情况很简单：——你有一个低压供电轨，比如3.3V，你想给需要5V的东西供电。这是一个困难的决定，尤其是当涉及到电池的时候。唯一明显的方法是开关模式转换器，更具体地说是升压转换器。
这就是我们遇到障碍的地方。3354升压转换器在低功率时效率低，因为大量能量仅用于维持稳定性和驱动功率开关。此外，这种类型的开关模式转换器噪声较大，如果您正在处理敏感电路，这将是一个问题。你正处于过度设计解决方案的尴尬境地。线性调节器不能反向工作，因此排除了欠设计的可能性。
那么，过度设计和设计不足之间的界限在哪里呢？
这个问题的答案是电荷泵——，它是一个开关模式电源。顾名思义，这种转换器将离散电荷四处移动，存储这些离散电荷的元件是电容，因此这种转换器也称为飞电容转换器。
电荷泵电容用于产生输入电压的离散倍数。
电荷泵是如何工作的？
理解这一点的最好方法是想象以下情况。
你用9V电池给电容充电，所以电容两端的电压也是9V。然后你拿另一个电容，充到9V。现在将两个电容器串联起来，测量它们之间的电压——18V。
这是电荷泵的基本工作原理。3354取两个电容，分别充电，然后串联，虽然在真正的电荷泵中，重排是通过电子方式完成的。
当然，这不限于两个电容，连续的级可以级联以获得更高的输出电压。
电荷泵的局限性
在构建电荷泵之前，最好先了解一下电荷泵的局限性。
1.可用输出电流3354由于电荷泵只是一个循环充放电的电容，可用电流很低。——在极少数情况下，使用合适的芯片可以获得100mA，但效率很低。
2.你加的级数越多，不代表电压输出增加那么多倍。——每级负载前一级的输出，所以输出不是输入的整数倍。你加的阶段越多，这个问题就越严重。
构建电荷泵电路
这里显示的电路是一个简单的三级电荷泵，它使用Evergreen 555定时器IC。从某种意义上说，这个电路是“模块化”的，——个级可以级联起来提高输出电压(考虑第二个限制)。
必需的组件
1.对于555振荡器
55定时器-双极
10uF电解电容(去耦)
100x陶瓷电容(去耦)
100pF陶瓷电容器(计时)
1K电阻(正时)
10K阻力(正时)
2.对于电荷泵
6x IN4148二极管(也推荐使用UF4007)
5x 10uF电解电容器
100uF电解电容器
务必注意，电荷泵中使用的所有电容的额定电压必须比预期输出电压高几伏。
示意电路图
这是它在面包板上的样子：
电荷泵的电路描述
1.555定时器
这里显示的电路是一个简单的555定时器不稳定振荡器。定时组件产生约500kHz的频率(对于双极555来说，这本身就是一个壮举)。这个高频率可以确保电荷泵上的电容周期性地“刷新”，使得输出电压不会产生太大的纹波。
2.充电泵
这是整个电路中最令人生畏的部分。像大多数其他事物一样，它可以通过分解成一个单元来理解：
假设555定时器的输出引脚3在启动期间为低电平。这导致电容器通过二极管充电，因为负极端子现在接地。当输出变高时，负引脚也变高，但由于电容上已经有电荷(由于二极管的原因，它不会去任何地方)，电容正端的电压实际上是输入电压的两倍。
这是电容器的正极：
最终结果是，您有效地将V CC偏移添加到555定时器的输出中。
现在直接用这个电压做输出是没用的，因为有50%的巨大纹波。为了解决这个问题，我们添加了一个峰值检测器，如下图所示：
这是上述电路的输出：
我们成功地将电压输出提高了一倍！
电路构造技巧
双极555因其电源轨上的电源尖峰而闻名，因为输出推挽级在转换期间几乎会短路电源。所以解耦是强制性的。
我就绕个弯子，给大家讲讲适当解耦。
这是振荡器的V CC引脚，无任何去耦：
这是正确去耦的同一引脚：
你可以清楚地看到一点点脱钩带来的区别。
电荷泵级推荐使用低电感陶瓷SMD电容。具有低正向压降的肖特基二极管也可以提高性能。
使用具有适当输出级的CMOS 555(甚至可能是像TC4420这样的栅极驱动器)可以减少(但不能消除)功率尖峰。
更换电荷泵
电荷泵不仅可以提高电压，还可以反转电压的极性。
该电路的工作原理与倍压器相同。——当555的输出变高时，电容充电。当输出变为低电平时，电荷反向通过第二个电容，从而在输出端产生负电压。
我在哪里使用电荷泵？
在只有单一电压的电路中，为运算放大器提供双极电源。运算放大器不会消耗太多电流，所以非常适合。这具有这样的优点，即逆变器和倍频器可以由相同的输出驱动，例如，12V电源可以由5V电源产生。
栅极驱动器3354的自举是一个选项，但是电荷泵有可能产生更高的电压，例如，具有3.3V电源的12V栅极驱动器。在这种情况下，自举不会给你超过7V。
因此，电荷泵是产生离散输入电压倍数的简单而有效的器件。
