【短视频】MPS 电源小课堂第三季第十四话：不是所有的升压都是Boost

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 本期内容  

相信大家谈到升压电路，第一反应可能就是 Boost 电路，当然，为了兼容宽输入电压的应用，想必工程师朋友们对于 Buck-Boost 和 SEPIC 电路也是很熟悉的。

而今天小编要为大家介绍的是一种叫做 Charge Pump（电荷泵）的升压电路，我们一起看看它的庐山真面目吧！

 

Charge Pump 电路所需的元器件较少，占用面积小，高效率，因此性价比很高。我们常常能在 TFT-LCD 的背光以及光模块的应用，及 Buck 电路的上管（NMOS）的驱动中看到它的身影。

 

 

Charge Pump 倍压输出的工作原理

 

Charge Pump（电荷泵）最经典的应用莫过于倍压输出，其基本原理简而言之就是对电容进行充放电，利用电容能够储存电荷的原理将其从充电回路隔离，通过放电回路对输出进行放电。

首先，充电阶段：Q1/Q4 导通，Q2/Q3 关断，输入向电容 C1 充电。

然后进入转换阶段：Q1/Q4 关断，Q2/Q3 导通，因为电容两端的电压不会突变，电容 C1 向输出电容 Co 放电，通过开关变换，实现电荷的转移，进而实现了输出电压的倍压输出 Vo=2Vin 。

 

 

Charge Pump 在电路中的经典应用

 

了解了 Charge Pump 倍压输出的原理，接下来我们看看它在实际电路中的经典应用吧。

1      Charge Pump在Buck上管驱动中的变形应用  

以 Buck 电路为例，我们知道为了驱动上管，满足 Vgs>Vth , 我们往往需要一个自举电路来抬升 gate 的电压，如图所示电容 C1 在一个开关周期内便完成了电荷的充放电过程，从而抬升了 gate 的电压。

其实不仅是 Buck 电路中的上管驱动中的自举电路，在全桥和半桥的上管驱动中我们也经常可以看到 Charge Pump 电路的身影的。

2

     

Charge Pump在Boost电路中的二次升压应用

 

当遇到一些升压场合，比如在 TFT-LCD  的 VP/VN 供电中，现有 Boost 芯片的最大输出电压无法满足应用需求时：

以一颗常用于 TFT 偏压供电的芯片为例，SW 最大耐压是25V，但输出高于25V的应用时，输出往往会受限。

当然工程师朋友们也可以更换耐压更高的 IC ，但就像利物浦主教练克洛普说过 “好的球员除了贵，没有任何缺点” 。

这个时候 Charge Pump 电路就可以完美展示它的优点，我们只需要在 Boost 的典型应用电路上增加一些元器件便可以实现 Vo2=2Vo1 。

我们可以将电路简化如下：

在 Q1 导通的时候，C1 向 C2 传递能量，从而抬升 C2 的电压，直到 V1=V2 。

在 Q1 关断的时候，此时电容 C2 开始向输出传递能量，这样 C2 电容便充当了一个“搬运工”的角色，非常巧妙的实现了 V3=V2+V1=2V1 

3

     

Charge Pump的负压输出应用

 

Charge Pump 电路不仅可以应用在正压输出，在负压输出的应用中, 因为所需外围器件较少，也被广大工程师朋友们所青睐。

当然想要获得负压输出，我们也可以基于 Buck 芯片，更改成 Buck-Boost 的拓扑，以此形成负压输出。

但对于小电流，体积紧凑的应用里，Charge Pump 负压输出诠释了真正的小身材大味道。

如上图，仅用4个 MOS ，通过内部逻辑电路，来控制4个 MOS 的开关切换，从而便可以使 Vo=-Vin 。

这样，器件无需任何外部电感，可以节省成本和简化设计空间；

这种紧凑的小尺寸解决方案，适用范围广泛，包括光模块、RF 放大器和传感器电源等。

相信工程师朋友们通过以上几个应用的学习，对于 Charge Pump 电路已经是十分熟悉了。相比传统电感式 DC/DC ，Charger Pump 这类电容式 DC/DC 的区别可以总结为以下几点：

工程师朋友们可以根据不同的应用需求来选择合适的 DCDC 解决方案哦~

 

 

END

 

 

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往期精彩回顾

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第三季第十三话：别让BOOST规格书标题误导了你

第三季第十一话：Buck电感的计算

第三季第十话：DC-DC变换器FB分压电阻设计

第三季第九话：合适的比例，让效率曲线更加优美

第三季第八话：如何让“下电”变的干净利落

第三季第七话：浅谈 POE 握手协议

第三季第六话：细分控制 --- 双极性步进电机如何练成“凌波微步”（下篇）

第三季第五话：细分控制 --- 双极性步进电机如何练成“凌波微步”（上篇）

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