什麼是 Switched Capacitor Converter？電壓倍率 2:3 是怎麼來的？

交換式電容轉換器（Switched Capacitor Converter, SCC）是電源領域中一種不用電感就能改變電壓倍率的巧妙設計。如果你看過一些乾淨俐落的 PCB 上沒有任何磁性元件，那很可能就是 SCC 在運作。

核心原理：兩顆電容，來回切換

想像你有兩顆電容和兩顆開關。當開關配置改變時，電容之間會重新分配電荷。這個「重新分配」的動作，讓我們可以控制輸出電壓和輸入電壓的關係。

基本 1:2 升壓的原理是這樣的：

• 第一相位：輸入電源對 C1 充電到 V_in。此時 C1 與輸出端是分開的。
• 第二相位：C1 的正極端切換到輸出端正極，同時接地端也跟著翻轉。C1 原本儲存的電荷被「傾倒」到輸出端。這時候輸出電壓 ≈ 2×V_in。

為什麼會是 2:3？

這就進階了。2:3 的意思不是輸出電壓是輸入的 1.5 倍，而是另一種更聰明的連接方式。透過改變電容的連接方式（有些是串聯、有些是並聯），可以在不同的切換週期裡，讓輸出節點得到不同比例的電壓。

這種架構稱為 Dickson Charge Pump 的變形。關鍵在於：當你有 N 個「 flying capacitor 」時，每個週期電荷會逐級往上堆積，最終輸出電壓是：

V_out = V_in + (N-1)×V_in（理想狀態）

但如果其中某些週期只做了「半量的電荷轉移」，就會出現 2:3 或 3:4 之類的非整數倍關係。這不是電路壞了，而是設計刻意選擇的電壓轉換比。

實務上要留意的事

• 電容尺寸：flying capacitor 越大，開關時的電荷損失越小，轉換效率越高。但大電容意味著慢瞬態響應。
• 切換頻率：頻率越高，輸出漣波越小，但 MOSFET 開關損耗增加。
• 電荷共享損耗：每次電荷轉移都會有部分能量變成熱損耗，無法 100% 轉換。
• 等效串聯電阻 (ESR)：電容的 ESR 會造成輸出電壓降，選用低 ESR 的 MLCC 或薄膜電容效果最好。

誰適合用 SCC？

SCC 的強項在於小型化（不需要電感）和隔離需求不高的場合，例如：穿戴裝置、感測器節點、晶片內建電源。缺點是效率通常比電感式升壓/降壓轉換器低，特別是在大電流輸出時。

下次看到電路圖上沒有電感卻有升壓功能，十之八九就是交換式電容架構在運作。