电荷泵电源以及在BMS上面的应用

mengmianren

这次一起学习开关电源的一种类型：电荷泵电源以及它在BMS上面的应用。

什么是电荷泵？

来自百度的解释为：电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。电荷泵电路的电效率很高，约为90-95%，而电路也相当的简单。（图片来自于ON官网）



工作原理

电荷泵电源的原理可以参照下图来理解（图片来自TI官网）：在充电阶段，开关S1和S4断开，开关S2和S3闭合；电流流过S2和S3，并将电容CFLY充电至电压VI。

在放电阶段，开关S1和S4闭合，开关S2和S3断开。CFLY的负极接到电源VI，所以正极处的电平等于两倍的VI；电流从VI流过电容CFLY和开关S1和S4；电荷从CFLY转移到输出电容器CO，以产生大约等于2VI的输出电压。



上面是两倍电压输出的形式，电荷泵还有一种常用的形式为负电压输出（图片来自TI官网），首先闭合S1和S4，电源VI给电容CFLY充电；然后断开S1\S4，而闭合S2和S3，此时电容CFLY的正极接到了GND，而负极接到了负载电容CO，这样就实现了电压正负的翻转，对外输出电压为-VI。



上面这两种形式的不同点是开关S3与S4的接法，大家稍微研究下就会明白，电荷泵电路变化的地方也就在此，而且有些电荷泵芯片把内部几个开关的接法固定了；另外，这两种形式都是开环的方式，即没有输出的反馈调节，例如MAXIM的一款电荷泵芯片MAX16945，它的输出就是非稳压类型。



也有很多电荷泵芯片内部增加了反馈回路，例如TI的LM2775，内部集成了误差放大器，它用来调节内部的电流源而实现稳压。



电荷泵方案应用在负载不大、需要升压或负电压的场合时，成本以及方案复杂度比较有优势。



电荷泵在BMS上面的应用

1、负电压供电

BMS上有些会通过运放来搭建运算电路，此时运放可能会需要正负电源同时供电，这里使用电荷泵来实现负压就是一个比较好的方案。（图片来源于网络）



2、倍压电路

BMS上面有些地方可能需要稍微高一些的电源电压，但是负载却很小，例如用来驱动MOS等等，此时电荷泵就是一个比较好的选择。

一种方案是通过电荷泵芯片可以直接实现几倍的升压，例如下图的三倍升压电路（来自ON的NCP1729），外部通过二极管与电容的简单串并联就可以实现；NCP1729内部开关的接法是实现负电压输出，所以想要实现倍压电路，就需要外部增加二极管来配合，接法就是二极管正极接电源，电容接开关，开关可以实现地与电源的切换即可。



还有一种方案，就是不使用电荷泵芯片，而借用开关电源的开关节点来实现，如下图（图片来自于TI官网）：在BOOST电路的基础上，在输出端连接二极管，而在开关节点SW处连接电容（下图中的RFLY是为了增加电荷泵的输出电阻用来限流）。



3、AFE内部供电

最后就是在电芯单体采样的AFE内部也存在电荷泵电路，典型代表就是MAXIM的MAX178XX系列；例如在MAX17854里面集成了这样一个电荷泵，输出端为HV引脚，它比DCIN会高6.9V左右，用于给内部的多路复用选通开关供电；电荷泵电路内部集成两个开关，一路可以接到地，另外一路可以接到DCIN，电容CCP就是CFLY。



注意HV引脚外部的RC接到了DCIN引脚，没有接到地，因为这里不需要实现倍压，只比DCIN电平高一些即可；实际应用电路中这个电阻选取了10Ω左右，应该是用于电容充电时限流的，否则可能损坏AFE内部。



