開(kāi)關(guān)電源有電感開(kāi)關(guān)電源和電容開(kāi)關(guān)電源兩個(gè)大類(lèi)。在電源中起到能量存儲的關(guān)鍵器件是電感和電容。電容開(kāi)關(guān)電源即電荷泵，電荷泵在電源可以實(shí)現升壓，降壓，以及反相。
1. 電荷泵架構理解
電荷泵核心是依據電容的儲能特性，通過(guò)開(kāi)關(guān)改變電容間的串并關(guān)系，從而改變輸出電壓。從下圖中即可理解電荷泵儲能和傳遞能量的過(guò)程。核心器件開(kāi)關(guān)和飛跨電容。電荷泵不在局限小功率（幾十，幾百mA）的方案，已有大功率的方案如ADI LTC7821的方案。
圖1
2. 電荷泵分類(lèi)
電荷泵可分為非穩壓電荷泵和穩壓電荷泵。
A. 從圖1的架構我們可以看到輸出電壓是將輸入電壓的進(jìn)行了倍頻和反相，輸出電壓會(huì )隨著(zhù)輸入電壓變化。此結構可實(shí)現倍壓，半壓，反相以及分數比例的電壓需求，但具體需要看芯片內部拓撲。
B. 在電源中通常需要穩定的輸出電壓，所以?xún)炔考軜嬁刂菩枰]環(huán)。
圖2 - ADI LTC3265的內部看是電荷泵架構+LDO架構，實(shí)現了穩定的正、負電源輸出。
圖3 - ADI ADP3605的內部架構看是電荷泵架構通過(guò)增加輸出反饋調節環(huán)路控制開(kāi)關(guān)的導通電阻來(lái)調節穩定輸出。
整體看來(lái)非穩壓架構的電荷泵比此兩種穩定輸出電壓的電荷泵效率高。
圖2
圖3
3. 設計考慮
整體來(lái)看電荷泵外圍電路比較簡(jiǎn)單，體積小，效率高，核心器件開(kāi)關(guān)和飛跨電容。為實(shí)現電源性能的最優(yōu)化，從器件選取到PCB布局布線(xiàn)都要考慮全面。例如開(kāi)關(guān)器件內置還是外置其所對應的開(kāi)關(guān)速度和開(kāi)關(guān)損耗；電容的類(lèi)型，容值，損耗，尺寸等常規參數。
飛跨電容：由于切換中電容要倒換極性，優(yōu)選陶瓷電容，X5R或X7R的陶瓷電容器在-40°C-85°C下保持較好的性能。
輸入和輸出電容：為了提升效率同時(shí)降低輸出噪聲和紋波，建議采用低ESR的陶瓷電容，為提升瞬態(tài)需要的電荷容量可使鉭電容和電解電容與其并聯(lián)。紋波電壓往往與開(kāi)關(guān)頻率，輸出電流，電容值以及ESR密切相關(guān)需要綜合考慮。
開(kāi)關(guān)MOSFET：電荷泵的開(kāi)關(guān)頻率通常在幾十KHz-幾MHz，部分大功率的電荷泵為外置開(kāi)關(guān)管，除了管子的驅動(dòng)還要考慮開(kāi)關(guān)損耗和導通損耗。
4. 應用場(chǎng)景
電荷泵可用在對移動(dòng)設備的高功率快速充電的場(chǎng)景
電荷泵可用在便攜設備內部小于200mA的低電流需求的場(chǎng)景
電荷泵可用于LCD和LED的驅動(dòng)
在我們常用的RS232電平轉換以及一些電源，熱插拔等芯片中也可以見(jiàn)到采用電荷泵作為MOS管柵極驅動(dòng)
需要負電壓小電流的場(chǎng)景，電荷泵也是非常好的選擇
總體看來(lái)電荷泵電路簡(jiǎn)單，體積和效率方案有一定的優(yōu)勢，使用場(chǎng)景越來(lái)越多。 |
