稳压电荷泵和电感式DCDC转换器的比较

一、元器件的选择1.DC-DC电源变换器的三个元器件1)开关：无论哪一种DC/DC变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。

电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。

只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有IGBT管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。

2)电感：电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因此理论损耗为零。

电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。

其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”.换句话说，由于“磁通连续性”,电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。

电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。

但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数(或称寄生参数)的现象。

其一是绕线电阻，这是不可避免的;其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。

杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。

如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。

3)电容：电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件。

但对频率的特性却刚好相反。

应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电压波形的作用。

实际上的电容并不是理想的元件。

电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻ESR.这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。

另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。

有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。

电容的串联电阻与接点和引出线有关，也与电解液有关。

常见铝电解电容的成分为AL2O3,导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。

稳压电荷泵和电感式DC/DC转换器的比较电荷泵电荷泵（也称为无电感式电感式DC/DCDC/DC转换器）是利用电容作为储能元件的特殊类型开关DC/DC转换器。

与采用电感作为储能元件的电感式开关DC/DC转换器相比，电荷泵式转换器所具有的独特特点使其对于某些最终应用非常具有吸引力。

本文将对比稳压电荷泵转换器与最常用的电感式DC/DC转换器(如电感式降压稳压器、升压稳压器以及单端初级电感式转换器(SEPIC))的结构和工作特点。

稳压式电荷泵转换器最简单也是最常用到的电荷泵结构之一是倍压电荷泵。

倍压电荷泵结构包括四个开关、一个用于存储和转移能量的外部电容(常称为“快速电容”)，以及一个外部输出电容(常称为“储能电容”)。

图1是倍压电荷泵的结构图。

这种倍压电荷泵的工作由两个阶段组成——充电(能量储存)和放电(能量转移)。

在充电阶段，开关S1/S3闭合（导通），S2/S4打开（关断）。

快速电容CF被充电到输入电压输入电压VIN，并储存能量，储存的能量将在下一个放电阶段被转移。

储能电容CR，在上一个放电周期就已经被从CF转移过来的能量充电到2VIN 电压，并提供负载电流。

在放电阶段，开关S1/S3打开，S2/S4闭合。

CF的电平被上移了VIN，而 CF在上一充电阶段已经充电至VIN，因此CR两端的总电压现在成为2VIN(这也是“倍压”电荷泵名称的由来)。

然后，CF放电将充电阶段存储的能量转移到CR，并且提供负载电流。

充电/放电周期的频率取决于时钟频率。

通常倾向于采用较高的时钟频率来降低对快速电容和储能电容容值的要求，从而减小体积。

图1所示简单倍压电荷泵没有对输出电压输出电压进行稳压，因此其输出电压随着输入电压和负载的变化而变化。

对需要稳压电源的应用，这并不合适。

然而，只需要增加一个简单的反馈回路就可以容易地解决这一问题。

图2给出了一个非常简单的、具有稳定输出的倍压电荷泵，通常称为“稳压式电荷泵”。

图2中，增加了一个开关S5来对开关S2/S4提供更多控制。

BUCK BOOST BUCK/BOOST电路的原理Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。

图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。

、Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。

开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。

电感Lf在输入侧，称为升压电感。

Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式、Buck/Boost变换器：也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。

Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。

Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。

LDO的特点：①非常低的输入输出电压差②非常小的内部损耗③很小的温度漂移④很高的输出电压稳定度⑤很好的负载和线性调整率⑥很宽的工作温度范围⑦较宽的输入电压范围⑧外围电路非常简单，使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。

斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。

其具体的电路由以下几类：】（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。

（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

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)。

多变的开关稳压器迎接多样化的设计挑战——圣邦微电子有限公司 市场总监 徐前江产品的差异化是很多厂家永远追求的目标，差异化的产品需求差异化的设计，对电源管理领域而言，电源管理产品必须适应新的设计需求，更低的待机能耗、更高的效率、超薄厚度、超小PCB 面积，更智能化的控制接口。

圣邦微电子推出的DC/DC 产品，让设计工程师轻松面对这一挑战。

电容和电感是DC/DC 中最基本的能量转换器件，基于电容的电荷泵和基于电感的DC/DC 由于各自的优点和缺点，都找到了用武之地。

电荷泵结构DC/DC 外围器件尺寸小，厚度薄，又加上此种结构EMI 干扰小，因而在很多设计中深受工程师的喜爱。

圣邦微电子推出的SGM3110就是标准的+5.0V 输出基于电容的DC/DC 器件，如果系统需要+5.0V/100mA 的电源，可以用很小的PCB 面积开销去完成设计，而且EMI 干扰很小，设计电路如下：μFC IN =5.0VV IN随着高像素Camera 手机越来越多，闪光灯成为设计成败的关键。

传统的氙气灯由于高压、物理尺寸以及使用寿命的限制，一直无法在手机中流行。

大功率白光LED技术的发展，使大功率白光LED闪光灯越来越被工程师认可，但大功率白光LED闪光灯的驱动，热保护，缓启动，以及闪光大电流对电池的冲击，都是工程师在设计中需要面对的问题。

