CN107968564B - 基于开关电容的微能量收集升压dc-dc转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于开关电容的微能量收集升压DC‑DC转换电路，由LC振荡电路、N+M个开关电容单元、储能电容C0和C2、带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器、压降检测支路、斯密特反相器、开关管MN2和MP3、以及与非门组成。本发明能够在较低输入电压条件下启动，减少数字电路和系统时钟数目，进一步减小控制电路的功耗，以实现全集成。

Description

基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路。
背景技术
现代微能量收集技术可以将周围环境中形态各异却又无处不在的能量通过一定的方式收集起来转化成电能用于电子设备供电，这是一种最有发展前景的工作解决方案。微能量管理电路可以采集环境中的能量，将之转化为电能，为电子设备提供持续的能量供给。微能量收集系统的DC-DC转换电路需要关注以下问题：首先，由于微能量输入电压往往过低，微能量管理技术首先面对的一个问题就是很低的初始电压，其通常会低于常规电子电路工作所需的电压，因此必须使电路在很低的输入电压下完成自启动，进入正常工作状态。其次，保持电源管理系统本身的低功耗也至关重要，其有利于延长设备的使用时间和电池寿命，提高系统的转换效率，使得产品更加轻巧，降低制作和维护的成本。再者，低功耗可以减少功率器件的发热，缓解设备散热的压力，提高系统的稳定性和可靠性。
然而，传统低压升压DC-DC转换电路如图1所示，其需要一定的输入电压VDD，冷启动模块主要由环形振荡器和多级电荷泵级联组成，环形振荡器为升压电荷泵提供时钟输入控制，进行升压为主升压模块提供启动电压，主升压模块由另一个环形振荡器和多级电荷泵组成，主升压的环形振荡器又要产生另一路时钟输入控制，需要同时提供两个不同时钟控制信号，需要有庞大的数字控制电路，会消耗更多的功耗。虽然电感型低压升压DC-DC转换电路可以提高系统的效率，但是需要片外集成大电感，因而不利于全集成，且会增加功耗。
发明内容
本发明提供一种基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路，其能够在较低输入电压条件下启动，减少数字电路和系统时钟数目，进一步减小控制电路的功耗，以实现全集成。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路，由LC振荡电路、N+M个开关电容单元、储能电容C0和C2、带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器、压降检测支路、斯密特反相器、开关管MN2和MP3、以及与非门组成；其中N和M均为大于1的正整数；
LC振荡电路的输入端形成整个升压DC-DC转换电路的输入端，输入输入电压input；LC振荡电路的一路时钟信号输出端输出时钟信号CLK，另一路时钟信号输出端输出反相时钟信号
Figure GDA0004214566540000021
N个开关电容单元相互串联后，其串联后的输入端接输入电压input，串联后的输出端输出输出电压Vout1；M个开关电容单元相互串联后，其串联后的输入端接输入电压input，串联后的输出端输出输出电压Vout2；
所有开关电容单元的时钟信号输入端接LC振荡电路输出的时钟信号CLK，所有开关电容单元的反相时钟信号输入端接LC振荡电路输出的反相时钟信号
Figure GDA0004214566540000022
储能电容C0一端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1，另一端接地；
储能电容C2一端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2，另一端接地；
带隙基准电压源的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1，带隙基准电压源的输出端输出基准电压Vref；
比较器的一个输入端接带隙基准电压源输出的基准电压Vref，另一个输入端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；比较器的输出端输出使能信号ENc；比较器的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
边沿检测电路的输入端接比较器输出的使能信号ENc，边沿检测电路的输出端输出使能信号EN1；边沿检测电路的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
反相器的输入端接边沿检测电路输出的使能信号EN1，反相器的输出端输出使能信号
Figure GDA0004214566540000023
反相器的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
