从事控制系统工作的工程师大概都用过RS-232接口，传输控制信号时使用负电压。但是很多系统的电源系统只提供正电压输出，5V往往是这类系统的标准配备。这个时候很多人会选择一款很老的-5V电压发生器——ICL7660，可以将5V电压转换成-5V电压。下图显示了IC内部细节的原理框图：
工作时，RC振荡器产生的频率为f的振荡信号经过二分频变成5kHz，然后由电平移位器控制模拟开关SW1~4。当SW1/2打开时，SW3/4关闭，C1连接到VDD和GND并充电。当SW1/2关闭，SW3/4开启，C1端接GND，C1端接VO，于是C1和C2并联，C1上的电荷转移到C2，形成负压输出。因为这个过程是重复的，所以在C2上形成的输出电压与VDD上的电压大小相等，方向相反。当VDD电压为5V时，VO电压为-5V。
ICL7660的输出电压VO会随着VDD电压的变化而变化。因此，如果应用所需的电压是固定的，则需要在应用过程中增加稳压环节，或者固定VDD电压，或者固定最终输出电压。
以电荷泵为核心的器件有很多，大部分都是以锂离子电池驱动LED为应用目标而设计的，所以在设计上有自己独特的表现。
RT9361A和RT9361B是比较老的器件。它们的输出电压分别固定在5V和4.5V，输入电压可以在2.8V~和输出电压之间。它们的典型应用电路如下：
图示负载指出了非常明确的——驱动LED的应用方向，但实际上你用它们做稳压器是没有问题的。
RT9361的内部电路框图如下图所示：
其中用MOSFET实现的开关直接用开关代替，简单明了，你不用考虑驱动信号的逻辑。还有一个输出电压反馈回来的信号来调节泵电容的充电电流，所以我们可以相信这个电路可以调节输入能量，避免一些电路不调节可能存在的附带问题。由于工作频率高达1MHz，电路所需的泵电容也可以相对较小。
驱动LED时，需要提高锂离子电池的电压。这是因为白光LED的工作电压范围比较宽，这个范围和锂离子电池的工作电压范围重叠，实在是不得已而为之。RT9361在实现这一点时采用了直接升压的方法，但下图所示的电路不再升压：
这里，LED的阳极直接与电池电源端VBAT/芯片电源端VIN相连，这是电路中最高的电压。为了使LED在各种条件下都能正常发光，当VBAT很低时，LED1~6两端经过LED后的电压会低于GND的电压。因此，电路中需要有一个负电源，由电荷泵电路产生。上图中的CFLY1和CFLY2是这个电荷泵电路的泵电容，电路中的VOUT端是这个泵电路的输出。看看下面这张图，会更清楚：
从图中可以看出，VIN和VOUT之间有一个电荷泵电路，它的输出VOUT接在连接LED1~6的电流源下方，成为这个电路的负偏置电源。这样我们就知道VIN-LED-电流源-VOUT之间的压降是VIN-VOUT。由于VOUT为负，即使在VIN相对较低的情况下，电流源也有足够的电流调节空间，可以保证输出电流的稳定。
这里电荷泵电路的输入电压变化范围大，简单的电压极性反转会产生单一的VIN-VOUT=2 VIN，在输入电压较高时会造成能量的极大浪费，所以这里的电荷泵电路有x1、x1.5、x2等多种工作模式。当处于x1工作模式时，VOUT=0V，这也意味着电荷泵电路不进行电压转换，所以VINVOUT=VIN。在x2模式下，VOUT=-VIN，所以VIN- VOUT=2 VIN，也就是我们前面介绍的反极性供电的模式。尤其是在x1.5模式下，当VINVout=1.5 VIN，即VOUT=-0.5 VIN时，电荷泵的输出电压仅为输入电压的一半。这是如何实现的？下图显示了其工作原理：
在状态1中，泵电容器C1和C2串联连接，并由电池电压VIN充电。由于C1=C2，C1和C2的最终电压都等于VIN的一半。
在状态2下，C1、C2与Cout并联。因为Cout会给负载供电，其电压会略低于0.5VIN，C1/2的电压会略高，所以C1/2中的电荷会注入Cout，其电压会提升到接近0.5VIN
如果重复状态1和2，Cout中的电压将始终接近0.5VIN，这样VOUT=-0.5VIN，这个电压与VIN-GND串联，为负载供电，最终输出电压为1.5VIN，这就是x1.5模式的工作模式。
将几个开关和电容与VIN和VOUT相结合。控制器通过判断输入电压和输出电压的关系，就会知道在什么情况下控制那些开关，使泵浦电路分别工作在x1、x1.5或x2模式，输出稳定性得到保证。
作为工程师，我们的重点是了解工作原理，然后结合一定的推理，就可以知道电路是如何构建的，在不同的情况下是如何工作的，看到新的电路就不会迷失方向。
说到这里，我想到了一款带限流限压功能的热插拔保护IC。它的型号是RT1720，它的应用电路大多数情况下是这样的：
该电路可工作在5V~80V的输入下，其输出电压受限：当输入电压低于输出电压的设定值时，MOSFET Q1直接导通，VOUT基本等于VIN当输入电压高于设定的输出电压时，MOSFET Q1将进入调节状态，使输出电压等于设定电压。该电路的电流控制与此类似，其目的是保证负载的安全，这在本质安全应用中非常重要，对于有LC振荡的远距离传输场合也有很大的价值，对防止电源反接可能带来的灾害也有保护作用。
从这个电路中我们可以看出，它所使用的MOSFET是N型的，而我们都知道N型MOSFET的驱动电压需要高于它的源极电压，所以我们可以知道这个IC中有一个升压电路，否则无法有效控制MOSFET。这个升压电路是怎么实现的？它使用电荷泵电路，但这个电荷泵电路集成在IC内部，甚至集成了泵电容，不需要额外的实现。
另外这个电荷泵电路在实现的时候需要考虑安全问题，和我们前面介绍的电路不一样。
