电荷泵转换器工作原理
电荷泵原理
电荷泵原理电荷泵是一种能够将电荷从低电势区域转移到高电势区域的装置，它是现代电子设备中非常重要的一部分。
电荷泵原理是基于电荷在电场中受力而移动的基本物理原理，通过外加能量将电荷从低电势区域抽取出来，然后将其输送到高电势区域，从而实现电势的提升。
在这篇文章中，我们将深入探讨电荷泵原理及其应用。
首先，电荷泵原理的核心是利用外部能量来实现电荷的移动。
在电场中，电荷会受到电场力的作用而发生位移，如果外部施加的能量足够大，就可以克服电场力，使电荷在电场中移动。
电荷泵利用这一原理，通过外部能量的输入，将电荷从低电势区域抽取出来，然后输送到高电势区域，从而实现电势的提升。
这种原理在许多电子设备中得到了广泛的应用，如电池、太阳能电池等。
其次，电荷泵原理的实现需要借助于半导体材料。
半导体材料具有特殊的电子结构，可以在外加电场的作用下形成电子空穴对，从而实现电荷的移动。
利用半导体材料的特性，可以设计出各种类型的电荷泵装置，如PN结电荷泵、MOS电荷泵等。
这些电荷泵装置在现代电子技术中发挥着重要作用，为各种电子设备提供稳定的电源。
此外，电荷泵原理还可以应用于能量转换和能量存储领域。
通过外部能量的输入，电荷泵可以将低能量电荷转化为高能量电荷，实现能量的提升。
这种能量转换过程可以应用于太阳能电池、燃料电池等能源装置中，为这些装置提供稳定的能量输入。
同时，电荷泵还可以将电荷储存在电场中，实现能量的存储，为电子设备提供持续的电源支持。
总的来说，电荷泵原理是一种利用外部能量实现电荷移动的重要物理原理，它在现代电子技术中发挥着重要作用。
通过对电荷泵原理的深入理解，可以为电子设备的设计和制造提供重要的理论指导，推动电子技术的发展。
同时，电荷泵原理的应用还可以拓展到能量转换和能量存储领域，为新能源技术的发展提供新的思路和方法。
希望通过本文的介绍，读者对电荷泵原理有了更深入的了解，为相关领域的研究和应用提供帮助。
RS232接口芯片双电荷泵电平转换器原理
RS232接口芯片双电荷泵电平转换器原理RS232接口芯片中的双电荷泵电平转换器是用来将RS232接口的高电压转换成低电压（负逻辑）或低电压转换成高电压（正逻辑）。
这是因为RS232接口规定，逻辑1对应的电平范围是-15V到-3V，逻辑0对应的电平范围是3V到15V。
双电荷泵电平转换器的原理是利用了电容的充电和放电过程。
它由两个电容和四个开关组成。
在低电平转高电平的情况下，首先，开关S1和S4关闭，开关S2和S3打开，这样电容C1和C2都与负电源相连。
然后，电容C1开始放电，电荷通过S2和S3流向电容C2、接着，开关S1和S4打开，开关S2和S3关闭，这样电容C1与正电源相连，而电容C2与负电源相连。
此时，电容C1开始充电，电荷通过S1和S4流向电容C2、最终，电容C2的电荷累积到一定程度，使得高电平发送到RS232接口上。
在高电平转低电平的情况下，操作相反。
首先，电容C2开始放电，电荷通过S1和S4流向电容C1、然后，电容C2开始充电，电荷通过S2和S3流向电容C1、最终，电容C1的电荷累积到一定程度，使得低电平发送到RS232接口上。
通过这种方法，双电荷泵电平转换器能够将RS232接口的高电平转换成低电平或将低电平转换成高电平。
这样，RS232接口芯片就能够在逻辑电平不同的设备之间进行数据传输。
总结起来，RS232接口芯片中的双电荷泵电平转换器利用电容的充放电过程，通过控制开关的状态，将RS232接口的高电平转换成低电平或将
低电平转换成高电平。
这种转换实现了逻辑电平的兼容，使得不同逻辑电平的设备能够正常进行数据通信。
icl7660工作原理
icl7660工作原理
ICL7660是一种电荷泵电压反转转换器，其工作原理如下：
1. 输入电压V_IN经过输入限制电阻R1和R2分压，得到一个电压V_REF，通常为1.25V。
2. 输入电压经过一个振荡器产生一个频率为10kHz的方波信号，用于驱动电荷泵。
电荷泵由两个电容C1和C2、四个开关S1、S2、S3和S4以及两个二极管D1和D2组成。
3. 在振荡器输出高电平期间，S1和S4被关闭，S2和S3被打开，此时C1从V_REF开始充电。
4. 在振荡器输出低电平期间，S1和S4被打开，S2和S3被关闭，此时C1和C2通过D1和D2进行电荷转移，使C1的正极接地，C2的负极接地，C1的负极上的电压为-V_REF。
5. 重复步骤3和步骤4，每个振荡周期结束时，C1的电压将被反转成-V_REF。
然后，通过一个电压跟随器将-C1和-C2的电压复制到输出端，从而得到一个稳定的-2V_REF的电压输出。
ICL7660的工作原理简单易懂，通过电荷泵将输入电压反转，并经过电压跟随器转换成负倍数输出电压。
这种电压反转转换器常用于DC-DC转换、电路中的电源管理和压力传感器等应用中。
电荷泵工作原理
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"(flying)或"泵送"电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。
1.电荷泵工作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。
2.电荷泵升压电路原理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”（Flying）或“泵送”电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（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FET开关阵列以一定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（0.5，2或3）倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。
这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。
由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI（电磁干扰）。
电荷泵通过控制泵电容及调节开关来保持稳定的输出电压，电荷泵开关网络在泵电容充电和放电变换周期内可以实现泵电容的并行或串行排列。
