(一) Reverse Battery Protection and Charge Pump Circuit
CCP1 ≥ 50nC × 3 / (12V + 11V−(2×0.75V)) = 7nF
所以选择 Ccp1的电容值为 10nF,Ccp2的电容值为100nF
图 3 Charge Pump – P spice Simulation
CCP1的电荷泵电容值取决于选定的电荷泵频率、电压纹波和静态HS开关驱动的GDU电流,电荷泵二极管必须使用更低的正向压降和尽可能快的开关时间比如快速恢复二极管。
图 1 Reverse Battery & Charge Pump
如图1所示为 S12ZVM系列MCU 电源防反接和电荷泵典型应用电路设计。该应用电路主要由电源防反接N-MOSFET Q2、三极管Q3、二极管D10、D8、D9、D12、D13构成,该应用电路的实现原理如下:
(1)Reverse Battery Protection
a、当12V电源输入端接反(VBAT1接电源负极、GND接电源正极)时,三极管Q3的基极B电压大于发射极E端的电压, Q3导通,忽略三极管的导通压降,此时N-MOSFET Q2的栅极电压G和源极S的电压相等,N-MOSFET不满足导通条件,Q2截止,后级电路无电流通过,起到保护后级元器件的作用。
b、当12V电源输入正确连接(VBAT1接电源正极、GND接电源负极)时,三极管Q3的基极电压B小于发射极E端的电压,Q3截止,此时电流通过两个路径给电荷泵电容充电,第一个路径是D8、D9、C27、C19。第二个路径是D12、D13、C28、C29。此时N-MOSFET Q2的栅极电压G约为22V,源极电压S为12V,Q2导通,电流正常流过后级电路。
(2)Charge Pump Circuit
S12ZVMx MCU 电荷泵简要电路图如下所示:
图 2 Charge Pump Circuit
电荷泵电压主要用于为高侧MOSFET预驱动器提供足够的电流以维持栅极源电压。为了产生这个电压,外部电荷泵由引脚CP来驱动,在0v和11v之间切换,然后将 Pumped Voltage 施加到引脚VCP上。电荷泵输入/输出引脚,是电荷泵电路的开关节点。电荷泵驱动的电源电压是电压调节器VLS的输出。
VCP Pin 的电压计算公式为:
VCP = VIN+CP−2(VfwdDCPX)
电荷泵电容值[Ccp1], 取决于高边驱动器所需的能量,公式为:
Ccp1 ≥ ΔQG×NHSD / VCP
Ccp2 的值>> Ccp1,建议是10倍的关系
其中时间常数近似为:
τ = (1/fswCP×CCP1) x (CCP2+CCP1)
其中 Fswcp 是GCPCD寄存器配置的开关频率.
例如:
VIN = 12 V
CP = 11 V
ΔQG = 50 nC NHSD = 3 Highside drivers
VfwDCP = 0.75 V
则算出来的电荷泵电容值为:
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