Eine Ladungspumpe ist eine Art Wandler, der Kondensatoren verwendet, um die Eingangsspannung einer Stromquelle zu ändern. Die Kondensatoren dienen zum Speichern und Übertragen von Energie, sodass der Stromkreis an einen Teil eines Geräts – wie z. B. einen LCD-Bildschirm – eine niedrigere oder höhere Spannung als die Hauptstromquelle liefern kann. Eine Art Gleichstrom-zu-Gleichstrom-(DC-zu-DC)-Wandler ist eine relativ einfache Schaltung, aber ihre geringe Größe und die geringen Kosten machen sie zu einer guten Option für viele tragbare Elektronikgeräte.
So funktioniert er
Eine einfache Ladungspumpe erhöht die Spannung eines Netzteils, indem ein Kondensator auf die gleiche Spannung wie das Netzteil geladen wird. Ein Schalter wird verwendet, um die Schaltung zu ändern und den Kondensator in Reihe mit der Stromversorgung zu schalten, wodurch die Spannung effektiv verdoppelt wird, sofern kein elektrischer Leckstrom auftritt. Zusätzliche Kondensatoren können hinzugefügt werden, wodurch die für den Ausgang 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 ist lastabhängig, was bedeutet, dass eine höhere Last der Schaltung eine niedrigere Durchschnittsspannung erzeugt.
Das Schalten der Ladungspumpe wird typischerweise von einer externen Schaltung angesteuert. Einfache Ladungspumpen modifizieren die Spannung der Stromquelle um einen ganzzahligen Wert, beispielsweise durch Verdoppeln oder Verdreifachen der Spannung, und andere Topologien können die Spannung reduzieren statt erhöhen. Ladungspumpen mit ausgeklügelteren Controllern und Schaltungen können eine bestimmte Ausgangsspannung oder einen bestimmten Spannungsbereich erzeugen, und ein Regler kann die Ausgangsspannung konstant halten.
Wo Ladepumpen verwendet werden
Ladungspumpen finden sich in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, die eine relativ niedrige Eingangsspannung erfordern, aber Elemente aufweisen, die höhere Spannungen benötigen. Sie können verwendet werden, um kurzfristige Stromstöße bereitzustellen, sodass die Batterien im Standby-Modus länger halten. Eine Ladungspumpe ist normalerweise sehr klein und kann in immer kleiner werdende tragbare Elektronik eingebaut werden, und moderne Entwicklungen haben dazu beigetragen, sie effizienter zu machen.
Eine beträchtliche Anzahl kleiner Elektronik umfasst elektrisch löschbare programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROM)-Chips und Flash-Speicher. Diese Speicherchips verwenden Ladungspumpen, um einen Hochspannungsimpuls zu erzeugen, um vorhandene Daten in ihrem Speicher zu löschen, wodurch 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.