电荷泵电容作用
电荷泵电容是一种电子器件，它通过改变电荷的分布来实现对电容的控制。电容是储存电荷的能力，而电荷泵电容则是通过改变电容的电荷分布来实现对电容的控制。电荷泵电容在电子技术中起着重要的作用，本文将从原理、应用和发展等方面介绍电荷泵电容的作用。
一、电荷泵电容的原理
电荷泵电容的原理基于电压对电荷的作用。在电容器中，两个电极之间存在电场，当施加电压时，电场将引起电荷的重新分布，从而改变电容的大小。电荷泵电容通过改变电容器中电荷的分布，实现对电容的控制。一种常用的电荷泵电容结构是金属-绝缘体-金属（MIM）结构，其中绝缘体可以是二氧化硅或氮化硅等材料。当施加电压时，电荷会从一个金属电极转移到另一个金属电极，从而改变电容的电荷分布。
二、电荷泵电容的应用
1. 存储器件：电荷泵电容在存储器件中起着重要的作用。它可以实现非易失性存储，即即使断电也能够保持数据的存储。这是因为电荷泵电容可以通过改变电荷的分布来存储数据，而不需要外部电源的供电。因此，电荷泵电容被广泛应用于闪存等存储器件中。
2. 锁相环：电荷泵电容还可以用于锁相环电路中。锁相环是一种用
于时钟信号生成和频率合成的电路，它通过不断调整电荷泵电容的电荷分布来实现对输出信号频率的精确控制。锁相环被广泛应用于通信、测量和控制系统中。
3. 传感器：电荷泵电容还可以用于传感器中。传感器是一种能够将物理量转化为电信号的器件，电荷泵电容可以通过改变电容的电荷分布来感应外部环境的变化，并将其转化为电信号输出。因此，电荷泵电容在压力传感器、加速度传感器等领域有着广泛的应用。
三、电荷泵电容的发展
电荷泵电容作为一种重要的电子器件，其发展也经历了不断的演进。随着科技的进步，电荷泵电容的结构和性能得到了不断的改进。例如，通过优化材料的选择和工艺的改进，电荷泵电容的工作稳定性和可靠性得到了提高。同时，电荷泵电容的尺寸也不断减小，从而实现了集成化和微型化。这使得电荷泵电容在集成电路和微电子器件中得到广泛应用。
总结起来，电荷泵电容作为一种重要的电子器件，在电子技术中发挥着重要的作用。它通过改变电容的电荷分布来实现对电容的控制，广泛应用于存储器件、锁相环和传感器等领域。随着科技的发展，电荷泵电容的结构和性能不断改进，其应用也得到了扩展。电荷泵电容的发展将为电子技术的进步提供更多的可能性。
电荷泵工作原理 电荷泵电压反转器是一种DC/DC变换器，它将输入的正电压转换成相应的负电压，即VOUT= -VIN。另外，它也可以把输出电压转换成近两倍的输入电压，即VOUT≈2VIN。由于它是利用电容的充电、放电实现电荷转移的原理构成，所以这种电压反转器电路也称为电荷泵变换器（Charge Pump Converter）。 电荷泵的应用 电荷泵转换器常用于倍压或反压型DC-DC 转换。电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介，随着半导体工艺的进步，新型电荷泵电路的开关频率可达1MHz。电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。 电荷泵电路主要用于电压反转器，即输入正电压，输出为负电压，电子产品中，往往需要正负电源或几种不同电压供电，对电池供电的便携式产品来说，增加电池数量，必然影响产品的体积及重量。采用电压反转式电路可以在便携式产品中省去一组电池。由于工作频率采用2～3MHz，因此电容容量较小，可采用多层陶瓷电容（损耗小、ESR 低），不仅提高效率及降低噪声，并且减小电源的空间。 虽然有一些DC/DC 变换器除可以组成升压、降压电路外也可以组成电压反转电路，但电荷泵电压反转器仅需外接两个电容，电路最简单，尺寸小，并且转换效率高、耗电少，所以它获得了极其广泛的应用。 目前不少集成电路采用单电源工作，简化了电源，但仍有不少电路需要正负电源才能工作。例如，D/A 变换器电路、A/D 变换器电路、V/F或F/V 变换电路、运算放大器电路、电压比较器电路等等。