在给定的输入、输出条件（差分电压）下，应选择电荷泵的最优工作模式以保持要求的输出电压。
电荷泵开关网络采用的MOSFET 器件具有尺寸小，成本低，开关速度快，损耗最低等特点。
3.电荷泵快充原理电荷泵也叫无电感式DC-DC转换器，利用电容作为储能元件来进行电压电流的变换。
电荷泵基本原理
电荷泵的基本原理电容是存储电荷或电能，并按预先确定的速度和时间放电的器件。
如果一个理想的电容以理想的电压源％进行充电，如图1（a）所示，则电容将依据Dirac电流脉冲函数立即存储电荷，如图1（b）所示。
存储的｀总电荷数量按下式计算。
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，能产生最佳的电荷转移效率。
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。
电荷泵电路原理
电荷泵电路原理电荷泵电路是一种常见的电子电路，它通过周期性地将电荷从一个电容器转移到另一个电容器来实现电压升高。
电荷泵电路通常由开关元件、电容器和电感器等组成，它的工作原理是利用开关元件周期性地改变电路的拓扑结构，从而实现电荷的转移和电压的升高。
在电荷泵电路中，开关元件起着关键作用。
当开关元件处于导通状态时，电荷可以从一个电容器转移到另一个电容器；而当开关元件处于截止状态时，电荷则被锁定在电容器中，从而实现电压的积累。
通过不断地重复这一过程，电荷泵电路可以实现电压的不断升高。
电荷泵电路的工作原理可以用一个简单的模型来解释。
假设有两个电容器，它们分别带有正电荷和负电荷。
当开关元件处于导通状态时，正电荷会从一个电容器转移到另一个电容器，从而使得两个电容器的电压差增大；而当开关元件处于截止状态时，电容器中的电荷被锁定，电压得以保持。
通过不断地重复这一过程，电荷泵电路可以实现电压的逐渐升高。
除了电容器和开关元件，电感器也是电荷泵电路中的重要组成部分。
电感器可以帮助电荷泵电路实现对电荷的存储和释放，从而实现电压的升高。
通过合理地设计电感器的参数，可以使电荷泵电路实现更高的电压升高效果。
总的来说，电荷泵电路通过周期性地转移电荷和积累电荷，从而实现电压的逐渐升高。
它在许多电子设备中都有着重要的应用，比如DC-DC变换器、电压倍增器等。
了解电荷泵电路的工作原理对于理解这些电子设备的工作原理具有重要意义。
在实际应用中，电荷泵电路还面临着一些挑战，比如功耗、效率、稳定性等方面的问题。
因此，对于电荷泵电路的研究和优化仍然具有重要意义。
希望通过不断地努力，可以进一步提高电荷泵电路的性能，为电子设备的发展做出更大的贡献。
电荷泵工作原理
电荷泵工作原理
电荷泵是一种能够将电荷从低电压输送到高电压的装置，它在
许多电子设备中都有重要的应用。
电荷泵的工作原理主要基于电荷
的移动和电场的作用，下面我们将详细介绍电荷泵的工作原理。
首先，电荷泵通常由输入端和输出端组成。
在电荷泵中，输入
端的电荷通常是从一个低电压的电源中获取的，而输出端则是将电
荷输送到高电压的地方。
电荷泵的工作原理主要包括两个关键步骤，电荷的移动和电场的作用。
在电荷泵中，电荷的移动是通过一系列的电子传导和电子驱动
来实现的。
当电荷通过输入端进入电荷泵时，它们会在电荷泵内部
的导体中移动，这个过程通常需要借助于外部的能量源，比如电池
或者其他的电源。
在移动的过程中，电荷会受到一定的阻力，这时
电荷泵内部的电场就会发挥作用，它会对电荷施加一个力，使得电
荷能够克服阻力继续向输出端移动。
另外，电场的作用也是电荷泵工作原理的重要部分。
在电荷泵
内部，会产生一个电场，这个电场会对电荷产生一个力，从而使得
电荷能够沿着一定的路径移动。
这个电场通常是通过电荷泵内部的
电荷分布和导体的结构来实现的，它会对电荷的移动方向和速度产生影响，从而使得电荷能够顺利地从输入端输送到输出端。
总的来说，电荷泵的工作原理主要包括电荷的移动和电场的作用。
通过这两个关键步骤，电荷泵能够将电荷从低电压输送到高电压的地方，从而实现了电荷的输送和能量的转换。
电荷泵在许多电子设备中都有着重要的应用，比如在电源系统和信号处理系统中都有着广泛的应用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对电荷泵的工作原理有一个更加深入的了解。
电荷泵的原理及应用
电荷泵的原理及应用1. 什么是电荷泵电荷泵是一种电子设备，它能够利用电场的力量将电荷移动到更高能级的位置，从而产生更高的电压。
它主要由电容器、开关和一系列整流器组成。
2. 电荷泵的原理电荷泵的原理基于电容器的充电和放电过程。
当开关处于导通状态时，电容器开始充电，吸收电荷。
一旦电容器充满电荷，开关被切断并反向放电，将电荷从电容器移动到更高能级的位置。
重复这个过程，就可以产生更高的电压。
3. 电荷泵的应用电荷泵在许多电子设备中广泛应用。
以下是一些常见的电荷泵应用：•电压倍增器：电荷泵可以将输入电压提升到更高的输出电压。
这在一些场合中非常有用，例如液晶显示器的驱动电路中。
•电荷泵稳压器：电荷泵还可以用作稳压器，通过调整电荷泵工作周期和频率，可以稳定输出电压并消除电源中的纹波。
•频率倍增器：电荷泵可以将输入信号的频率提高到更高的频率。
这对于一些需要高频信号的应用来说是十分重要的，例如射频通信。
•电压反转器：电荷泵可以实现输入电压的反转。
这在一些特定场合中非常有用，例如需要生成负电压的场合。
•电荷泵逆变器：电荷泵可以将直流电压转换为交流电压。
这在一些需要交流电压的应用中非常重要，例如音频放大器。
4. 电荷泵的优缺点电荷泵具有许多优点，但也存在一些缺点。
优点：•高效性：电荷泵通常具有较高的转换效率，能够将输入电压有效地提高到更高的输出电压。
•紧凑性：电荷泵通常由较少的元件组成，体积小巧，适合在电子设备中进行集成。
•可靠性：电荷泵不需要移动部件，因此其可靠性较高，无机械磨损和损坏的风险。
缺点：•输出电流有限：电荷泵的输出电流通常相对较小，不适用于高功率应用。
•噪声较大：电荷泵输出电压中可能会引入噪声，需要进行滤波处理。
•限制输入电压范围：电荷泵对输入电压的稳定性要求较高，不适用于输入电压波动较大的应用。
5. 结论电荷泵是一种利用电场力量产生更高电压的电子设备。
它在许多电子设备中广泛应用，包括电压倍增器、稳压器、频率倍增器、电压反转器和电荷泵逆变器等。
电荷泵转换器工作原理
