電荷泵電源的很多知識(shí)，快來(lái)收藏吧！

我們都知道由于電荷泵中的電容做了大部分工作，使得第二級(jí)的 buck 電路可以極大的減小輸出濾波電感的尺寸，同時(shí)，第二級(jí)的輸入電壓降低了，可以利用標(biāo)準(zhǔn) CMOS 工藝制作的低壓開(kāi)關(guān)管。

電荷泵(Charge Pump)是“開(kāi)關(guān)電容技術(shù)”眾多應(yīng)用中的一種。利用開(kāi)關(guān)電容充放電不同的連接方式，以非常簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn) DC/DC 的升壓、降壓、負(fù)壓等變換器功能。

如圖，這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的電荷泵電源，用來(lái)實(shí)現(xiàn) 1/2 降壓的功能。

與基于電感的開(kāi)關(guān)電源變換器相比，電荷泵尺寸小，沒(méi)有電感器和變壓器所帶的磁場(chǎng)和 EMI 干擾;而且，尤其是在集成電路中，與電感、變壓器相比，電容更容易與芯片集成，所以電荷泵被廣泛應(yīng)用。

然而，傳統(tǒng)的利用電容電荷交換為放電電容充電的容性功率轉(zhuǎn)換會(huì)出現(xiàn)巨大損耗。

舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)電壓為 V 的電容 C，給另外一個(gè)電壓為 0，容量同樣為 C 的電容充電。

充電前，兩者的能量總和為第一個(gè)電容的能量，1/2*C*V^2;

充電后，電荷重新分布，兩個(gè)電容的電壓均為 1/2*V，兩個(gè)電容的能量總和為 1/4*C*V^2。

損失了一半的能量。

容性功率轉(zhuǎn)換導(dǎo)致出現(xiàn)巨大損耗

進(jìn)一步的分析表明，即使在理想開(kāi)關(guān)的情況下，都是有損的，而且損耗和兩電容之間的開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻無(wú)關(guān)。

這個(gè)損耗，叫做”Charge Redistribution Loss”，就是“電荷再分布損耗”。也就是說(shuō)，只要兩個(gè)電容在有壓差的情況下，進(jìn)行了電荷傳輸，就會(huì)有損耗。類似兩個(gè)木桶里有不同高度的水，把兩桶水位平均后水的總量沒(méi)有變，但是水的勢(shì)能改變了。

有人會(huì)問(wèn)，理想開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻是 0，怎么還會(huì)有損耗呢?這個(gè)損耗到底去哪了?

其實(shí)，這個(gè)損耗歸根到底還是導(dǎo)通損耗。當(dāng)理想開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻為 0 時(shí)，電阻兩端電壓為 0，導(dǎo)通電流無(wú)窮大。零乘無(wú)窮大的結(jié)果是一個(gè)常數(shù)。

開(kāi)關(guān)導(dǎo)致能量損耗

如圖，上半部分顯示的是一個(gè)電壓源，在有壓差的情況下硬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)致出現(xiàn)損耗。粉紅色的是電壓源的電壓，保持不變;淡藍(lán)色的是被充電的電容的電壓，逐漸建立起來(lái)的過(guò)程。右邊顯示的綠色線是充電電流。粉色的電壓源電壓減去淡藍(lán)色的電容電壓，就是開(kāi)關(guān)兩端的壓差，與電流的乘積，就是導(dǎo)通損耗。