آلية عمل مكثف التمهيد لرقاقة الطاقة الخافضة للجهد

الشكل 1: وحدة تزويد الطاقة BUC

عادةً، عند تصميم مصدر طاقة خافض للجهد غير متزامن، يتم توصيل مكثف تمهيدي بين طرفي SW وBOOT للشريحة، كما هو موضح في الشكل 1 (C1). يعتمد المكثف التمهيدي على خاصية عدم تغير الجهد عبره فجأة. فعند تثبيت جهد معين عبر المكثف، وعند زيادة الجهد عند الطرف السالب، يبقى الجهد عند الطرف الموجب مساويًا لفرق الجهد الأصلي عند الطرف السالب، مما يزيد من جهد التشغيل.

الشكل 2: مخطط البنية الداخلية لرقاقة باك

تتكون شريحة خفض الجهد الموضحة في الشكل 2 من ترانزستورين من نوع NMOS، يعملان بالتناوب بطريقة تكاملية. يُغذى جهد الدخل الكلي VIN عبر منظم جهد داخلي، يُخرج جهدًا منخفضًا مستمرًا Vb لشحن طرف البوت Vboot. عادةً ما يكون منظم الجهد الداخلي هذا مزود طاقة منخفض التسرب (LDO). أثناء تشغيل شريحة خفض الجهد، عندما يكون ترانزستور MOSFET Q2 منخفض الجهد في وضع التشغيل، يكون جهد SW مساويًا للصفر. يقوم جهد خرج LDO، Vb، بشحن مكثف البوتستراب C1، الذي يمر بعد ذلك عبر الصمام الثنائي D1 ثم عبر ترانزستور MOSFET Q2 منخفض الجهد. يكون الجهد عبر المكثف مساويًا تقريبًا لـ Vb، ويكون جهد طرف البوت الآن هو Vb. عندما يكون ترانزستور MOSFET Q2 منخفض الجهد في وضع الإيقاف وترانزستور MOSFET Q1 عالي الجهد في وضع التشغيل، يرتفع الجهد عند طرف البوت من 0 فولت إلى VIN. يتم تأريض القطب S لترانزستور MOSFET Q2 منخفض الجهد مباشرةً. طالما أن جهد القطب G يُخرج مستوىً عالياً (>Vth)، فإن ترانزستور MOSFET Q2 ذو الجانب المنخفض سيعمل. جهد القطب S لترانزستور MOSFET Q1 ذو الجانب العالي هو جهد الدخل VIN. للحفاظ على حالة التشغيل لترانزستور MOSFET Q1 ذو الجانب العالي، يجب أن يكون جهد تشغيل بوابته أكبر من VIN + Vgs(th). بما أن الجهد عبر المكثف لا يمكن أن يتغير فجأة عند هذه النقطة، يتم رفع جهد طرف BOOT إلى جهد أكبر من VIN (VIN + Vb). المكثف C1 موصول بالتوازي مع مصدر طاقة وحدة تشغيل ترانزستور MOSFET Q1 ذو الجانب العالي، HS Driver. يُفرغ مكثف التمهيد C1 تفريغه لتزويده بالطاقة، وجهد التغذية هو فرق الجهد عبر مكثف التمهيد. بفضل وجود مكثف التمهيد، يحقق جهد بوابة-مصدر MOSFET Q1 عالي الجهد شرط التشغيل (Vgs > VIN + Vgs(th))، مما يحافظ على حالة تشغيل MOSFET Q1 عالي الجهد. وطالما أن الجهد بين طرف BOOT وطرف SW أعلى من عتبة BOOT UVLO، يبقى MOSFET Q1 عالي الجهد قيد التشغيل. وعندما ينخفض ​​جهد مكثف التمهيد إلى ما دون عتبة BOOT UVLO نتيجةً للتفريغ، يتم إيقاف تشغيل MOSFET Q1 عالي الجهد، بينما يتم تشغيل MOSFET Q2 منخفض الجهد، مما يؤدي إلى شحن مكثف التمهيد بشكل دوري، وبالتالي تنفيذ وضع التحكم PWM لمصدر الطاقة الخافض.

• المقالة السابقة

  تطبيق مستشعرات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة في الكشف عن اهتزازات المعدات الصناعية

• الصفحة التالية

  تحليل مستشعرات سرعة العجلات في تقدير معدل الدوران الزاوي للاتجاه لنظام الملاحة بالقصور الذاتي