电荷泵转换器工作原理1. 引言电荷泵转换器是一种常用的电子器件，用于将直流电压转换成更高或更低的直流电压。
它在许多电子设备和电路中发挥着重要的作用，例如电源管理、射频通信等领域。
本文将介绍电荷泵转换器的工作原理及其实现方式。
2. 电荷泵转换器基本原理电荷泵转换器利用电容器的充放电原理，将输入电压转换成更高或更低的输出电压。
它由两个交替工作的开关和两个电容器构成。
当一个开关打开时，电容器C1通过电流源充电，同时电容器C2通过另一个开关放电。
接着，两个开关状态切换，C2开始充电，C1开始放电。
通过交替充放电，电荷泵转换器可以将电压转移到更高的电平。
3. 电荷泵转换器工作原理详解3.1 正向工作阶段当电荷泵转换器工作在正向工作阶段时，输入电压施加在电容器C1上，开关S1关闭，而开关S2打开。
在这种情况下，通过正向开启的二极管D1，电容器C2开始放电，同时将放电电流传递给负载。
在这个过程中，电容器C1通过电流源逐渐充电，并将电压逐渐增加。
3.2 反向工作阶段当电容器C1充电到一定电压后，开关S2关闭，而开关S1打开。
在这种情况下，通过反向开启的二极管D2，电容器C2开始充电。
在这个过程中，充电电流继续传递给负载，而电容器C1则通过电流源放电。
通过交替的正向和反向工作阶段，电荷泵转换器可以将输入电压转换成更高的输出电压。
具体输出电压的大小取决于电容器的数值以及开关的工作频率。
4. 电荷泵转换器实现方式电荷泵转换器可以使用不同的电路拓扑来实现。
其中较为常见的有Dickson电荷泵和Cockroft-Walton电荷泵。
4.1 Dickson电荷泵Dickson电荷泵是一种串联电荷泵结构，由多个电容器和开关组成。
在每个时钟周期中，电容器依次进行充放电操作，从而实现输出电压的倍增。
Dickson电荷泵具有简单的结构和高电压增益，但其输出电流较小。
4.2 Cockroft-Walton电荷泵Cockroft-Walton电荷泵是一种并联电荷泵结构，通过多级整流电路将直流电压倍增。
DCDC原理与应用
DC/DC基本知识DC/DC是开关电源芯片。
开关电源，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。
其输出的功率或电压的能力与占空比（由开关导通时间与整个开关的周期的比值）有关。
开关电源可以用于升压和降压。
我们常用的DC-DC产品有两种。
一种为电荷泵（Charge Pump），一种为电感储能DC-DC转换器。
本文详细讲解了这两种DC/DC产品的相关知识。
目录一.电荷泵1. 工作原理2. 倍压模式如何产生3. 电荷泵的效率4. 电荷泵的应用5. 电荷泵选用要点二.电感式DC/DC1. 工作原理（BUCK）2. 整流二极管的选择3. 同步整流技术4. 电感器的选择5. 输入电容的选择6. 输出电容的选择7. BOOST 与 BUCK的拓扑结构一. 电荷泵电荷泵为容性储能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V out ，经R1,R2分压得到电压V2，与基准电压V REF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。
电荷泵工作原理
电荷泵工作原理
电荷泵是一种电子器件，利用电场或磁场的作用，将电荷从低能级向高能级转移的原理来实现电荷的泵送。
简单来说，电荷泵是通过对电荷进行反复的移动和分离，来提升电荷能级的装置。
电荷泵可以基于不同的原理来实现。
其中一个常见的例子是压电电荷泵，其原理基于压电效应，即在某些晶体中施加压力会发生电荷分离。
在电荷泵中，施加交变电压可以使压电材料发生周期性的膨胀和收缩，从而分离出正负电荷。
另一个常见的电荷泵原理是半导体电荷泵。
在半导体材料中，通过改变材料中的电势能障垒，可以实现电荷的泵送。
这种电荷泵通常利用PN结构，通过不断地改变结中的电压来实现电荷的移动和分离。
电荷泵的工作过程可以简单描述为以下几个步骤：
1. 初始状态下，电荷泵中的电荷处于较低能级状态。
2. 施加电场或磁场的作用，使电荷发生移动和分离。
3. 通过改变电势能障垒或压电效应，将电荷推向更高的能级。
4. 重复以上步骤，不断提升电荷的能级。
电荷泵的工作原理
电荷泵的工作原理电荷泵的工作原理电荷泵电压反转器是一种DC/DC变换器，它将输入的正电压转换成相应的负电压，即VOUT= -VIN。
另外，它也可以把输出电压转换成近两倍的输入电压，即VOUT≈2VIN。
由于它是利用电容的充电、放电实现电荷转移的原理构成，所以这种电压反转器电路也称为电荷泵变换器（Charge Pump Converter）。
电荷泵的应用电荷泵转换器常用于倍压或反压型DC-DC 转换。
电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介，随着半导体工艺的进步，新型电荷泵电路的开关频率可达1MHz。
电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。
电荷泵电路主要用于电压反转器，即输入正电压，输出为负电压，电子产品中，往往需要正负电源或几种不同电压供电，对电池供电的便携式产品来说，增加电池数量，必然影响产品的体积及重量。
采用电压反转式电路可以在便携式产品中省去一组电池。
由于工作频率采用2～3MHz，因此电容容量较小，可采用多层陶瓷电容（损耗小、ESR 低），不仅提高效率及降低噪声，并且减小电源的空间。
虽然有一些DC/DC 变换器除可以组成升压、降压电路外也可以组成电压反转电路，但电荷泵电压反转器仅需外接两个电容，电路最简单，尺寸小，并且转换效率高、耗电少，所以它获得了极其广泛的应用。
目前不少集成电路采用单电源工作，简化了电源，但仍有不少电路需要正负电源才能工作。
例如，D/A 变换器电路、A/D 变换器电路、V/F或F/V 变换电路、运算放大器电路、电压比较器电路等等。
自INTERSIL公司开发出ICL7660电压反转器IC后，用它来获得负电源十分简单，90 年代后又开发出带稳压的电压反转电路，使负电源性能更为完善。
对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，并且在减少能耗（延长电池寿命）方面起到极大的作用。
现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。
