[电路]电荷泵

电荷泵(Switch CAP),降压器,倍压器,反压器,等压器

电荷泵特点

优点

  1. 比LDO更高的转换效率
  2. 比开关变换器设计简单,只需要电容变换
  3. 比开关变换器小(没有电感)
  4. 电压可升可降

缺点

  1. 有限的输入输出范围
  2. 标准的电荷泵是不带调压的,具有调压特性的电荷泵,通常会有较高的损耗
  3. 输入输出电压关系单一:

VOUT>VIN(,...)V_{OUT}>V_{IN}(两倍,三倍...)

VOUT<VIN()V_{OUT}<V_{IN}(极少见)

()负压输出(反极性)

  1. 非常有限的电流输出能力

电荷泵电路

电荷泵基本电路

降压器(VOUT=12VINV_{OUT}=\frac{1}{2} \cdot V_{IN})

倍压器(VOUT=2VINV_{OUT}=2\cdot V_{IN})

反压器(VOUT=VINV_{OUT}=- V_{IN})

等压器(VOUT=VINV_{OUT}=V_{IN})

电荷泵拓展电路

  • 当输入输出不是以上电压倍数关系时,可通过更多的飞跨电容与开关,实现更多的电压转换比。

VOUT=23VINV_{OUT}=\frac{2}{3} \cdot V_{IN}

###VOUT=1.5VINV_{OUT}=1.5\cdot V_{IN}

稳压电荷泵

  • 当输入变化时,如何得到一个稳定的输出,具体的实现架构有两种方式。
  • 且在实际工作过程中,电荷泵芯片会在上述的几种基本电路中进行切换。

Charger pump+LDO

  • 通过两级架构,在不稳定的电荷泵后级,加一级LDO进行稳压,从而实现当前级波动时,后级也能够相对稳定。

Input pre-regulation

  • 也可通过后级输出电压进行采集,经过比较器进行比较,进而控制一个前级可调器件的阻值(如放大区的MOS管、三极管),使用类似LDO的原理,调节前级的输入电压,保证了电荷泵的输入电压的稳定,进而保证了电荷泵输出电压的稳定。

Boost电路的倍压与反压

  • 可利用电荷泵的原理,对Boost电路进行拓展,实现输出电压的倍压与反压。
  • 但需要注意,电荷泵无法输出大电流,无法拖载大功率设备


参考:
如何解决设计难点(第一部分)