2-phase 2:1降压电荷泵的原理及应用优势

电荷泵（Charger Pump）又称为开关电容DC-DC转换器（SCC，Switched Capacitor Convertor），电荷泵以电容作为储能元件，通过MOS开关对电容充放电来实现电压转换。和电感式DC-DC转换器对比，电荷泵主要有以下优点：体积小、效率高、输出纹波低等。在日渐轻薄且高性能手机中，电荷泵更是被广泛应用。

今天就就给大家介绍一款2S电池手机中常用的2-phase 2:1 降压电荷泵，接下来我们一起来学习下它的工作原理吧。

图1 2-phase 2：1降压电荷泵示意图

01

软起动过程

为了保证Vout输出稳定，防止因Cfly电容充电瞬间在Vout产生高压毛刺，芯片在active前都会经过软起动阶段，将Cout和Cfly两端电压充至Vin/2。在芯片内部有一个跨接在Vin和Vout之间的电流源，如图2所示，在软起动阶段，开关管S1、S2、S5、S6关断，S3、S4、S7、S8打开，Cfly1、Cfly2和Cout则并联在一起，并被电流源一直充电至Vin/2，此时结束软起动，芯片进入Active工作状态。

图2 软起动原理示意图

02

Active工作过程

在Active状态下，SCC1（Switched Capacitor Converter）电路中，开关管S1、S2打开，S3、S4关断，Cfly1进行充电。SCC2电路中，S7、S8打开，S5、S6关闭，Cfly2进行放电。充放电路径如图3所示，波形如图4所示。

图3 SCC1充放电路径示意图

图4 SCC1各节点波形示意图

同理，在下一个相位中，SCC1电路中，S1、S2关断，S3、S4打开，Cfly1进行放电。SCC2电路中，S7、S8关断，S5、S6打开，Cfly2进行充电。充放电路径如图5所示，波形如图6所示。通过Cfly1和Cfly2的交替充放电，加之输出稳压电容Cout，使得输出始终保持稳定的Vin/2。

图5 SCC2充放电路径示意图

图6 SCC2各节点波形示意图

综上，2-Phase 2:1降压电荷泵相比于传统电荷泵的主要优势如下：1、Cfly1和Cfly2可以同时给输出供电，较单相的电荷泵具有更大的过流能力。2、2-Phase结构类似并联状态，可以降低回路损耗，提高整体效率。3、2-Phase结构可以使Cfly有更小的充放电幅度波动，从而可以降低输出电压纹波。

审核编辑：郭婷