【技术】可用于电源芯片领域降噪的电荷泵技术，具有低噪声和电磁干扰特性，有效解决EMC问题
在现当今所有的电子产品当中，都离不开电源。然而，由于开关电源效率高、体积小的压倒性优势，在这所有的产品的电源有近90%以上都是采用开关电源进行电压适配，当然另外也有一些LDO。虽然效率、体积或者功能是达到了开发者的要求，但是在过认证（EN55022、FCC part 15、GB9254）的时候就会发现有很多的EMC的困扰，例如，空间辐射测试、传导辐射测试、雷击浪涌、脉冲群等等，往往会因为这些问题的存在让认证过程产生延误，导致产品延缓上市，不能抢占市场。
●常见小型电源分类
图 1
通常我们在选择电源芯片时，一般在考虑了电压、电流、效率后，或者什么都没有考虑的情况下，沿用以前的设计，但实际上在一些特殊应用场景，电荷泵电路也是一个比较合适的选择。
●什么是电荷泵技术
∎概念
电荷泵的基本原理是，通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势。在此功率转换技术的基本执行过程中，电流（电荷）在两个电容器之间交替切换和定向，因此电路输出是输入的两倍，从而起倍压升压转换器的作用。由于这些原因，电荷泵转换器也被称为开关电容器设计。
∎原理
▲倍压升压如何实现？
一切都从物理学的基本原理开始：在闭路中来回流动的电荷不是“丢失”的，而是可以通过在电荷存储元件之间切换来转移的。在电荷泵的概念中，二极管可用于控制电流的流过。在实际操作中，开关通常是开关MOSFET，而电容器则是外部陶瓷或电解装置，具体取决于所需的电容量。
图 2
▲原理描述
上图的操作是一个两步充放电循环，其中电容器C1充电，然后放电到C2。首先，时钟将反相器1的输出拉低，因此D1正向偏置，从而将电容器C1充电至电源电压+ Vdc；同样，D2关闭。
接下来，时钟将反相器1的输出驱动为高电平，并且C1上的电荷现在与来自反相器1的+ Vdc串联。由于反相器2的输出为低电平，D2变为正向偏置，并且C2充电至两倍Vdc。这样，负载两端的电压为2×Vdc，减去二极管的正向压降和逆变器中的任何损耗。
在使用分立元件的实际设计中，通常使用肖特基二极管代替常规二极管，因为它们的正向压降较低。但是，基于IC的电荷泵不使用二极管。相反，他们使用具有低导通电阻RDS（ON）的MOSFET开关。电荷泵效率相当高，在90％到95％的范围内。
●电荷泵技术的发展
实际上电荷泵技术已经应用非常成熟了，比如TI(德州仪器)、MAXIM(美信)、SGMICRO(圣邦微)、HEXIN(禾芯微)、ON(安森美)、MICRONE(南京微盟)、AWINIC(艾为)，这些一线厂商已经将这项技术开发相当成熟了。以上说到的内容，可能在实际生活或者产品上很难见到，不过在一些手机发布会上已经频频出现了。
图3
比如以上电荷泵技术应用到手机电池充电。
●实际应用中，电荷泵技术优缺点
电荷泵又称为开关电容/无感式DC-DC变换器，与基于电感的DC-DC开关电源相比较，电荷泵采用电容为开关和储能元件，电荷泵的主要优点如下：
图 4
但是在目前市场情况下，电荷泵技术应用场景还是有限的，但是在未来技术升级革新的情况下电荷泵也将会是一个不错的选择。
图 5
●总结
我们在EMC设计和整改过程中，如果走进死胡同在现有手段或者选型没有更好的方法时，可以试着找一找新技术，试一试总会有收获。
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