電荷泵電源是什么？一文教會你

什么是電荷泵電源吶，通常來說電荷泵中的電容做了大部分工作，使得第二級的buck電路可以極大的減小輸出濾波電感的尺寸，同時，第二級的輸入電壓降低了，可以利用標準CMOS工藝制作的低壓開關管。

如圖，這是一個最簡單的電荷泵電源，用來實現(xiàn)1/2降壓的功能。

與基于電感的開關電源變換器相比，電荷泵尺寸小，沒有電感器和變壓器所帶的磁場和EMI干擾;而且，尤其是在集成電路中，與電感、變壓器相比，電容更容易與芯片集成，所以電荷泵被廣泛應用。

然而，傳統(tǒng)的利用電容電荷交換為放電電容充電的容性功率轉換會出現(xiàn)巨大損耗。 舉例來說，一個電壓為V的電容C，給另外一個電壓為0，容量同樣為C的電容充電。

充電前，兩者的能量總和為第一個電容的能量，1/2*C*V^2;

充電后，電荷重新分布，兩個電容的電壓均為1/2*V，兩個電容的能量總和為1/4*C*V^2。

損失了一半的能量。

容性功率轉換導致出現(xiàn)巨大損耗

進一步的分析表明，即使在理想開關的情況下，都是有損的，而且損耗和兩電容之間的開關的導通電阻無關。 這個損耗，叫做”Charge Redistribution Loss”，就是“電荷再分布損耗”。也就是說，只要兩個電容在有壓差的情況下，進行了電荷傳輸，就會有損耗。類似兩個木桶里有不同高度的水，把兩桶水位平均后水的總量沒有變，但是水的勢能改變了。 有人會問，理想開關的導通電阻是0，怎么還會有損耗呢?這個損耗到底去哪了? 其實，這個損耗歸根到底還是導通損耗。當理想開關導通電阻為0時，電阻兩端電壓為0，導通電流無窮大。零乘無窮大的結果是一個常數(shù)。

開關導致能量損耗

如圖，上半部分顯示的是一個電壓源，在有壓差的情況下硬開關的導致出現(xiàn)損耗。粉紅色的是電壓源的電壓，保持不變;淡藍色的是被充電的電容的電壓，逐漸建立起來的過程。右邊顯示的綠色線是充電電流。粉色的電壓源電壓減去淡藍色的電容電壓，就是開關兩端的壓差，與電流的乘積，就是導通損耗。 有多種方法，來消除或者減小這個導通損耗。 比如，采用ZVS的軟開關技術，使用電流源來給電容充電。電流源的電壓與被充電的電容保持同步，開關兩端沒有壓差，從而消除導通損耗。