Was ist eine Ladungspumpe?
Eine Ladungspumpe ist eine Art Konverter, der Kondensatoren verwendet, um die Eingangsspannung einer Stromquelle zu ändern. Die Kondensatoren dienen zum Speichern und Übertragen von Energie, so dass der Stromkreis eine niedrigere oder höhere Spannung an einen Teil eines Geräts - wie z. B. einen LCD-Bildschirm - liefert, als die Hauptstromquelle bereitstellt. Als eine Art Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC-DC-Wandler) ist er eine relativ einfache Schaltung, aber seine geringe Größe und geringen Kosten machen ihn zu einer guten Option für viele tragbare Elektronikgeräte.
Wie es funktioniert
Eine einfache Ladungspumpe erhöht die Spannung einer Stromversorgung, indem ein Kondensator auf die gleiche Spannung wie die Stromversorgung aufgeladen wird. Ein Schalter wird verwendet, um den Stromkreis zu ändern und den Kondensator in Reihe mit der Stromversorgung zu schalten, wodurch die Spannung effektiv verdoppelt wird, vorausgesetzt, es treten keine elektrischen Leckströme auf. Zusätzliche Kondensatoren können hinzugefügt werden, wodurch die für die Ausgabe verfügbare Spannung erhöht wird, und die schnelle Schaltrate minimiert die Ladungsmenge, die jeder Zyklus speichern und aus dem Kondensator entladen muss. Die Spannung einer Ladungspumpe hängt von der Last ab, was bedeutet, dass eine höhere Belastung des Stromkreises eine niedrigere Durchschnittsspannung erzeugt.
Das Schalten der Ladungspumpe wird typischerweise von einer externen Schaltung angesteuert. Einfache Ladungspumpen ändern die Spannung der Stromquelle um einen ganzzahligen Wert, z. B. das Verdoppeln oder Verdreifachen der Spannung, und andere Topologien können die Spannung verringern, anstatt sie zu erhöhen. Ladungspumpen mit komplexeren Reglern und Schaltkreisen können eine bestimmte Ausgangsspannung oder einen bestimmten Spannungsbereich erzeugen und ein Regler kann die Ausgangsspannung konstant halten.
Wo Ladungspumpen verwendet werden
Ladungspumpen finden sich in einer Vielzahl von Elektronikgeräten, die eine relativ niedrige Eingangsspannung erfordern, jedoch Elemente aufweisen, die höhere Spannungen benötigen. Sie können verwendet werden, um kurzzeitige Spannungsspitzen zu erzeugen, sodass die Batterien im Standby-Modus länger halten. Eine Ladungspumpe ist in der Regel sehr klein und kann in immer winzigere tragbare Elektronikgeräte eingebaut werden. Moderne Entwicklungen haben dazu beigetragen, diese effizienter zu machen.
Zu einer bedeutenden Anzahl kleiner Elektronikgeräte gehören EEPROM-Chips (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) und Flash-Speicher. Diese Speicherchips erzeugen mithilfe von Ladungspumpen einen Hochspannungsimpuls, um vorhandene Daten in ihrem Speicher zu löschen, sodass neue Daten in diese Speicherzelle geschrieben werden können. Ladungspumpen werden auch verwendet, um die Spannung an Flüssigkristallanzeigen (LCDs) in Geräten wie Mobiltelefonen und Digitalkameras zu erhöhen.