電荷泵（Charger Pump）又稱為開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器（SCC，Switched Capacitor Convertor），電荷泵以電容作為儲(chǔ)能元件，通過MOS開關(guān)對(duì)電容充放電來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。和電感式DC-DC轉(zhuǎn)換器對(duì)比，電荷泵主要有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、效率高、輸出紋波低等。在日漸輕薄且高性能手機(jī)中，電荷泵更是被廣泛應(yīng)用。

今天就就給大家介紹一款2S電池手機(jī)中常用的2-phase 2:1 降壓電荷泵，接下來我們一起來學(xué)習(xí)下它的工作原理吧。

圖1 2-phase 2：1降壓電荷泵示意圖

01

軟起動(dòng)過程

為了保證Vout輸出穩(wěn)定，防止因Cfly電容充電瞬間在Vout產(chǎn)生高壓毛刺，芯片在active前都會(huì)經(jīng)過軟起動(dòng)階段，將Cout和Cfly兩端電壓充至Vin/2。在芯片內(nèi)部有一個(gè)跨接在Vin和Vout之間的電流源，如圖2所示，在軟起動(dòng)階段，開關(guān)管S1、S2、S5、S6關(guān)斷，S3、S4、S7、S8打開，Cfly1、Cfly2和Cout則并聯(lián)在一起，并被電流源一直充電至Vin/2，此時(shí)結(jié)束軟起動(dòng)，芯片進(jìn)入Active工作狀態(tài)。

圖2 軟起動(dòng)原理示意圖

02

Active工作過程

在Active狀態(tài)下，SCC1（Switched Capacitor Converter）電路中，開關(guān)管S1、S2打開，S3、S4關(guān)斷，Cfly1進(jìn)行充電。SCC2電路中，S7、S8打開，S5、S6關(guān)閉，Cfly2進(jìn)行放電。充放電路徑如圖3所示，波形如圖4所示。

圖3 SCC1充放電路徑示意圖

圖4 SCC1各節(jié)點(diǎn)波形示意圖

同理，在下一個(gè)相位中，SCC1電路中，S1、S2關(guān)斷，S3、S4打開，Cfly1進(jìn)行放電。SCC2電路中，S7、S8關(guān)斷，S5、S6打開，Cfly2進(jìn)行充電。充放電路徑如圖5所示，波形如圖6所示。通過Cfly1和Cfly2的交替充放電，加之輸出穩(wěn)壓電容Cout，使得輸出始終保持穩(wěn)定的Vin/2。

圖5 SCC2充放電路徑示意圖

圖6 SCC2各節(jié)點(diǎn)波形示意圖

綜上，2-Phase 2:1降壓電荷泵相比于傳統(tǒng)電荷泵的主要優(yōu)勢(shì)如下：1、Cfly1和Cfly2可以同時(shí)給輸出供電，較單相的電荷泵具有更大的過流能力。2、2-Phase結(jié)構(gòu)類似并聯(lián)狀態(tài)，可以降低回路損耗，提高整體效率。3、2-Phase結(jié)構(gòu)可以使Cfly有更小的充放電幅度波動(dòng)，從而可以降低輸出電壓紋波。

審核編輯：郭婷