DC-DC电荷泵的研究与设计

电源是电子设备的心脏部分，其质量好坏直接影响着电子设备的 可靠性。随着电子技术的不断发展，功耗、体积及转换效率等要求的不断提高，开关电容技术在电源中得到了越来越广泛的应用。开关电源频率要高，这样动态响应 才能快，配合高速微处理器工作是必须的，也是减小体积的重要途径。

DC-DC电荷泵的研究与设计





日期：2007-05-31
作者：香凝 汪东旭 严利民

1引言
　　电源是电子设备的心脏部分，其质量好坏直接影响着电子设备的
可靠性。随着电子技术的不断发展，功耗、体积及转换效率等要求的不断提高，开关电
容技术在电源中得到了越来越广泛的应用。开关电源频率要高，这样动态响应
才能快，配合高速微处理器工作是必须的，也是减小体积的重要途径。电器产品的体积
重量与其供电频率的平方根成反比，所以当把频率从工频50Hz提高到
20kHz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。由于功率MOS管具有
快速开启、关断的特点，满足高速开关动作的需求，这正是开关
电源实现变频带来明显效益的基本原因。单片开关电源采用电荷泵技术通过功率MOS管控
制电容的充放电来实现电压的转换，从而极大地缩小了电源体积，提高了
转换效率，具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，一般说来
其重量是线形电源的1/4，体积是其1/3。本文从电荷泵的基本原理
[1]出发，设计开发了一种负电压电荷泵，详细分析了它的工作原理，并在基本模型的基
础上针对开关速度以及功耗和转换率等方面提出了一定的改进。

2 Dickson电荷泵基本原理
　 　最早的理想电荷泵模型是J.
Dickson在1976年提出的，其基本思想就是通过电容对电荷的积累效应而产生高压使电流
由低电势流向高电势，当时这种电路是为了提供可擦写 EPROM所需要的电压。后来J.
Witters, Toru Tranzawa等人对J .
Dickson的电荷泵模型进行改