自制低成本小体积大电流2相交错式电荷泵

旬幕君 · 发表于 2025-7-5 14:56:05

高考结束了，开始一个一个去实现高三的时候的各种想法
今天是暑假的第一个项目：电荷泵

简单来说，电荷泵是一种容性变换器，与常规的感性变换器不同，电荷泵在变换过程中没有电感的参与，纯电容让电荷泵有许多优良的特性，比如效率高（接近99%），体积小（不需要电感了），这些优点使电荷泵在生活中被广泛应用，比如现在手机快充，基本都是在手机内部用电荷泵来进行降压的。
那我做的这个电荷泵有什么特点吗
首先，这个电荷泵的驱动是用tlc555和隔离驱动搭建的，相比于ltc7820这种动辄四五十还经常买不到的玩意，这一整套驱动不仅成本控制在10rmb以内，材料也十分常见，某宝上随便买，一次买10套都比ltc7820便宜
其次，我使用了简化的电荷泵架构。通常来说，2相交错式电荷泵需要8个mos才行，在这里我简化为4个，降低了成本
什么，你问我只用4个的代价是什么
输入和输出不能共地了
没了
在20rmb的成本下，这都不是缺点

下面来做一下简单的测试
先介绍一下测试仪器

负载仪是改了400w的m9710，电源因为要大电流，我的5A可调电源带不动，就用了亿纬锂能的25p做电源（这玩意能到30A），示波器是ds1072，最重要的是这个差分探头，用正常的探头测出来的波形全部都是有问题的，原因未知，必须用差分探头才可以。

蓝色的是不正常的，黄色的是正常测出来的。差分探头是这个仅50元的50MHz高压差分探头（电路开源） - 仪表谈谈数码之家，再次感谢师父送我的差分探头
下面就开始正式测试
在输入5A，4.2v的情况下效率96%（用可调电源测的20w情况的效率）
如果去掉静态功耗，只考虑功率环路损耗，效率可以达到98.9%
然后换用动力电池做电源，用30w额定功率烤机，直至电池电量用完，最高温在55度左右，轻轻松松

事实上，一开始对这个模块的设计要求也就是30w就够了
但是这可是电荷泵啊

而且这个温度显然还有余量
直接把电流拉到输入14A！

在输出7A,输入14A的情况下，温度最高70A，
继续拉到16A！

在一分钟后温度上升到75度，貌似，还有一点点余量？
直接拉到丧心病狂的20A！

此时整体输出功率已经到75w了，模块也在30s之后温度来到了80度
事实上，整个模块我没有做任何的散热措施，一直是裸板测试的，而且也没有任何气流，也就是说。。这玩意加个散热片还能继续往上拉负载
但是此时电池也已经来到五六十度了，感觉电池会先扛不住。电池毕竟是个危险品，还是不继续拉负载了
值得注意的是，从头到尾，测出来的纹波也一直保持在150mv以内

这对于电荷泵来说已经很好了（而且差分探头底噪也在这里呢，测出来的纹波只会大不会小）
最后再放一张完成图

这个板子是用来做架构测试的，并非最终完成版，模块的体积肯定可以继续大幅压缩
而且这个是给一个朋友做的，所以只兼容单锂电池，和平时的使用场景比较脱节，后续我会做12v的版本，这个应用场景就非常多了，而且功率也会更大（毕竟12v，12v20A就是240w了）
后续对架构完善之后我会进行开源，可以cy一下

旬幕君 · 发表于 2025-7-8 13:18:16

更换了1.3mΩ内阻的mos，现在已经可以做到20a无散热跑50s才到75度了

wy2000 · 发表于 2025-7-5 16:16:18

电荷泵带这么重的负载还是比较少的。

zwei19 · 发表于 2025-7-5 16:38:04

这是进清北天才班了么

davidjia · 发表于 2025-7-5 16:56:27

支持折腾。手机如何改的热成像？

旬幕君 · 发表于 2025-7-5 17:46:58

davidjia 发表于 2025-7-5 16:56
支持折腾。手机如何改的热成像？

自己改的tb4117，插在手机上的，手机只是作为一个显示屏

geek云中漫步 · 发表于 2025-7-6 08:54:38

你确定是刚高考结束而不是清华出来的研究生？想当初我这个年纪啥都不懂。

wanwenhao1 · 发表于 2025-7-6 10:25:29

很好的技术贴，但是没有附上电路图，差评！

yiguangqiang · 发表于 2025-7-6 10:41:43

文具也不少啊，佩服高三就玩得这么深了。。。。。。

旬幕君 · 发表于 2025-7-6 11:22:52

wanwenhao1 发表于 2025-7-6 10:25
很好的技术贴，但是没有附上电路图，差评！ ...

架构还没完善，4.2v场景太少了，我后面改成12v后电路会开源的

jyobin · 发表于 2025-7-6 12:14:04

这个做出来主要应用在什么地方

ccbw · 发表于 2025-7-6 12:33:21

支持折腾。

亚历山大 · 发表于 2025-7-6 13:33:42

电流这么大

老师傅发个原理图看看

旬幕君 · 发表于 2025-7-6 22:44:14

jyobin 发表于 2025-7-6 12:14
这个做出来主要应用在什么地方

这个是用在单节锂电升压然后降压恒流的

旬幕君 · 发表于 2025-7-6 22:44:54

亚历山大发表于 2025-7-6 13:33
电流这么大老师傅发个原理图看看

过一段时间12v版本出来了会开源的

fbjsmzj · 发表于 2025-7-7 10:17:44

高三学生现在都这么牛了吗?要不是天才的话要在学习之余读多少书才能达到这种水平?

旬幕君 · 发表于 2025-7-7 10:32:58

fbjsmzj 发表于 2025-7-7 10:17
高三学生现在都这么牛了吗?要不是天才的话要在学习之余读多少书才能达到这种水平? ...

主要是平时无聊的时候就想想电路，这些都是积累起来的吧
高中阶段10点下晚自习，一般弄电路到1点左右，在学校里面吃饭快一点就能空出20分钟去弄电路，上课有时候发呆也会想一想
我从初三开始学的，学到现在才这个样子，所以其实还好。

sadfun · 发表于 2025-7-7 12:08:09

谢谢分享~点进来学习一下

天使的魔翼 · 发表于 2025-7-7 16:03:59

旬幕君发表于 2025-7-6 11:22
架构还没完善，4.2v场景太少了，我后面改成12v后电路会开源的

非常不错的设计，也是很好的纯技术贴。

邀请你加入“Javike电力电子实验室交流群”QQ：599736336

liu715771398 · 发表于 2025-7-7 16:22:35

上个原理图就更好了

芝士蛋糕 · 发表于 2025-7-7 17:41:19

旬幕君发表于 2025-7-7 10:32
主要是平时无聊的时候就想想电路，这些都是积累起来的吧
高中阶段10点下晚自习，一般弄电路到1点左右，在 ...

尽量别熬夜

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