電荷幫浦的基本原理

電容是存儲電荷或電能，并按預先確定的速度和時間放電的裝置。如果一個理想的電容以理想的電壓源VG 進行充電（見圖1a），將依據Dirac電流脈波函數立即存儲電荷（圖1b）。存儲的總電荷數量按以下方式計算︰Q＝CVG
實際的電容具有等效串聯阻抗（ESR）和等效串聯電感（ESL），兩者都不會影響到電容存儲電能的能力。然而，它們對開關電容電壓轉換器的整體轉換效率有很大的影響。實際電容充電的等效電路如（圖1c）所示，其中RSW 是開關的電阻。充電電流路徑具有串行電感，透過適當的器件布局設計可以降低這個串行電感。

一旦電路被加電，將產生指數特性的瞬態(tài)條件，直到達到一個穩(wěn)態(tài)條件為止。電容的寄生效應限制峰值充電電流，并增加電荷轉移時間。因此電容的電荷累積不能立即完成，這意味著電容兩端的初始電壓變化為零。電荷幫浦就利用了這種電容特性，如（圖2a）所示。

圖1︰從一個電壓源對電容進行充電（圖a 和b 是理想情況，c 和d 是實際情況）。電壓變換在兩個階段內實現。在第一個階段期間，開關S1 和S2 關閉，而開關S3 和S4 打開，充電到輸入電壓：
VC1+ VC1-＝VC1+＝VIN
VC1+－VC1-＝VOUT－VIN＝VIN_VOUT＝2VIN
在第二個階段，開關S3 和S4 關閉，而S1 和S2 打開。因為電容兩端的電壓降不能立即改變，輸出電壓突變到輸入電壓值的兩倍︰使用這種方法可以實現電壓的倍壓。開關訊號的工作周期通常為50％，這通常能產生最佳的電荷轉移效率。以下讓我們更詳細地了解電荷轉移過程以及開關電容轉換器寄生效應如何影響其工作