チャージ ポンプは、Hブリッジ トポロジでハイサイドMOSFETをオンにするためによく使用されます。アプリケーション電圧Vsよりも低い電圧を生成してローサイドMOSFETをオンにすることができます。ローサイドはグランドを基準としますが、ハイサイドはアプリケーションの最大電圧であるVsを基準とします。
したがって、 チャージポンプ ゲートにVsより高い電圧を印加する必要がある。 MOSFET。これは、コンデンサCbootをVcpに等しい電圧で充電することによって実行できます。この電圧は、数百キロヘルツの標準周波数でGNDとVcpを切り替える内部発振器から供給されます。電圧VbootはVsとVcpの合計に等しくなり、ハイサイドMOSFETのゲートに印加されます。最初の図はこの回路図を示しています。抵抗器 回路内の電流を制限するために追加できます。
チャージ ポンプは次の原理に従います。チャージ ポンプが接地されると、コンデンサCcpはダイオードD1を介してVsによって充電されます。
チャージ ポンプ発振器の電圧がVcpまで上昇すると、D1は逆バイアスされ、CbootはCcpからD2を介して充電されます。数サイクル後、Vboot電圧はVに等しくなります。 s +V cp -V D1 -V D2。
図3
チャージ ポンプ発振器は数百キロヘルツで発振するため、D1およびD2ダイオードはショットキー型でなければなりません 。デュアル フル ブリッジ ドライバL6205PDなどのレガシー製品には、Vcpが10Vに等しいチャージ ポンプが統合されています。
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BAV99は、電圧が0 ～ 10Vの間で変動する場合の堅牢なチャージ ポンプ設計の要件を満たす、一般的な安価なショットキー ダイオードです。
コストを削減し、生産を簡素化するために、多くの企業は、特にチャージポンプのような一般的でシンプルな設計のコンポーネントの場合、信頼性が実証されている設計とコンポーネントを再利用しようとします。しかし、シンプルなデザインであっても当然と考えると、裏目に出ることがあります。チャージポンプを7.5Vまたは15Vにプログラムできる2相バイポーラ ステッピング モーター ドライバーであるL6480を取り上げます。
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市場投入までの時間にプレッシャーを感じているエンジニアは、BAV99を見て、それが設計に論理的に適合すると考えるかもしれません。残念ながら、このダイオードはすべての条件下では機能しないため、デバッグが予想以上に複雑になります。実際、温度変化によりモーターが突然停止することがあります。L6480には、Vboot電圧が低すぎる場合にモーターを停止する保護回路が搭載されています。上記のように、Vboot電圧は、Vcp (L6480の場合は7.5V) からダイオードの順方向電圧の2倍を引いた値に等しくなります。BAV99の順方向電圧の仕様は次のとおりです。
チャージ ポンプ回路での電流の制限方法と周囲温度に応じて、順方向電圧は0.3V ～ 1.2Vの範囲になります。L6480の例では、7.5V – 2 * 1.2V = 5.1Vとなり、これは5.5Vのターンオフしきい値よりも低くなります。
この問題を解決するには、順方向電圧が低いショットキーダイオードが必要です。BAR43は、順方向電圧があらゆる条件下で0.5Vであり、Vbootが常にL6480のターンオフしきい値を上回る一般的なダイオードです。
このチャージ ポンプの例は、電子回路を設計するときに仕様を見落としてはならない理由を示しています。設計を盲目的にコピー/貼り付けすると、断続的な障害が発生する可能性があります。15Vでは、回路はBAV99で完璧に動作します。7.5Vでは、システム障害が発生した後、回避できたはずのものをデバッグするのに多くの時間を費やすことになるかもしれません。