电荷泵
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。
叙述
编辑电荷泵利用一些开关元件来控制连接到电容器的电压。例如，可以配合二阶段的循环，用较低的输入电压产生较高的脉冲电压输出。在循环的第一阶段，电容器连接到电源端，因此充电到和电源相同的电压，在第一阶段会调整电路组态，使电容和电源电压串联。若不考虑漏电流的效应，也假设没有负载，其输出电压会是输入电压的两倍（原始的电源电压加上电容器两端的电压）。较高输出电压的脉冲特性可以用输出的滤波电容器来滤波。
以图一为例，电荷泵的电容CP先由电源充电，之后电容CP和输出电容CO串联充电，因此CO最后会充到电源的二倍。可能需要几个周期才能将CO充饱，但若到达稳态，CP只需要提供很少的电荷，相当于CO提供给负载需要的电荷。当CO切离电容CP时，CO会对负压放电，因此输出电压会有涟波，若时脉较快，充电时间较短，涟波也会变小，也比较容易滤除。而且对应相同的链波规格，可以选用较小的电容器。
会有其他的电路来控制开关的定期切换，一般切换频率会是数十kHz到数MHz，切换频率高可以减少所需的电容器，让较短时间内需要储存的电荷也比较小。电荷泵中用的电容器一般会称为飞电容（flying capacitor）。
另一种思考的方式是将电荷泵视为是多倍压器及直流-交流转换器（开关）的组合。
电荷泵的输出电压会和负载有关，若负载越大，其平均电压也会越低。
电荷泵依控制方式及电路架构的不同，可以进行倍压、三倍压、电压反相、电压乘以一分数（例如×3/2, ×4/3, ×2/3等），也可以在不同模式中快速切换，产生任意大小的电压。
在锁相环中的电荷泵
编辑“电荷泵”一词也有用在锁相环（PLL）电路中，不过作用不同。锁相环中的电荷泵只是双极性的切换式电流源，因此可以输出正负交换的电流脉冲给锁相环的滤波电路，但其电压只能在电源和地点之间，无法产生超过电源或低于地点的电压。
应用
编辑- 电荷泵常见的应用是RS-232信号转换IC，可以从单一的5V或3V电源供应器产生正负电压（多半是+10V及-10V）。
- 电荷泵也可以用在LCD或是白光LED的驱动电路，从单一电源（例如电池）产生高偏压的电压。
- 电荷泵广泛应用在NMOS的记忆体及微处理器中，用来产生连接到IC基层（Substrate）的负电压VBB（约-3V）。这可以确保N+至基层的结点（junction）都有3V甚至更高的逆向偏压，可以降低结点电容，并且提升电路的速度[1]。
- 以往在任天堂系统中，一些和任天堂相容，但没有经由任天堂授权的游戏卡匣，会用电荷泵产生电压突波来错乱任天堂系统锁定芯片[2]。
- 到2007年为止，几乎所有的EEPROM及快闪存储器（flash memory）都已整合了电荷泵电路。这类的芯片在记忆单元写入新的值前，需要用高电压的脉冲先清除该区块已有的资料。早期的EEPROM及快闪存储器需要二种电源：用来读取资料的+5V以及用来清除资料的+12V。截至2007年[update]，市面上可购得的EEPROM及快闪存储器都只需要一组电源，多半是1.8V或3.3V。而清除记忆区块需要的高电压则由芯片中的电荷泵自行产生。
- 在由n通道的功率MOSFET或绝缘栅双极晶体管（IGBT）组成的H桥电路中，电荷泵也用在H桥high side功率元件的栅极驱动器上。当H桥其中一只中心点为低电压时，会经由二极管向电容器充电，之后充电的电荷会来让high side的栅极比电源电压高一些，好让功率元件导通。假设H桥正常切换的情形下，上述的作法可以正常工作，免去了另一个独立的电源供应器，也让开关可以使用效率更好的n通道元件。这种电路（需要周期切换high side功率元件）也称为bootstrap电路，有时也和电荷泵电路会有些差异。
参考资料
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.