高效率雙端輸出電荷泵的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著便攜式電子設(shè)備的流行，各種各樣功耗電子器件的集成度越來越高，相應(yīng)的電源管理系統(tǒng)也需要同步地改進(jìn)。目前，電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在面對(duì)由電池供電的移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用時(shí)，面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何滿足其低成本、小體積、高電能轉(zhuǎn)換效率、快速響應(yīng)和多通路電壓輸出等性能的要求。 針對(duì)這樣的研究背景，本論文提出了一種新穎的高效率雙端穩(wěn)壓輸出電荷泵芯片。它是一種開關(guān)電容型直流直流電壓變換器，僅采用片外電容作為儲(chǔ)能元件，代替普通開關(guān)電源中體積較大的電感，

2、因此具有體積小、低成本和低電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。在2．1V～3．6V的輸入電壓范圍內(nèi)，該電荷泵能同時(shí)產(chǎn)生一路5．0V的升壓穩(wěn)壓輸出和一路1．8V的降壓穩(wěn)壓輸出，可以為電子設(shè)備中的模擬電路、數(shù)字電路和混合信號(hào)電路等供電；由于采用創(chuàng)新的共享開關(guān)電容陣列拓?fù)渥鳛楣β始?jí)，片上集成的MOSFET功率開關(guān)和片外的電容能同時(shí)為兩路輸出提供電能，大大降低了芯片面積和片外器件的數(shù)量。 本論文對(duì)現(xiàn)有電荷泵的拓?fù)洹⒖刂撇呗院头治龇椒ㄟM(jìn)行了廣泛的調(diào)研，在此基

3、礎(chǔ)上推導(dǎo)出了一種準(zhǔn)確的雙端輸出電荷泵理論模型，并通過電路仿真結(jié)果驗(yàn)證，此模型的相對(duì)誤差低于0．5％。在此理論模型的指導(dǎo)下，本論文創(chuàng)新地提出了自動(dòng)增益跳變控制策略，有效地將低增益的高效率特性和高增益的電壓提升特性結(jié)合在一起，使本電荷泵具有高效率和快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該電荷泵采用新穎的數(shù)字狀態(tài)機(jī)控制器作為核心控制電路，很好地實(shí)現(xiàn)了兩路穩(wěn)壓輸出，提高了總的電流負(fù)載能力，并使本電荷泵具有更多穩(wěn)壓輸出通路的擴(kuò)展能力。 本芯片采用TSMC