电荷泵工作原理
电荷泵工作原理
电荷泵是一种电管，可以通过控制电流或电压来把一种可调节的电流传输到一个容积上，从而维持容积内的稳定电荷。
它主要包括对流（吸充电源）、指数（或饱和）及复杂的机械结构。
它一般会出现在自由电子放大器的器件或细胞中，用来控制电荷的容积。
电荷泵的基本工作原理：它利用电荷转移的原理，即保留一定的电流，从而控制并改变电荷的容积，从而影响某些参数，在其工作过程中出现充电和放电的过程。
它是由一个由多个可调节电路（如带有内在放大器功能）和一些机械结构组成的三组件系统组成的。
即流入电路（内部吸充电源）、指数（常数或饱和）和输出电路（输出端）。
首先，它会吸收流入电路对应的电流，然后存储在指数电路对应的电容当中，最后，将这部分电量转移到输出电路，由此控制节容等参数，形成稳定的工作状态，并达到相应的目标。
此外，电荷泵还可以被使用于一些空间电离角度上，即空间电荷平衡方程，可以有效改变空间电荷的稳定容积，当没有可以调节的空间电荷此时也可运用此原理进行调节。
总的来说，电荷泵是一种利用电荷的转移以达到控制稳定电荷的容积的电子器件，它利用内在的电流和指数电路，将流入电流注入到饱和指数电路中，并在其工作过程中实现充放电，以达到稳定电之器件或细胞的容积等目的。
电荷泵工作原理
电荷泵工作原理电荷泵电压反转器是一种DC/DC 变换器，它将输入的正电压转换成相应的负电压，即VOUT= -VIN。
此外，它也可以把输出电压转换成近两倍的输入电压，即VOUT≈2VI N。
由于它是利用电容的充电、放电实现电荷转移的原理构成，所以这种电压反转器电路也称为电荷泵变换器(Charge Pump Converter)。
电荷泵的应用电荷泵转换器常用于倍压或者反压型DC-DC 转换。
电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介，随着半导体工艺的进步，新型电荷泵电路的开关频率可达1MHz 。
电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。
电荷泵电路主要用于电压反转器，即输入正电压，输出为负电压，电子产品中，往往需要正负电源或者几种不同电压供电，对电池供电的便携式产品来说，增加电池数量，必然影响产品的体积及分量。
采用电压反转式电路可以在便携式产品中省去一组电池。
由于工作频率采用2~3MHz，因此电容容量较小，可采用多层陶瓷电容(损耗小、ESR 低)，不仅提高效率及降低噪声，并且减小电源的空间。
虽然有一些DC/DC 变换器除可以组成升压、降压电路外也可以组成电压反转电路，但电荷泵电压反转器仅需外接两个电容，电路最简单，尺寸小，并且转换效率高、耗电少，所以它获得了极其广泛的应用。
目前不少集成电路采用单电源工作，简化了电源，但仍有不少电路需要正负电源才干工作。
例如，D/A 变换器电路、A/D 变换器电路、V/F 或者F/V 变换电路、运算放大器电路、电压比较器电路等等。
自INTERSIL 公司开辟出ICL7660 电压反转器IC 后，用它来获得负电源十分简单，90 年代后又开辟出带稳压的电压反转电路，使负电源性能更为完善。
对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或者倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、分量，并且在减少能耗(延长电池寿命)方面起到极大的作用。
现在的电荷泵可以输出高达250mA 的电流，效率达到75%(平均值)。
电荷泵设计原理及在电路中的作用
1、电荷泵原理电荷泵的基本原理是，电容的充电和放电采用不同的连接方式，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，实现升压、降压、负压等电压转换功能。
上图为二倍升压电荷示，为最简单的电荷泵电路。
V2输出为方波信号，当V2为低电平的时候，V1通过D1、C1、V2对电容C2充电，C2两端电压上正下负;当V2为高电平输出的时候，V2输出电压与C1两端电压相叠加，通过D3对负载供电并对C2充电。
如果忽略二极管压降，则C2两端电压Vo=V2+V1，其中V2为电压源V2的高电平输出电压。
由于电荷泵整个工作过程的核心部分为电容充放电过程，所以最重要的公式为电容充放电公式：I*T=ΔV*C，其中T为电容充放电周期，ΔV为每个充放电周期内电容两端电压波动，I为充放电电流。
电荷泵以非常简单的电路可以实现升压、降压、负压等功能，所以各种不同的场合为电路扩展小功率电路。
2、电荷泵在电路中的作用1.功率电路中的电荷泵电荷泵的一个非常广泛的用途就是在由N沟道MOSFET构成的半桥电路中为上桥臂提供浮驱电压。
典型接法如下图所示，图中红框内的二极管D及电容Cboot与主电路中半桥的下桥臂T1构成电荷泵。
当半桥的下臂T1开通时，Vcc 通过D与T1为电容Cboot充电;当T1关断T2导通时，Cboot为上臂T2提供MOSFET导通所必需的Vgs电压。
这是由于T2在电路中的位置所决定的，当T2导通时，如果忽略导通压降Vds，T2的源极电压Vs=Vr，所以如果想要饱和导通，加上T2门极上的驱动电压需满足Vg=Vr+Vgs，对于功率型N沟道MOSFET而言，Vgs通常需要15V左右。
电荷泵以很少的元器件满足了这一设计要求，所以在此类应用中得到广泛应用。
虽然上图中所述的自举型电荷泵（采用半桥的下臂作为电荷泵的一部分）使电路设计变得非常简单，但实际使用过程中有些限制，如对桥臂的开通时序和占空比有限制等。
所以，在某些要求比较高的应用场合，采用他驱型的电荷泵，即将电荷泵电路及驱动波形与主功率电路分离，采用外部电路构成电荷泵。
电荷泵充电原理
电荷泵充电原理的基本原理引言电荷泵是一种用于产生高电压的电子器件，它能够将低电压的直流电源转换为高电压的直流电源。
电荷泵的充电原理是利用电容器的充放电过程来实现的。
在本文中，我们将详细解释电荷泵充电原理的基本原理。
电荷泵的基本结构电荷泵通常由以下几个基本组件组成：1.电容器：用于存储电荷的装置。
2.开关：用于控制电荷在电容器和其他元件之间的流动。
3.整流器：用于将交流电源转换为直流电源。
4.倍压电路：用于将低电压转换为高电压。
电荷泵的工作原理电荷泵的工作原理可以分为以下几个步骤：1.充电步骤：开关将电荷从电源中的一个极板引入电容器中。
