電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器，作為一種DC/DC變換器，獨(dú)具特色。它能夠?qū)⑤斎氲恼妷狠p松轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的負(fù)電壓，實(shí)現(xiàn)VOUT= -VIN的轉(zhuǎn)換效果。同時，該反轉(zhuǎn)器還能將輸出電壓提升至近兩倍的輸入電壓，即VOUT≈2VIN。其工作原理基于電容的充電與放電，從而實(shí)現(xiàn)電荷的有效轉(zhuǎn)移。因此，這種電壓反轉(zhuǎn)器電路也被稱為電荷泵變換器。電荷泵的應(yīng)用廣泛，特別是在倍壓或反壓型DC-DC轉(zhuǎn)換方面。通過電容作為儲能和傳遞能量的關(guān)鍵組件，電荷泵電路能夠在半導(dǎo)體工藝的推動下，達(dá)到高達(dá)1MHz的開關(guān)頻率。此外，電荷泵電路還分為倍壓型和反壓型兩種基本形式，以滿足不同的電壓轉(zhuǎn)換需求。

在便攜式電子產(chǎn)品中，電壓反轉(zhuǎn)器顯得尤為重要。由于這些產(chǎn)品往往需要正負(fù)電源或多種不同電壓供電，而增加電池數(shù)量又會直接影響產(chǎn)品的便攜性。此時，采用電壓反轉(zhuǎn)式電路便可以在節(jié)省一組電池的同時，保持產(chǎn)品的輕便性。其工作頻率在2～3MHz之間，使得電容容量得以減小，從而可以采用多層陶瓷電容(損耗小、ESR低)，進(jìn)一步提升效率、降低噪聲并減小電源所需空間。

盡管市面上存在其他DC/DC變換器也能組成升壓、降壓或電壓反轉(zhuǎn)電路，但電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器以其外接電容數(shù)量最少、電路最簡潔、尺寸小巧以及高轉(zhuǎn)換效率、低耗電等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用。目前電荷泵廣泛應(yīng)用于手機(jī)、藍(lán)牙設(shè)備和電池供電系統(tǒng)等，它能夠滿足這些設(shè)備的多種電壓轉(zhuǎn)換需求，同時優(yōu)化功耗與空間設(shè)計。自INTERSIL公司推出ICL7660電壓反轉(zhuǎn)器IC以來，獲取負(fù)電源變得簡單許多。90年代后，更是出現(xiàn)了帶穩(wěn)壓的電壓反轉(zhuǎn)電路，進(jìn)一步優(yōu)化了負(fù)電源的性能。對于采用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品而言，電荷泵變換器在提供負(fù)電源或倍壓電源方面表現(xiàn)出色，不僅能減少電池數(shù)量，還能減小產(chǎn)品的體積和重量，同時在節(jié)能方面也發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)今的電荷泵能輸出高達(dá)250mA的電流，效率平均可達(dá)75%。

電荷泵分為開關(guān)系統(tǒng)升壓泵、無調(diào)整電容式和可調(diào)整電容式，各具特定工作模式，具體選擇依據(jù)效率、電流需求和應(yīng)用環(huán)境而定。容式電荷泵通過一個復(fù)雜的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓提升，包括開關(guān)陣列、振蕩器、邏輯電路和比較控制器。它利用電容器來儲存能量，無需電感，但需外部電容器支持。由于工作在高頻，因此可以采用小型陶瓷電容(1mF)，既節(jié)省空間又降低成本。

電荷泵僅需外部電容即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要源于電容器的ESR(等效串聯(lián)電阻)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS(ON)。由于不使用電感，其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可以通過一只小型電容進(jìn)行濾除。輸出電壓在工廠生產(chǎn)時已進(jìn)行精密預(yù)置，后端片上的線性調(diào)整器負(fù)責(zé)調(diào)整。設(shè)計時，可以根據(jù)需要增加電荷泵的開關(guān)級數(shù)，為后端調(diào)整器提供充足的操作空間。

電荷泵是一種利用電容性質(zhì)來進(jìn)行電壓升高的電路，它可以將一個低電壓的直流電源轉(zhuǎn)換成一個高電壓的直流電源，這個高電壓可以達(dá)到幾百伏甚至更高。在數(shù)字電路和模擬電路中，電荷泵常常被用作升壓電路，以提供更高的電壓供電，從而使電路更加穩(wěn)定和可靠。電荷泵的基本工作原理是利用電容儲存電荷的特性來進(jìn)行電壓升高。通常情況下，電荷泵由兩個電容和兩個開關(guān)管組成。當(dāng)開關(guān)管被打開時，電容會被充電，電荷會被儲存在電容中;當(dāng)開關(guān)管被關(guān)閉時，電容會被連接起來，將電荷從一個電容傳遞到另一個電容中。這樣就可以將一個低電壓的電源不斷地通過電容間的電荷轉(zhuǎn)移，逐步升高電壓，實(shí)現(xiàn)升壓的目的。通常情況下，電荷泵可以通過串聯(lián)多個電容和開關(guān)管的方式來實(shí)現(xiàn)更高的電壓升高倍數(shù)。除了用作升壓電路外，電荷泵還可以用于其他一些應(yīng)用，例如振蕩電路、頻率鎖定電路、數(shù)字電路中的電源電壓轉(zhuǎn)換等。在某些特殊的應(yīng)用場合，電荷泵還可以用于產(chǎn)生高壓脈沖或者高壓直流電場，例如在科學(xué)實(shí)驗中的高壓電場實(shí)驗、電子槍或離子源等高能物理實(shí)驗中的粒子加速器，或在雷達(dá)和通信設(shè)備中產(chǎn)生高頻高壓信號等。

