一.前言

常見的電源有buck,boost等拓撲結構，他們都是工作在開關模式下利用電感充放電實現目標電壓輸出的電源方案，今天就介紹一下另一種也是工作在開關模式下，但是卻不需要電感的電源電路結構，也就是charge pump電路。它在一些低成本，對空間要求緊張的場合里一般會出現，一般是作為輔助電源的身份出現，就是說電路中有多個輸出電壓要求，它可以實現其中的升壓輸出的需求。

二.charge pump電路工作原理以及器件選型

1.工作原理

charge pump電路基本的構成就是一個在開關模式工作的DC-DC轉換器，主要由開關電路以及電容構成，開關電路可以由分立器件搭建，也可以選用集成IC，一般來說是選用集成IC，體積小，可靠性高。電容的話可以選用電解電容或者瓷片電容，這取決于開關速度。

電路的工作原理是這樣的：

1.開關“1”輸出GND，直流電壓+V通過D1對C1進行充電，C1兩端的電壓為V-VD1，此時D2未導通；

2.開關“1”輸出+V，C1和D1結點處的電壓被抬升為：V+V-VD1，D2正向導通，從而對C2充電，C2兩端的電壓為：V+V-VD1-VD2；

通過以上兩個步驟就實現了輸出電壓的升壓，當然為了穩定輸出，C2電容的容易一般比C1要大，這樣可能需要多個開關周期才能把C2充滿，為了進一步穩定輸出，還可以在輸出端放置穩壓管或者LDO來實現更高精度的輸出。

2.器件選型

1.電容選型計算

電容C1主要是為了穩定開關節點的電壓，所以容值不能太大，ESR要盡可能低，所以我們要先制定一個輸出紋波電壓的指標，比如我們把紋波電壓定位500mV。接下來我們先說一下紋波電壓的計算，紋波電壓包含兩部分，一部分是電容充放電導致的電容電壓的變化，另外一部分是電容自身的ESR導致的電容充放電過程中產生的紋波電壓。其中D是開關的占空比，f是開關的周期，那么開通開通的時間就等于t=D*T=D/f，這一過程中的電荷為Q=I*t，對應的紋波電壓變化就是：V=Q/U，從而我們就能計算出這一部分的紋波電壓，另外一部分的紋波電壓就比較好理解了，就不多贅述了。有了這一公式，我們就能反向根據紋波電壓指標，輸出電流要求，以及占空比，開關頻率來反向計算出需要的電容容值。電容的耐壓至少要為電源電壓的2倍。

2.二極管選型計算

二極管的選型就比較簡單了，主要關注三點，第一就是二極管的正向導通壓降要低，從而降低二極管功率損耗，也能提供輸出電壓，第二就是二極管的反向耐壓要高于輸出電壓，第三就是二極管的正向通流能力要高于輸出峰值電流，當然還要考慮降額。

三.匯總

charge pump電路簡單，成本低，不用電感節省空間，但是其輸出能力比較低，一般用在小于200mA的場合，其次雖然沒有電感，但是還是工作為開關模式，所以存在EMI問題，轉化效率相比有電感的拓撲更低。

審核編輯：湯梓紅