CN110289760A - 升压/降压型可重构电荷泵电路 - Google Patents

升压/降压型可重构电荷泵电路 Download PDF

Info

Publication number
CN110289760A
CN110289760A CN201910697049.XA CN201910697049A CN110289760A CN 110289760 A CN110289760 A CN 110289760A CN 201910697049 A CN201910697049 A CN 201910697049A CN 110289760 A CN110289760 A CN 110289760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
charge pump
switch
clock signal
control switch
voltage
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.)
Granted
Application number
CN201910697049.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110289760B (zh
Inventor
陈培燊
余凯
李思臻
章国豪
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.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
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 Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201910697049.XA priority Critical patent/CN110289760B/zh
Publication of CN110289760A publication Critical patent/CN110289760A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110289760B publication Critical patent/CN110289760B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • H02M3/072—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 adapted to generate an output voltage whose value is lower than the input voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提供一种升压/降压型可重构电荷泵电路，包括：电压产生器、电荷泵模块和至少一个第一控制开关，电荷泵模块中包括第一电荷泵、第二电荷泵和至少一个第二控制开关；其中，第一控制开关和第二控制开关由时钟信号进行控制，当时钟信号为高电平时，开关闭合，当时钟信号为低电平时，开关断开；将第一电荷泵、第二电荷、各个第一控制和各个第二控制开关按照本发明提供的电路连接方式进行连接，可实现将输入的电压进行逐级的升压或是逐级的降压，以使输入的电压达到适用的使用范围内。本发明提供的电路，使用的电子器件更少，不仅降低了应用成本，而且连接方式更加简单，不仅可进行升压，还可以进行降压，在各类的电子系统中有着更广泛的应用。