圣邦微电子推出的SGM314X系列闪光灯驱动，采用电荷泵架构，驱动电流可达500mA、700mA、1000mA，使工程师轻松面对闪光灯设计挑战，Torch、摄像、闪光拍照三种模式可以灵活切换，设计电路如下：WLEDΩ对于手持设备，Smart Phone越来越流行，但是图像和视频处理速度的提高，3D游戏处理，越来越大的LCD屏，以及无线数据通讯性能的提高，多核基带耗电越来越大，电池使用时间成为消费者关注的焦点之一，消费者希望随处可得电源为手机充电。

随手可得的能为手机使用的能源成为消费者的一大追求目标，太阳能电池、干电池、锂电池电源站，无处不在的USB接口都将为手机延长使用时间提供可能性。

LDO与dcdc的特性对比1，含义对比。

DC/DC：直流电压转直流电压。

具有很多种拓朴结构，常见的如降压型(BUCK)，升压型(BOOST)、升降压型(Boost/buck)等多种类型。

LDO ：Low Dropout Voltage，低压差线性稳压器，顾名思义，为线性的稳压器。

仅能用来降压，也就是输出电压必需小于输入电压。

严格来讲，LDO也是DC/DC的一种，但目前DC/DC多指开关电源。

2，纹波干扰。

DCDC：输出纹波大。

LDO：输出纹波小，噪音低。

3，效率与温升。

DCDC：效率较高，一般在80~95%之间。

不过在轻载时效率较低。

效率虽高，在大电流输出时，DCDC器件本身和功率电感仍会发热严重。

LDO：效率较低，输入输出的电压差越大效率越低，只有在压差很小时效率才接近DCDC。

在大压差和高输出电流时发热会很严重。

在轻载时效率虽然低，但由于电流很小所以发热量并不大。

4，外围器件数量、占用空间。

DCDC：外围器件多，一般都有电感、二极管、大电容,有的还会有MOSFET，占用主板面积大。

使用时还需要考虑电感的最大工作电流，二极管的反向恢复时间，大电容的ESR等等,外围器件的选择上比LDO 复杂。

LDO：外接元件也很少，通常只需要一两个旁路大电容，使用简单，占用主板面积小。

5，输出电流和负载能力。

DCDC：输出电流可以做到很大，负载能力强。

LDO：负载不能太大，输出电流大都在从几十mA到2A之间，可满足多数使用场景。

6，静态电流。

DCDC：静态电流比LDO稍高些。

LDO：对于MOS管，因为是电压驱动器件，静态电流几乎不随负载的变化而变化。

对于双极型晶体管，是电流驱动器件，静态电流不但随负载电流变化，而且在Vin降低时也会有所增加。

7，输入输出。

DCDC：输入电压范围较宽。

LDO：输入电压范围一般不太宽。

8，瞬态响应速度。

DCDC：负载响应比LDO差。

LDO：稳定性好，负载响应快。

9，成本DCDC：外围器件较多，成本较高。

介绍LDO的工作原理目录CONTENTS稳压管概述LDO原理LDO的发展及对比LDO的主要参数电压调节器分类线性电源传统线性电源低压差线性电源（LDO)开关类电源Charge pump (inductor less DC-DC) DC-DC (inductor)开关类电源优点：效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大。

缺点：设计更复杂，外围器件多，花费也较高，输出纹波大。

工作原理：电路由开关K(实际电路中为三极管或者场效应管)，续流二极管D ，储能电感L ，滤波电容C 等构成。

当开关闭合时，电源通过开关K 、电感L 给负载供电，并将部分电能储存在电感L 以及电容C 中。

由于电感L 的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。

一定时间后，开关断开，由于电感L 的自感作用(可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用)，将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。

这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D 的正极，经过二极管D ，返回电感L 的左端，从而形成了一个回路。

通过控制开关闭合跟断开的时间(即PWM——脉冲宽度调制)，就可以控制输出电压。

如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。

DC-DC开关稳压电源在开关闭合期间，电感存储能量;在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。