压降检测支路的输入端接开关管MN2的栅极，压降检测支路的输出端输出使能信号EN2；压降检测支路的电源端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；
斯密特反相器的输入端接压降检测支路输出的使能信号EN2，斯密特反相器的输出端输出使能信号
Figure GDA0004214566540000024
斯密特反相器的电源端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；
开关管MN2的漏极接斯密特反相器输出的使能信号
Figure GDA0004214566540000025
开关管MN2的源极接地；
与非门的一个输入端接反相器输出的使能信号
Figure GDA0004214566540000026
另一端接斯密特反相器输出的使能信号/>
Figure GDA0004214566540000027
与非门的输出端输出使能信号EN3；与非门的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
开关管MP3的栅极接与非门输出的使能信号EN3；开关管MP3的源极接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；开关管MP3的漏极形成整个升压DC-DC转换电路的输出端，输出输出电压Vload。
上述方案中，压降检测支路由开关管MN1、二极管dio0-dio2、电阻R0-R2，以及电容C1组成；开关管MN1的栅极形成压降检测支路的输入端；电阻R0-R1和二极管dio0-dio1相串联后，一端接开关管MN1的漏极后，并形成压降检测支路的电源端，另一端接开关管MN1的源极后，并形成压降检测支路的输出端；电容C1的两端分别接开关管MN1的漏极和源极；电阻R2的一端接开关管MN1的源极，另一端接二极管dio2的阳极，二极管dio2的阴极接地。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、用于微能量收集，能对超低输入电压进行升压，降低对外界输入电压的要求。
2、管理系统全集成，不需要片外电感进行能量转换，节省面积。
3、采用简单的模拟电路对开关管进行逻辑控制，不需要复杂的数字电路控制充放电，节约功耗，提高效率。
附图说明
图1为传统开关电容升压DC-DC转换电路的原理图。
图2为基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路的电路图。
图3为基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路的工作逻辑框图。
图4为基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路的工作时序示意图。
图5为基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路的仿真图：(a)为输入电压input；(b)为输出电压Vout1；(c)为输出电压Vout2和基准电压Vref。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
一种基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路，如图2所示，其主要由LC振荡电路、N+M个开关电容单元、储能电容C0和C2、带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器、压降检测支路、斯密特反相器、开关管MN2和MP3、以及与非门组成；其中N和M均为大于1的正整数。
LC振荡电路(LC osc)：由系统输入电压input提供输入，另一端接参考地，CLK输出端接N级、M级开关电容单元时钟信号输入端，
Figure GDA0004214566540000031
输出端接N级、M级开关电容单元反相时钟信号输入端。LC振荡电路由系统输入电压input提供输入，通过电感、寄生电容和MOS管作用，对输入电压极低的情况，以电感为负载，低阈值交叉耦合MOS管为驱动差分对管，产生可以控制开关电容单元正常工作而正交时钟CLK和/>
Figure GDA0004214566540000032
时钟信号，为N级、M级开关电容单元提供时钟控制。
开关电容单元(SCC)：由系统输入电压input提供输入，N级开关电容单元由N个开关电容单元组成，输出端接bandgap(带隙基准电压源)、comp(比较器)、detector(边沿检测电路)、INV(反相器)、NAND(与非门)和负载电容C0，为其提供电源电压，使其正常工作；M级开关电容单元由M个开关电容单元组成，输出端接VD(压降检测支路)、smit INV(斯密特反相器)、开关管MN1、MP3和负载电容C2，为其提供电源电压，使其正常工作。开关电容单元由系统输入电压input提供输入，由CLK、
Figure GDA0004214566540000041
