电荷帮浦的基本原理

电荷帮浦的基本原理

电容是存储电荷或电能，并按预先确定的速度和时间放电的装置。如果一个理想的电容以理想的电压源VG 进行充电（见图1a），将依据Dirac电流脉波函数立即存储电荷（图1b）。存储的总电荷数量按以下方式计算︰Q＝CVG
实际的电容具有等效串联阻抗（ESR）和等效串联电感（ESL），两者都不会影响到电容存储电能的能力。然而，它们对开关电容电压转换器的整体转换效率有很大的影响。实际电容充电的等效电路如（图1c）所示，其中RSW 是开关的电阻。充电电流路径具有串行电感，透过适当的器件布局设计可以降低这个串行电感。

一旦电路被加电，将产生指数特性的瞬态条件，直到达到一个稳态条件为止。电容的寄生效应限制峰值充电电流，并增加电荷转移时间。因此电容的电荷累积不能立即完成，这意味着电容两端的初始电压变化为零。电荷帮浦就利用了这种电容特性，如（图2a）所示。

图1︰从一个电压源对电容进行充电（图a 和b 是理想情况，c 和d 是实际情况）。电压变换在两个阶段内实现。在第一个阶段期间，开关S1 和S2 关闭，而开关S3 和S4 打开，充电到输入电压：
VC1+ VC1-＝VC1+＝VIN
VC1+－VC1-＝VOUT－VIN＝VIN_VOUT＝2VIN
在第二个阶段，开关S3 和S4 关闭，而S1 和S2 打开。因为电容两端的电压降不能立即改变，输出电压突变到输入电压值的两倍︰使用这种方法可以实现电压的倍压。开关讯号的工作周期通常为50％，这通常能产生最佳的电荷转移效率。以下让我们更详细地了解电荷转移过程以及开关电容转换器寄生效应如何影响其工作

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