什么是電荷泵電路？
　　電荷泵電路或電荷泵調(diào)節(jié)器是一種 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，它利用開(kāi)關(guān)電容器技術(shù)來(lái)增加或減少輸入電壓水平。
　　如圖 1 所示，這些電路塊通常僅由電容器和開(kāi)關(guān)（即時(shí)鐘控制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管或 FET）組成，并通過(guò)仔細(xì)定時(shí)和控制這些開(kāi)關(guān)來(lái)利用電容器的電荷轉(zhuǎn)移特性。分立設(shè)計(jì)通常使用二極管而不是晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的開(kāi)關(guān)操作。　　簡(jiǎn)單電荷泵電路的示意圖。

　　圖 1.簡(jiǎn)單電荷泵電路示意圖。圖片由德州儀器提供
　　通過(guò)交替對(duì)電容器充電和放電，電荷泵可以將給定的輸入電壓增加或減少到所需的水平。
　　從底層角度來(lái)看，電荷泵電路的基本工作原理是電容器兩端的電壓不能瞬間改變。根據(jù)電容器 IV 方程的定義，為了使電容器瞬間改變其電壓，需要無(wú)限量的電流。
　　\[I_C = C \frac {dV_C}{dt} \]
　　由于這在物理上是不可能的，因此我們發(fā)現(xiàn)電容器無(wú)法突然改變其端子之間的電壓。電荷泵利用這一特性，通過(guò)使用精心定時(shí)的開(kāi)關(guān)來(lái)操縱電容器兩端的電壓。
　　電荷泵電壓倍增器電路示例
　　為了更好地理解電荷泵的工作原理，我們現(xiàn)在看一個(gè)基本的例子：電壓倍增電路。
　　如圖 2 所示，我們的電壓倍增電路由一個(gè)由四個(gè)周?chē)_(kāi)關(guān)控制的電容器組成?！　‰妷罕对銎麟娐吩韴D

　　圖 2.倍壓器電路原理圖
　　該電路的工作分為兩個(gè)階段：增益階段和公共階段。在增益階段，SW1和SW2關(guān)閉，而SW3和SW4打開(kāi)。如圖3所示，在此階段，C1的正極和負(fù)極分別連接到Vin和GND?！　≡谠鲆骐A段，電容充電至 Vin

　　圖 3. 在增益階段，電容器充電至 Vin
　　這樣，電容器就會(huì)充電，直到其端子間的電壓等于 Vin?，F(xiàn)在，C1 充電至 Vin，我們切換到圖 4 所示的公共相位?！　≡诠蚕辔恢?，電容器通過(guò)將其正極提升至 2*Vin 來(lái)維持其兩端的電壓

　　圖 4. 在公共相位中，電容器通過(guò)將其正極提升至 2*Vin 來(lái)維持其兩端的電壓
　　在公共相中，SW1和SW2斷開(kāi)，SW3和SW4閉合。此時(shí)C1的負(fù)極連接到Vin，正極連接到Vout。
　　如前所述，電容器兩端的電壓不能立即改變。因此，電容器將嘗試保持其兩端的 Vin 等效電壓。為了保持其兩端的 Vin，電容器會(huì)強(qiáng)制 Vout 處的電壓等于 2*Vin，從而使電容器兩端的等效電壓等于 Vin。
　　輸出電壓以地為參考，電壓倍增電路有效地接受 Vin 輸入并產(chǎn)生 2*Vin 的輸出電壓。
　　電荷泵電路中的非理想行為
　　值得注意的是，到目前為止，我們的討論都假設(shè)了理想的電容器和理想的開(kāi)關(guān)，但這兩者在實(shí)際應(yīng)用中都不現(xiàn)實(shí)。
　　電荷泵電路中一些非理想行為的來(lái)源包括：
　　MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）開(kāi)關(guān)損耗
　　電容器等效串聯(lián)電阻 （ESR）
　　電荷泄漏
　　每一種非理想情況都可能導(dǎo)致電荷泵電路效率降低，并且其行為與我們迄今為止通過(guò)方程和示例建模的行為略有不同。
　　電荷泵調(diào)節(jié)器：優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、應(yīng)用
　　與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比，電荷泵穩(wěn)壓器的主要優(yōu)勢(shì)之一是，由于不需要使用電感器，因此尺寸明顯更小。
　　電感器因占用大量電路板空間而臭名昭著，因?yàn)殡姼兄蹬c匝數(shù)直接相關(guān)，匝數(shù)越多，占用的空間就越大。另一方面，充電泵不需要使用電感器，因此比開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器小得多。
　　下面的表 1 顯示了電荷泵、基于電感的開(kāi)關(guān)模式調(diào)節(jié)器和低壓差 (LDO) 電路之間的一些主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
　　表 1.電荷泵、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和 LDO 的優(yōu)缺點(diǎn)比較。數(shù)據(jù)由 德州儀器提供
　　　電荷泵還具有優(yōu)于線性穩(wěn)壓器的優(yōu)勢(shì)，即它們提供更高的效率并且既可以降低輸入電壓也可以提高輸入電壓。
　　另一方面，電荷泵的效率往往低于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，并且輸出紋波和噪聲水平較高，因此其穩(wěn)壓性能不如線性穩(wěn)壓器。出于這些原因，電荷泵最適合需要低負(fù)載電流和中等輸入輸出電壓差的應(yīng)用。