电荷泵的工作原理

    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。

    第一阶段

    在第一阶段， C1和C2串联。假设C1=C2，则电容充电直到电容电压等于输入电压的一半

    VC1+-VC1-=VC2+-VC2-=VIN/2

    第二阶段

    在第二阶段，C1和C2并联，连接在VIN和VOUT之间。

    VOUT=VIN+VIN/2=1.5VIN

    3. 效率

    电荷泵的效率是根据电荷泵的升压模式，输入电压和输出电压所决定，如果是以2倍压模式进行升压，那么它的效率为Vout/2Vin。输入电压越小，效率越高。

    4. 电荷泵应用

    在我们的设计中，电荷泵经常被用作白光LED驱动，一般在手机中应用于并联LCD背光驱动芯片。而串联背光驱动芯片则应选择电感式的DC/DC，因为它对电压要求较高。

    5. 电荷泵选用要点

    选用电荷泵时考虑以下几个要素：

    · 转换效率要高

    · 静态电流要小，可以更省电;

    · 输入电压要低，尽可能利用电池的潜能;

    · 噪音要小，对手机的整体电路无干扰;

    · 功能集成度要高，提高单位面积的使用效率，使手机设计的更小巧;

    · 足够的输出调整能力，电荷泵不会因工作在满负荷状态而发烫;

    · 封装尺寸小是手持产品普遍要求;

    · 成本低，包括周边电路少占PCB板面积小，走线少而简单;

    · 具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，使供电电流消耗近乎为0。

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