Abstract：In this paper we have developed a kind of charge pump, which can transform the positive voltage into the negative one according to the principles of Dickson charge pump. Because of the features of switch capacitor we should adopted nonoverlapping clock signal if we want to guarantee charge completely through the switching of power MOSFET. Furthermore, the drive currents of MOSFET have been improved to decrease the switching time and improve the efficiency of transform.

Keyword：Power MOSFET, Switch capacitor, Charge pump, Transform efficiency

1引言
　　电源是电子设备的心脏部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性。随着电子技术的不断发展，功耗、体积及转换效率等要求的不断提高，开关电容技术在电源中得到了越来越广泛的应用。开关电源频率要高，这样动态响应才能快，配合高速微处理器工作是必须的，也是减小体积的重要途径。电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比，所以当把频率从工频50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。由于功率MOS管具有快速开启、关断的特点，满足高速开关动作的需求，这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。单片开关电源采用电荷泵技术通过功率MOS管控制电容的充放电来实现电压的转换，从而极大地缩小了电源体积，提高了转换效率，具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，一般说来其重量是线形电源的1/4，体积是其1/3。本文从电荷泵的基本原理[1]出发，设计开发了一种负电压电荷泵，详细分析了它的工作原理，并在基本模型的基础上针对开关速度以及功耗和转换率等方面提出了一定的改进。

2 Dickson电荷泵基本原理
　　最早的理想电荷泵模型是J. Dickson在1976年提出的，其基本思想就是通过电容对电荷的积累效应而产生高压使电流由低电势流向高电势，当时这种电路是为了提供可擦写 EPROM所需要的电压。后来J. Witters, Toru Tranzawa等人对J . Dickson的电荷泵模型进行改进，提出了比较精确的理论模型，并通过实验加以证实提出了一些理论公式。随着集成电路的不断发展，基于低功耗、低成本的考虑，电荷泵在集成电路中的应用越来越广泛了。图1为简单的倍（multiplier charge pump）开关电源的基本原理图[1]。

（7）

开关管。

(8)
    其中t1为充电过程中MOS管从饱和导通到进入线性区的时间是一个和工艺有关的常数。
    充电过程的输出电压和时间的关系：
    VOUT=VDD-VTH-

 (9)
    由(8)、 (9)两式明确了输出电压与时间的比例关系后根据工艺和仿真工具确定最小时钟频率，既要保证电容充放电完全又要尽量使用高频时钟减小电路功耗提高转换率。

（2）为了避免电容在没有完全充放电时即进入相对工作状态影响导通时间的准确性及对开关管性能的影响采用非交叠时钟信号。图5即为非交叠时钟的产生电路，CLK为原始的时钟信号，Φ1和Φ2为相位相反的非交叠时钟信号。