自INTERSIL公司开发出ICL7660电压反转器IC后，用它来获得负电源十分简单，90 年代后又开发出带稳压的电压反转电路，使负电源性能更为完善。对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，并且在减少能耗（延长电池寿命）方面起到极大的作用。现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。 电荷泵大多应用在需要电池的系统，如蜂窝式电话、寻呼机、蓝牙系统和便携式电子设备。便携式电子产品发展神速，对电荷泵变换器提出不同的要求，各半导体器件公司为满足不同的要求开发出一系列新产品，本文将作一个概况介绍。 电荷泵的分类 电荷泵分类 电荷泵可分为： ?开关式调整器升压泵，如图1(a)所示。 ?无调整电容式电荷泵，如图1(b)所示。 ?可调整电容式电荷泵，如图1(c)所示。
Charge pump 什么是Charge Pump电荷泵就是利用电容的充放电来实现电压的转换的，输入回路和输出回路轮流导通。通过调节占空比来调节输出电压，这与传统的boost电路需要外接一个电感有所不同，这样这个步板体积相对较小。电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC变换器。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)。 电荷泵的分类、工作原理及典型应用电路 电荷泵分类 电荷泵可分为： ——开关式调整器升压泵。 ——无调整电容式电荷泵。 ——可调整电容式电荷泵。 工作过程 3种电荷泵的工作过程均为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。 电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。因工作于较高频率，可使用小型陶瓷电容器(1μF)，占用空间最小，使用成本较低。电荷泵仅用外部电容器即可提供±2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的等效串联电阻（ESR)和内部开关晶体管的RDS（ON）。电荷泵转换器不使用电感器，因此其辐射EMI 可以忽略。输入端噪声可用一只小型电容器滤除。它的输出电压是工厂生产时精密预置的,可通过后端片上线性调整器调整，因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数，以便为后端调整器提供足够的活动空间。电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计。电容式电荷泵的内部结构如图2所示。它实际上是一个基准、比较、转换和控制电路组成的系统。
电荷泵的基本原理 电容是存储电荷或电能，并按预先确定的速度和时间放电的器件。如果一个理想的电容以理想的电压源％进行充电，如图1（a）所示，则电容将依据Dirac电流脉冲函数立即存储电荷，如图1（b）所示。存储的｀总电荷数量按下式计算。 实际的电容具有等效串联阻抗（ESR）和等效串联电感（ESL），两者都不会影响到电容存储电能的能力。然而，它们对开关电容电压变换器的整体转换效率有很大的影响。实际电容充电的等效电路如图1（c）所示，其中Rs．是开关的电阻。ESL为实际的电容等效串联电感，则在电容的充电电流路径上具有串联电感，通过适当的器件布局设计可以减小这个串联电感。 图1 电荷泵工作的基本原理图 如图2（a）所示的电路一旦被加电，由于电容的寄生效应限制了峰值充电电流，并增加了电荷转移时间，因此电容的电荷累积不能立即完成，这意味着电容两端的初始电压变化为零。电荷泵就是利用了这种电容特性来工作的。
