【短視頻】MPS 電源小課堂第三季第十四話：不是所有的升壓都是Boost

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相信大家談到升壓電路，第一反應(yīng)可能就是 Boost 電路，當(dāng)然，為了兼容寬輸入電壓的應(yīng)用，想必工程師朋友們對(duì)于 Buck-Boost 和 SEPIC 電路也是很熟悉的。

而今天小編要為大家介紹的是一種叫做Charge Pump（電荷泵）的升壓電路，我們一起看看它的廬山真面目吧！

Charge Pump 電路所需的元器件較少，占用面積小，高效率，因此性價(jià)比很高。我們常常能在 TFT-LCD 的背光以及光模塊的應(yīng)用，及 Buck 電路的上管（NMOS）的驅(qū)動(dòng)中看到它的身影。

Charge Pump 倍壓輸出的工作原理

Charge Pump（電荷泵）最經(jīng)典的應(yīng)用莫過于倍壓輸出，其基本原理簡而言之就是對(duì)電容進(jìn)行充放電，利用電容能夠儲(chǔ)存電荷的原理將其從充電回路隔離，通過放電回路對(duì)輸出進(jìn)行放電。

首先，充電階段：Q1/Q4 導(dǎo)通，Q2/Q3 關(guān)斷，輸入向電容 C1 充電。

然后進(jìn)入轉(zhuǎn)換階段：Q1/Q4 關(guān)斷，Q2/Q3 導(dǎo)通，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰粫?huì)突變，電容 C1 向輸出電容 Co 放電，通過開關(guān)變換，實(shí)現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的倍壓輸出 Vo=2Vin 。

Charge Pump 在電路中的經(jīng)典應(yīng)用

了解了 Charge Pump 倍壓輸出的原理，接下來我們看看它在實(shí)際電路中的經(jīng)典應(yīng)用吧。

1 Charge Pump在Buck上管驅(qū)動(dòng)中的變形應(yīng)用

以 Buck 電路為例，我們知道為了驅(qū)動(dòng)上管，滿足 Vgs>Vth , 我們往往需要一個(gè)自舉電路來抬升 gate 的電壓，如圖所示電容 C1 在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)便完成了電荷的充放電過程，從而抬升了 gate 的電壓。

其實(shí)不僅是 Buck 電路中的上管驅(qū)動(dòng)中的自舉電路，在全橋和半橋的上管驅(qū)動(dòng)中我們也經(jīng)?？梢钥吹?Charge Pump 電路的身影的。

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Charge Pump在Boost電路中的二次升壓應(yīng)用

當(dāng)遇到一些升壓場(chǎng)合，比如在 TFT-LCD 的 VP/VN 供電中，現(xiàn)有 Boost 芯片的最大輸出電壓無法滿足應(yīng)用需求時(shí)：

以一顆常用于 TFT 偏壓供電的芯片為例，SW 最大耐壓是25V，但輸出高于25V的應(yīng)用時(shí)，輸出往往會(huì)受限。

當(dāng)然工程師朋友們也可以更換耐壓更高的 IC ，但就像利物浦主教練克洛普說過 “好的球員除了貴，沒有任何缺點(diǎn)” 。

這個(gè)時(shí)候 Charge Pump 電路就可以完美展示它的優(yōu)點(diǎn)，我們只需要在 Boost 的典型應(yīng)用電路上增加一些元器件便可以實(shí)現(xiàn) Vo2=2Vo1 。

我們可以將電路簡化如下：

在 Q1 導(dǎo)通的時(shí)候，C1 向 C2 傳遞能量，從而抬升 C2 的電壓，直到 V1=V2 。

在 Q1 關(guān)斷的時(shí)候，此時(shí)電容 C2 開始向輸出傳遞能量，這樣 C2 電容便充當(dāng)了一個(gè)“搬運(yùn)工”的角色，非常巧妙的實(shí)現(xiàn)了 V3=V2+V1=2V1

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Charge Pump的負(fù)壓輸出應(yīng)用

Charge Pump 電路不僅可以應(yīng)用在正壓輸出，在負(fù)壓輸出的應(yīng)用中, 因?yàn)樗柰鈬骷^少，也被廣大工程師朋友們所青睞。

當(dāng)然想要獲得負(fù)壓輸出，我們也可以基于 Buck 芯片，更改成 Buck-Boost 的拓?fù)?，以此形成?fù)壓輸出。

但對(duì)于小電流，體積緊湊的應(yīng)用里，Charge Pump 負(fù)壓輸出詮釋了真正的小身材大味道。

如上圖，僅用4個(gè) MOS ，通過內(nèi)部邏輯電路，來控制4個(gè) MOS 的開關(guān)切換，從而便可以使 Vo=-Vin 。

這樣，器件無需任何外部電感，可以節(jié)省成本和簡化設(shè)計(jì)空間；

這種緊湊的小尺寸解決方案，適用范圍廣泛，包括光模塊、RF 放大器和傳感器電源等。

相信工程師朋友們通過以上幾個(gè)應(yīng)用的學(xué)習(xí)，對(duì)于 Charge Pump 電路已經(jīng)是十分熟悉了。相比傳統(tǒng)電感式 DC/DC ，Charger Pump 這類電容式 DC/DC 的區(qū)別可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

工程師朋友們可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求來選擇合適的 DCDC 解決方案哦~

END

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