与基于电感器的开关稳压器相比， 高压充电泵可简化电源转换

背景信息

充电泵 (或称开关电容器电压转换器) 填补了线性稳压器和基于电感器的开关稳压器之间的性能空白，为不喜欢电感器的工程师提供了另一种设计选择。与 LDO 相比，充电泵需要一个额外的电容器 ("浮动"电容器) 才能工作，但一般来说成本仅略有增加，同时充电泵具有更高的输出噪声电平，而且输出电流能力通常较弱。不过，充电泵也有一些线性稳压器所没有的优势，例如效率更高、由于较高效率工作而产生更好的热量管理、能够升压和降压或者产生负电压。当与常规开关稳压器相比较时，充电泵的输出电流能力较弱，效率较低。但是充电泵更简单，易于设计，而且不需要电感器。最近在工艺技术领域取得的进步使得能够相对于以前各代产品扩大了充电泵的输入电压范围。表 1 比较了上述各种拓扑的关键性能参数。

表 1：LDO、充电泵和开关稳压器的性能比较

充电泵 IC 用电容器作为储能元件来产生输出电压。例如，考虑图 1 所示的基本"倍压器"充电泵电路。该电路采用单个浮动电容器 (图中的 CFLY) 和 4 个由两相时钟驱动的内部开关 (内有"x"的圆圈)，产生比输入电压大一倍的输出电压。在时钟的第一个相位 (图中的 θ1)，一对开关给浮动电容器充电，使其达到输入电压 (VIN)。在时钟的第二个相位 (图中的 θ2)，第三个开关将该电容器的负端连接至 VIN，在电容器的正端有效地产生 2 * VIN。第四个开关将浮动电容器的正端连接到输出电容器。在无负载情况下，电荷将在每个周期中传送到输出电容器，直至输出充电至 2 * VIN 为止，从而产生等于两倍输入电压。当存在输出负载时，输出电容器 (图中的 COUT) 在第一个相位上提供负载电流，而在第二个相位上，浮动电容器提供负载电流，并给输出电容器充电。为了传送电荷，输出将稳定在一个略低于 2 * VIN 的电压上。输出电容器在两个时钟相位上的充电和放电产生了输出纹波，该纹波是输出电容器值、时钟频率和输出负载电流的函数，