图2 电荷泵电路及其工作波形 电压变换在两个阶段内得以实现。在第一个阶段期间，开关S1和S2关闭，而开关S3和S4打开，电容充电到其值等于输入电压。 在第二个阶段，开关S3和s4关闭，而S1和S2打开。因为电容两端的电压降不能立即改变，输出电压则跳变到输入电压值的两倍，即 使用这种方法可以实现电压的倍压，通常开关信号的占空比为50％时，能产生最佳的电荷转移效率。 图2（b）中显示了图（a）电路实现电压倍压的稳态电流和电压波形。如图（a）所示电路在第一阶段时，充电电流会流入到C1中。该充电电流的初始值决定于电容C1两端的初始电压、C1的ESR及开关的电阻。在C，充电后，充电电流呈指数级地降低。充电时间常数是开关周期的几倍，更小的充电时间常数将导致峰值电流的增加。在这个时间内，输出电容CHOLD线性放电以提供负载电流。 在第二阶段，C1＋连接到输出端，放电电流（电流大小与前面的充电电流相同）通过C1流到负载。在这个阶段，输出电容电流的变化大约为2IOUT。尽管这个电流变化应该能产生的输出电压变化为 2IOUT×ESRCHOLD，但使用低ESR的陶瓷电容使得这种变化可以忽略不计。此时，CHOLD线性地充电。当C1连接到输入和地之间时，CHOLD线性地放电。总的输出纹波峰-峰电压值为 在更高的开关频率时可以采用更小的输出电容来获得相同的纹波，电荷泵的寄生效应会导致输出电压随着负载电流的增加而下降。事实上，总是存在2IOUT的电流流过C1和两个开关导通电阻（RSW），导致产生的功耗为 除了这些纯粹的电阻损耗，电流IOUT流过开关电容C1的等效电阻时产生的功耗为
电荷泵电容作用 电荷泵电容是一种电子器件，它通过改变电荷的分布来实现对电容的控制。电容是储存电荷的能力，而电荷泵电容则是通过改变电容的电荷分布来实现对电容的控制。电荷泵电容在电子技术中起着重要的作用，本文将从原理、应用和发展等方面介绍电荷泵电容的作用。 一、电荷泵电容的原理 电荷泵电容的原理基于电压对电荷的作用。在电容器中，两个电极之间存在电场，当施加电压时，电场将引起电荷的重新分布，从而改变电容的大小。电荷泵电容通过改变电容器中电荷的分布，实现对电容的控制。一种常用的电荷泵电容结构是金属-绝缘体-金属（MIM）结构，其中绝缘体可以是二氧化硅或氮化硅等材料。当施加电压时，电荷会从一个金属电极转移到另一个金属电极，从而改变电容的电荷分布。 二、电荷泵电容的应用 1. 存储器件：电荷泵电容在存储器件中起着重要的作用。它可以实现非易失性存储，即即使断电也能够保持数据的存储。这是因为电荷泵电容可以通过改变电荷的分布来存储数据，而不需要外部电源的供电。因此，电荷泵电容被广泛应用于闪存等存储器件中。 2. 锁相环：电荷泵电容还可以用于锁相环电路中。锁相环是一种用
于时钟信号生成和频率合成的电路，它通过不断调整电荷泵电容的电荷分布来实现对输出信号频率的精确控制。锁相环被广泛应用于通信、测量和控制系统中。 3. 传感器：电荷泵电容还可以用于传感器中。传感器是一种能够将物理量转化为电信号的器件，电荷泵电容可以通过改变电容的电荷分布来感应外部环境的变化，并将其转化为电信号输出。因此，电荷泵电容在压力传感器、加速度传感器等领域有着广泛的应用。 三、电荷泵电容的发展 电荷泵电容作为一种重要的电子器件，其发展也经历了不断的演进。随着科技的进步，电荷泵电容的结构和性能得到了不断的改进。例如，通过优化材料的选择和工艺的改进，电荷泵电容的工作稳定性和可靠性得到了提高。同时，电荷泵电容的尺寸也不断减小，从而实现了集成化和微型化。这使得电荷泵电容在集成电路和微电子器件中得到广泛应用。 总结起来，电荷泵电容作为一种重要的电子器件，在电子技术中发挥着重要的作用。它通过改变电容的电荷分布来实现对电容的控制，广泛应用于存储器件、锁相环和传感器等领域。随着科技的发展，电荷泵电容的结构和性能不断改进，其应用也得到了扩展。电荷泵电容的发展将为电子技术的进步提供更多的可能性。
