关于Boost与Charge Pump之间的联系和应用

当电池电压低于应用所需的电压的时候，Boost转换器就是最佳的选择。

立锜的Boost转换器是从RT9261开始发展起来的，其应用电路极其简单，首先被使用在以普通的碱性电池作为电源的传呼机上。RT9261现在已经没有生产了，但能力比它高的RT9261B仍然在供应市场。

紧随着RT9261上市的产品是RT9262，它被分为两个型号。一个是Boost和电压检测器的组合（RT9262A），一个是Boost和LDO的组合（RT9262），但其设计却是同一个，只是封装的引线不同而已。RT9262A曾在MP3和数码相机市场上占据过极高的市场分额，RT9262的使用机会就要少一些，因为它的输出两种电压的能力在当时市场上的应用机会并不太多，但两者组合构成的RT9267曾在日本数码相机厂商的应用中发挥过巨大作用。由RT9262A构成的正/负电压发生器曾经作为便携式DVD的标准设计风靡全球，其设计是我还在深圳华强北的新世纪酒店上班时做的，那时我进入立锜工作还不到两个月，此方案被后来进入市场的多数厂家沿用。

现在已经不能在立锜的官网上找到RT9262/A的规格书了，这说明它已经退出市场，但是立锜还有很多其他的Boost转换器可供使用，例如RT9266就是非常经典的一款，它在最辉煌的时候曾经满足过很多MP3和数码相机的需求，最多的每台机子可以用6颗，升压、降压、正压、负压全靠它，牛X的不得了，因此市场上也曾经出现过很多它的替代品，但是全都不如它做得好。今天做数码相机的用户已经不需要全用RT9266了，因为立锜有很多专用的PMIC可以满足需求，设计应用起来已经轻松多了。

作为标准的Boost转换器，RT9262的工作启动电压可以低于1V，可以在单节碱性电池供电的应用中使用。所以，当有一天某个客户需要从单节碱性电池得到12V输出的时候，我能想到的仍然是它，但却遇到了问题。

Boost电路的拓扑结构如下图所示：

它能把输入电压升高到多少是和其最大占空比有关的，它们之间的关系如下：

其中的D为占空比，是开关SW在一个周期里的导通时间所占的比例。

由于RT9262已经没有规格书可以参考了，我们拿RT9266来代替它说事。查阅RT9266的规格书，我们可以看到它的最大占空比数据如下面截图中红色框中所示：

其典型值为95%，最小值为85%。由于所有的设计都要考虑到最坏的情况，所以我们按85%也就是0.85来进行计算：

即：VOUT=6.666......xVIN

当电池电压为1V（VIN）时，VOUT=6.666......V。也就是说在电池电量即将耗尽时，直接使用RT9266来完成这一转换能够得到的最高输入电压将低于6.7V，这离12V的输出电压目标还很远。实际上，即使输入电压为1.5V时也不能得到12V输出。

怎么办？第一次遇到这个问题的我找到公司里的同事，他们给我推荐了电荷泵电路，这让我的难题得到了解决。

电荷泵 = 电荷 + 泵。

在我们能够见到的现实中，泵的作用通常是将低处的水抽送到高处去。

上面提到的Boost电路其实也是一种泵，它利用电感的储能作用将电能先储存起来（以磁场的形式，表现为电流），然后再释放到输出端，输出电压就得到提升了。

与Boost电路利用电感储能不同，电荷泵利用电容储存电荷的能力来进行电能的抽送，同样也能达成电压提升的效果。只要电路中有电压不断变化的节点存在，我们就可以利用它来实现电荷泵功能。Boost电路中的电压不断变化的节点是开关节点，这正是我们可以利用的地方，下面的原理图给出了基本的实现方法：

上图中，黑色部分是原有的Boost电路，红色部分是新加入的电荷泵电路。

Boost电路工作时，SW有两种状态：导通和截止。当SW导通时，节点LX与地导通，其电压为0。当SW截止时，LX的电压等于输出电压VOUT。（为了简化分析，我们在这里将二极管当作是理想的开关，其它元件也一律理想化。）

当SW导通使LX电压为0时，电荷从VOUT经二极管D1灌入泵电容CP使其电压为VOUT。

当SW截止使LX电压等于VOUT时，泵电容CP的参考电压升高了VOUT，由于电容两端电压差不会突变，其上端电压会在其参考电压升高以后升高同样的数值，所以其上端的电压就变成了VOUT的2倍。只要此时C2上的电压低于2*VOUT，就会有电荷经二极管D2灌入电容C2，并最终使C2上的电压也等于2*VOUT，这样就得到了VOUT的2倍电压的输出。

当SW再次导通时，前面所述的VOUT灌入CP的过程还会继续发生，二极管D2却因反偏置而截止，C2上的2VOUT电压得以维持。如果C2上带了负载，它在这段时间内的电压会因为放电而下降，但是只要C2足够大，它在每一次SW截止时得到的能量补充足够多，C2上的电压下降就可以被限制在一定的范围内而可以被接受。通过考虑这里面的平衡关系，我们就可以在设计时确定电容CP和C2的大小。

实际上，如果D1不是被连接在VOUT上而是连接在其它电压源上，我们就可以通过这样的方法得到不是2倍关系的电压输出，这便是更灵活的应用了。

通过在D1或D2通道上串联多只二极管或是稳压管也可以得到低于2倍压的输出，设计者可以在实际的应用中灵活选择。

通过将泵电路进行叠加，我们可以很容易地得到3倍压、4倍压等等输出。

通过类似的方法，我们也可以用泵电路得到负压输出，这里就不给出具体的电路了，希望好学的你能自己思考一下要如何实现。如果你遇到了困难或是想知道自己的设计是否是对的，你可以点击文末的阅读原文，与之连接的RT9266的规格书中有相关的电路可以参考。

当然啦，我们和你之间的沟通渠道总是敞开的，你可以给我们发送信息，和我们交流。本文之所以会出现，就是因为有微信朋友发信息来交流之后才会写的。这样做的目的只有一个，让更多的朋友掌握一种新的设计思路，可以在自己需要时拿来使用，解决自己在实际工作中遇到的问题。