控制MOS开关管进行对电容的电荷存储和转移，从而进行升压的功能。N级开关电容单元抬升电压至Vout1，为带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器和与非门提供电源电压，使其正常工作；M级开关电容单元将输入低电压input提升电压至Vout2，作为升压电路总输出电压，并为压降检测支路和斯密特反相器提供电源电压。开关电容单元对输入电压极低的情况，利用正交时钟信号交替变化对MOS管进行通断控制，从而对电容单元进行充放电操作，达到低压升压效果。
带隙基准电压源(bandgap)：由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供电源输入，一端接参考地，输出端接比较器输入。带隙基准电压源由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供电源，产生不随供电电压变化的恒定基准电压Vref，为比较器提供参考电压。
比较器(comp)：由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供电源输入，输入端一端接带隙基准电压源输出，一端接M级开关电容单元输出，另一端接参考地，输出端接边沿检测电路输入。比较器由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供输入，将带隙基准电压源产生的恒定参考基准电压Vref，与M级开关电容单元抬升的电压Vout2进行比较，产生使能信号ENc触发边沿检测电路进行工作。
边沿检测电路(detector)：由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供电源输入，输入端一端接比较器输出，另一端接参考地，输出端接反相器输入。边沿检测电路由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供输入，利用延迟线和与非门共同作用，对比较器产生的使能信号ENc下降沿进行检测，产生一个使能信号EN1。
反相器(INV)：由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供电源输入，输入端一端接边沿检测电路输出，另一端接参考地，输出端接与非门输入。反相器由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供输入，对边沿检测电路所产生的高电平脉冲信号即使能信号EN1进行反相，产生一个低电平脉冲信号即使能信号
Figure GDA0004214566540000042
压降检测支路(VD)：由开关管MN1，二极管dio0、dio1、dio2，电阻R0、R1、R2，以及电容C1组成。开关管MN1漏极接M级开关电容单元的输出，源极接压降检测支路输出，栅极接边沿检测电路输出端，电阻R0、R1和二极管dio0、dio1串联并与电容C1、开关管MN1并联，并联支路与电阻R2、二极管dio2串联后接参考地，输出端接斯密特反相器输入。压降检测支路由M级开关电容单元产生的输出电压Vout2提供输入，对边沿检测电路输出信号EN1及输出电压Vout2进行判断，控制同一个信号，从而对下一级工作状态进行触发，产生使能信号EN2。
斯密特反相器(smit INV)：由M级开关电容单元产生的输出电压Vout2提供电源输入，输入端一端接压降检测支路EN2点，另一端接参考地，输出端接与非门输入。斯密特反相器由M级开关电容单元产生的输出电压Vout2提供输入，对压降检测支路产生的使能信号EN2进行反相，产生使能信号
Figure GDA0004214566540000051
与非门(NAND)：由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供电源输入，输入端其中一端接反相器，一端接斯密特反相器，另一端接参考地，输出端接MP3开关管的栅极。与非门由N级开关电容单元产生的输出电压Vout1提供输入，对信号
Figure GDA0004214566540000052
和/>
Figure GDA0004214566540000053
变化进行判断，产生使能信号EN3信号从而控制MP3开关管的通断。
开关管(MN2、MP3)：开关管MN2漏极接斯密特反相器输出端，源极接地，栅极接边沿检测电路输出端；开关管MP3源极接M级开关电容单元产生的输出，漏极接输出负载，栅极接与非门输出端。开关管由使能信号EN1控制开关管MN2通断，从而产生使能信号
Figure GDA0004214566540000054
由使能信号EN3控制开关管MP3通断，从而决定输出电压Vout2是否放电给输出负载。开关管为普通片上MOS管。
储能电容(C0、C2)：储能电容C0一端接N级开关电容单元输出，另一端接参考地；储能电容C2一端接M级开关电容单元输出，另一端接参考地。储能电容C0进行N级开关电容单元输出电荷的存储和转移；储能电容C2进行M级开关电容单元输出电荷的存储和转移。储能电容为普通片上金属电容。
输出负载(LOAD)：由Rload和Cload并联组成输出负载，模拟实际电路带载(如模拟储能电池或超级电容的容值及寄生电阻)，一端接MP3开关管漏极，另一端接参考地。