电荷泵降压电路原理 电荷泵降压电路是一种常用的电路设计，它可以将高电压转换为较低的电压。在许多应用中，我们需要将高电压降低到适合电路工作的电压范围，这时电荷泵降压电路就可以派上用场。 电荷泵降压电路的原理基于电容器的充放电过程。在该电路中，电容器起到了储存电荷和传递电荷的作用。首先，我们需要明确电容器的充电过程和放电过程。 当电容器处于未充电状态时，我们将其连接到高电压源。电容器两端会产生电势差，电场力使得电子从高电压端向电容器流动，电容器开始充电。充电过程中，电容器逐渐积累电荷，电压也逐渐升高，直到电容器两端的电压等于高电压源的电压。 当电容器已经充满电荷时，我们需要将其连接到低电压端。此时，电荷开始从电容器流向低电压端，电容器开始放电。放电过程中，电容器释放出储存的电荷，电压逐渐降低，直到电容器两端的电压等于低电压端的电压。 在电荷泵降压电路中，我们利用这个充放电的过程来实现电压的降低。首先，我们将一个电容器连接到高电压源，电容器开始充电。然后，我们将另一个电容器连接到低电压端，电容器开始放电。接下来，我们将两个电容器通过一个开关连接起来，使得充电电容器
的电荷可以通过放电电容器来流动。通过不断地重复这个过程，我们可以实现电压的降低。 具体来说，当充电电容器的电压达到高电压源的电压时，我们打开开关，使得充电电容器的电荷可以流向放电电容器。这样，我们就可以将充电电容器的电荷转移到放电电容器上。接着，我们关闭开关，开始下一个充电周期。通过不断地重复这个过程，我们可以逐渐将高电压源的电压降低到我们需要的电压范围。 需要注意的是，电荷泵降压电路在实际应用中需要考虑一些问题。首先，由于电容器的内部电阻和泄漏电流的存在，电荷泵降压电路无法实现完全理想的电压转换效果。其次，电荷泵降压电路的输出电流较小，适用于一些低功率的应用场景。 总结起来，电荷泵降压电路是一种利用电容器的充放电过程实现电压降低的电路设计。通过不断地重复充放电过程，我们可以将高电压转换为较低的电压。然而，在实际应用中需要考虑电容器的内部电阻和泄漏电流等因素，以及电荷泵降压电路的输出电流较小的限制。了解电荷泵降压电路的原理和特点，可以帮助我们更好地应用它来满足我们的需求。
dickson电荷泵原理 Dickson电荷泵原理 Dickson电荷泵，也称为Dickson倍压器，是一种常用的电路结构，用于将低电压转换为高电压。它由多个电容和开关组成，通过周期性地充电和放电来实现电压的倍增。Dickson电荷泵广泛应用于各种场合，如电源管理、传感器接口和射频通信等领域。 Dickson电荷泵的基本原理是利用电容的串联和并联关系，通过交替充电和放电操作，将输入电压逐步倍增。下面将详细介绍Dickson电荷泵的工作原理。 我们需要了解Dickson电荷泵的基本结构。它由一系列电容和开关组成，通常呈阶梯状排列。每个电容和开关组合被称为一个阶段，每个阶段都可以实现电压的倍增。 在工作过程中，Dickson电荷泵的开关按照特定的时序进行操作。当开关打开时，电容开始充电；当开关关闭时，电容开始放电。通过不断地重复这个过程，电荷可以从低电压端逐级传递到高电压端，实现电压的倍增。 具体而言，假设Dickson电荷泵有N个阶段，每个阶段的开关状态依次为开-关-开-关-...-开。在每个阶段，当开关打开时，电容开始从输入端充电；当开关关闭时，电容被电源隔离，并将电荷传递到下一个阶段的电容中。这样，电荷可以从一个阶段传递到下一个阶段，
逐级增加。 需要注意的是，为了保持电压的稳定性，Dickson电荷泵通常采用一个附加的稳压电容来平衡电压波动。稳压电容与最高电压端的电容并联，可以在电荷传递过程中稳定输出电压。 Dickson电荷泵的倍压效果取决于多个因素，包括电容的大小、开关的特性以及时序的设计等。为了提高倍压效率，可以采用一些优化策略，如选择合适的电容比例、优化开关驱动电路以及优化时序控制等。 总结一下，Dickson电荷泵是一种将低电压转换为高电压的电路结构。通过利用电容的串联和并联关系，通过周期性的充放电操作，可以逐级将电荷传递并倍增电压。它在电源管理、传感器接口和射频通信等领域具有广泛的应用前景。通过优化设计和控制，可以进一步提高倍压效率，满足不同应用场景的需求。
