Ladungspumpe Frequenz

[Elek]

Hallo Leute,
ich stehe vor folgemden Problem. Ich möchte einen High-Side-Switch schalten. Zur Spannungsversorgung nutze ich eine Ladungspumpe. Nun stellt sich mir die Frage, wie man die Schaltfrequenz des Schalters und die Ladungspumpenfrequenz berechnet,sprich in welcher Abhängigkeit die beiden voneinander sind. Habt ihr Vorschläge?

Gruß,
Elek

[Besserwessi]

Sofern immer eine genügende Schaltfrequenz vorhanden ist, kann man die auch gleich für die "Ladungspumpe" mit nutzen. So wird das z.B. bei vielen Halbbrückentreibern gemacht, die Ladungspumpe ist da als solche kaum zu erkennen und eigentlich nur noch eine Diode und ein Kondensator.

Bei einer separaten Ladungspumpe ist man mit der Frequenz frei - je höher die Frequenz, desto mehr HF Störungen und Schaltverluste, aber dafür dürfen die Kondensatoren kleiner sein. Viel unter 100 Hz würde ich nicht gehen, sonst werden die Pulse auf der Eingangsseite groß und man braucht ggf. da mehr Kapazität.

[Elek]

Was sind denn HF Störungen? Und dürfen die Kondensatoren deswegen kleiner sein, weil die ja "schneller" (weil höhere Frequenz) wieder nachgeladen werden?

Und mal im aller optimalsten Fall, muss der Kondensator ja ganz genau soviel Ladung speichern können wie das Gate zu Schalten benötigt oder?

Gibt es dazu irgentwie eine Formel die den Zusammenhang zwischen Ladungspumpenfrequenz und Schaltfrequenz beschreibt?

Desweiteren habe ich noch eine ziemliche "Idiotenfrage".
Wie ist es denn überhaupt möglich, dass eine Ladungspumpe überhaupt funktioniert? Zwischen den Kondensatorplatten kann ja kein Strom fliessen. Wie können denn dann die Ladungsträger (also die Elektronen) von dem einen auf den anderen Kondensator wandern?

[Besserwessi]

Der Kondensator ist so eine Art Eimer für Elektronen - da können je nach Spannung einige rein und dann auch wieder raus. Der Strom fließt durch die Ladungspumpe nicht kontinuierlich, sondern halt getaktet in kleinen Paketen. Der mögliche Strom ergibt sich aus Frequenz mal Kapazität mal dem Spannungsverlust durch entladen des Kondensators - also etwa um wie viel die Spannung kleiner wird als die Leerlaufspannung. Eine höhere Frequenz liefert einfach mehr Strompakete, und die Kondensatoren dürfen entsprechend kleiner werden.

Die Ladungspumpe muss nur genug Strom liefern können ohne dass die Spannung zu weit absackt. Wird weniger Strom abgenommen steigt halt nur die Spannung etwas an in Richtung der Leerlaufspannung. Etwas größer schadet also nicht. Für den Gate Treiber braucht man einen Strom von wenigstens der Schaltfrequenz mal Gateladung. Die Gateladung ist meist auch im Datenblatt angegeben. Vereinfacht ist das Kapazität mal Gate-Spannungshub - wobei die Kapazität nicht nur die Gate-Source ist, sondern auch die Gate-Drain Kapazität dazukommt mit einer oft höheren Spannung.

Wenn die Spannung durch die Last um vielleicht 1/4 einbrechen darf, könnte man die nötige Frequenz für die Ladungspumpe dann etwa daraus berechnen:
f_Ladungspumpe * C_Pumpe * U / 4 = f_FET * Q_gate
Wenn man mag mit Q_gate = C_GS*U_GS + C_GD * U_GD.

[i_make_it]

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[Elek]

Vielen dank für eure Antworten. Das heisst dann aber, dass die Ladung (also die Elektronen) bereits auf der Kondensatorplatte drauf sind und sich dann einfach nur verschieben`?

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