电荷泵的基本原理介绍

    实际的电容具有等效串联阻抗(esr)和等效串联电感(esl)，两者都不会影响到电容存储电能的能力。然而，它们对开关电容电压变换器的整体转换效率有很大的影响。实际电容充电的等效电路如图1(c)所示，其中rs.是开关的电阻。esl为实际的电容等效串联电感，则在电容的充电电流路径上具有串联电感，通过适当的器件布局设计可以减小这个串联电感。

图1 电荷泵工作的基本原理图

    如图2(a)所示的电路一旦被加电，由于电容的寄生效应限制了峰值充电电流，并增加了电荷转移时间，因此电容的电荷累积不能立即完成，这意味着电容两端的初始电压变化为零。电荷泵就是利用了这种电容特性来工作的。

图2 电荷泵电路及其工作波形

    电压变换在两个阶段内得以实现。在第一个阶段期间，开关s1和s2关闭，而开关s3和s4打开，电容充电到其值等于输入电压。

    在第二个阶段，开关s3和s4关闭，而s1和s2打开。因为电容两端的电压降不能立即改变，输出电压则跳变到输入电压值的两倍，即

    使用这种方法可以实现电压的倍压，通常开关信号的占空比为50%时，能产生 佳的电荷转移效率。

    图2(b)中显示了图(a)电路实现电压倍压的稳态电流和电压波形。如图(a)所示电路在第一阶段时，充电电流会流入到c1中。该充电电流的初始值决定于电容c1两端的初始电压、c1的esr及开关的电阻。在c，充电后，充电电流呈指数级地降低。充电时间常数是开关周期的几倍，更小的充电时间常数将导致峰值电流的增加。在这个时间内，输出电容chold线性放电以提供负载电流。

    在第二阶段，c1+连接到输出端，放电电流(电流大小与前面的充电电流相同)通过c1流到负载。在这个阶段，输出电容电流的变化大约为2iout。尽管这个电流变化应该能产生的输出电压变化为2iout×esrchold，但使用低esr的陶瓷电容使得这种变化可以忽略不计。此时，chold线性地充电。当c1连接到输入和地之间时，chold线性地放电。总的输出纹波峰-峰电压值为

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