反相电荷泵 引言 反相电荷泵是一种电路设计技术，它能够将直流电压转换成更高或更低的直流电压。这种电路利用了电容的充放电特性，通过交替充放电来实现电压升降。反相电荷泵广泛应用于电子设备中，如电源管理、电压倍增器等领域。 原理 反相电荷泵的原理基于电容的充放电特性。当电容器接收到电压时，会储存电荷，导致电容器两端电压上升；当电容器断开与电源的连接时，电容器会释放储存的电荷，导致电容器两端电压下降。通过交替充放电，反相电荷泵能够实现电压的升降。 电路结构 反相电荷泵通常由两个电容器和两个开关构成。两个电容器分别与两个开关相连，而开关则与电源和负载相连。电路结构可以分为以下几个部分： 1. 输入电容器 输入电容器用于接收输入电压，它与电源相连。当输入电容器充电时，电压上升；当输入电容器放电时，电压下降。 2. 输出电容器 输出电容器用于输出电压，它与负载相连。输出电容器通过充放电来实现电压升降。 3. 开关 开关用于控制电容器的充放电过程。当开关打开时，电容器与电源相连，电容器充电；当开关关闭时，电容器断开与电源的连接，电容器放电。 工作原理 反相电荷泵的工作原理可以分为以下几个步骤： 1. 充电阶段 在充电阶段，输入电容器与电源相连，电容器开始充电。此时，输出电容器与负载断开，电容器处于放电状态。充电过程中，输入电容器的电压逐渐上升，直到达到所需的电压。
2. 开关切换 当输入电容器充电完成后，开关切换到放电状态。此时，输入电容器断开与电源的连接，而输出电容器与负载相连，开始放电。放电过程中，输出电容器的电压逐渐下降，直到达到所需的电压。 3. 输出电压稳定 当输出电容器的电压下降到所需的电压后，开关再次切换到充电状态。这样就完成了一个完整的充放电周期。通过不断重复充放电的过程，反相电荷泵能够将输入电压转换成所需的输出电压，并在输出电容器上保持稳定。 应用领域 反相电荷泵在电子设备中有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域： 1. 电源管理 反相电荷泵可以用于电源管理电路中，将低电压转换成高电压。这在一些需要高电压的应用中非常有用，如液晶显示器背光驱动、闪光灯电路等。 2. 电压倍增器 反相电荷泵也可以用作电压倍增器，将输入电压放大到更高的电压。这在一些需要高电压放大的应用中非常常见，如放大器、激光器驱动电路等。 3. 电荷泵驱动器 反相电荷泵还可以用作电荷泵驱动器，将输入电压转换成相位差的输出电压。这在一些需要相位差的应用中非常有用，如信号发生器、通信系统等。 总结 反相电荷泵是一种利用电容的充放电特性实现电压升降的电路设计技术。它通过交替充放电来实现电压的转换，广泛应用于电子设备中的电源管理、电压倍增器等领域。反相电荷泵的工作原理简单明了，通过充放电的过程来实现电压的升降，并在输出电容器上保持稳定。
电荷泵电路原理详解 电荷泵电路是一种常见的电子电路，被广泛应用于电子设备和通信系 统中。它的原理基于电容器的充放电过程，通过利用电容器的储能能 力来产生更高的电压。在本篇文章中，我们将深入探讨电荷泵电路的 原理，并对其进行详细解释。 首先，让我们来了解电荷泵电路的基本构成。一个典型的电荷泵电路 由两个交替工作的开关和一对电容器组成。其中，一个电容器被称为"充电电容器"，另一个被称为"输出电容器"。两个电容器交替地进行充 电和放电，从而产生一个稳定且高于输入电压的输出电压。 电荷泵电路的工作原理可以分为四个阶段：充电、过渡、放电和重置。 在充电阶段，当开关1打开时，输入电压被施加到充电电容器上，导 致电容器开始充电。在充电的过程中，电荷逐渐积累在电容器的极板上，使电容器的电压逐渐上升。 一旦充电电容器的电压达到一个特定的阈值，开关1关闭，开关2打开，进入过渡阶段。在这个阶段，充电电容器和输出电容器通过开关2连接在一起。电荷开始从充电电容器流向输出电容器，导致输出电容 器的电压上升。
