【技巧】电荷泵电路的结构和应用

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电荷泵电路的结构和应用在电压变换电路中扮演着重要角色，尤其在手机快充应用中表现突出。相较于线性稳压电路（LDO）与开关电源电路（PMPS），电荷泵电路在能量传输上展现高效性，不需电感参与即可实现高效转换。在手机快充领域，降压式电荷泵以其接近98%的转换效率赢得了广泛认可。

电荷泵电路基本原理简单明了，通过控制电容C1的充放电过程实现电压倍增。以一个典型电路为例，当S1、S2开关闭合，S3、S4开关打开时，C1充电至输入电压Vin；随后，当S3、S4开关闭合，S1、S2开关打开时，Co电容上的电压倍增至2Vin，从而实现“倍压”。

降压电荷泵电路是电荷泵应用的另一种形式，通过调整开关状态，电路实现将Vin转换为Vo，其中Vo为Vin的一半。这种设计在手机快充中尤为常见，通过“降压增流”的方式，使电池在低压环境下获得大电流充电。

利用电子线路中常用的运放电路构建电荷泵电路，是工程师们经常采取的手段。虽然运放在电源轨附近存在非线性输出，导致在电源轨附近存在信号失真，但通过合理的电路设计，如采用半桥电荷泵电路，可以在3.3V或5V供电系统中实现输出+7.3V和-0.7V电压输出。

升压电路和负压电路是电荷泵电路的两个典型应用。在升压电路中，通过交替导通S1、S2开关，C1在Vin2电压下充电，最终Vo电压达到Vin1和Vin2之和，加上二极管管压降，从而实现输出电压的增加。相反，在负压电路中，Vo电压为C1负电压，满足Vin1大于Vin2的条件时，通过类似的充放电过程，可获得-0.7V电压输出。

电荷泵电路在高边MOS驱动电路，如BUCK电路中也有广泛的应用。例如，某些驱动IC的电荷泵升压部分，通过电荷泵电路高效地驱动MOS，实现功率转换。

综上所述，电荷泵电路以其高效、灵活的特点，在电压变换领域展现出强大的应用潜力。从基础原理到实际应用，电荷泵电路在现代电子设备中扮演着不可或缺的角色。