电荷泵式变換器亦称开关电容式变换器,或极性反转式变换器,其特点是在开关频率作用下利用一只电容器快速地传递能量,使输出电压的极性与输入电压相反,且输出负电压的幅度既可高于输入电压,也可低于或等于输入电压,因此亦可将其列入降压/升压式变換器。

    电荷泵式开关电源的基本结构如图2-5-1所示,主要包括振荡器、逻辑电路、开关阵列和电压调节器, 外围元件有泵电容C₁、C₂, C₃为输出电容器(可省略),输入正压(+U_I)经过电荷泵后可获得负压输出(-U_O)。

图2-5-1  电荷泵式开关电源的基本结构

    电荷泵式开关电源的简化电路如图2-5-2所示,以模拟开关S₁和S₂为一组, S₃和S₄为另一组,两组开关交替通、断,正半周时S₁与S₂闭合, S₃和S₄断开, C₁被充电到U_DD,负半周时S₃和S₄闭合, S₁与S₂断开, C₁的正端接地,负端接U_O,由于C₁与C₂并联,使C₁上的一部分电荷就转移到C₂,并在C_21DD1就相当于一个“充电泵”, 故称之为泵电容,由C₁、C₂等构成泵电源, 该电路属于高效电源变換器,电能损耗极低,这种电源变換器的典型产品有美国Itersil公司生产的ICL7660和ICL7662,Tl公司生产的TPS60110和TPS60111。

图2-5-1  电荷泵式变換器的简化电路

    电荷泵式变换器具有以下特点:

    (1)电源效率高(可达95%以上)、外围电路简单(仅需两只电容),还容易实现倍压或多信压输出。

    (2)在开关周期内,首先将电荷储存在电容中,然后转移到输出端。C₁的电容量与开关频率和输出负载电流有关。C₁、C₂应采用漏电小性能稳定的钽电容器。

    (3)芯片中的S₁和S₂可采用CMOS模拟开关(小电流输出),亦可采用功率开关管MOSFET(大电流输出)。

    (4)电荷泵式变換器的输出未经过稳压,必要时可增加稳压控制电路。