Description

升压/降压型可重构电荷泵电路
技术领域
本发明涉及电子技术技术领域，特别涉及一种升压/降压型可重构电荷泵电路。
背景技术
电子产品遍布生活中的方方面面，其中，支持电子产品正常运行的电能一般是从外部获取，然后电能存储在电子产品的电源中。目前新兴的电子设备，例如智能传感器、生物医学植入、可穿戴式设备等通过不同的能量采集装置和技术，将太阳能、热能、机械能、磁能等转换为电能，并将这些电能存储于储能元件中，例如电感、电容；作为电子设备运行时的能量来源。
能量采集装置采集到的能量转换成电压输出时，需要使用转换器来调整能量采集装置的输出电压，以使能量采集装置输出的电压满足电子设备的电压条件，其中，转换器又称为电荷泵。经研究发现，现有的电荷泵通常应用Negative-Output Feedback技术来构建电荷泵，应用此技术构建的电荷泵为降压型电荷泵，不能将能量采集装置采集到的低电压升高，此种电荷泵在能量采集系统中的通用性和实用性低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种升压/降压型可重构电荷泵电路，应用本发明提供的电路可以将输入的电压进行升压或是降压。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种升压/降压型可重构电荷泵电路，包括：
电荷泵模块、电压产生器和至少一个第一控制开关，所述第一控制开关的个数与所述电荷泵模块的输入端的个数相同，并且所述第一控制开关与所述电荷泵模块的输入端一一对应；
所述电压产生器的第一输入端用于输入外部电压，第二输入端用于输入接地电压；
所述电压产生器的输出端分别与每个所述第一控制开关的第一端相连接；
所述电荷泵模块的各个输入端与其对应的第一控制开关的第二端相连接，所述第一控制开关的第三端用于接收时钟信号；
所述电荷泵模块的接地输入端用于输入接地电压，输出端对外输出电压，并与所述电压产生器的第三输入端相连接。
上述的升压/降压型可重构电荷泵电路，所述电压产生器，包括：
第一连通开关、第二连通开关、第三连通开关、第四连通开关、第五连通开关和第一飞跃电容；
所述第一连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第一端相连接，所述第二端为所述电压产生器的第二输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第二连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第一端相连接，第二端为所述电压产生器的输出端，第三端用于接收时钟信号；
所述第三连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第一端相连接，第二端为所述电压产生器的第一输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第四连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第二端相连接，第二端为所述电压产生器的第三输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第五连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第二端相连接，第二端接地，第三端用于接收时钟信号。
上述的升压/降压型可重构电荷泵电路，所述电荷泵模块，包括：
第一电荷泵、负载电容、至少一个第二电荷泵和至少一个第二控制开关，所述第二控制开关的个数与所述第二电荷泵的个数相同，并且所述第二控制开关与所述第二电荷泵一一对应；
当所述第二电荷泵的个数为一个时，所述第二电荷泵的第一输入端与其对应的第一控制开关的第二端相连接，第二输入端与其对应的第一控制开关的第二端相连接；
所述第二电荷泵的输出端与所述第二控制开关的第一端相连接；
所述第一电荷泵的输入端和所述第二控制开关的第二端相连接，输出端为所述电荷泵模块的输出端，所述第二控制开关的第三端用于接收时钟信号；
所述负载电容的第一端与所述第一电荷泵的第二端相连接，所述负载电容的第二端用于接地；
当所述第二电荷泵的个数为多个时，多个所述第二电荷泵相互串联，串联的连接方式为：所述第二电荷泵的输出端与对应的第二控制开关的第一端相连接，该第二控制开关的第二端与下一个第二电荷泵的第一输入端相连接；位于首位的第二电荷泵的第一输入端与对应的第一控制开关的第二端相连接；位于末尾的第二电荷泵的输出端与对应的第二控制开关的第一端相连接，该第二控制开关的第二端与所述第一电荷泵的输入端相连接；
每个所述第二电荷泵的第二输入端分别与对应的第一控制开关的第二端相连接；
每个所述第二控制开关的第三端用于接收时钟信号；
所述第一电荷泵的输出端为所述电荷泵模块的输出端；
所述负载电容的第一端与所述第一电荷泵的第二端相连接，所述负载电容的第二端用于接地。
上述的升压/降压型可重构电荷泵电路，所述第二电荷泵，包括：
第一连接开关、第二连接开关、第三连接开关、第四连接开关和第二飞跃电容；
所述第二飞跃电容的第一端为所述第二电荷泵的输出端，并与所述第一连接开关的第一端相连接；
所述第二飞跃电容的第二端分别与所述第二连接开关的第一端、第三连接开关的第一端、第四连接开关的第一端相连接；
所述第二连接开关的第二端为所述第二电荷泵的第一输入端，并与所述第一连接开关的第二端相连接，第三端用于接收时钟信号；
所述第一连接开关的第三端用于接收时钟信号；
所述第三连接开关的第二端用于接地，并为所述电荷泵模块的接地输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第四连接开关的第二端为所述第二电荷泵的第二输入端，第三端用于接收时钟信号。
上述的升压/降压型可重构电荷泵电路，所述第一电荷泵，包括：
第一导通开关、第二导通开关和第三飞跃电容；
所述第三飞跃电容的第一端分别与所述第一导通开关的第一端和第二导通开关的第二端相连接，第二端接地；
所述第一导通开关的第二端为所述第一电荷泵的输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第二导通开关的第二端为所述第一电荷泵的输出端，第三端用于接收时钟信号。
上述的升压/降压型可重构电荷泵电路，所述时钟信号包括高电平和低电平；