2.放电步骤：开关将电荷从电容器中的一个极板引出，使其流向另一个极板。
3.反向充电步骤：开关将电荷从电容器的另一个极板引入电源中。
4.反向放电步骤：开关将电荷从电源中的一个极板引出，使其流向电容器的另一个极板。
这些步骤循环进行，从而实现电荷的累积和电压的提高。
具体充电原理下面我们将详细解释电荷泵充电原理的具体过程。
第一步：充电1.开关将电荷从电源的正极引入电容器的一个极板上，使其充电。
这个过程中，电容器的另一个极板上的电荷保持不变，即电容器的另一个极板是中性的。
2.当电容器充满电荷后，开关切断与电源的连接，停止充电。
第二步：放电1.开关将电荷从电容器的一个极板引出，使其流向另一个极板。
这个过程中，电容器的一个极板上的电荷减少，而另一个极板上的电荷增加，即电容器的两个极板上的电荷量变化相等。
2.当电容器完全放电后，开关切断与另一个极板的连接，停止放电。
第三步：反向充电1.开关将电荷从电容器的另一个极板引入电源中，使其充电。
这个过程中，电容器的一个极板上的电荷保持不变，即电容器的一个极板是中性的。
2.当电容器充满电荷后，开关切断与电源的连接，停止充电。
第四步：反向放电1.开关将电荷从电源的一个极板引出，使其流向电容器的另一个极板。
这个过程中，电容器的一个极板上的电荷减少，而另一个极板上的电荷增加，即电容器的两个极板上的电荷量变化相等。
电荷泵原理
电荷泵原理
电荷泵是一种可将电荷从低电势转移到高电势的电子器件。
它通过周期性地在一对电容器之间往复传输电荷来实现这一功能。
电荷泵核心的元件是两个电容器，分别称为输入电容器和输出电容器。
输入电容器的两个端口分别连接一个高电压源和一个交流信号源，而输出电容器的两个端口分别连接一个接地点和负载。
电荷泵的工作原理可以分为四个步骤：
1. 输入电容充电阶段：当高电压源电压施加在输入电容器上时，电容器开始充电。
这导致电容器的正极获得了一些正电荷，而负极则获得了一些负电荷。
在此过程中，输出电容器处于放电状态。
2. 开关转换阶段：一旦输入电容器充电达到一定程度，切换器会将两个电容器连接在一起。
这导致输入电容器的正极连接到输出电容器的负极，而输入电容器的负极连接到输出电容器的正极。
3. 电荷传输阶段：经过连接后，电荷开始从输入电容器的正极移动到输出电容器的负极。
这导致输出电容器的正电荷增加，而输入电容器的正电荷减少。
这一过程完成后，切换器再次将两个电容器分离。
4. 输出电容充电阶段：当两个电容器再次分离时，输出电容器
的正极处于开路状态。
这导致输出电容器开始充电，并逐渐达到与输入电容器相同的电荷状态。
同时，输入电容器处于放电状态。
通过不断重复这四个步骤，电荷泵能够将从低电势端获得的电荷传输到高电势端。
这种器件广泛应用于瞬变电压提升、信号整形与增益等电路中。
电荷泵的工作原理
电荷泵的工作原理
电荷泵是一种电子元件，其主要功能是将电荷从一处地方移动到另一处地方。
它能够将电荷从低电势的地方（如地点A）抽取出来，并将它们推向高电势的地方（如地点B）。
通过这个过程，电荷泵能够实现电势差的转化。
电荷泵的工作原理基于电场力和电荷在电场中受力运动的机制。
它通常由两个电容器（称为C1和C2）和两个开关（称为S1
和S2）组成。
当S1关闭、S2打开时，C1电容器开始充电，
电荷会从电源源端逐渐流向C1电容器。
此时，C2电容器的上端则连接着一部分电荷，下端则与地相连。
当C1电容器充满电荷后，S1打开、S2关闭，C1与C2电容
器之间的连接会断开，此时C1中的电荷无法通过S1进一步
流动。
不过，C1上依然存在电势差，导致C1的正极电势高于地势。
在这种情况下，C2的下端相对于C1的正极形成低电势区域，同时C2的上端还存在一定的高电势。
由于电荷在电场力下会从高电势区域移向低电势区域，因此在
S1打开、S2关闭的情况下，C1中的电荷会通过外部电路流向
C2的上端，从而完成电荷泵的工作。
这个过程中，电荷从低
电势的地方（C1的正极）被推向高电势的地方（C2的上端），实现电势差的转化。
需要注意的是，电荷泵的工作过程中通常需要一个外部能量源（如电池）来提供能量，以维持电荷的移动。
否则，电荷泵只
能将有限的电荷从低电势地方移向高电势地方，直至全部电荷流动完成。
电荷泵是什么
电荷泵是什么
电荷泵是什幺
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（flying）或泵送电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（变换器）。
定义：也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的快速（flying）或泵送电容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（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FET开关阵列以一定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（0.5，2或3）倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。
这种特别的调制过程可以保证高达80%的效率，而且只需外接陶瓷电容。
由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI（电磁干扰）。
DC-DC：直流－直流转换模块
电荷泵原理。
