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降压电荷泵原理分析

原文来自公众号：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，公众号后台回复：电荷泵仿真文件

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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