電荷泵（charge pump）是一種直流-直流轉換器，利用電容器為儲能元件，多半用來產生比輸入電壓大的輸出電壓，或是產生負的輸出電壓。電荷泵電路的電效率很高，約為90-95%，而電路也相當的簡單。
圖一：电荷泵倍壓器的電路有二極體的迪克森電荷泵有MOSFET的迪克森電荷泵 敘述 编辑
電荷泵利用一些開關元件來控制連接到電容器的電壓。例如，可以配合二階段的循環，用較低的輸入電壓產生較高的脈衝電壓輸出。在循環的第一階段，電容器連接到電源端，因此充電到和電源相同的電壓，在第一階段會調整電路組態，使電容和電源電壓串聯。若不考慮漏電流的效應，也假設沒有負載，其輸出電壓會是輸入電壓的兩倍（原始的電源電壓加上電容器兩端的電壓）。較高輸出電壓的脈衝特性可以用輸出的濾波電容器來濾波。
以圖一為例，电荷泵的電容CP先由電源充電，之後電容CP和輸出電容CO串聯充電，因此CO最後會充到電源的二倍。可能需要幾個週期才能將CO充飽，但若到達穩態，CP只需要提供很少的電荷，相當於CO提供給負載需要的電荷。當CO切離電容CP時，CO會對負壓放電，因此輸出電壓會有漣波，若時脈較快，充電時間較短，漣波也會變小，也比較容易濾除。而且對應相同的鏈波規格，可以選用較小的電容器。
會有其他的電路來控制開關的定期切換，一般切換頻率會是數十kHz到數MHz，切換頻率高可以減少所需的電容器，讓較短時間內需要儲存的電荷也比較小。電荷泵中用的電容器一般會稱為飞电容（flying capacitor）。
另一種思考的方式是將電荷泵視為是多倍壓器及直流-交流轉換器（開關）的組合。
電荷泵的輸出電壓會和負載有關，若負載越大，其平均電壓也會越低。
電荷泵依控制方式及電路架構的不同，可以進行倍壓、三倍壓、電壓反相、電壓乘以一分數（例如×3/2, ×4/3, ×2/3等），也可以在不同模式中快速切換，產生任意大小的電壓。
在鎖相環中的電荷泵 编辑
「電荷泵」一詞也有用在鎖相環（PLL）電路中，不過作用不同。鎖相環中的電荷泵只是雙極性的切換式電流源，因此可以輸出正負交換的電流脈衝給鎖相環的濾波電路，但其電壓只能在電源和地點之間，無法產生超過電源或低於地點的電壓。
應用 编辑
- 電荷泵常見的應用是RS-232信號轉換IC，可以從單一的5V或3V電源供應器產生正負電壓（多半是+10V及-10V）。
- 電荷泵也可以用在LCD或是白光LED的驅動電路，從單一電源（例如電池）產生高偏壓的電壓。
- 電荷泵廣泛應用在NMOS的記憶體及微處理器中，用來產生連接到IC基層（Substrate）的負電壓VBB（約-3V）。這可以確保N+至基層的結點（junction）都有3V甚至更高的逆向偏壓，可以降低結點電容，並且提昇電路的速度[1]。
- 以往在任天堂系統中，一些和任天堂相容，但沒有經由任天堂授權的遊戲卡匣，會用電荷泵產生電壓突波來錯亂任天堂系統鎖定晶片[2]。
- 到2007年為止，幾乎所有的EEPROM及快閃記憶體（flash memory）都已整合了電荷泵電路。這類的晶片在記憶單元寫入新的值前，需要用高電壓的脈衝先清除該區塊已有的資料。早期的EEPROM及快閃記憶體需要二種電源：用來讀取資料的+5V以及用來清除資料的+12V。截至2007年 (2007-Missing required parameter 1=month!)[update]，市面上可購得的EEPROM及快閃記憶體都只需要一組電源，多半是1.8V或3.3V。而清除記憶區塊需要的高電壓則由晶片中的電荷泵自行產生。
- 在由n通道的功率MOSFET或絕緣柵雙極晶體管（IGBT）組成的H桥電路中，電荷泵也用在H桥high side功率元件的柵極驅動器上。當H桥其中一隻中心點為低電壓時，會經由二極體向電容器充電，之後充電的電荷會來讓high side的柵極比電源電壓高一些，好讓功率元件導通。假設H桥正常切換的情形下，上述的作法可以正常工作，免去了另一個獨立的電源供應器，也讓開關可以使用效率更好的n通道元件。這種電路（需要週期切換high side功率元件）也稱為bootstrap電路，有時也和電荷泵電路會有些差異。
參考資料 编辑
- ^ Jenne, F. "Substrate Bias Circuit", US Patent 3794862A, Feb 26, 1974.
- ^ Kevin Horton. Colordreams Revision C （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Last modified 2007-09-30. Accessed 2011-09-15.
