降壓電荷泵原理分析

原文來自公眾號：硬件工程師看海

電荷泵電源是一種常見架構(gòu)的電源，與基于電感的開關(guān)電源相比，電荷泵尺寸小，沒有電感帶來的磁場和EMI干擾。

近年來，電荷泵比較熱門應用是手機領(lǐng)域的快充。

手機行業(yè)快充方案有高電壓或高電流兩種，高電壓簡單易行，對配件要求低，如果考慮到降壓，則效率較低；高電流方案效率高，對配件要求也高，尤其是線材，這導致成本急劇上升。

電荷泵效率高，成本低，自然廣受青睞。

下圖是電荷泵基本架構(gòu)框圖，由1個飛電容Vc和4個開關(guān)即可實現(xiàn)基本的電荷泵功能。先給電容儲能，再由電容向負載放電，下面簡述電荷泵的工作流程。

電荷泵有通常有兩個工作狀態(tài)，分別是充電和放電，在充電時，路徑見下圖。當開關(guān)Q1和Q3導通時，對飛電容C1充電，當充放電達到平衡時，在充電階段有：Vi-Vc=Vo。

放電路徑見下圖，放電時電容C1直接給負載Ro放電，Vc=Vo，結(jié)合充電時的公式Vi-Vc=Vo，可以得到Vo=0.5Vi，即電壓減半。

Multisim仿真電路拓撲見下圖，公眾號后臺回復：電荷泵仿真文件

可以得到基于multisim的仿真源文件。

來看下輸入、輸出電電流，輸入輸出電壓的關(guān)系，大約為：

Io=2*Ii

Vo=0.5*Vi

即電壓減半，電流加倍

查看下Ii和Io的電流波形，紅色是輸入電流，綠色是輸出電流，當電容充電時，Ii=Io=Ic，當電容放電時，Ii=0，Io=Ic。所以在整個周期內(nèi)，Ii只存在1/2個周期，Io存在整個周期，Io=2Ii，電流加倍。

最后看下充放電時，紅色是飛電容兩端的電壓，綠色是輸出電壓，波形如下：

以上就是電荷泵基本工作原理的分析與介紹。

歡迎點個贊在看，歡迎一起討論。