電荷泵的工作原理及常用電路

　電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器是一種DC/DC變換器，它將輸入的正電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的負(fù)電壓，即VOUT= -VIN。另外，它也可以把輸出電壓轉(zhuǎn)換成近兩倍的輸入電壓，即VOUT≈2VIN。由于它是利用電容的充電、放電實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移的原理構(gòu)成，所以這種電壓反轉(zhuǎn)器電路也稱為電荷泵變換器（Charge Pump Converter）。

　　電荷泵的應(yīng)用

　　電荷泵轉(zhuǎn)換器常用于倍壓或反壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換。電荷泵電路采用電容作為儲(chǔ)能和傳遞能量的中介，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，新型電荷泵電路的開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)1MHz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形式。

　　電荷泵電路主要用于電壓反轉(zhuǎn)器，即輸入正電壓，輸出為負(fù)電壓，電子產(chǎn)品中，往往需要正負(fù)電源或幾種不同電壓供電，對(duì)電池供電的便攜式產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，增加電池?cái)?shù)量，必然影響產(chǎn)品的體積及重量。采用電壓反轉(zhuǎn)式電路可以在便攜式產(chǎn)品中省去一組電池。由于工作頻率采用2～3MHz，因此電容容量較小，可采用多層陶瓷電容（損耗小、ESR 低），不僅提高效率及降低噪聲，并且減小電源的空間。

　　雖然有一些DC/DC 變換器除可以組成升壓、降壓電路外也可以組成電壓反轉(zhuǎn)電路，但電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器僅需外接兩個(gè)電容，電路最簡(jiǎn)單，尺寸小，并且轉(zhuǎn)換效率高、耗電少，所以它獲得了極其廣泛的應(yīng)用。

　　目前不少集成電路采用單電源工作，簡(jiǎn)化了電源，但仍有不少電路需要正負(fù)電源才能工作。例如，D/A 變換器電路、A/D 變換器電路、V/F或F/V 變換電路、運(yùn)算放大器電路、電壓比較器電路等等。自INTERSIL公司開(kāi)發(fā)出ICL7660電壓反轉(zhuǎn)器IC后，用它來(lái)獲得負(fù)電源十分簡(jiǎn)單，90 年代后又開(kāi)發(fā)出帶穩(wěn)壓的電壓反轉(zhuǎn)電路，使負(fù)電源性能更為完善。對(duì)采用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，采用電荷泵變換器來(lái)獲得負(fù)電源或倍壓電源，不僅僅減少電池的數(shù)量、減少產(chǎn)品的體積、重量，并且在減少能耗（延長(zhǎng)電池壽命）方面起到極大的作用?，F(xiàn)在的電荷泵可以輸出高達(dá)250mA的電流，效率達(dá)到75%（平均值）。

　　電荷泵大多應(yīng)用在需要電池的系統(tǒng)，如蜂窩式電話、尋呼機(jī)、藍(lán)牙系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備。便攜式電子產(chǎn)品發(fā)展神速，對(duì)電荷泵變換器提出不同的要求，各半導(dǎo)體器件公司為滿足不同的要求開(kāi)發(fā)出一系列新產(chǎn)品，本文將作一個(gè)概況介紹。

　　電荷泵的分類

　　電荷泵分類

　　電荷泵可分為：

　　開(kāi)關(guān)式調(diào)整器升壓泵，如圖1（a）所示。

　　無(wú)調(diào)整電容式電荷泵，如圖1（b）所示。

　　可調(diào)整電容式電荷泵，如圖1（c）所示。

　　圖1 電荷泵的種類

　　電荷泵工作過(guò)程

　　3 種電荷泵的工作過(guò)程均為：首先貯存能量，然