星球热文 | 一文理解电荷泵电源原理

电源网订阅号 2021-03-03


文章来自星球号——《一文理解电荷泵电源原理》

作者:硬件工程师看海



电荷泵电源是一种常见架构的电源,与基于电感的开关电源相比,电荷泵尺寸小,没有电感带来的磁场和EMI干扰。

近年来,电荷泵比较热门应用是手机领域的快充。

手机行业快充方案有高电压或高电流两种,高电压简单易行,对配件要求低,如果考虑到降压,则效率较低;高电流方案效率高,对配件要求也高,尤其是线材,这导致成本急剧上升。

电荷泵效率高,成本低,自然广受青睐。

下图是电荷泵基本架构框图,由1个飞电容Vc和4个开关即可实现基本的电荷泵功能。先给电容储能,再由电容向负载放电,下面简述电荷泵的工作流程。


电荷泵有通常有两个工作状态,分别是充电和放电,在充电时,路径见下图。当开关Q1和Q3导通时,对飞电容C1充电,当充放电达到平衡时,在充电阶段有:Vi-Vc=Vo。


放电路径见下图,放电时电容C1直接给负载Ro放电,Vc=Vo,结合充电时的公式Vi-Vc=Vo,可以得到Vo=0.5Vi,即电压减半

Multisim仿真电路拓扑见下图


来看下输入、输出电电流,输入输出电压的关系,大约为:

Io=2*Ii

Vo=0.5*Vi

即电压减半,电流加倍

查看下Ii和Io的电流波形,红色是输入电流,绿色是输出电流,当电容充电时,Ii=Io=Ic,当电容放电时,Ii=0,Io=Ic。所以在整个周期内,Ii只存在1/2个周期,Io存在整个周期,Io=2Ii,电流加倍。

最后看下充放电时,红色是飞电容两端的电压,绿色是输出电压,波形如下:



以上就是电荷泵基本工作原理的分析与介绍。



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