系统输入电压input为LC振荡电路、N级和M级开关电容单元提供输入。N级开关电容单元输出接带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器、与非门和负载电容C0，为其提供电源电压，使其正常工作。M级开关电容单元输出接压降检测支路、斯密特反相器、开关管MN1、MP3和负载电容C2，为其提供电源电压，使其正常工作。其中LC振荡电路、带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器、压降检测支路、斯密特反相器、与非门、输出负载、开关管MN、MP和储能电容C0、C2均接参考地。
LC振荡电路通过电感、寄生电容和MOS管作用，产生CLK、
Figure GDA0004214566540000055
时钟信号，为N级、M级开关电容单元提供时钟控制。开关电容单元由CLK、/>
Figure GDA0004214566540000056
控制MOS开关管进行对电容的电荷存储和转移，从而进行升压的功能。N级开关电容单元抬升电压至Vout1，为带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器和与非门提供电源电压，使其正常工作；M级开关电容单元抬升电压至Vout2，作为升压电路总输出电压，并为压降检测支路和斯密特反相器提供电源电压。带隙基准电压源产生恒定基准电压Vref，为比较器提供参考电压。比较器将带隙基准电压源产生的恒定参考基准电压Vref，与M级开关电容单元抬升的电压Vout2进行比较，产生使能信号ENc触发边沿检测电路进行工作。边沿检测电路对比较器产生的使能信号ENc进行检测，产生一个高电平脉冲信号即使能信号EN1。反相器对边沿检测电路所产生的脉冲信号EN1进行反相，产生一个低电平脉冲信号即使能信号/>
Figure GDA0004214566540000061
压降检测支路，对边沿检测电路输出信号EN1及输出电压Vout2进行判断，产生使能信号EN2。斯密特反相器对压降检测支路产生的使能信号EN2进行反相，产生使能信号/>
Figure GDA0004214566540000062
与非门对信号/>
Figure GDA0004214566540000063
和/>
Figure GDA0004214566540000064
变化进行判断，产生使能信号EN3信号从而控制MP3开关管的通断。输出负载由Rload和Cload共同组成输出负载，模拟实际电路带载。由使能信号EN1控制开关管MN2通断，从而产生使能信号/>
Figure GDA0004214566540000065
由使能信号EN3控制开关管MP3通断，从而决定输出电压Vout2是否放电给输出负载。储能电容C0进行N级开关电容单元输出电荷的存储和转移；储能电容C2进行M级开关电容单元输出电荷的存储和转移。
图3为基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路工作逻辑框图，图4所示为基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路工作时序示意图。
初始阶段，N级开关电容单元对输入低电压input进行升压，Vout1电压输出大于0.7V(如0.8V)，随着Vout1电压抬升，带隙基准电压源、比较器、反相器、与非门开始正常工作，带隙基准电压源电路输出恒定电压(如0.4V)，此时，M级开关电容单元输出Vout2处于上升阶段；
Vout2上升过程中，Vout2的值低于Vref，经比较器判断，输出ENc为低电平，没有触发边沿检测电路工作，输出EN1为低电平，经反相器输出反相信号
Figure GDA0004214566540000066
为高电平，Vout2电压不足以使斯密特反相器，/>
Figure GDA0004214566540000067
为低电平，/>
Figure GDA0004214566540000068
和/>
Figure GDA0004214566540000069
经过与非门逻辑判断，输出高电平EN3，开关管MP3截止，不对输出负载放电；
随着Vout2电压抬升，Vout2的值高于Vref，经比较器判断，输出ENc为高电平，ENc无下降沿，没有触发边沿检测电路工作，输出EN1一直保持低电平，
Figure GDA00042145665400000610
为高电平，由压降检测支路中电容C1耦合作用，EN2随着Vout2电压上升而上升，Vout2电压足以斯密特反相器正常工作，EN2经斯密特反相器输出/>
Figure GDA00042145665400000611
为低电平，/>
Figure GDA00042145665400000612
和/>
Figure GDA00042145665400000613
经过与非门逻辑判断，输出高电平EN3，开关管MP3截止，仍然不对输出负载放电；
随着Vout2电压抬升，EN2点电位也因为耦合电容C1的作用同步提升，Vout2上到一定电压(如0.6V)后，使压降检测电路(VD)导通。此时，压降检测支路中二极管dio0、dio1导通，EN2缓慢放电，电压随之降低至一定电压如(0.35V)，EN2经斯密特反相器输出
Figure GDA00042145665400000614
为高电平，此时，EN1一直保持低电平，/>