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Charge Pump Converter Operation PrinciplesAje Tu 19/08/2005AbstractThis paper analyzes the charge pump circuit operation principles. Useful formulas are derived based practical approximations. Some characteristics of charge pump converter are well explained by the derived formulas.IntroductionCharge pump converters have been widely used in modern electronic products. Comparing to conventional boost converters, charge pump converters feature several advantages including: 1.) less EMI emission due to inductorless design, 2.) less PCB area since only small MLCC capacitors are used, 3.) less expensive. Charge pump converters will keep dominating in industry for low power applications like white LED backlight in hand held devices.However, charge pump converter is not well understood today. Aimtron and AIC analyze operation principles of charge pump converter in [1, 2]. The analysis is based on some impractical assumptions, and some errors occur during the derivation procedures. This paper analyzes the charge pump circuit operation principles. Useful formulas are derived based practical assumptions. Some characteristics of charge pump converter are well explained by the derived formulas.Charge Pump ConvertersFigure 1 shows a 2X charge pump converter. Q1/Q2 and Q3/Q4 turn on and off alternatively.V I NV I ND S(O N)V CD S(O N)O U TV I ND S(O N)(a) (b) (c)Figure 1. Charge pump converter circuitry on different operation stages.When Q1/Q2 turn on, the flying capacitor C F is charging through V IN , R DS(ON) of Q1/Q2, and its ownequivalent series resistance ESR. Figure 1a shows charging state equivalent circuit. When Q3/Q4 turn on, the flying capacitor C F is discharging through V IN , R DS(ON) of Q3/Q4 and its own equivalent series resistance ESR to V OUT . Figure 1b shows charging state equivalent circuit.Long Charging and Discharging Time ConstantAssumptions that approximate real applications are made for the following derivation.1.) Charging and discharging time constants (2R DS(ON)+ESR)C F are far large than switching period T. Thisleads to piecewise linear current and voltage waveforms as shown in Figure 2. 2.) C IN and C OUT are large enough so that V IN and V OUT could be regarded as DC values. 3.) R DS(ON) of Q1~Q4 are identical for simplicity.V CI O FFD T(1-D )TI O FF-A V GV C-A V GV YV XFigure 2. Current and voltage waveforms of charge pump converters.According to capacitor charge balance principle in steady state, integrations of I ON and I OFF over charging and discharging period respectively are identical.DT)-(1I DT I A VG -OFF A VG -ON ⨯=⨯(1)where I ON-AVG is the averaged charging current when Q1/Q2 turn on; I OFF-AVG is the averaged charging current when Q1/Q2 turn on; T is the switching period of the converter, D is the duty cycle of the Q1/Q2.The averaged input current I IN is expressed asDT)-(1I DT I T I A VG -OFF A VG -ON IN ⨯+⨯=⨯(2)The averaged output current I OUT is expressed asDT I D)T -(1I T I A VG -ON A VG -OFF OU T ⨯=⨯=⨯ (3)OU T IN 2I I =(4)Referring