“Exploring the Principles of BUCK BOOST and Charge Pump Circuits”

下文为个人总结三种常见的开关电源，如有疑问欢迎评论区讨论

BUCK

当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C1充电，给负载R1提供能量
当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持

14 23两组开关构成上图的双相Buck电路；一充一放，减小纹波，此时电感工作在CCM模式下

实例应用

知道了上述基础知识，下面用一例BUCK电路的选型来活学活用：
设某一电路的输入电压为15-10V，输出电压为5V，最大负载电流为5A。如果开关频率是200KHZ，那么推荐的电感值是多少呢
第一步：对于BUCK电路，需要从VIN的max（20V）开始设计；
D=V0/VIN=5/20=25% ;T=1/f=1/200KHZ=5us；Toff=T(1-D)=50.75=3.75us
第二步：伏秒积（按照关断时间算）=VOToff=53.75=18.75us
当r=0.4（纹波率最优），Et=18.75us，则：LI=45uH.A
IL=IO=5A;L=LI/I1=45/5=9uH
第三步：电感额定值需大于等于（1+r/2）IL=1.25=6A
所以需要一个9uH/6A的电感

BOOST

充电过程：

在充电时候，开关管导通，可理解为MOS管这里相当于一根导线直接将漏极和源极连起来，这时候输入电压流过电感L1、Q1、电容C1，随着不断充电，电感上的电流线性增加，到达一定时候电感储存了一定能量；
放电过程：

当开关管不导通时候，此时Q1相当于断开，由于电感有反向电动势作用，电感的电流不能瞬时突变，而是会缓慢的逐渐放电。由于原来的电回路已经断开，电感只能通过D1、负载、C1回路放电，也就是说电感开始给电容C1充电，因此电容两端电压升高。

Charge Pump

利用电容两端电压差不会跳变的特性，当电路保持充、放电状态时，电容两端的电压差将保持恒定。在这种情况下将原来的高电位端接地，就可得到负电压的输出。

如上图，当S1A、S1B导通时电容充电（电容左侧为Vdd，右侧接地为0）；当S2B、S2A导通时电容放电（电容左侧接地为0，右侧在保持压差不突变的特性下电压为-Vdd）

上图为输出2VIN的电荷泵电路：充电时S3与S2导通，电容充电（电容上为VIN，下接地为0）；当放电时S1与S4导通，电容放电（电容下接VIN，上在保持压差不突变的特性下电压为2VIN）

以南芯的8551为例，SC8551中的charge pump Q1 3、6 8和5 7、2 4分别为两条通路，其中VOUT=0.5VIN。在CC和降压/CV过程启用电荷泵，预充电和结束充电将切换到主充电器。当与标准充电器一起使用时，该系统可以以最低的速度实现最快的充电，减少了从预充电到 CC、CV 和终止的功率损耗。输入电压为电池电压的2倍（VBAT：3.5V 至 4.5V）；输出电流是输入电流的2倍（IBAT：高达 4A），输入功率与输出功率近似相等（充电效率能达到95%以上）。CC脚连接电源适配器与PD芯片进行握手，若匹配则进行快充（适配器输出9V、12V等），若不匹配则进行普通5V充电（不经过8551，改为PMU或主充进行充电）

上图可分为两个阶段分析：（1）刚开始时两电容串联分压得到0.5Vin；（2）在1阶段电容有电的前提下CF1充电到Vout，CF2放电到Vout；完成后通道2开启，CF1放电到Vout，CF2充电到V0ut（形成双相结构，这样的双相架构降低了输入电容要求并降低了输出电压纹波）。
Vout需小于0.5Vin，Iout为Iin（cf1）+ Iin（cf2）=2Iin