CN106655760A - 一种升压电荷泵及其应用 - Google Patents

一种升压电荷泵及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106655760A
CN106655760A CN201611130295.XA CN201611130295A CN106655760A CN 106655760 A CN106655760 A CN 106655760A CN 201611130295 A CN201611130295 A CN 201611130295A CN 106655760 A CN106655760 A CN 106655760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
charge pump
phase
input
ref
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611130295.XA
Other languages
English (en)
Inventor
贾晨
王自强
张春
王志华
李福乐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201611130295.XA priority Critical patent/CN106655760A/zh
Publication of CN106655760A publication Critical patent/CN106655760A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
    • H02M3/075—Charge pumps of the Schenkel-type including a plurality of stages and two sets of clock signals, one set for the odd and one set for the even numbered stages

Abstract

本发明涉及一种适用于驱动轻负载的升压电荷泵，属于集成电路设计领域，该电荷泵在两相时钟的作用下工作，在第一相输入电容上极板存储输入电压，在第二相输入电容下极板存储参考电压，在轻负载情况下，电荷泵具有稳定的输出电压，其大小为输入电压和参考电压之和；本发明提出的电荷泵输出端不需要通过低压差线性稳压器来稳定负载的供电电压，可以直接向负载供电，从而简化了供电电路的结构，节约了功耗。

Description

一种升压电荷泵及其应用
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种升压电荷泵及其应用。
背景技术
升压电荷泵是一种供电电路，具有结构简单、易于应用等特点。图1是传统升压电荷泵的应用原理图。电压VIN输入给电荷泵，经过升压后得到输出电压VOUT。当电荷泵的负载比较重的时候，电荷泵的输出电压VOUT不易稳定，因此通常在电荷泵和负载之间插入低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)，VOUT给LDO供电，LDO的输出VLDO再给负载供电。电压VREF是提供给LDO的稳定参考电平，VLDO的大小由VREF确定，可以记为KVREF(K为常数)，在LDO负反馈环路的作用下，VLDO也具有稳定的电压。
升压电荷泵的工作原理如图2所示。在两相时钟(图中没有画出)的作用下，电荷泵工作在两个状态。在第一相，输入VIN1(大小为VI)接电容CIN上极板、给CIN充电，在第一相结束时，CIN上的电压为VI；同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1。在第二相，输入VIN2(大小为VI)接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2。由于电容CIN两端的电压不能突变，因此VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和。当外接电路不耗电时，在两相开关交替开闭的情况下，电荷泵的输出为2VI，实现了输出升压的功能。实际应用中，由于电荷泵外接电路时刻消耗电能，因此电荷泵的输出电压低于2VI。
当负载较重时，负载上的电流较大，电荷泵电容上积累的电荷消耗较快，电荷泵的输出电压变化较大，因此需要在电荷泵输出和负载之间插入LDO，以稳定负载的供电电压。当负载较轻时，负载上的电流较小，电荷泵电容上积累的电荷消耗较慢，电荷泵的输出电压基本不变，这时在电荷泵输出和负载之间不再需要LDO。如何在轻负载下去掉LDO，同时给负载提供合适的电源电压是需要解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种升压电荷泵，可以直接驱动负载，并具有稳定的输出电压，尤其适用于驱动轻负载。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种升压电荷泵，在两相时钟的作用下，其工作在两个状态，在第一相，输入VIN1接电容CIN上极板，给CIN充电，同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1；在第二相，输入VIN2接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2，其特征在于，所述输入VIN1的大小为VI，输入VIN2的大小为KVREF-VI，K为常数，VREF是稳定参考电平，VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和，其大小为VI+(KVREF-VI)＝KVREF。
本发明省去LDO，将用于稳定LDO输出电压的参考电压VREF作为电荷泵的输入，此时VREF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。
与现有技术相比，本发明不需要在输出端外接LDO，具有节约面积、消除LDO自身功耗的优点。
附图说明
图1是传统升压电荷泵应用原理图。
图2是传统升压电荷泵工作原理说明。
图3是驱动轻负载的升压电荷泵应用原理图。
图4是驱动轻负载的升压电荷泵工作原理说明。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图3是驱动轻负载的升压电荷泵应用原理图。和传统的带有LDO的升压电荷泵相比，该升压电荷泵省掉了LDO，同时将用于稳定LDO输出电压的参考电压VREF改为电荷泵的输入，此时VREF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。
电荷泵的工作原理如图4所示。在两相时钟(图中没有画出)的作用下，电荷泵工作在两个状态。在第一相，输入VIN1(大小为VI)接电容CIN上极板、给CIN充电，在第一相结束时，CIN上的电压为VI；同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1。在第二相，输入VIN2(大小为KVREF-VI)接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2。由于电容CIN两端的电压不能突变，因此VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和，其大小为VI+(KVREF-VI)＝KVREF。由于负载较轻，负载电流较小，电荷泵中电容消耗的电荷也较少，因此电荷泵的输出电压能稳定在KVREF。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种升压电荷泵，在两相时钟的作用下，其工作在两个状态，在第一相，输入VIN1接电容CIN上极板，给CIN充电，同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1；在第二相，输入VIN2接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2，其特征在于，所述输入VIN1的大小为VI，输入VIN2的大小为KVREF-VI，K为常数，VREF是稳定参考电平，VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和，其大小为VI+(KVREF-VI)＝KVREF。
2.基于权利要求1所述升压电荷泵的应用，其特征在于，省去LDO，将用于稳定LDO输出电压的参考电压VREF作为电荷泵的输入，此时VREF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。
CN201611130295.XA 2016-12-09 2016-12-09 一种升压电荷泵及其应用 Pending CN106655760A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611130295.XA CN106655760A (zh) 2016-12-09 2016-12-09 一种升压电荷泵及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611130295.XA CN106655760A (zh) 2016-12-09 2016-12-09 一种升压电荷泵及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106655760A true CN106655760A (zh) 2017-05-10

