为什么电荷泵仅用于低电流应用？

通常，SMPS中最昂贵（且难于获得）的元件是电感器。因此，我想知道是否可以在通用用例中使用无电感器的开关模式电源（即电荷泵），例如台式电源，固定的大功率DC-DC转换器（几安培和几百瓦的功率） ）等

我可以找到的所有电荷泵设计都是针对低功率应用的。是什么阻碍了人们设计大功率无电感器电源？是否存在一些固有的物理限制？

您的想法有两个问题。一种实用，一种基础。

实际的问题是，每储能电容器比电感器更昂贵，而且真正的大容量电容器（电解）已经老化。

根本的问题是，从电压源给电容器充电从根本上来说是有损耗的（会散发热量）。这看起来可能违反直觉，但确实如此。（前段时间对此存在疑问。）因此，即使是理想的飞跨电容器电压转换器，其固有效率也较低。（理想的基于电感器的电压转换器具有100％的效率。）

您可能会觉得奇怪，世界对电容器不公平，但这是我们的人为过错：我们主要通过电压源供电。对于电流源而言，反之亦然：理想的飞跨电容器电流转换器可以达到100％的效率，而来自电感器的电流转换器必须一定是有损耗的。

如果源和输出为恒定电流，则电容器会更好。您可以对电容器充电直到电压上升到一定水平，然后将电容器放电到负载阻抗中以保持恒定的输出电流。您将使用较大的电感器作为输出滤波器，以保持输出电流恒定。

由于我们的电源是恒定电压，而且我们通常希望输出电压恒定，因此使用电感器存储能量和使用电容器进行滤波更加有意义。

请注意，所有有效的开关电源均具有电容器和电感器。

是的，电荷泵（飞跨电容器）可以施加电压并使其移动，翻转，甚至乘以整数等，但每次通过电阻开关对电容器充电或放电时，都会损失一部分电容器的能量变化在开关本身中-较大的电压变化意味着更多的损耗。较低电阻的开关仅意味着将给定电压变化所损失的能量压缩为更短的时间，总能量保持恒定。

如果将两个具有不同电压的电容器或串联的电容器串连接在一起，它们的电荷将以减少存储在其中的能量的方式平均。如果使用电感器连接它们，则多余的能量将传递到该电感器，并可能随后用于某些有用的目的。如果连接是纯电阻性的，则能量将100％转换为热量。最小化电阻不会减少能量损失；它只会减少它发生所需的时间。

因此，为了使电荷泵高效，电容器需要足够大，以使电容器两端的电压永远不会变化太大。如果电荷泵不需要传输太多能量，则可以在输出端使用线性稳压器并充分提升电压，以使在最坏情况下的纹波条件下，输出电压仍会足够高以维持稳压，但效率却很高。将受到负载电压乘以升压比与电源电压之比的限制。

电荷泵存在一些问题。

1. 它们不能同时提供效率和电压调节。调节输出电压以使其在输入电压变化和负载变化期间保持恒定的唯一方法是引入故意的低效率。
2. 在周期的充电和放电期间，电流必须流经两个开关元件（二极管或晶体管）（而对于降压或升压转换器，则一次只需要流过一个开关元件）。
3. 效率高度取决于所需的输入输出电压比。如果要说一个1.5倍的电压转换器，那么您将不得不使用一些复杂的多级装置，或者制造一个2倍的转换器，然后以故意低效的模式运行它。