每种便携式电子设备都具有其独特的电源管理方案，但是在所有产品类型中都存在一些共同的电源效率的问题。电荷泵可提供比LDO稳压器更高的工作效率。虽然电荷泵的效率不及电感式DC／DC变换器，但因其不需电感，故它具有高的性价比。
　　电荷泵通过控制泵电容及调节开关来保持稳定的输出电压，电荷泵开关网络在泵电容充电和放电变换周期内可以实现泵电容的并行或串行排列。在给定的输入、输出条件（差分电压）下，应选择电荷泵的工作模式以保持要求的输出电压。电荷泵开关网络采用的MOSFET器件具有尺寸小，成本低，开关速度快，损耗等特点。
　　电荷泵工作在高频下（1～2MHz）时，设计中应选用小尺寸、低成本的多层陶瓷电容（MLC）。MLC非常适合电荷泵，因为它的尺寸很小，具有很高的功率密度、低的ESR（等效串联电阻）和低的成本。

　　电荷泵通过与输出负载之间的并行连接或串行连接的泵电容网络的不断充电和放电，进而从一个直流输入电压产生一个直流输出电压。具有两个泵电容（CF1和CF2）的升压和降压电荷泵，其CF1和CF2在充电期间与输电压相连，能量从输入电容转移到泵电容。然后在放电期间，CF1和CF2再连接到输出负载，则在充电期间保存的能量将传递到输出负载。降压电荷泵的原理图如图1（a）所示，升压电荷泵的原理图如图1（b）所示。在充电和放电期间，泵电容网络（CF1和CF2）可以并行或串行连接，这取决于电荷泵的工作模式（M）。

　　图1 电荷泵的原理图

　　在充电期间，电容电压增加（存储能量），并在CF1、CF2两端施加一个固定的差分电压（UDIFF）。在放电期间，泵电容电压降低（释放能量），UDIFF被倍压（倍压比为1／2倍压、1倍压、2倍压）并连接到输出电容。在放电期间，UDIFF的值取决于可能的输出电压（UOUT（max）），实际的输出电压（UOUT）小于或等于UOUT（max），这取决于电荷泵开关网络设置的开关占空比或频率。对于降压电荷泵

　　输出与输入电压的比值是电荷泵的期望增益G，为

　　电荷泵的增益M是一个固定比例，对于降压电荷泵来说，它等于或小于1（M≤1）；对于升压电荷泵来说，它大于1（M＞1），因此多模式电荷泵有时被称为分数模式电荷泵。电荷泵工作模式设置的电压增益为

　　以及

　　通过调整电荷泵的期望增益来保持一个在UIN范围上稳定的直流输出电压。为了达到这个目的，需增加一个额外的调节电阻RM（RM与输出负载串联）来设置预期的增益。此时

　　电荷泵可动态地设置M和RM的值。可通过检测UDIFF来确定的M，而M用于设置电荷泵增益；可通过控制频率或充电和放电开关占空比来确定RM。

　　电荷泵的输出电阻是用来确定输出负载（IOUT）的，输出电阻ROUT包括从输入到输出电流路径上的分布寄生电阻、MOSFET的导通电阻（RDS-ON）、印制线电阻和电容等效电阻（ESR）。
　　电荷泵的等效电路如图2所示，该电路由一个压控电压源（UIN×M）和串联输出电阻RM和ROUT组成，该等效电路对于降压和升压电荷泵的输出电压为

　　图2 电荷泵的等效电路

　　整理可得

　　为使效率化，电荷泵工作在效率的工作模式（M）下。假设ROUT＝0，则电荷泵必须在转换电压UIN，下从更高的模式转变到较低的模式，转变电压时假设RM＝0Ω，则

　　在实践中，ROUT≠0，并且需要额外的电压裕量（ΔU（M））。ΔU（M）用于补偿ROUT电压降的输入电压。通常，期望获得的ΔU（M）来保持高I作效率。用下式可以计算出ΔU（M）。

　　ΔU（M）是输入电压裕量的度量，当转换到更高的工作模式时需要该裕量。如果不能满足这个要求，将得到较低的输出电压（UOUT下降）。电荷泵的输入电流等于输出电流乘以电荷泵工作模式变量M，即

　　电荷泵的效率等于输出功率除以输入功率，其计算式为

　　从该式可以看出，在ROUT＝0Ω时，效率达到100％。在RM上表现出的增量输入电压会导致效率降低，这样一来，电荷泵的工作情况类似于LDO稳压器。
　　降压电荷泵工作在1倍压线性模式时泵电容断开，将开关RDS-ON（开关管导通电阻）设定在线性区域来维持稳定的输出电压，以实现更低的输出噪声。在1倍压线性模式下，通常需要其他的电路来对稳压电路进行控制。
　　电荷泵工作在1倍压开关模式时，输入电压UIN经调节开关调节后输出。所有的电荷泵均在充电间隙期间存储能量，在放电间隙输出能量。调节开关可以增加和降低有效的串联电阻，以保持UOUT稳定。这种方法会使降压电荷泵产生输入噪声和输出噪声，但是不需要额外的控制电路。

　　电荷泵的工作模式是UIN和ΔU（M）的函数。如前面所示，输入电压裕量（ΔU（M））取决于输出电流（IOUT）、输出电阻（ROUT）和工作模式（M）。例如，假设ROUT＝1Ω，IOUT（max）＝300mA，使用下式计算UIN裕量为

　　对于降压电荷泵有

　　对于升压电荷泵有

　　随着便携式电子设各功能的增加，功率的管理策略将越来越重要。故设计时必须在定义结构之前仔细考虑所有的选项。