電荷泵的工作原理及常用電路

　電荷泵電壓反轉器是一種DC/DC變換器，它將輸入的正電壓轉換成相應的負電壓，即VOUT= -VIN。另外，它也可以把輸出電壓轉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)現電荷轉移的原理構成，所以這種電壓反轉器電路也稱(chēng)為電荷泵變換器（Charge Pump Converter）。

　　電荷泵的應用

　　電荷泵轉換器常用于倍壓或反壓型DC-DC 轉換。電荷泵電路采用電容作為儲能和傳遞能量的中介，隨著(zhù)半導體工藝的進(jìn)步，新型電荷泵電路的開(kāi)關(guān)頻率可達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器，即輸入正電壓，輸出為負電壓，電子產(chǎn)品中，往往需要正負電源或幾種不同電壓供電，對電池供電的便攜式產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，增加電池數量，必然影響產(chǎn)品的體積及重量。采用電壓反轉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電路，但電荷泵電壓反轉器僅需外接兩個(gè)電容，電路最簡(jiǎn)單，尺寸小，并且轉換效率高、耗電少，所以它獲得了極其廣泛的應用。

　　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電壓反轉器IC后，用它來(lái)獲得負電源十分簡(jiǎn)單，90 年代后又開(kāi)發(fā)出帶穩壓的電壓反轉電路，使負電源性能更為完善。對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)獲得負電源或倍壓電源，不僅僅減少電池的數量、減少產(chǎn)品的體積、重量，并且在減少能耗（延長(cháng)電池壽命）方面起到極大的作用?，F在的電荷泵可以輸出高達250mA的電流，效率達到75%（平均值）。

　　電荷泵大多應用在需要電池的系統，如蜂窩式電話(huà)、尋呼機、藍牙系統和便攜式電子設備。便攜式電子產(chǎn)品發(fā)展神速，對電荷泵變換器提出不同的要求，各半導體器件公司為滿(mǎn)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(lèi)

　　電荷泵分類(lèi)

　　電荷泵可分為：

　　開(kāi)關(guān)式調整器升壓泵，如圖1（a）所示。

　　無(wú)調整電容式電荷泵，如圖1（b）所示。

　　可調整電容式電荷泵，如圖1（c）所示。

　　圖1 電荷泵的種類(lèi)

　　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