發布日期：2022-04-20 點擊率：90
在結束這個關于電荷泵的簡短系列文章時，我想給你一些電路想法，讓你思考一個基本的電荷泵電路作為一個適用于廣泛應用的構建塊。如果我們的應用程序需要一個非標準的解決方案，那么我們很有可能可以將幾個簡單的組件拼湊在一起。
目前實用的電荷泵的主要不是則是很難實現大功率、高電壓應用，在這些方面，目前電感式開關DC-DC轉換器還有著無可比擬的優勢。具體而言，電荷泵目前主要的用途如下：
小功率倍壓、電壓反轉應用，典型的應用如單電源的5V、3V系統為RS232等串行系統提供±12的信號電平。
倍壓應用，目前主流應用是驅動LED尤其白光LED，在電池供電的手機、數碼相機等領域，為LED背光照明和LED閃光燈提供合適的電源。另一個很廣泛的應用是為EEPROM和flash存儲器提供讀寫電源，這些存儲器IC的電源軌一般是1.8V、3.3V，而讀取需要+5V，擦寫需要12V，將電荷泵集成到這些存儲器IC中，就可以實現單一電源供電。
電荷泵的基本原理是給電容充電，把電容從充電電路取下以隔離充進的電荷，然后連接到另一個電路上，傳遞剛才隔離的電荷。我們形象地把這個傳遞電荷的電容看成是“裝了電子的水桶”。從一個大水箱把這個桶接滿，關閉龍頭，然后把桶里的水倒進一個大水箱[8]。電荷泵也稱為開關電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”或“泵送”電容，而非電感或變壓器來儲能的DC-DC變換器（直流變換器）。它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產生負電壓。其內部的MOSFET開關陣列以一定的方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(1/2,2或3)倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。
電荷泵的每一級都會將輸出電壓增加大約開關波形的幅度。如果我們想要更高（或者，在反相電荷泵的情況下，更負）輸出電壓，我們可以級聯多個電荷泵級（參見圖 1）。
圖 1：級聯多個電荷泵級
我們還可以組合受監管和不受監管的電荷泵級。圖 2 顯示了這樣一個電路，其中可以在大約 15V 和 30V 之間調節輸出電壓。
圖 2：帶有額外非穩壓級的穩壓電荷泵
電荷泵電路在充電階段使用直流電壓來設置飛跨電容器的電壓。如果我們有它們可用，我們可以在充電階段使用不同的電壓作為電源，以提高轉換效率或擴展輸出電壓范圍。
圖 3 顯示了一個電路，該電路使用 5V 輸入電壓從 15V 升壓轉換器產生大約 19.3V 的輸出電壓。
圖 3：高效電荷泵
圖 4 顯示了使用 –5V 電源從 5V 升壓轉換器產生 –9.3V 的電路。
圖 4：高效反相電荷泵
圖 5 顯示了一個漂亮的小電荷泵電路，它采用了 Dickson 乘法器。這使用反相開關波形來減少所需的開關級數。在此應用中，標準邏輯門生成 5V 矩形波形，用于驅動電荷泵電路以生成大約 18V 的輸出電壓（盡管具有低電流能力）。
圖 5：在 Dickson 乘法器電路中使用邏輯門
電荷泵電路有時用于在 DC/DC 轉換器電路中產生自舉電源，如圖 6 所示。在該電路中，連接到開關節點的電容器會產生高于電源電壓的電壓，從而可以使用用于高端開關的 N 溝道 FET。N 溝道 FET 比等效的 P 溝道器件小，從而提高了性能或降低了成本（或兩者的某種組合）。請注意，圖 6 中所示的布置僅在開關節點切換時有效，因此它往往僅用于以強制 PWM 工作的轉換器。
圖 6：DC/DC 轉換器自舉電容器
電荷泵是我們軍械庫中的有用電路。它們成本低、簡單且靈活。許多電路已經具有可用于驅動電荷泵的合適時鐘信號，我們所需要的只是一個合適的驅動級。對于要求更高的應用，TI 提供了一系列專用電荷泵器件，這些器件的性能甚至優于自制電荷泵所能達到的性能。
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