MOSFET管的驅動速度,驅動電路應滿足以下要求。
①能夠提供足夠大的驅動電流,即驅動電路的充電電阻要充分小,以縮短導通時間。
?、诰哂凶銐虻男沽髂芰Γ捶烹婋娮枰浞中?,以提高開關管的關斷速度。
根據(jù)以上要求,考慮到三極管導通電阻小的特點,并且由于互補對管可消除少數(shù)載流子存儲時間的影響,從而可以達到很高的驅動速度,因此可采用互補對稱型射極輸出器來驅動功率MOSFET,如圖3所示。

圖2 功率MOSFET極間電容等效電路

圖3互補跟隨電路
該驅動電路利用VT4、R2、R2組成模擬電壓源,以產生正向偏壓,并使其值等于或稍大于導通電壓,只要有信號輸入,VT1、VT2即可輪流導通,這可克服互補對稱管必然存在的交越失真現(xiàn)象。通過調整R1與R2的比值可以調整偏壓值的大小。
為了提高MOSFET的開關速度,應根據(jù)電容兩端電壓與時間的關系確定時鐘周期,以減小功耗,提高轉換效率。時鐘頻率確定的原則是:既要保證電容充、放電完全,又要盡量使用高頻時鐘,以減小電路功耗、提高轉換效率。
為了避免電容在沒有完全充、放電時即進人相對工作狀態(tài),會對導通時間的準確性及對開關管性能造成影響,可采用非交疊時鐘信號。非交疊時鐘發(fā)生器的原理圖如圖4所示,ClK為原始的時鐘信號,Φ1和Φ2為相位相反的非交疊時鐘信號。

圖4 非交疊時鐘發(fā)生器的原理圖
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