电容式电荷泵是一种众所周知的、简单、高效、经济的(因此很受欢迎！)用于反转和倍增电压电源轨的方法。然而，也许不太为人所知的是，它们在分压(同时倍增电流)方面也同样有效。图1展示了一个Vout=Vin/2、Iout=Iin*2的示例泵，它是围绕着古老的xx4053系列三重CMOS SPDT开关构建的。
图1 基于xx4053，100kHz、电压减半、电流倍增的电荷泵。
这是它的工作原理。
R1C1时间常数将U1pin14处的Vin/ppv方波耦合至U1pin9，从而产生的Fpump振荡器频率大约为：
Fpump = 1 / (2 * 100k * 68 pF * loge(2)) = 100 kHz
在Fpump负半周期(U1pin4=0)期间，C2的上端(U1pin14)连接到Vin，下端(U1pin15)连接到Vout，从而对C2充电：
Vc2-= Vin – Vout
然后，在接下来的Fpump正半周期(U1pin4=Vin)期间，C2的上端连接Vin，下端连接Vout，并且：
Vc2 = Vout
这会将一定数量的电荷充入C3：
Q+ = C2((Vin – Vout) – Vout) = C2(Vin – 2Vout)
在随后的负半周期中，同样如此：
Vc2 = Vin – Vout
将另一些电荷充入C3：
Q- = C2 ((Vin – Vout) – Vout) = C2(Vin – 2Vout)
因此，Fpump的每个完整周期都会在C3上存储如下净电荷：
Q = Q+ + Q- = 2 * C2(Vin – 2Vout)
如果Iout=0，则迫使Q=0，因此：
Vin – 2Vout = 0
Vout = Vin / 2
然而，对于Iout>0的(更有趣的)情况：
Q = Iout / 100 kHz
2 * C2(Vin – 2Vout) = Iout / 100 kHz
Vin – 2Vout = Iout / 100 kHz / 2 / C2
Vout = (Vin – (Iout / 100 kHz / 2 / C2)) / 2
换句话说，当输出被加载时，Vout会稍微下降。这是因为，对于有限的C2，Q也是有限的，而且还因为U1a和U1b内部开关的导通电阻也不为零。
当Vin=5V时，Vout与Iout的综合影响相当于150Ω的有效阻抗，并与电流倍增“效率”一起被绘制在图2中。请注意，后者飙升超过1，因为只有一半的C2电荷(Q+)来自Vin轨，而Q-由C2上的残余电压提供，导致电压轨的额外耗电为零。
图2 Vin=5V时电流倍增电荷泵Vout和Iout/Iin电流“效率”。
那么，它有什么好处呢？
图3展示了一种有用的应用，即从单个正电源生成名义上对称的+/-Vin/2双极性电源轨，并且将电源消耗的电流降到最小。
图3 电流倍增电荷泵加上电压逆变器构成了高效的双极轨分流器。
(原文刊登于EDN美国版，参考链接：Charge pump halves voltage to double current “efficiency”，由Ricardo Xie编译)
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