Figure GDA00042145665400000615
为高电平，/>
Figure GDA00042145665400000616
和/>
Figure GDA00042145665400000617
经过与非门逻辑判断，输出低电平EN3，开关管MP3导通，对输出负载进行放电，随着Vout2放电，由压降检测支路中电容C1耦合作用，EN2随着Vout2电压下降而下降；
放电阶段，Vout2当放电后，并低于Vref，经比较器电路判决，输出ENc为低电平，ENc有下降沿，触发边沿检测电路工作，输出脉冲，EN1为高电平，经反相器输出反相信号
Figure GDA0004214566540000071
为低电平，由控制信号EN1控制压降检测支路中MN1导通，压降检测支路EN2电位被拉高；由控制信号EN1控制，MN2导通，/>
Figure GDA0004214566540000072
电位被拉低；/>
Figure GDA0004214566540000073
和/>
Figure GDA0004214566540000074
经过与非门逻辑判断，EN3复位高电平，开关管MP3截止，不对输出负载放电；
能量收集阶段，当放电后MP3截止后，微能量收集使得Vout2缓慢上升，并高于Vref，经比较器电路判决，输出ENc为高电平。经放电阶段EN1产生高电平脉冲后复位为低电平，经反相器输出反相信号
Figure GDA0004214566540000075
为高电平。由压降检测支路中电容C1耦合作用，EN2随着Vout2电压上升而上升，EN2经斯密特反相器输出/>
Figure GDA0004214566540000076
为低电平。Vout2电压抬升到一定值后(如0.6V)，由于压降检测支路(VD)导通，EN2缓慢放电，EN2电位缓慢下降，/>
Figure GDA0004214566540000077
缓慢上升。当EN2电位下降至一定值(如0.35V)，EN2经斯密特反相器输出/>
Figure GDA0004214566540000078
为高电平，/>
Figure GDA0004214566540000079
和/>
Figure GDA00042145665400000710
经过与非门逻辑判断，输出低电平EN3，开关管MP3导通，对输出负载进行放电；
之后，循环放电阶段及能量收集阶段，实现微能量收集升压DC-DC转换电路功能。
图5是在输入信号input为100mV时，N级开关电容单元产生的输出电压Vout1为800mV，M级开关电容单元产生的输出电压Vout2为750mV，带隙基准电压源提供恒定基准电压Vref为400mV，完成对负载的充放电。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (2)

1.基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路，其特征是，由LC振荡电路、N+M个开关电容单元、储能电容C0和C2、带隙基准电压源、比较器、边沿检测电路、反相器、压降检测支路、斯密特反相器、开关管MN2和MP3、以及与非门组成；其中N和M均为大于1的正整数；储能电容C0和C2为普通片上金属电容；
LC振荡电路的输入端形成整个升压DC-DC转换电路的输入端，输入输入电压input；LC振荡电路的一路时钟信号输出端输出时钟信号CLK，另一路时钟信号输出端输出反相时钟信号
Figure FDA0004214566500000011
N个开关电容单元相互串联后，其串联后的输入端接输入电压input，串联后的输出端输出输出电压Vout1；M个开关电容单元相互串联后，其串联后的输入端接输入电压input，串联后的输出端输出输出电压Vout2；
所有开关电容单元的时钟信号输入端接LC振荡电路输出的时钟信号CLK，所有开关电容单元的反相时钟信号输入端接LC振荡电路输出的反相时钟信号
Figure FDA0004214566500000012
储能电容C0一端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1，另一端接地；
储能电容C2一端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2，另一端接地；
带隙基准电压源的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1，带隙基准电压源的输出端输出基准电压Vref；
比较器的一个输入端接带隙基准电压源输出的基准电压Vref，另一个输入端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；比较器的输出端输出使能信号ENc；比较器的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
边沿检测电路的输入端接比较器输出的使能信号ENc，边沿检测电路的输出端输出使能信号EN1；边沿检测电路的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
反相器的输入端接边沿检测电路输出的使能信号EN1，反相器的输出端输出使能信号