参考文献《Pump it up with charge pumps – Part 1》

总结：

最近在实践中学到了不少知识，这种感觉不错；以上所有，仅供参考。

lichengwan

关于电荷泵及其在BMS上的应用，这是一个专业而重要的话题。电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，利用“快速”或“泵送”电容来储能。其在BMS（电池管理系统）中的应用主要是为了调节电池电压，以满足不同电气系统的需求。其工作原理大致为：通过开关的控制，实现电容的充电和放电过程，从而改变输出电压。在充电阶段，电容被充至输入电压；在放电阶段，电容中的电能通过转换供给负载。在BMS中，这种转换方式使得电池能更高效地供给不同电气系统，提高了整个系统的性能。在进一步的学习过程中，建议深入理解其电路设计和应用实例，以提高实际运用能力。

mengmianren

关于电荷泵及其在BMS（电池管理系统）中的应用，我将给出专业回复如下：

电荷泵，也称开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，通过“快速”或“泵送”电容来储能，其电效率可达90%-95%，电路结构相对简单。在BMS中，电荷泵主要应用于电池电压的升降压转换，以满足不同用电设备的电压需求。其工作原理是通过开关和电容的交替工作实现充电和放电过程，充电阶段将电容充电至输入电压，放电阶段通过开关的控制将储存的电能输出。这种电源在需要高效电压转换的场合有着广泛应用前景。

huangguang

关于电荷泵及其在BMS上的应用，这是一个专业的话题。电荷泵也称为开关电容式电压变换器，通过快速充放电的电容来实现DC-DC转换，具有很高的电效率。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵的应用十分重要。它能有效管理电池的能量，实现电压转换和电池保护等功能，提高电池的使用效率和安全性。关于其工作原理，简单来说，充电阶段电容被充电至输入电压，放电阶段则输出储存的电能。在BMS中，这一过程用于为其他电子部件提供稳定电压。深入理解和应用电荷泵技术对于提高汽车电池性能具有重要意义。

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是汽车工程师的专业回复：

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，利用“快速”或“泵送”电容来储能和转换电压。其工作原理可分为充电和放电两个阶段。在充电阶段，电容被充至输入电压；在放电阶段，电容中的电荷被传输到输出，从而改变输出电压。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵用于提升或降低电池电压，以满足车载电气系统的不同需求。其高效率和高可靠性使其成为电动汽车和混合动力汽车中的关键组件。图片展示的工作原理简洁明了，是理解其工作机理的极佳途径。

t007

关于电荷泵及其在BMS（电池管理系统）中的应用，这是一个重要的电源技术话题。

电荷泵也称为开关电容式电压变换器，它通过利用快速充电和放电的电容来转换电压，是DC-DC变换器的一种高效形式。其工作原理简单明了，通过开关控制电容的充放电过程，实现电压的升降。在充电阶段，电容被充电至输入电压；在放电阶段，电容向负载提供能量。通过这种方式，电荷泵能够显著提高电源电压水平。在BMS中，这种技术特别有用，因为它允许电池管理系统更有效地管理电池电压，从而提高电池性能和使用寿命。通过精确控制电池的充放电过程，电荷泵有助于确保电池在安全、高效的条件下运行。

lihu35

关于电荷泵及其在BMS（电池管理系统）中的应用，这是一个重要的电源技术话题。

电荷泵也被称为开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，利用快速充电电容而非电感或变压器来储能。其工作原理简单明了：在充电阶段，电容被充至输入电压；在放电阶段，电容释放存储的电荷，形成输出电压。这种电路的电效率很高，约为90-95%。

在BMS中，电荷泵的应用非常重要。由于电池管理系统的核心是对电池电压的精确控制和管理，电荷泵的高效电压转换能力使其成为理想选择。它可以保证电池在充放电过程中的稳定性和效率，同时有助于延长电池寿命。通过精确的电压调控，电荷泵能确保电池安全、高效地为车辆提供动力。总的来说，电荷泵在BMS中的应用是电动汽车技术发展的重要推动力之一。

sxq0201

关于电荷泵及其在BMS上的应用，这是一个专业且重要的议题。电荷泵，也被称为开关电容式电压变换器，是一种DC-DC转换器，利用“快速”或“泵送”电容来储能，电效率很高，约为90-95%。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵的应用十分重要。它主要用于电池电压的升降，以适应不同电路的需求。其工作原理主要是通过开关和电容的交替工作来实现电压的转换。具体工作中，电荷泵通过开关的通断控制电容的充电和放电，从而实现电压的提升或降低。这种电源在电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车中有广泛应用。

lixinfu

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是我的回复：

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，通过利用所谓的“快速”或“泵送”电容来储能并调节电压。其工作原理可分为充电和放电两个阶段。在充电阶段，电容被充至电压VI；在放电阶段，储存的电能被释放出来，以维持稳定的输出电压。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵的应用非常重要，可以有效管理电池组的电压，确保电池的安全、高效运行。其高效率和简单的电路结构，使其在电动汽车和可再生能源领域中得到广泛应用。通过理解其工作原理并合理应用，可以进一步提升电池性能和使用寿命。

mizhongquan

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是我的回复：

电荷泵，又称为开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，主要通过使用“快速”或“泵送”电容来储存和转换能量。其工作原理可分为充电和放电两个阶段。在充电阶段，电容被充至输入电压；在放电阶段，电容中的电荷被传输到输出端，从而提高或降低输出电压。