随着电荷从充电电容器流向输出电容器，充电电容器逐渐放电。一旦充电电容器完全放电，开关2关闭，进入放电阶段。在这个阶段，输出电容器通过开关2连接到地，导致电容器开始放电。输出电容器的电压逐渐降低。 最后，在重置阶段，当输出电容器的电压降低到一个特定的阈值时，开关2关闭，开关1打开，电荷泵电路回到初始状态，准备进行下一次循环。 通过交替的充放电过程，电荷泵电路能够将输入电压升高到更高的输出电压。这种实现高电压的能力使得电荷泵电路在许多应用中非常有用，比如电池充电、电子器件编程和信号放大等。 尽管电荷泵电路在提供高电压方面具有优势，但它也存在一些限制。其中一个限制是输出电压的稳定性问题。由于电容器的电流流失和其他因素的影响，输出电压可能会发生微小的变化。另一个限制是电荷泵电路产生的输出电流通常较小，无法满足一些高电流应用的需求。 在总结上述内容后，我们可以得出以下观点和理解：电荷泵电路是一种基于电容器充放电原理的电子电路。它能够将输入电压升高到更高的输出电压，并在许多应用中具有重要作用。然而，它也存在一些限制，如输出电压的稳定性和电流的限制。了解电荷泵电路的原理和特
电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的"快速"(flying)或"泵送"电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。 1.电荷泵工作原理 电荷泵的基本原理是给电容充电，把电容从充电电路取下以隔离充进的电荷，然后连接到另一个电路上，传递刚才隔离的电荷。我们形象地把这个传递电荷的电容看成是“装了电子的水桶”。从一个大水箱把这个桶接满，关闭龙头，然后把桶里的水倒进一个大水箱[8]。电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容，而非电感或变压器来储能的DC-DC变换器（直流变换器）。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的MOSFET开关阵列以一定的方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(1/2,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。 2.电荷泵升压电路原理 电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”（Flying）或“泵送”电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（变换器）。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数（0.5，2或3）倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI（电磁干扰）。 电荷泵通过控制泵电容及调节开关来保持稳定的输出电压，电荷泵开关网络在泵电容充电和
放电变换周期内可以实现泵电容的并行或串行排列。在给定的输入、输出条件（差分电压）下，应选择电荷泵的最优工作模式以保持要求的输出电压。电荷泵开关网络采用的MOSFET 器件具有尺寸小，成本低，开关速度快，损耗最低等特点。 3.电荷泵快充原理 电荷泵也叫无电感式DC-DC转换器，利用电容作为储能元件来进行电压电流的变换。可以使输出电压减半、输出电流加倍，转换效率可以达到95%以上，相比以前“高压低电流”的充电方式。