當(dāng)我第一次對(duì)電子產(chǎn)品感興趣時(shí)，生活很簡(jiǎn)單。組件太大了，我不用顯微鏡就可以焊接它們。開關(guān)轉(zhuǎn)換器以高達(dá) 25 kHz 的頻率切換，數(shù)字電路都使用 5 V 電源電壓，我遇到的所有計(jì)算機(jī)都使用 RS-232 串行接口進(jìn)行通信。

RS-232 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定邏輯 0 由 5 V 和 25 V 之間的電壓表示，邏輯 1 由 –5 V 和 –25 V 之間的電壓表示。我的問題是，雖然我板上的幾乎所有組件都只需要5V 電源，我仍然需要為我的 RS-232 接口生成這兩個(gè)額外的軌道。

然后我遇到了 MAX232。 該設(shè)備是一個(gè)受啟發(fā)的產(chǎn)品，它結(jié)合了兩個(gè)線路驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)線路接收器以及一個(gè)正負(fù)電荷泵。由于那個(gè)壞孩子用 5 V 單電源供電，我可以生成我需要的額外電源電壓并傳輸和接收串行數(shù)據(jù)。

電荷泵是有用的小型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它使用電容器而不是電感器來存儲(chǔ)能量。電荷泵(chargepump)又稱為開關(guān)電容DC-DC變換器(switchedcaPACi-torvoltageconverter)，在和基于電感的DC-DC開關(guān)電源相比較的時(shí)候，又稱之為無感式DC-DC電源變換器。它們可以在專用電荷泵器件中找到，例如 LM2775 / LM2776 器件，作為 TPS65150 等 LCD 偏置電源中的輔助軌 ，或者作為由幾個(gè)二極管和幾個(gè)電容器組合在一起的外部電路。

LM2775 是一款穩(wěn)壓開關(guān)電容倍增器，可產(chǎn)生低噪聲輸出電壓。LM2775 可在 3.1V 至 5.5V 輸入范圍內(nèi)提供高達(dá) 200mA 的輸出電流，并在輸入電壓低至 2.7V 時(shí)提供高達(dá) 125mA 的輸出電流。在低輸出電流下， LM2775 可以通過在脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 模式下運(yùn)行來降低其靜態(tài)電流。通過將 PFM 引腳驅(qū)動(dòng)為高電平或低電平，可以啟用或禁用 PFM 模式。此外，當(dāng) LM2775 處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，用戶可以通過將 OUTDIS 引腳設(shè)置為高電平或低電平來選擇將輸出電壓拉至 GND 或保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。

LM2775 采用 TI 的 8 引腳 WSON 封裝，該封裝具有出色的熱性能，可防止部件在幾乎所有額定工作條件下過熱。

2.7V 至 5.5V 輸入范圍

固定 5V 輸出

200mA 輸出電流

無電感解決方案：僅需要 3 個(gè)小型
陶瓷電容器

關(guān)斷將負(fù)載與 V IN斷開

電流限制和熱保護(hù)

2MHz 開關(guān)頻率

輕負(fù)載電流期間的 PFM 操作（PFM
引腳拉高）

一般來說，電荷泵有：

· 簡(jiǎn)單，通常包含不超過兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器。

· 比 DC/DC 轉(zhuǎn)換器更寬容。

· 適用于數(shù)十毫安范圍內(nèi)的輸出電流（但不適用于遠(yuǎn)高于 250 mA 的電流）。

· 效率低于基于電感器的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，除非它們未經(jīng)調(diào)節(jié)且開環(huán)運(yùn)行。

圖 1 是未穩(wěn)壓電荷泵的簡(jiǎn)化電路圖。電荷泵分兩個(gè)階段工作：

· 在充電階段，開關(guān) S1 和 S4 斷開，開關(guān) S2 和 S3 閉合。電流流經(jīng) S2 和 S3 并將飛跨電容器 C FLY充電至電壓 V I。

· 在放電階段，開關(guān) S1 和 S4 閉合，開關(guān) S2 和 S3 斷開。C FLY的負(fù)端 現(xiàn)在在 V I  ，正端（比 V I 高）現(xiàn)在是 2V I。電流從 V I 流經(jīng)飛跨電容器 C FLY 和開關(guān) S1 和 S4。電荷從 C FLY轉(zhuǎn)移 到輸出電容器 C O以產(chǎn)生大約等于 2V I的輸出電壓。

圖 1：簡(jiǎn)化的電荷泵框圖（倍壓器）

我們可以重新排列相同的四個(gè)組件（S1、S2、S3 和 S4）以生成大約等于 –V I的負(fù)輸出電壓 （參見圖 2）。

圖 2：簡(jiǎn)化的電荷泵框圖（電壓逆變器）

剛才描述的電路運(yùn)行良好，但其輸出電壓不受調(diào)節(jié)。對(duì)于某些應(yīng)用來說，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的電路就足夠了，但具有穩(wěn)壓輸出的電荷泵更為有用。

調(diào)節(jié)電荷泵輸出電壓的常用方法是將可調(diào)電流源 I 1與開關(guān) S1 或 S2 串聯(lián)（在反相電荷泵的情況下）（參見圖 3）。誤差放大器 A1 調(diào)整 I 1的值， 直到輸出電壓正確。在穩(wěn)態(tài)條件下，I 1 正好是 I O值的兩倍。

圖 3：不同的電荷泵集成度

請(qǐng)注意，一個(gè)簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓倍壓器只能在 V I 至 2V I范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其輸出電壓。它不能產(chǎn)生低于 V I的輸出電壓。我們可以使用一些花哨的技巧來制作降壓-升壓型電荷泵，但這類器件比圖 3 中所示的器件要復(fù)雜得多。