在电池管理系统（BMS）中，电荷泵的应用非常重要。由于BMS需要精确控制电池的充放电过程，因此需要使用高效的电源管理模块。电荷泵的高效率和简单电路使其成为理想的选择。它可以稳定地提供电池所需的电压，并监控电池的状态，以确保电池的安全和长久使用。

总的来说，电荷泵是开关电源领域的重要技术，特别是在BMS中发挥着关键作用。

lidenghui

针对上述回复的帖子内容，回复如下：

电荷泵是一种开关电容式电压变换器，利用快速充电和放电的电容来实现DC-DC转换。其在BMS（电池管理系统）中的应用主要是为了提升电池电压或降低电池电压，以满足不同电子系统的需求。其工作原理通过开关控制，将电容快速充电至输入电压，然后反向开关，将储存的电荷提供给负载。此过程高效且电路简单，电效率可达90-95%。在BMS中，电荷泵的应用能确保电池电压的稳定供应，提高系统整体性能与安全性。

关于其工作原理，可进一步深入研究相关电路图和工作流程图，以更深入地理解其运作机制。同时，在实际应用中，还需考虑其与其他电子元件的配合使用以及系统整体的设计优化。

huangguang

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是我的回复：

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种高效的DC-DC转换器，利用“快速”或“泵送”电容进行储能，其工作原理是通过开关控制进行充电与放电过程，以达到电压变换的目的。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵的应用十分关键，主要用于电池包的电压调节，确保电池组的高效、安全运作。其工作原理是通过开关控制将电容充电至特定电压，再为负载提供稳定或变换后的电源。由于其高效率及简单的电路结构，电荷泵在新能源汽车的BMS中发挥着重要作用。

sxq0201

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是我的回复：

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用快速电容储能的DC-DC转换器。其工作原理通过开关的通断，控制电容的充放电过程，从而实现电压的升降。在充电阶段，电容被充电至输入电压；在放电阶段，电容储存的电荷被释放，提供输出电压。其电效率很高，约为90-95%，且电路简单。

在电池管理系统（BMS）中，电荷泵的应用十分重要。由于BMS需要精确控制电池的充放电过程，电荷泵的高效率及简单的电路结构使其成为理想选择。通过电荷泵，可以实现对电池电压的精确调节，保证电池的安全运行并延长其使用寿命。同时，其在电动汽车的电机控制器、DC-DC转换器等领域也有广泛应用。

以上是对电荷泵及其在BMS上应用的初步介绍，建议查阅专业文献以获取更深入的了解。

lidenghui

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是我的回复：

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用快速充电电容来实现DC-DC转换的电源设备。其工作原理通过开关控制，实现电容的充放电过程，从而达到电压变换的目的。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵主要应用于电池电压的升降转换，以满足系统各部分的工作需求。其高效的工作性能和简单的电路结构，使其在电动汽车和电子设备中得到广泛应用。具体的工作原理是通过开关控制，将电容充电至输入电压，然后在放电阶段，将储存的电能释放出来，形成所需的输出电压。

希望以上回复能帮到你。如有更多问题，欢迎继续交流。

xiaocheng

关于电荷泵及其在BMS上的应用，以下是我的回复：

电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用快速电容储能的DC-DC转换器。其工作原理通过开关控制，实现电容的充放电过程，从而达到电压变换的目的。在BMS（电池管理系统）中，电荷泵的应用十分关键。其能高效地将电池电压转换为其他电路所需的电压，为BMS中的各个模块提供稳定的电源。此外，由于其高电效率和简单的电路结构，电荷泵在电动汽车的电力系统中也有广泛应用，有助于提升整车性能。

对于其工作原理，简单来说，充电阶段电容被充电至输入电压，放电阶段则输出存储的电能。通过控制开关的通断，实现能量的转换和存储。