电荷泵(charge pump)原理

电荷泵的基本原理

电荷泵的基本原理是给电容充电，把电容从充电电路取下以隔离充进的电荷，然后连接到另一个电路上，传递刚才隔离的电荷。我们形象地把这个传递电荷的电容看成是“装了电子的水桶”。从一个大水箱把这个桶接满，关闭龙头，然后把桶里的水倒进一个大水箱^[8]。电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容，而非电感或变压器来储能的DC-DC变换器（直流变换器）。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的MOSFET开关阵列以一定的方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(1/2,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。

电荷泵的电压变换在两个阶段内实现。在第一个阶段，开关S₁和S₂关闭，而开关S₃和S₄打开，电容C₁充电到输入电压：

                  

                                                                            

在第二阶段，开关S₃和S₄关闭，而S₁和S₂打开。因为电容C₁两端的电压降不能立即改变，输出电压跳变为输入电压的两倍。

   

       

电荷泵解决方案在应用中也有缺点，其主要缺点是：

    只能提供有限的输出电压范围，绝大多数电荷泵的转换比率最多只能达到输入电压的2倍，这表示输出电压不可能高于输入电压的2倍。

典型的电平转换电路MAXx2xx系列芯片因单电源+5V供电，均有电荷泵电平转换器产生±10V电源，以供RS232电平所需。