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电荷泵电源原理讲解
2021-06-11 10:48
硬件工程师看海
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原文来自公众号：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
可以得到基于multisim的仿真源文件。
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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