Figure FDA0004214566500000013
反相器的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
压降检测支路的输入端接开关管MN2的栅极，压降检测支路的输出端输出使能信号EN2；压降检测支路的电源端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；
斯密特反相器的输入端接压降检测支路输出的使能信号EN2，斯密特反相器的输出端输出使能信号
Figure FDA0004214566500000014
斯密特反相器的电源端接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；
开关管MN2的漏极接斯密特反相器输出的使能信号
Figure FDA0004214566500000015
开关管MN2的源极接地；
与非门的一个输入端接反相器输出的使能信号
Figure FDA0004214566500000016
另一端接斯密特反相器输出的使能信号/>
Figure FDA0004214566500000021
与非门的输出端输出使能信号EN3；与非门的电源端接N个开关电容单元输出的输出电压Vout1；
开关管MP3的栅极接与非门输出的使能信号EN3；开关管MP3的源极接M个开关电容单元输出的输出电压Vout2；开关管MP3的漏极形成整个升压DC-DC转换电路的输出端，输出输出电压Vload。
2.根据权利要求1所述基于开关电容的微能量收集升压DC-DC转换电路，其特征是，压降检测支路由开关管MN1、二极管dio0-dio2、电阻R0-R2，以及电容C1组成；开关管MN1的栅极形成压降检测支路的输入端；电阻R0-R1和二极管dio0-dio1相串联后，一端接开关管MN1的漏极后，并形成压降检测支路的电源端，另一端接开关管MN1的源极后，并形成压降检测支路的输出端；电容C1的两端分别接开关管MN1的漏极和源极；电阻R2的一端接开关管MN1的源极，另一端接二极管dio2的阳极，二极管dio2的阴极接地。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08149801A (ja) * 1994-11-18 1996-06-07 Hitachi Ltd 昇圧回路装置
WO2011013727A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Ricoh Company, Ltd. Charge pump circuit and operation control method thereof
CN104113211A (zh) * 2014-05-12 2014-10-22 西安电子科技大学宁波信息技术研究院 一种应用于能量获取系统的低功耗迟滞电压检测电路
CN104269946A (zh) * 2014-10-30 2015-01-07 桂林电子科技大学 一种无线射频能量采集器
CN205319968U (zh) * 2015-04-02 2016-06-15 桂林电子科技大学 一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置
CN207743865U (zh) * 2018-01-18 2018-08-17 桂林电子科技大学 基于开关电容的微能量收集升压dc-dc转换电路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08149801A (ja) * 1994-11-18 1996-06-07 Hitachi Ltd 昇圧回路装置
WO2011013727A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Ricoh Company, Ltd. Charge pump circuit and operation control method thereof
CN104113211A (zh) * 2014-05-12 2014-10-22 西安电子科技大学宁波信息技术研究院 一种应用于能量获取系统的低功耗迟滞电压检测电路
CN104269946A (zh) * 2014-10-30 2015-01-07 桂林电子科技大学 一种无线射频能量采集器
CN205319968U (zh) * 2015-04-02 2016-06-15 桂林电子科技大学 一种采用微纹波Cuk式变换器的电子束焊机电源高压稳压装置
CN207743865U (zh) * 2018-01-18 2018-08-17 桂林电子科技大学 基于开关电容的微能量收集升压dc-dc转换电路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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能量收集最大功率点跟踪DC-DC升压转换器设计;韦雪明;覃毅青;侯伶俐;;半导体技术(第11期);全文 *

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