電荷泵

　　電荷泵稱為開關電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”（flying）或“泵送”電容（而非電感或變壓器）來儲能的DC-DC（變換器）。它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產生負電壓。其內部的FET開關陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數（0.5,2或3）倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調制過程可以保證高達80%的效率，而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開關工作的，電荷泵結構也會產生一定的輸出紋波和EMI（電磁干擾 ）

　　電荷泵可分為：1開關式調整器升壓泵 、2無調整電容式電荷泵 、3可調整電容式電荷泵。

　　電荷泵（開關電容器）IC提供dc-dc電壓變換，是用開關網絡充電和放電一個或多個電容器。開關網絡在電容器的充電和放電狀態之間觸發。

　　如圖4所示，電容器C1穿梭充電，電容器C2保持電荷和濾波輸出電壓。

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　　基本的電荷泵缺乏穩壓，通常要增加線性穩壓或電荷泵調制。線性穩壓具有最低的輸出噪聲，所以能提供較好的性能。電荷泵調制（控制開關電阻）對于給定的裸片大小（或成本）能提供額外輸出電流，因為穩壓器IC不需要包含串聯通路晶體管。

　　電荷泵的主要優點是消除了與電感器或變壓器有關的磁場和EMI。存在的一個可能的EMI源是在輸入源或另外電容器連接不同電壓時，高充電電流流到電容器C1。穩定的電荷泵降壓效率大于LDO，但小于電感開關穩壓器。

　　選擇正確的穩壓器拓撲

　　合適的電壓穩壓器拓撲選擇從來自電池的輸入電壓和負載所需的電壓和電流著手。在已知這些參數后，就可開始選擇最佳電壓穩壓器IC的進程。

　　關鍵的參數包括：

　　最大輸出電流：電壓穩壓器必須在所有工作條件下能提供負載所需的最大電流。一些穩壓器可提供高達10A的電流，而另外一些穩壓器僅給出200~300mA。

　　最大輸出電壓：所需的輸出電壓取決于具體應用。某些拓撲可提供20V或更高電壓，而另外拓撲提供10V以下電壓。來自電池的輸入電壓也可影響電壓穩壓器所產生的最大電壓。

　　效率：效率是輸出功率與輸入功率之比，效率主要影響可用的電池壽命。效率越高，壽命越長。

　　大小和重量：物理尺寸和重量主要取決于電壓穩壓器所需的外部元件數，電壓穩壓器會影響電路板空間和設備尺寸。

　　EMI：電路板布線或電壓穩壓器中的開關電路可能引起傳導和輻射EMI。

　　電源管理

　　不同負載需要不同的電池和不同的方法來管理電池電源和負載。表1給出3個主要應用的關鍵要求。

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　　關鍵的設計折衷考慮

　　電池基系統性能低的最佳化需要折衷考慮電池、電壓穩壓器和負載。

　　電池能量（安培一小時）與電池大小和重量的關系。

　　一次與二次電池比較。

　　熱量與處理器控制的電池監控器的關系。

　　電池類型與充電要求的關系。

　　電池類型與保護要求的關系。

　　電壓穩壓器拓撲與負載要求的關系。

　　電壓穩壓器拓撲與效率的關系。

　　電壓穩壓器拓撲（功率輸出）與熱管理的關系。

　　電壓穩壓器拓撲（功率輸出）與半導體封裝大小的關系。

　　線性與開關穩壓器的比較。

　　開關頻率與EMI的關系。

　　開關頻率與電路板大小/空間要求的比較

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