电荷泵电路动作原理及特点
1、电荷泵电路动作原理
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图2.电荷泵ic之使用电路
电荷泵电路通常又叫为切换式电容转换器（switchedcapacitorconverter）包含二极管或切换开关与电容的切换网路，图2为电荷泵ic之使用电路，ic内部具有2个可控式开关与振荡器，其外部接2个电容c1、c2，此电路亦可由离散元件组成如图3（a）所示，只要1个振荡器，如ne555与1个逻辑反向，如4009ub及2个二极管d1、d2和2个电容c1、c2就可以组成简单的电荷泵电路。
图3（a）简单的电荷泵电路
其动作原理如下∶
（1）若控制脉冲为低电平时，其反向输出为高电平，其等效电路如图3（b）所示，此时d1乃顺向偏压，d2为逆向偏压，c1的跨压vc1最高可充电至vc1-（vcc-vd）的电压量，式中的vd为二极管的顺向偏压，此时的电流方向如图上的i所示。
图3（b）控制脉冲（clk）为低电平时的等效电路
（2）当控制脉冲为高电平时，其反向输出为低电平，此时c1的跨压vc1的正端相当於接地，如等效电路图3（c）所示，此时d1为逆向偏压，而d2为顺向偏压，承接刚才的c1跨压，c2最高可充电至-（vcc-2vd）的电压，而其电压对应於接地是负的。
其中c1飞轮电电容来回移动，电荷由输入至输出，而c2储能电容稳住电荷，对输出电压有稳定作用。在此电路，可以控制脉冲的充电周期来达到理想的输出。
图3（c）控制脉冲（clk）为高电平时的等效电路
然而电荷泵的电路除应用於降压外，仍可应用於升压，以maxim公司出品的ic编号为max619的电荷泵ic为例，如图4所示。其操作原理如下∶
（1）当开关sw1、sw3与sw7、sw5导通，而其他开关打开（off）时，其c1、c2各自充电至大小约为v1的电压。
（2）承上个状态，当开关sw2、sw4、sw6导通，而其他开关打开（off）时，前状态所充的约v一大小的电压和电容c1、c2上的电压串联起来对c4电容充电而得到输出电压vo其最高可充至vi的3倍电压。
max619的使用规格为1.8v-3.6v时，输出可为5v/20ma，而输入大於3v时，输出可为5v/50ma，其消耗功率如下式∶powerloss=iout×［（2或3）vi-vo］其消耗功率端视放大後的电压（2或3）vi和vo的差压及输出电流iout大小而定，由电路都是电容元件，此电路的效率会比低压降转换器（ldo）高得多，而且电路架构不需要电感，且其使用电容可用陶瓷电容就可以。因此电磁干扰小，体积及价格上亦较电感低，在便携式电源的设计当中占有极重要的角色。
2、电荷泵电路的特点 ·容易使用∶除输入输出端各加1个电源外，再加1个泵电容（cpump）就可以。
·相较於ldo，电路效率较高。
·低emi或输出纹波。
·输出电源的瓦数和vi/vout电压比值受限。
·价钱中等。
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（1）若控制脉冲为低电平时，其反向输出为高电平，其等效电路如图3（b）所示，此时d1乃顺向偏压，d2为逆向偏压，c1的跨压vc1最高可充电至vc1-（vcc-vd）的电压量，式中的vd为二极管的顺向偏压，此时的电流方向如图上的i所示。
图3（b）控制脉冲（clk）为低电平时的等效电路
（2）当控制脉冲为高电平时，其反向输出为低电平，此时c1的跨压vc1的正端相当於接地，如等效电路图3（c）所示，此时d1为逆向偏压，而d2为顺向偏压，承接刚才的c1跨压，c2最高可充电至-（vcc-2vd）的电压，而其电压对应於接地是负的。
其中c1飞轮电电容来回移动，电荷由输入至输出，而c2储能电容稳住电荷，对输出电压有稳定作用。在此电路，可以控制脉冲的充电周期来达到理想的输出。
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然而电荷泵的电路除应用於降压外，仍可应用於升压，以maxim公司出品的ic编号为max619的电荷泵ic为例，如图4所示。其操作原理如下∶
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（2）承上个状态，当开关sw2、sw4、sw6导通，而其他开关打开（off）时，前状态所充的约v一大小的电压和电容c1、c2上的电压串联起来对c4电容充电而得到输出电压vo其最高可充至vi的3倍电压。
max619的使用规格为1.8v-3.6v时，输出可为5v/20ma，而输入大於3v时，输出可为5v/50ma，其消耗功率如下式∶powerloss=iout×［（2或3）vi-vo］其消耗功率端视放大後的电压（2或3）vi和vo的差压及输出电流iout大小而定，由电路都是电容元件，此电路的效率会比低压降转换器（ldo）高得多，而且电路架构不需要电感，且其使用电容可用陶瓷电容就可以。因此电磁干扰小，体积及价格上亦较电感低，在便携式电源的设计当中占有极重要的角色。
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