Family

ID=58824910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611130295.XA Pending CN106655760A (zh) 2016-12-09 2016-12-09 一种升压电荷泵及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106655760A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350905A (zh) * 2018-04-03 2019-10-18 中国科学院声学研究所 一种mems电容式加速度计接口电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090058507A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Prajit Nandi Bottom Plate Regulated Charge Pump
CN102104330A (zh) * 2009-12-22 2011-06-22 飞兆半导体公司 减流电荷泵
CN104811034A (zh) * 2015-05-29 2015-07-29 聚辰半导体(上海)有限公司 适合低电压操作的简单电荷泵电路
CN105356742A (zh) * 2015-11-06 2016-02-24 灿芯半导体(上海)有限公司 一种高效率电荷泵
US9479050B1 (en) * 2015-06-26 2016-10-25 Sandisk Technologies Llc High-efficiency fractional pump

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090058507A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Prajit Nandi Bottom Plate Regulated Charge Pump
CN102104330A (zh) * 2009-12-22 2011-06-22 飞兆半导体公司 减流电荷泵
CN104811034A (zh) * 2015-05-29 2015-07-29 聚辰半导体(上海)有限公司 适合低电压操作的简单电荷泵电路
US9479050B1 (en) * 2015-06-26 2016-10-25 Sandisk Technologies Llc High-efficiency fractional pump
CN105356742A (zh) * 2015-11-06 2016-02-24 灿芯半导体(上海)有限公司 一种高效率电荷泵

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110350905A (zh) * 2018-04-03 2019-10-18 中国科学院声学研究所 一种mems电容式加速度计接口电路
CN110350905B (zh) * 2018-04-03 2024-04-19 中国科学院声学研究所 一种mems电容式加速度计接口电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI492483B (zh) Step - up battery charge management system and its control method
US8159181B2 (en) Combining two or more DC to DC converters to limit external coils
US8134347B2 (en) Apparatus and method for recycling the energy from load capacitance
US9531190B2 (en) Bi-directional converter voltage controlled current source for voltage regulation
TW201115295A (en) Low dropout regulators, DC to DC inverters and method for low dropout regulation
US10811974B1 (en) Power converter
CN105356742B (zh) 一种高效率电荷泵
CN104184319B (zh) 电荷泵电路及其控制电路及控制方法
CN203967969U (zh) 一种同步升压dc-dc转换器的超低压启动电路
WO2008103835A3 (en) Fractional charge pump for step-down dc-dc converter
CN105099175A (zh) 一种电荷泵
CN102324840B (zh) 电荷泵及工作方法
CN109586572A (zh) 转换器和电源管理集成电路系统
TW201440403A (zh) 多輸出降壓式交換電容直流對直流電壓轉換器
CN103023308A (zh) 电源供应电路及具有适应性使能电荷泵的电源供应电路
Kularatna et al. Very low frequency supercapacitor techniques to improve the end-to-end efficiency of DC-DC converters based on commercial off the shelf LDOs
CN203537232U (zh) 电荷泵装置
CN106655760A (zh) 一种升压电荷泵及其应用
TW201119202A (en) Buck-store and boost-restore converter
JP2007189771A (ja) 電源装置
CN109217671B (zh) 一种浮地稳压供电电路
CN107204705A (zh) Dc-dc调节器及其软启动的控制方法、控制器
CN103179736A (zh) 发光二极管驱动电路及驱动发光二极管的方法
CN209299141U (zh) 一种可调电压变换器
CN202616996U (zh) 一种开关型调节器的控制电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170510