快速充电已成为消费者的基本期望，但在日益碎片化的有线(例如USB Power Delivery [PD]和可编程电源[PPS])和无线(Qi)适配器生态系统中高效实现快充，是一个艰巨的工程难题。电源转换架构必须在日益缩小的外形尺寸内，在高转换比下最大化效率，同时保持对用户插入的任何源电压的兼容性。

村田旗下公司pSemi探讨了其最新的多级降压稳压器PE26100，该器件能够根据所连接的源适配器改变架构和工作模式。例如，如果检测到较高的输入电压，该器件将以4级降压模式工作;而对于较低电压，它可以切换到3级工作模式。当连接可变输入源(如USB PPS)时，PE26100还可以在电荷泵模式(2分频或3分频)下工作。这种多级器件可降低输出电感，并能在智能手机和平板电脑等薄型应用中实现快速充电、高效率的功率传输。

这款创新的多级产品是pSemi电荷泵、开关电容产品系列的演进。许多预测表明，开关电容市场将显著增长，因为它已成为便携设备的优选解决方案，包括中高端智能手机，并正扩展到机器人等其他应用领域。

该公司还围绕这项技术积累了大量的知识产权。传统电荷泵在空间受限的应用中极具吸引力，因为它消除了降压转换器中笨重的电感器，并提供高效率——尤其是在传统降压转换器难以应对的高转换比下。pSemi的器件还提供了绝热(即无损)开关的额外优势，可进一步提高转换效率并降低电磁干扰。

在下面的文章中，我们将深入探讨pSemi绝热电荷泵技术的优势，然后再了解其新型多级降压稳压器技术。

绝热电荷泵：核心技术

在最近的一次Power Corner访谈中，pSemi电源产品线管理总监Laurence McGarry具体解释了这个问题：当两个不同电压的电容器瞬间连接在一起(一个在零电位，另一个在较高电压)时，该传输过程中50%的能量会损失[1]。pSemi的解决方案是在电容器之间插入一个小的绝热片式电感器，形成一个LC谐振电路，从而回收而非耗散该能量，消除电荷再分配损耗。“它替代了那种短路和尖峰电流(尖峰电流也会引起EMI问题)，使电流变得平滑。而且它还能让转换过程谐振起来。所以这是一个无损谐振电路，”McGarry说道。

这种绝热电感技术是该公司许多电源管理IC(尤其是其多级转换器)的基础(图1)。这项技术是在pSemi于2017年战略性收购Arctic Sand后纳入其产品组合的，McGarry称此举是经过深思熟虑的，旨在将村田的电容器专业知识和pSemi的电源IC产品组合相结合。

这使得pSemi能够采用电荷泵拓扑结构，与降压转换器不同，这种结构消除了小尺寸智能手机中 bulky 的电感器，同时还能实现快充通常所需的高转换比，例如从18V降至2.2V。然而，关键区别在于电荷泵是开环的;据McGarry称，它本质上像一个直流变压器，因此如果输入电压波动，输出电压也会相应波动。

值得注意的是，控制器本身无需进行根本性的重新设计即可支持绝热电感。“我们有很多控制器;它们通常将电荷泵的两相交错，”McGarry说，“它们可以配合电感元件(输出端的绝热电感)工作，也可以不配合。只是在不配合的情况下，大多数情况下你会看到效率略有下降。”

McGarry将其描述为一个元件匹配问题，涉及三个相互依赖的变量——飞电容值、绝热电感值和控制器开关频率——它们需要一起调整。据McGarry称：“你必须做对的是，它必须能够调整开关频率，而且你还要设定好你的元件——你的飞电容元件，以及你的谐振绝热元件和输出电容元件——以确保获得正确的谐振和正确的损耗降低。”

多级转换器

正如McGarry所言：“我们在内部将电荷泵几乎看作是多级转换器的远亲。我认为多级转换器几乎可以被视为电荷泵的演进。”当然，电荷泵不像降压转换器那样调节输出，降压转换器是输入端的电压决定了输出端的电压(只是按比例分压)。

实际上，这两种技术之间的界限有些模糊，因为pSemi的4级转换器实际上可以作为3分频电荷泵工作，而3级转换器可以作为2分频电荷泵工作。“因此，如果你有一个固定的输入电压，你可以将其切换到电荷泵模式，同样能提供非常高效的能量传输，”McGarry说。

这是一个需要考虑的关键因素，因为手机出厂时不再附带充电器，导致消费者依赖各种市售的充电器。“所以现在有大量不同的适配器需要兼容。而像你我这样的客户，我们常常随手拿起最近的适配器插上，然后期望它能快速充电，”McGarry说。

这项技术可以在其旗舰产品PE26100多级转换器中找到。McGarry继续说道：“如果你使用的是USB 18V适配器——你从一个18V适配器得到Qi 2.2标准电压——我们将以4级转换模式运行。如果那个电压降到，比方说，9V，一个9V的适配器，或者甚至是一个15V的适配器，客户可以将其改为3级工作模式。这使他们能够优化当时正在使用的电路类型，以最大化效率和功率传输。”

换句话说，该设备可以根据所使用的源类型(例如，适配器或无线充电源)进行调整，以优化效率并缩短手机充电时间。“这是我们技术的真正优势——努力减少或消除围绕源适配器的混乱，”McGarry表示。

人形机器人的适用性

在2026年应用电力电子会议(APEC)上，pSemi宣布推出PE25304，将其开关电容产品组合扩展到人形机器人领域，并展示了这种高效、薄型绝热电荷泵技术如何应用。当被问及这是否是一个潜在的战略转变时，McGarry不同意这种说法，他说：“电荷泵不仅适用于手机。它们适用于不同的应用。我们发现，从数据中心到机器人，甚至笔记本电脑，现在都在考虑使用电荷泵。它们的共同点是都在寻求更小的空间、更薄的外形、高功率传输且非常节能。”

他们的PE25304针对人形机器人中48V输入架构的致动器功率传输;它将48V转换为12V，效率高达97%，还有一个姊妹器件可将48V转换为24V。每个模块可提供高达72W的功率，两个并联模块可提供高达150W的功率。McGarry强调了电荷泵在机器人环境中的空间优势：“当你靠近手和手臂区域时，那里的电子器件空间非常紧凑且昂贵。所以电荷泵在那里大有用武之地，因为它再次实现了非常小的尺寸、非常薄的外形和高功率传输。”

McGarry还认为，除了空间限制外，人形机器人的应用还需要对机械应变不那么敏感的解决方案。“在一个正在移动、有大量动作、可能还有冲击和振动的人形机器人中——你不希望使用那些可能导致故障的 bulky 组件，”McGarry说。

诉讼尘埃落定

访谈还触及了pSemi近期的知识产权诉讼，McGarry直接回应了此事，但未提及对方名称。根据pSemi最近的一份新闻稿，该公司已与Cirrus Logic达成和解，解决了悬而未决的诉讼。在该诉讼中，pSemi主张Cirrus Logic侵犯了其三项电源转换专利，Cirrus Logic同意获得pSemi知识产权的许可。在Power Corner访谈中，McGarry称和解是友好的，并且许可安排已经到位。

随后，他强调了对pSemi知识产权组合背后的投资深度：“这是在很长一段时间内，投入大量资金、积累起来的深厚专业知识和资源。我们必须保护这些知识产权，如果我们认为它受到侵犯，我们将坚决捍卫。”