需要注意的是，由于電荷泵的工作原理是基于電容充電和放電的，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要注意其頻率響應(yīng)和功率損耗等問題，以確保電路穩(wěn)定性和效率。同時，電荷泵還會帶來一些問題，例如輸出波形的紋波、電源電流的大幅度變化等，這些問題需要根據(jù)具體的應(yīng)用場合進(jìn)行處理和解決。在數(shù)字電路中，電荷泵經(jīng)常被用作升壓電路，以提供更高的電壓供電。例如，在一些低電壓數(shù)字電路中，如果需要使用高電壓來驅(qū)動其他設(shè)備或器件，這時候就可以使用電荷泵來提供所需的高電壓。另外，在一些需要工作在高電壓環(huán)境下的器件中，例如顯示屏和LED燈等，也常常使用電荷泵來提供所需的電壓。

電荷泵的實(shí)現(xiàn)方式有多種，其中比較常見的有單倍壓電荷泵、倍壓電荷泵和反相電荷泵等。單倍壓電荷泵通常由兩個電容和兩個開關(guān)管組成，通過交替連接電容來實(shí)現(xiàn)電壓升高;倍壓電荷泵在單倍壓電荷泵的基礎(chǔ)上增加了一個反向電壓輸出電容，可以實(shí)現(xiàn)電壓翻倍;反相電荷泵則是利用反相輸入的原理，通過交替充放電容實(shí)現(xiàn)電壓升高。電荷泵的優(yōu)點(diǎn)是可以將低電壓電源升高到需要的電壓水平，這對于某些應(yīng)用來說是非常有用的。此外，電荷泵還具有簡單、可靠、低成本的特點(diǎn)，使得它在數(shù)字電路中被廣泛應(yīng)用。總的來說，電荷泵是數(shù)字電路中的一種升壓電路，利用電容性質(zhì)實(shí)現(xiàn)電壓升高。它不僅可以提供高電壓供電，還可以用于其他應(yīng)用場合，例如振蕩電路、頻率鎖定電路等。電荷泵具有簡單、可靠、低成本的特點(diǎn)，在數(shù)字電路中被廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中需要注意其頻率響應(yīng)和功率損耗等問題，以確保電路穩(wěn)定性和效率。

除了以上提到的實(shí)現(xiàn)方式，電荷泵還有其他變種和擴(kuò)展應(yīng)用。例如，它可以與多種其他電路結(jié)合使用，例如運(yùn)放、晶體管、場效應(yīng)晶體管等，來實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電路功能。此外，電荷泵還可以在可編程邏輯電路(FPGA)和集成電路中使用，來實(shí)現(xiàn)升壓或降壓等功能。

然而，電荷泵也存在一些問題和限制。由于其基于電容性質(zhì)工作，因此電荷泵電路中的電容器必須能夠承受高電壓，這可能會增加成本和復(fù)雜度。此外，電荷泵在工作時會消耗一定的電流，因此在電池供電的應(yīng)用中需要注意功率消耗和電池壽命等問題。另外，電荷泵還存在頻率響應(yīng)和效率等問題，特別是在高頻率下，電路效率可能會下降。

綜上所述，電荷泵是一種在數(shù)字電路中廣泛應(yīng)用的升壓電路，其基本原理是利用電容性質(zhì)實(shí)現(xiàn)電壓升高。電荷泵具有簡單、可靠、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可以提供所需的高電壓供電，同時也可以用于其他應(yīng)用場合。然而，在實(shí)際應(yīng)用中需要注意電路穩(wěn)定性、功率損耗、頻率響應(yīng)等問題，以確保電路的正常工作和效率。

電荷泵轉(zhuǎn)換器常用于倍壓或反壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換。電荷泵電路采用電容作為儲能和傳遞能量的中介，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，新型電荷泵電路的開關(guān)頻率可達(dá)1MHz。電荷泵有倍壓型和反壓型兩種基本電路形式。

電荷泵電路主要用于電壓反轉(zhuǎn)器，即輸入正電壓，輸出為負(fù)電壓，電子產(chǎn)品中，往往需要正負(fù)電源或幾種不同電壓供電，對電池供電的便攜式產(chǎn)品來說，增加電池數(shù)量，必然影響產(chǎn)品的體積及重量。采用電壓反轉(zhuǎn)式電路可以在便攜式產(chǎn)品中省去一組電池。由于工作頻率采用2～3MHz，因此電容容量較小，可采用多層陶瓷電容(損耗小、ESR 低)，不僅提高效率及降低噪聲，并且減小電源的空間。

雖然有一些DC/DC 變換器除可以組成升壓、降壓電路外也可以組成電壓反轉(zhuǎn)電路，但電荷泵電壓反轉(zhuǎn)器僅需外接兩個電容，電路最簡單，尺寸小，并且轉(zhuǎn)換效率高、耗電少，所以它獲得了極其廣泛的應(yīng)用。目前不少集成電路采用單電源工作，簡化了電源，但仍有不少電路需要正負(fù)電源才能工作。例如，D/A 變換器電路、A/D 變換器電路、V/F或F/V 變換電路、運(yùn)算放大器電路、電壓比較器電路等等。自INTERSIL公司開發(fā)出ICL7660電壓反轉(zhuǎn)器IC后，用它來獲得負(fù)電源十分簡單，90 年代后又開發(fā)出帶穩(wěn)壓的電壓反轉(zhuǎn)電路，使負(fù)電源性能更為完善。對采用電池供電的便攜式電子產(chǎn)品來說，采用電荷泵變換器來獲得負(fù)電源或倍壓電源，不僅僅減少電池的數(shù)量、減少產(chǎn)品的體積、重量，并且在減少能耗(延長電池壽命)方面起到極大的作用。現(xiàn)在的電荷泵可以輸出高達(dá)250mA的電流，效率達(dá)到75%(平均值)。