to Figure 1a and Figure 1b respectively, the averaged charging current I ON-AVG and I OFF-AVG could be written as:ESR 2R V -V I DS(ON)AVG-C IN AVG -ON +=(5)ESR2R V -V V I DS(ON)OUTAVG -C IN AVG -OFF ++=(6)(5) + (6) results inESR2R V -2V I I DS(ON)OUTIN AVG -OFF AVG -ON +=+(7)Taking Equation (3) into (7) results in:D)-D(11ESR)I (2R -2V V OUTDS(ON)IN OUT +=(8)AVG -OFF COUT OUTOUTRipple -OUT I ESR DT C I V ⨯+= (9)whereDT C I OUTOUTand A VG -OFF C OU T I ESR ⨯ correspond to capacitance and equivalent series resistance of the output capacitor respectively.Considering the flying capacitor, the charge difference during a switching period is expressed as:T I V C Q OU T VF F ⨯=⨯=∆∆(10)FOUT VF C TI V ⨯=∆ (11)The difference between maximum and minimum I ON is:ESR)(2R C T I ESR 2R V I DS(ON)F OUT DS(ON)VFON +⨯=+=∆∆ (12)Several characteristics of charge pump converters are observed according to the above equations. 1.) From Equation (8), output capability is limited by R DS(ON) of MOSFET and ESR of flying capacitors. 2.) From Equation (3) and (9), small duty cycle operation results small output ripple voltage and lowers output capability.3.) From Equation (3) and (8), if the R DS(ON) of MOSFET are identical, D = 0.5 leads to maximum output capability.4.) From Equations (11) and (12), small C F results in higher ΔV F , ΔI ON , and input voltage ripple.Figure 3 shows the simulation waveforms of a 2X charge pump converter, where charging and discharging time constant is 4 times of switching period. It is observed that the current and voltage waveforms could be approximate by piecewise linear waveforms.Figure 3. Simulation waveforms of a 2X charge pump converter with long charging time constant.Short Charging and Discharging Time ConstantIn applications where charging and discharging time constant is compatible to switching period, current and voltage waveforms are no longer piecewise linear. Formulas in above section are no longer applicable. Assumptions that approximate real applications are made for the following derivation. 1.) CIN and C OUT are large enough so that V IN and V OUT could be regarded as DC values. 2.) R DS(ON) of Q1~Q4 are identical for simplicity. 3.) D = 0.5 for simplicity.According to capacitor charge balance principle in steady state,T I dt e RV -V V dt e RV -V OUT TT/2RC T/2-t -OUT Y IN T/2RC t-X IN FF⨯=+=⎰⎰(21)where R = 2R DS(ON) + ESR is the equivalent total resistance in the charging and discharging loops, V X andV CV INV OUTI CI OUTI INV Y are valley and peak C F voltage respectively.Rearranging Equation (21) results inT I )e-)(1V -V (V C )e -)(1V -(V C OU T 2R C T -OU T Y IN F 2R C T -X IN F FF⨯=+=(22)By deleting C F and )e -(1F2RC T -terms, (22) results inOU T Y