眾所周知,由于電荷泵中的電容器完成了大部分工作,因此第二級的降壓電路可以大大減小輸出濾波電感器的尺寸。
同時,降低了第二級的輸入電壓,并且可以使用標準的CMOS技術。
低壓開關管制作完成。
電荷泵是“開關電容器技術”的許多應用之一。
使用開關電容器充電和放電的不同連接模式,可以使用一個非常簡單的電路來實現DC / DC轉換器的功能,例如升壓,降壓和負電壓。
如圖所示,這是最簡單的電荷泵電源,用于實現1/2降壓功能。
與基于電感器的開關電源轉換器相比,電荷泵體積小,并且沒有電感器和變壓器帶來的磁場和EMI干擾。
而且,特別是在集成電路中,與電感器和變壓器相比,電容器更容易與芯片相互作用。
集成,因此電荷泵被廣泛使用。
然而,使用電容性電荷交換對放電電容器充電的傳統電容性功率轉換將遭受巨大的損失。
例如,一個電壓為V的電容器C為另一個電壓為0且容量為C的電容器充電。
在充電之前,兩個電容器的能量之和就是第一個電容器的能量1/2 * C * V ^ 2;充電后,電荷會重新分配,兩個電容器的電壓均為1/2 * V。
總能量為1/4 * C * V ^ 2。
能量損失了一半。
電容式功率轉換會造成巨大的損失。
進一步的分析表明,即使在理想開關的情況下,它們也都是有損耗的,并且損耗與兩個電容器之間的開關的導通電阻無關。
該損失稱為“電荷重新分配損失”,是“電荷重新分配損失”。
換句話說,只要兩個電容器在存在電壓差時進行電荷轉移,就會產生損耗。
類似于兩個具有不同水高的木制桶,在對兩個桶的水位進行平均后,總水量沒有變化,但是水的勢能已經改變。
有人可能會問,如果理想開關的導通電阻為0,怎么會有損耗?這種損失會流向何方?實際上,在最終分析中,這種損耗仍然是傳導損耗。
當理想的開關導通電阻為0時,電阻兩端的電壓為0,導通電流為無限大。
零倍無窮大的結果是一個常數。
圖中顯示了由開關引起的能量損失。
上部顯示一個電壓源。
在電壓差的情況下,硬開關會導致損耗。
粉色是電壓源的電壓,它保持不變;淺藍色是充電電容器的電壓,該電壓逐漸建立。
右側顯示的綠線是充電電流。
粉紅電壓源電壓減去淺藍色電容器電壓即為開關兩端的電壓差,而電流乘積即為傳導損耗。