什么是电荷泵，它的工作原理是什么，电荷泵可以用在电路中吗？

最近有很多朋友咨询什么是电荷泵，串口设备为什么要使用电荷泵驱动，有什么作用呢？今天就来给大家解答一下。

一、电荷泵基本概念

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。

电荷泵（charge pump）是一种直流-直流转换器，利用电容器为储能元件，多半用来产生比输入电压大的输出电压，或是产生负的输出电压。电荷泵电路的电效率很高，约为90-95%，而电路也相当的简单。

二、电荷泵的基本工作原理

电荷泵的基本工作原理是，电容的充电和放电采用不同的连接方式，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，实现升压、降压、负压等电压转换功能。

一旦电路被加电，将产生指数特性的瞬态条件，直到达到一个稳态条件为止。电容的寄生效应限制峰值充电电流，并增加电荷转移时间。因此，电容的电荷累积不能立即完成，这意味着电容两端的初始电压变化为零。电荷泵就利用了这种电容特性。

给大家举个例子：电压转换在两个阶段内实现。

在第一个阶段，开关S1和S2关闭，而开关S3和S4打开，充电到输入电压；

在第二个阶段，开关S3和S4关闭，而S1和S2开。因为电容两端的电压降不能立即改变，输出电压跳变到输入电压值的2倍：

使用这种方法可以实现电压的倍压。开关信号的占空比通常为50％，通常能产生最佳的电荷转移效率。

三、电荷泵在电路中的作用

1、电荷泵可以为电路供电

与基于电感的开关电源变换器相比，电荷泵具有尺寸小、EMI干扰较小等优点，所以电荷泵被广泛应用于便携式产品中，为系统提供负的电源电压。

将电荷泵与电压基准源相结合，能够在单电源为系统供电的同时，获得一个反相的基准电源。如下图所示，该电路不同于由三端基准和运放反向器构成的反相基准电压源，不需要外加精密电阻和负电源即可获得精密的负的电压输出。

2、RS232电平转换中的升压、负压

电荷泵的另外一个极为广泛的应用就是为电平转换芯片提供符合RS-232标准的电源电压。电平转换芯片的供电通常为3.3V或者5V的单电源，而RS232电平标准要求，以-3~-15V表示逻辑电平“1”，以+3~+15V表示逻辑电平“0”，所以RS232转换芯片不仅要完成电平转换，还要提供符合要求的电源转换。

其实大家也发现，很多工业转换器都使用了电荷泵驱动，例如帝特的232转485转换器就是使用了“RS232电荷泵”驱动，使用电荷泵能够使设备不需要靠初始化232串口，不需要外接电源就可以得到电源，这样对项目的实施是非常方便灵活的。

好了，以上就是关于电荷泵的详细介绍，希望对您有所帮助，感谢您的阅读与支持！

工业物联网@帝特