相關條目 编辑
電荷泵, charge, pump, 是一種直流, 直流轉換器, 利用電容器為儲能元件, 多半用來產生比輸入電壓大的輸出電壓, 或是產生負的輸出電壓, 電路的電效率很高, 約為90, 而電路也相當的簡單, 圖一, 电荷泵倍壓器的電路有二極體的迪克森有mosfet的迪克森, 目录, 敘述, 在鎖相環中的, 應用, 參考資料, 相關條目敘述, 编辑利用一些開關元件來控制連接到電容器的電壓, 例如, 可以配合二階段的循環, 用較低的輸入電壓產生較高的脈衝電壓輸出, 在循環的第一階段, 電容器連接到電源端, 因此充電到和電. 電荷泵 charge pump 是一種直流 直流轉換器 利用電容器為儲能元件 多半用來產生比輸入電壓大的輸出電壓 或是產生負的輸出電壓 電荷泵電路的電效率很高 約為90 95 而電路也相當的簡單 圖一 电荷泵倍壓器的電路有二極體的迪克森電荷泵有MOSFET的迪克森電荷泵 目录 1 敘述 2 在鎖相環中的電荷泵 3 應用 4 參考資料 5 相關條目敘述 编辑電荷泵利用一些開關元件來控制連接到電容器的電壓 例如 可以配合二階段的循環 用較低的輸入電壓產生較高的脈衝電壓輸出 在循環的第一階段 電容器連接到電源端 因此充電到和電源相同的電壓 在第一階段會調整電路組態 使電容和電源電壓串聯 若不考慮漏電流的效應 也假設沒有負載 其輸出電壓會是輸入電壓的兩倍 原始的電源電壓加上電容器兩端的電壓 較高輸出電壓的脈衝特性可以用輸出的濾波電容器來濾波 以圖一為例 电荷泵的電容CP先由電源充電 之後電容CP和輸出電容CO串聯充電 因此CO最後會充到電源的二倍 可能需要幾個週期才能將CO充飽 但若到達穩態 CP只需要提供很少的電荷 相當於CO提供給負載需要的電荷 當CO切離電容CP時 CO會對負壓放電 因此輸出電壓會有漣波 若時脈較快 充電時間較短 漣波也會變小 也比較容易濾除 而且對應相同的鏈波規格 可以選用較小的電容器 會有其他的電路來控制開關的定期切換 一般切換頻率會是數十kHz到數MHz 切換頻率高可以減少所需的電容器 讓較短時間內需要儲存的電荷也比較小 電荷泵中用的電容器一般會稱為飞电容 flying capacitor 另一種思考的方式是將電荷泵視為是多倍壓器及直流 交流轉換器 開關 的組合 電荷泵的輸出電壓會和負載有關 若負載越大 其平均電壓也會越低 電荷泵依控制方式及電路架構的不同 可以進行倍壓 三倍壓 電壓反相 電壓乘以一分數 例如 3 2 4 3 2 3等 也可以在不同模式中快速切換 產生任意大小的電壓 在鎖相環中的電荷泵 编辑 電荷泵 一詞也有用在鎖相環 PLL 電路中 不過作用不同 鎖相環中的電荷泵只是雙極性的切換式電流源 因此可以輸出正負交換的電流脈衝給鎖相環的濾波電路 但其電壓只能在電源和地點之間 無法產生超過電源或低於地點的電壓 應用 编辑電荷泵常見的應用是RS 232信號轉換IC 可以從單一的5V或3V電源供應器產生正負電壓 多半是 10V及 10V 電荷泵也可以用在LCD或是白光LED的驅動電路 從單一電源 例如電池 產生高偏壓的電壓 電荷泵廣泛應用在NMOS的記憶體及微處理器中 用來產生連接到IC基層 Substrate 的負電壓VBB 約 3V 這可以確保N 至基層的結點 junction 都有3V甚至更高的逆向偏壓 可以降低結點電容 並且提昇電路的速度 1 以往在任天堂系統中 一些和任天堂相容 但沒有經由任天堂授權的遊戲卡匣 會用電荷泵產生電壓突波來錯亂任天堂系統鎖定晶片 英语 CIC Nintendo 2 到2007年為止 幾乎所有的EEPROM及快閃記憶體 flash memory 都已整合了電荷泵電路 這類的晶片在記憶單元寫入新的值前 需要用高電壓的脈衝先清除該區塊已有的資料 早期的EEPROM及快閃記憶體需要二種電源 用來讀取資料的 5V以及用來清除資料的 12V 截至2007年 2007 Missing required parameter 1 month update 市面上可購得的EEPROM及快閃記憶體都只需要一組電源 多半是1 8V或3 3V 而清除記憶區塊需要的高電壓則由晶片中的電荷泵自行產生 在由n通道的功率MOSFET或絕緣柵雙極晶體管 IGBT 組成的H桥電路中 電荷泵也用在H桥high side功率元件的柵極驅動器上 當H桥其中一隻中心點為低電壓時 會經由二極體向電容器充電 之後充電的電荷會來讓high side的柵極比電源電壓高一些 好讓功率元件導通 假設H桥正常切換的情形下 上述的作法可以正常工作 免去了另一個獨立的電源供應器 也讓開關可以使用效率更好的n通道元件 這種電路 需要週期切換high side功率元件 也稱為bootstrap電路 有時也和電荷泵電路會有些差異 參考資料 编辑 Jenne F Substrate Bias Circuit US Patent 3794862A Feb 26 1974 Kevin Horton Colordreams Revision C 页面存档备份 存于互联网档案馆 Last modified 2007 09 30 Accessed 2011 09 15 相關條目 编辑Cockcroft Walton產生器 英语 Cockcroft Walton generator 多倍壓器 開關電容 電荷轉移開關 英语 Charge transfer switch 倍壓器 取自 https zh wikipedia org w index php title 電荷泵 amp oldid 70817559, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，
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