我们知道，外接电压转换成手机电池电压时，电能的转化效率越高，产生的热量就会越少，电池的寿命更长，目前在手机领域应用比较多，但据电源适配器厂家得到的消息，有不少电子设备厂家都喜欢采用这种技术。所以我们可以看到很多家用电器现在都支持快充。 3种电荷泵的工作过程均为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。 电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。因工作于较高频率，可使用小型陶瓷电容器（1μF），占用空间最小，使用成本较低。电荷泵仅用外部电容器即可提供±2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的等效串联电阻（ESR）和内部开关晶体管的RDS（ON）。电荷泵转换器不使用电感器，因此其辐射EMI 可以忽略。输入端噪声可用一只小型电容器滤除。它的输出电压是工厂生产时精密预置的，可通过后端片上线性调整器调整，因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数，以便为后端调整器提供足够的活动空间。电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计，是一个基准、比较、转换和控制电路组成的系统。
电荷泵电路讲解 电荷泵电路是一种将输入电压转换为高电压输出的电路，它通过交替 充电和放电电容器的方式实现电压升高。这种电路常被应用于需要高 电压驱动的场合，例如液晶显示器背光、闪光灯、高压电场实验等。 电荷泵电路由基本的充电电容器和放电电容器组成，结构简单，而且 可以很容易地做到微型化。它的基本工作原理可以用一个简单的示波 图来描述：当电容器 C1 经过一个高电平的脉冲信号时，C1 将被充电并存储能量。当脉冲信号转为低电平时，电容器 C1 将释放之前储存的能量，并将其传递给电容器 C2。由于电容器 C2 的电压是由电容器 C1 传递过来的，因此电容器 C2 的电压将随着电容器 C1 的电压而上升。 具体来说，电荷泵电路可以分为两种基本类型：单端电荷泵和双端电 荷泵。单端电荷泵由一个充电电容器、一个放电电容器和一个开关 （例如转换器）组成。在单端电荷泵中，充电电容器的电压通过放电 电容器的电压相乘来实现电压升高。 双端电荷泵则是单端电荷泵的变形，它将两个单端电荷泵串联在一起。在双端电荷泵中，当充电电容器的电量传递到放电电容器时，这种过 程会导致一个相位差，因此原本应该是反向的电压变成同向增加，达
到更高的电压。 尽管电荷泵电路具有很多优点，如结构简单、高效能、可靠性高、尺 寸小等，但是它也存在一些缺陷，如输出电压不稳定、电流产生噪声、电容器电压损失等。因此，在使用电荷泵电路时，需要针对具体场合 和要求进行系统参数和结构的调整和优化。 总之，电荷泵电路是一种非常实用的电路，它能够将输入电压转换为 高电压输出，广泛应用于液晶显示器、LED阵列、CCFL背光、高压电场实验、医疗设备等领域。随着集成电路技术的不断进步，电荷泵电 路在微电子领域的应用也在不断拓展。
电荷泵升压芯片 电荷泵是一种电压升压芯片，它通过周期性开关和电容器的充放电来实现电压的升高。相比于传统的DC-DC升压电路，电 荷泵具有体积小、成本低、效率高等优点，因此被广泛应用于电子设备中。 电荷泵的核心是一串交替工作的开关。当输入信号为高电平时，开关打开，电容器开始充电；当输入信号转为低电平时，开关关闭，电容器开始放电。通过这样的充放电过程，电荷被“泵”到输出端，从而实现了电压的升高。 电荷泵的工作原理可以分为两个阶段：充电阶段和泵输阶段。在充电阶段，当输入信号为高电平时，开关打开，电容器开始从地电平充电至输入电压。这样经过多次充电放电之后，电容器上的电荷不断累积，电压逐渐升高。 在泵输阶段，当输入信号转为低电平时，开关关闭，电容器开始放电。由于电容器中的电荷无法通过开关回流，只能通过输出端流过负载。这样就实现了电压的升高，输出电压随着充电放电的次数逐渐增大。 电荷泵的输出电压取决于输入电压和充放电的频率。一般来说，输入电压越高，输出电压就越高；充放电的频率越高，输出电压也越高。因此，可以通过调节输入电压和充放电频率来获得合适的输出电压。 电荷泵的工作效率一般比较高，可达到80%以上。这是因为
