背景知識：

便攜式移動(dòng)設備大多以電池供電，其負載電路通常是微處理器控制的設備，比如移動(dòng)電話(huà)、掌上電腦等等，此類(lèi)設備要求供電電源效率高、輸出紋波電壓小。直流變換器就是把未經(jīng)調整的電源電壓轉化為符合要求的電源。電池的廣泛使用，給這一類(lèi)電源帶來(lái)特殊的要求:高效率、靜態(tài)電流小、很小的面積、低重量并且價(jià)格便宜。傳統的電源通常使用一個(gè)電感實(shí)現DC/DC變換，但是電感體積龐大、容易飽和、會(huì )產(chǎn)生EMI而且電感價(jià)格昂貴。為解決此類(lèi)問(wèn)題，現代電源通常采用電荷泵電路。電荷泵采用電容儲存能量，外接組件少，非常適合用于便攜式設備中，并且隨著(zhù)其電路結構的不斷改進(jìn)和工藝水平的提高，也可應用在需要較大電流的應用電路中。因此高效率電荷泵DC-DC轉換器因其功耗小、成本低、結構簡(jiǎn)單、無(wú)需電感、二極管、MOSFET等外圍組件、高EMI抑制等優(yōu)點(diǎn)，在電源管理電路中己得到廣泛應用。

負壓電荷泵模式

基本原理：

電荷泵使用電容儲存能量，并且隨著(zhù)電荷泵電路結構的改進(jìn)，也可應用在需要大電流的應用電路中。一般電荷泵電路主要有兩種工作模式——"LINEAR" 模式和"SKIP"模式。

當電荷泵工作在"LINEAR"模式下，可以獲得較低的輸出紋波，工作在"SKIP"模式下可以獲得較低的靜態(tài)電流。為描述方便，以下分析中的電荷泵四個(gè)開(kāi)關(guān)管均用NMOS代替，而并非實(shí)際上電荷泵開(kāi)關(guān)中既有PMOS又有NMOS。

無(wú)電感型電荷泵，包含四個(gè)開(kāi)關(guān)(M1-M4)、一個(gè)泵電容(flying capacitor) CF、輸出電容(OutputCa pacitor)LOUT。一個(gè)簡(jiǎn)單的工作過(guò)程可分為三個(gè)階段:

階段A ( 充電階段，M1和M2導通):泵電容被VIN充電，CF兩端的平均壓差為VIN減去充電電流在M1和M2產(chǎn)生壓降。

階段B （能量傳輸階段，M3和M4導通):泵電容向負載電容放電

階段C (等待階段，M1-M4均不導通):沒(méi)有能量從VIN傳輸到CF和Cout。VCF =常量。在等待狀態(tài)，CF兩端電壓保持恒定。

當用50%占空比的時(shí)鐘時(shí)，△tA =△tB = △t，，所以CF的平均充電電流就等于其平均放電電流，假設階段A和階段B的時(shí)間常數足夠大。

開(kāi)關(guān) M1 - M4周期性通過(guò)階段A，B 和C翻轉，能量就從電池Vin傳輸到負載(Vout)。在單個(gè)周期里，只有在階段B才對負載電容Cout充電，在其余階段(階段A和C)， Cout向負載放電。在死循環(huán)電路系統中，輸出電壓Vout為穩定值，這就要求電荷泵充電能量等于負載消耗的能量。所以，在能量傳輸的階段B，輸出電流

現狀和發(fā)展：

電源是各種用電設備的動(dòng)力裝置，是電子工業(yè)的基礎產(chǎn)品。經(jīng)濟建設和社會(huì )生活各個(gè)方面的發(fā)展都會(huì )促進(jìn)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近十年來(lái)中國的信息產(chǎn)業(yè)以其他行業(yè)三倍的速度快速發(fā)展，"九五"期間，中國對電子工業(yè)的投資比重由過(guò)去五年的2.2%提高到5.4%，總投資規模達到4293億元，比過(guò)去五年增長(cháng)近12倍，因此成為電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大推動(dòng)力。電源最大的應用領(lǐng)域是在通信行業(yè)，近十年來(lái)我國通信事業(yè)快速發(fā)展，通信電源也同步增長(cháng)，1991年國內通信電源投資額為人民幣0.8億元，到2002年全國通信電源市場(chǎng)容量為45億元以上。從1991年到2002年通信電源增長(cháng)56倍多。

在國際上，日本和美國的電子工業(yè)和通信業(yè)很發(fā)達，因此對電源的需求量非常大。在2000年，由于亞洲通信事業(yè)的高速發(fā)展，對電源供應和管理電路的需求量在全球市場(chǎng)上的比例升至10%，并且這個(gè)比例在今后一段時(shí)間還將迅速增長(cháng)，從而成為世界上最有發(fā)展潛力的電源供應市場(chǎng)之一。

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