Circuitos Condensadores Conmutados

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Los circuitos de capacitores conmutados son una amplia clase de soluciones de circuito basadas en la conmutación periódica de capacitores .

Recibió la mayor distribución con el desarrollo en la industria de circuitos integrados utilizando tecnología de aislamiento de óxido (por ejemplo, CMOS ). El bajo nivel de absorción dieléctrica y la baja fuga dieléctrica han hecho posible crear capacitores de alta calidad con buena repetibilidad. Al mismo tiempo, con las resistencias en el marco de esta tecnología de semiconductores, todo fue mucho peor en términos de área ocupada, repetibilidad y estabilidad de las clasificaciones, capacitancias parásitas. Esta situación condujo rápidamente al desarrollo de una serie de soluciones de circuito específicas.

Cabe señalar que las soluciones basadas en condensadores conmutados se utilizaron anteriormente en una versión discreta en casos especiales.

Circuitos de bombeo de carga

Los circuitos de la bomba de carga ( eng. bomba de carga, bomba de carga) se refieren a uno de los tipos de convertidores de CC a CC (convertidores CC-CC). Este tipo de convertidor utiliza condensadores para almacenar carga, que se transfiere de un condensador a otro mediante un sistema de interruptores. El nombre "bomba de carga" generalmente significa un convertidor elevador de baja potencia en el que los condensadores están conectados a la fuente del reloj y los diodos actúan como interruptores. Los dos estados de reloj lógico ("0" o "1") definen las dos fases de conmutación (topologías) del circuito de la bomba de carga. Las bombas de carga bifásicas incluyen todos los multiplicadores de voltaje de diodo, así como algunos convertidores complejos como la bomba de carga de Fibonacci y los convertidores Luo de elevación múltiple. También existen circuitos con múltiples fases de conmutación (multifase). Si la bomba de carga baja el voltaje y hay algún mecanismo para su ajuste suave, se usa el nombre de convertidor de condensador conmutado (PPC). El voltaje de salida del FPC en reposo en estado estable se puede encontrar resolviendo un sistema de ecuaciones lineales. Siempre que toda la carga recibida se transfiera a la salida, la eficiencia del PPC es igual a la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de circuito abierto.

Multiplicadores de voltaje

Divisores de tensión

Filtros

Filtro de paso bajo

La figura de la derecha muestra un filtro de paso bajo clásico en una cadena RC. La frecuencia de corte de la cadena RC se calcula mediante la fórmula

f_{0}={\frac {1}{2\pi \cdot R\cdot C))

Para un circuito de capacitor conmutado, la frecuencia de corte se calcula con el reemplazo de la resistencia (consulte "Reemplazo de resistencias integradas" a continuación) usando la fórmula

f_{0}={\frac {1}{2\pi \cdot R\cdot C_{2}}}=f_{c}{\frac {C_{1}}{2\pi \cdot C_ {2}}}

dónde:

$f_{0}$ es la frecuencia de corte del filtro,
${\ estilo de visualización C_ {1}}$ y son las capacitancias de los capacitores, ${\ estilo de visualización C_ {2}}$
$f_{c}$ es la frecuencia de conmutación del condensador.

Filtro de paso de banda

ADC y DAC

Sigma-delta ADC y DAC

ADC con doble integración

Convertidores de tensión-frecuencia

Dispositivo de muestreo y retención

Amplificadores estabilizados Chopper

Una variedad de amplificadores operacionales (op-amps). Para combatir un parámetro parásito como el voltaje de polarización del amplificador operacional, se utiliza un circuito de condensador conmutado. Mide y "recuerda" periódicamente el voltaje de compensación del amplificador operacional y lo resta del voltaje de entrada. Esta solución hace posible construir amplificadores operacionales de precisión de bajo costo para uso masivo. Las desventajas de esta solución son la presencia de ruido de circuito de conmutación que, sin embargo, tiene un espectro fijo y, como resultado, puede filtrarse fácilmente.

Un tipo específico de amplificador de precisión es el circuito modulador-demodulador, que también utiliza condensadores. Ahora esta variedad prácticamente no se usa.

Aislamiento galvánico

Sustitución de resistencias integradas

Se sabe que la fuerza de la corriente en el conductor es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del conductor ( Ley de Ohm para una sección homogénea del circuito). Al mismo tiempo, la intensidad de la corriente es igual a la relación de la carga transferida a través del conductor en un intervalo de tiempo . $yo$ $tu$ $R$ $yo$ ${\ estilo de visualización \ Delta Q}$ ${\ estilo de visualización \ Delta t}$

I={\frac{U}{R}}

y (1)

I={\frac {\Delta Q}{\Delta t))

dónde:

I - fuerza actual,
U - voltaje o diferencia de potencial,
R es resistencia.

La resistencia del circuito se calcula mediante la fórmula.

R={\frac {U\cdot \Delta t}{\Delta Q))

(2)

La transferencia de carga a través del condensador según el esquema de la Fig. 2 se puede calcular mediante la fórmula

Q=C\cdot U

(3)

dónde:

Q es la carga del condensador,
C es la capacitancia del capacitor,
U es la diferencia de potencial entre las placas del condensador.

Usando las igualdades (2) y (3) obtenemos

R={\frac {U\cdot T}{C\cdot U}}={\frac {T}{C}}={\frac {1}{f\cdot C}}

dónde:

T es el período de conmutación del condensador,
C es la capacitancia del capacitor,
f es la frecuencia de conmutación del condensador.

Por lo tanto, la resistencia de un circuito con un capacitor conmutado es inversamente proporcional al producto de la frecuencia de conmutación del capacitor y el valor de su capacitancia.

Otros usos

Tensión de desplazamiento (transferencia)

Véase también

Literatura

M. Gausi, K. Lacker; Traducción del inglés. V. D. Razevich; ed. V. I. Kapustyan. Filtros activos con condensadores conmutados. - M. : Radio y comunicación, 1986.

Cálculo de pérdidas de potencia PPC utilizando una resistencia equivalente

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Varios ACC basados en el sistema numérico binario

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