电荷泵没有耗散功率的元器件，只有当开关切换的瞬间会有一小段时间的能量损失。此外，电荷泵还可以采用多级结构，通过级联多个电荷泵来进一步提高效率。 在实际应用中，电荷泵可以用于LCD背光驱动、信号放大、传感器供电等方面。例如，在手机中，电荷泵被用于提供LCD背光所需的高电压；在计算机中，电荷泵可以用于提供信号放大电路所需的高压。 综上所述，电荷泵是一种电压升压芯片，通过充放电过程实现电压的升高。它具有体积小、成本低、效率高等优点，被广泛应用于电子设备中。电荷泵的工作原理是通过周期性开关和电容器的充放电来实现电压的升高，输出电压取决于输入电压和充放电频率。电荷泵的应用包括LCD背光驱动、信号放大、传感器供电等方面。
1、电荷泵原理 电荷泵的基本原理是，电容的充电和放电采用不同的连接方式，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，实现升压、降压、负压等电压转换功能。 上图为二倍升压电荷示，为最简单的电荷泵电路。V2输出为方波信号，当V2为低电平的时候，V1通过D1、C1、V2对电容C2充电，C2两端电压上正下负;当V2为高电平输出的时候，V2输出电压与C1两端电压相叠加，通过D3对负载供电并对C2充电。如果忽略二极管压降，则C2两端电压Vo=V2+V1，其中V2为电压源V2的高电平输出电压。 由于电荷泵整个工作过程的核心部分为电容充放电过程，所以最重要的公式为电容充放电公式：I*T=ΔV*C，其中T为电容充放电周期，ΔV为每个充放电周期内电容两端电压波动，I为充放电电流。 电荷泵以非常简单的电路可以实现升压、降压、负压等功能，所以各种不同的场合为电路扩展小功率电路。 2、电荷泵在电路中的作用 1.功率电路中的电荷泵 电荷泵的一个非常广泛的用途就是在由N沟道MOSFET构成的半桥电路中为上桥臂提供浮驱电压。典型接法如下图所示，图中红框内的二极管D及电容Cboot与主电路中半桥的下桥臂T1构成电荷泵。当半桥的下臂T1开通时，Vcc 通过D与T1为电容Cboot充电;当T1关断T2导通时，Cboot为上臂T2提供MOSFET导通所必需的Vgs电压。这是由于T2在电路中的位置所决定的，当T2导通时，如果忽略导通压降Vds，T2的源极电压Vs=Vr，所以如果想要饱和导通，加上T2门极上的驱动电压需满足Vg=Vr+Vgs，对于功率型N沟道
MOSFET而言，Vgs通常需要15V左右。电荷泵以很少的元器件满足了这一设计要求，所以在此类应用中得到广泛应用。 虽然上图中所述的自举型电荷泵（采用半桥的下臂作为电荷泵的一部分）使电路设计变得非常简单，但实际使用过程中有些限制，如对桥臂的开通时序和占空比有限制等。所以，在某些要求比较高的应用场合，采用他驱型的电荷泵，即将电荷泵电路及驱动波形与主功率电路分离，采用外部电路构成电荷泵。这样的电路虽然结构比自举驱动电路略微复杂一些，但克服了自举驱动电路的一些问题，在某些场合也得到较广泛的应用。 2.RS-232电平转换中的升压、负压 电荷泵的另外一个极为广泛的应用就是为电平转换芯片提供符合RS-232标准的电源电压。电平转换芯片的供电通常为3.3V或者5V的单电源，而RS232电平标准要求，以-3~-15V表示逻辑电平“1”，以+3~+15V表示逻辑电平“0”，所以RS232转换芯片不仅要完成电平转换，还要提供符合要求的电源转换。 下图为RS232电平转换芯片的典型结构框图，首先以一个升压电荷泵将+3.3V或5V的输入电源进行二倍压升压，然后采用一个负压电荷泵将二倍压升压后的电源输出进行转换为负电压。