La bomba de carga, el capacitor volador y el voltaje negativo

Voltaje positivo y negativo: charge pump y capacitor flying

Para agitar los cristales, el sistema genera un voltaje positivo y uno negativo (del orden de +4 V y −4 V, aunque según el modelo pueden llegar a ±5,5 V). El positivo lo hace un charge pump; el negativo se obtiene invirtiéndolo con un capacitor flying (volador). Si te llega un equipo sin voltaje negativo, revisa la línea que lo habilita.

Por qué el cristal líquido necesita que el voltaje le cambie de signo

La pregunta sale sola: si lo único que hay que hacer es mover unas moléculas, ¿por qué no basta con un voltaje fijo? Porque cuando le aplicas un voltaje continuo, que siempre empuja para el mismo lado, las moléculas se van quedando pegadas a un solo extremo de la celda: el cubito deja de trabajar como una válvula de luz y se empieza a portar como una especie de capacitor cargado. De ahí salen dos consecuencias, y ninguna es buena: el cristal responde peor y dura menos.

Por eso el sistema no le manda un voltaje quieto, sino uno que le cambia de signo. Todo el aparato que viene enseguida —la bomba de carga y el capacitor volador— existe por esa razón, no por capricho del fabricante.

Quién hace el cambio de signo

El positivo y el negativo por sí solos no alternan nada: ahí están los dos, quietos. El que alterna es el PWM con su driver. El PWM no entrega voltaje, entrega unos y ceros; el driver es el que aterriza esos unos y ceros a voltajes de verdad: le llega un uno y deja pasar el positivo, le llega un cero y deja pasar el negativo. De ese ir y venir sale una señal que varía en el tiempo, y de ahí sale la frecuencia: ya no es corriente continua, que es justamente lo que mata al cristal.

Y ese vaivén no llega crudo a la celda: llega a un transistor, que es el que deja pasar más o menos voltaje al cristal líquido. Guárdate la cadena completa, que se repite en medio celular: el PWM ordena, el driver convierte y el transistor ejecuta. Con eso en la cabeza, una pantalla que tiene su positivo y su negativo y aun así no muestra nada deja de ser un misterio: los voltajes pueden estar todos y el que da la orden puede no estar dándola.

Cómo se fabrica un voltaje NEGATIVO

Hay dos formas, y las dos se usan en los celulares:

• Con el capacitor volador: se carga un capacitor con, digamos, 3 V, y después, con interruptores, se le da la vuelta y se conecta al revés. Ese mismo capacitor ahora entrega −3 V. Se llama volador porque literalmente vuela: se desconecta de un lado y se conecta al otro, rapidísimo.
• Con la bobina: una bobina conectada a tierra puede entregar voltaje negativo. Esa es la clave del buck-boost, al que también le dicen inverter.

En los dos casos, quien guarda ese voltaje negativo para entregárselo a la pantalla es un capacitor.

Darle la vuelta al capacitor: cuatro interruptores en dos parejas

Lo primero es sacarse de la cabeza la idea de voltearlo con la mano: ese capacitor está soldado a la placa. La vuelta no es física, es eléctrica: no se mueve el componente, se le cambian las conexiones. Y quien se las cambia son cuatro interruptores trabajando en dos parejas.

• Fase 1: se cierran A y B. El capacitor queda en paralelo con la fuente y se carga con su mismo voltaje, digamos 3 V, con el positivo arriba y el otro extremo a tierra.
• Fase 2: A y B se abren y se cierran C y D. Con eso, el extremo que estaba en +3 V queda conectado A TIERRA.

Ahí está toda la gracia: si ese extremo iba 3 V por encima del otro y ahora está en cero, entonces el otro queda 3 V POR DEBAJO de tierra. Ese extremo es el que se saca como salida. Es un sube y baja: la diferencia entre las dos puntas no cambió, lo que cambió fue cuál de las dos está apoyada en el piso. Quien manda las dos parejas es un PWM, y a la segunda le llega la misma señal pasada por un inversor.

El mismo capacitor volador, ahora en la carga directa

El capacitor volador no es «el del voltaje negativo». Es un capacitor al que unos interruptores le cambian las conexiones para lo que haga falta. En Samsung de gama alta de la serie S, y en modelos como el A23, vas a ver capacitores que salen y vuelven al integrado en la línea de carga, en un circuito rotulado Direct Charger.

• En una primera fase los ponen en SERIE: el voltaje de entrada se reparte entre los dos.
• En una segunda fase los ponen en PARALELO, y ahí lo que se suma ya no es voltaje sino corriente.

Eso es el doblador de corriente: entra el doble de voltaje del que necesita la batería y sale la mitad de voltaje con el doble de corriente.