X V V V =+(23)T I V C Q OU T C F F ⨯=⨯=∆∆(24)FOUT X Y C TI V -V ⨯=(25)(23) - (25) results inFOUTOUT X 2C TI -2V V ⨯= (26)Take (26) into (22) results inT I )e -)(12C TI 2V -(V C OUT 2RC T-FOUT OUT IN F F ⨯=⨯+ (27)FOUT2RC T-F OUT OUTIN C T2I )e -)(1C T I V -2V F ⨯=⨯+ (28)Rearranging Equation (28) results in)e-(1C T 2I C TI V -2V F2RC T -F OUT FOUT OUT IN ⨯=⨯+ (29)FFF2RC T-2RC T -FOUT IN 2RC T -F OUT FOUT IN OUT e -1e1C T I -2V )e-(1C T 2I -C TI 2V V +⨯⨯=⨯⨯+= (30)A--AOUTIN OUT e -1e 1A R 2I -2V V +⨯⨯⨯=(31)where A = T/2RC FSeveral characteristics of charge pump converters are observed according to the above equations. 1.) From Equation (23), V OUT is the summation of the peak and valley voltages of flying capacitor. 2.) From Equations (23) and (25), small C F results in higher ΔV F , ΔI ON , and input voltage ripple. 3.) From Equation (31), R = 2R DS(ON) +ESR primarily limits the output capability of charge pumpconverter. However, parameter A = T/2RC F also induces a factors onto the output capability that will be analyzed later.Figure 4 shows the simulation waveforms of a 2X charge pump converter, where charging and discharging time constant is 0.4 times of switching period.Figure 3. Simulation waveforms of a 2X charge pump converter with short charging time constant.Figure 5 shows the T/2RC F effect on the output capability. When T/2RC F < 0.5, the A--Ae-1e 1A +⨯ term approaches to 2 and its limitation could be neglected. Equation (31) is simplified as Equation (32) that isidentical to Equation (8).OU T D S(ON )IN OU T 4ESR)I (8R -2V V +=(32)T/2RC F > 1.0 is not recommended since significant reduce in output capability is predicted. If R DS(ON) is 1.0m Ω, switching frequency is 1MHz, T/2RC F = 0.5 results in C F = 0.5uF . Flying capacitor larger than 0.5uF is strongly recommended.V CV INV OUTI CI OUTI INFigure 5. Effect of A = T/2RC F on output capability.From Equation (25)OUT DS(ON)F OUT DS(ON)XY ON I A ESR)(2R C T I ESR 2R V -V I ⨯=+⨯=+=∆Again A = T/2RC F < 0.5 is recommended, otherwise large input voltage ripple will be result in.ConclusionA = T/2RC F is an important parameter for 2X charge pump converter. It affects not only output capability but also the input ripple voltage. A = T/2RC F < 0.5 is strongly suggested according to the analysis results. In practical application, switching period and R DS(ON) is constant once the charge pump IC is decided. Therefore the flying capacitor should be carefully selected to 1.) minimize R = 2R DS(ON) +ESR and 2.) make sure A = T/2RC F < 0.5 for maximum output capability and minimum input voltage ripple.Reference[1] “Principle of Charge Pump ”, Application Note, Aimtron Technology. [2] “AIC1845”, Datasheet, Analog Integrations Corporation.A。