二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。

LDO概述1.名词解释：LDO是Low Dropout Regulator，翻译为低压差线性稳压器，分开即低压差+线性+稳压器。

低压差：是输出压降比较低。

传统的线性稳压器压差高达2V，而LDO的压差只有几百mV。

线性：LDO内部的MOS管工作在线性区。

（后面电路大家会看到）稳压器：是指在正常的VIN范围内，输出VOUT都稳定在一个固定值，这个固定值就是我们想要的电压值。

比如VIN是电池电压3~4.4V，VOUT始终保持2.7V输出。

DCDC转换器如何选择电感与电容DC-DC转换器是一种将直流电压转换为不同电压级别的器件。

在选择电感和电容时，需要考虑转换器的工作频率、功率要求、效率、体积、成本等因素。

接下来将从这些方面详细介绍如何选择电感和电容。

1.工作频率：工作频率是选择电感和电容的关键因素之一、转换器的工作频率通常为几十千赫兹到几兆赫兹，不同频率的转换器对电感和电容的要求也不同。

一般来说，工作频率较高的转换器需要使用低电感值和小电容值的元件，而工作频率较低的转换器则需要使用高电感值和大电容值的元件。

2.功率要求：转换器的功率要求是选择电感和电容的另一个关键因素。

功率要求高的转换器通常需要使用高电流承受能力的电感和电容，以保证转换器的稳定性和可靠性。

此外，功率要求高的转换器还需要考虑元件的能量损耗、温升等因素，以确保转换器的高效率运行。

3.效率：效率是转换器的重要指标之一，也是选择电感和电容的重要考虑因素。

较高的效率意味着转换器的能量损耗较小，因此在选择电感和电容时应考虑其损耗等效系列电阻和损耗等效并联电阻等参数。

通常选择较低电感值和小电容值的元件可以提高转换器的效率。

4.体积：转换器的体积是另一个需要考虑的因素。

较小体积的转换器往往需要较小的电感和电容。

因此，在选择电感和电容时应考虑其尺寸和重量，以满足转换器体积小、重量轻的要求。

5.成本：成本是选择电感和电容的重要考虑因素之一、较大电感值和较大电容值的元件通常成本较高，而较小电感值和较小电容值的元件成本相对较低。

在选择电感和电容时，应根据转换器的成本预算，选择性价比高的元件。

综上所述，选择适合的电感和电容需要综合考虑工作频率、功率要求、效率、体积和成本等因素。

需要注意的是，不同转换器的特性和要求有所差异，因此在选择电感和电容时应根据具体的应用场景进行综合考虑，并多进行实验验证。

DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。

开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。

其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。

开关电源可以用于升压和降压。

我们常用的DC-DC产品有两种。

一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。

本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。

目录一. 电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二. 电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能DC-DC产品，可以进行升压，也可以作为降压使用，还可以进行反压输出。

电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。

1. 工作原理电荷泵是通过外部一个快速充电电容（Flying Capacitor），内部以一定的频率进行开关，对电容进行充电，并且和输入电压一起，进行升压（或者降压）转换。

最后以恒压输出。

在芯片内部有负反馈电路，以保证输出电压的稳定，如上图Vout ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压VREF做比较，经过误差放大器A，来控制充电电容的充电时间和充电电压，从而达到稳定值。

电荷泵可以依据电池电压输入不断改变其输出电压。

例如，它在1.5X或1X的模式下都可以运行。

当电池的输入电压较低时，电荷泵可以产生一个相当于输入电压的1.5倍的输出电压。

而当电池的电压较高时，电荷泵则在1X模式下运行，此时负载电荷泵仅仅是将输入电压传输到负载中。

这样就在输入电压较高的时候降低了输入电流和功率损耗。

2. 倍压模式如何产生以1.5x mode为例讲解：电压转换分两个阶段完成。

一目前，LED驱动电路大致可以分为：电阻降压驱动方式，线性稳压/恒流电源驱动方式，电荷泵驱动方式，DC-DC转换驱动方式。

电阻降压式LED驱动电路成本低、简单易行。

LED 是电流控制型器件，其导通压降相对较低，因此，最简单的方法是使用电阻限制LED的电流。

然而，此驱动方式不具备任何保护功能，且电阻消耗功率较大，电路效率较低。

线性LED驱动电路结构简单、实现方便，电路的核心是利用工作于线性区的功率三极管或MOSFFET作为一动态可调电阻来控制负载。

线性LED驱动电路输出线性直流电，可用于要求较高的场合，但由于线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率较低。

电荷泵驱动电路根据输出方式的不同有电压输出型和电流输出型两种：电压输出型电荷泵驱动电路输出恒定电压，电流输出型电荷泵驱动电路输出恒定电流。

电荷泵电路的最大优势是无须使用电感元件，具有成本低、噪声低、辐射EMI小以及控制能力强等优点。

然而，电路的效率会随着输入电压和输出电压的比例关系而变化，有时效率会低至70%以下，尤其是电压调节的电荷泵的效率往往不足70%。

因此，电荷泵式驱动电路在大功率LED驱动应用中受到了限制。

DC-DC转换驱动方式可分为：开关型LED恒流芯片驱动方式、非隔离式开关电源驱动方式、隔离式开关电源驱动方式。

非隔离式开关电源驱动方式，如降压型（Buck）和升压型（Boost）电路等，利用开关技术可获得较高的效率和较宽的电压范围。

然而，此类DC-DC变换器输入和输出共地，不能实现良好的电气隔离，因而并不适用于交流输入的场合。

隔离式开关电源驱动方式，如正激变换方式（Forward）和反激变换方式（Flyback）等，利用变压器进行输入与输出之间的隔离，并可采用工频交流电供电，具有效率高、适用性好、安全、可靠等优点，成为现阶段LED恒流驱动电路的首选。

二1)按驱动方式分，按LED驱动方式可分为恒流式和稳压式两大类。

(1)恒流式。

a.恒流电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化。