当所述时钟信号为高电平时，触发对应的开关闭合；
当所述时钟信号为低电平时，触发对应的开关断开。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的电路中包括电压产生器、电荷泵模块和至少一个第一控制开关，电荷泵模块中包括第一电荷泵、第二电荷泵和至少一个第二控制开关；其中，第一控制开关和第二控制开关由时钟信号进行控制，当时钟信号为高电平时，开关闭合，当时钟信号为低电平时，开关断开；将第一电荷泵、第二电荷、各个第一控制和各个第二控制开关按照本发明提供的电路连接方式进行连接，可实现将输入的电压进行逐级的抬升或是逐级的降低，以使输入的电压达到适用的范围内。应用本发明提供的电路，连接所用的电子器件更少，降低了应用成本，并且连接方式更加简单，本发明提供的电路即可进行升压，也可进行降压，在各类的电子系统中有着更广泛的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的电路图；
图2为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的电路图；
图3为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的电路图；
图4为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的电路图；
图5为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的电路图；
图6为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的电路图；
图7为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的时钟信号时序图；
图8为本发明实施例提供的一种升压/降压型可重构电荷泵电路的信号仿真图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供的升压/降压型可重构电荷泵电路中，可应用于能量采集电路中，本发明实施例提供的电路可将能量采集器采集到的能量电压转换为使用于电子产品的电压；本发明实施例提供的电路还可以应用于其他需升压或降压的电子电路中。本发明实施例提供的升压/降压型可重构电荷泵电路的电路结构图具体可见图1，针对图1的说明如下所述：
电荷泵模块101、电压产生器102和至少一个第一控制开关，所述第一控制开关为Sa，所述第一控制开关Sa的个数与所述电荷泵模块的输入端的个数相同，并且所述第一控制开关Sa与所述电荷泵模块的输入端一一对应；当所述电荷泵模块的输入端有3端时，则有3个第一控制开关。
所述电压产生器102的第一输入端用于输入外部电压Vin，第二输入端用于输入接地电压Vss；其中，所述外部输入电压Vin的能量采集器将采集到的能量转换成的电压，所述外部输入电压Vin的可以为以毫伏为单位的电压。
所述电压产生器102的输出端分别与每个所述第一控制开关Sa的第一端相连接。
所述电荷泵模块101的各个输入端与其对应的第一控制开关Sa的第二端相连接，所述第一控制开关Sa的第三端用于接收时钟信号；需要说明的是，时钟信号用于控制第一控制开关的闭合和断开，每个第一控制开关由不同的时钟产生的时钟信号进行控制，当时钟信号为高电平时，开关闭合，时钟信号为低电平时，开关断开，例如：第一控制开关1由时钟1产生的时钟信号1进行控制，第一控制开关2由时钟2产生的时钟信号2控制，时钟信号1和时钟信号2为非重叠的时钟信号。
所述电荷泵模块101的接地输入端用于输入接地电压Vss，输出端对外输出电压Vout，并与所述电压产生器102的第三输入端相连接；需要说明的是，所述电荷泵101通过输出端向所述电压产生器102输入经过升压或降压后的电压Vout；并向外部输出电压Vout；所述电压Vout为所述电荷泵模块将外部输入电压进行转换后的电压。
本发明实施例提供的电路中，经过应用本发明实施例提供的电路，可以通过将输入的低电压进行抬升至适用的电压范围，输入的低电压经由电荷泵模块中预先设置的各个第一电荷泵进行抬升，最后得到抬升后的电压。针对电荷泵模块和电压产生器进行说明，其电路的连接结构如图2所示，具体说明如下所述：
参照图2，对所述电压产生器102的结构进行说明，电压产生器102中包括：第一连通开关、第二连通开关、第三连通开关、第四连通开关、第五连通开关和第一飞跃电容；其中，所述第一连通开关为S201，第二连通开关为S202，第三连通开关为S203，第四连通开关为S204，第五连通开关为S205，和第一飞跃电容为Cfly。
所述第一连通开关S201的第一端与所述第一飞跃电容Cfly的第一端相连接，所述第二端为所述电压产生器的第二输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第二连通开关S202的第一端与所述第一飞跃电容Cfly的第一端相连接，第二端为所述电压产生器的输出端，第三端用于接收时钟信号；
所述第三连通开关S203的第一端与所述第一飞跃电容Cfly的第一端相连接，第二端为所述电压产生器的第一输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第四连通开关S204的第一端与所述第一飞跃电容Cfly的第二端相连接，第二端为所述电压产生器的第三输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第五连通开关S205的第一端与所述第一飞跃电容Cfly的第二端相连接，第二端接地，第三端用于接收时钟信号。
需要说明的是，所述第一连通开关、第二连通开关、第三连通开关、第四连通开关、第五连通开关所接受的时钟信号是不同的时钟信号，各个连通开关不同的时钟产生的时钟信号进行控制闭合和断开，例如第一连通开关由时钟a产生的时钟信号a进行控制；第二连通开关由时钟b产生的时钟信号b进行控制；第三连通开关由时钟c产生的时钟信号c进行控制；第四连通开关由时钟d产生的时钟信号d进行控制；第五连通开关由时钟e产生的时钟信号e进行控制。
参考图2，对电荷泵模块101进行说明，所述电荷泵模块101中包括：第一电荷泵201、负载电容CL、至少一个第二电荷泵202和至少一个第二控制开关，所述第二控制开关为Sb，所述第二控制开关Sb的个数与所述第二电荷泵的个数相同，并且所述第二控制开关Sb与所述第二电荷泵一一对应。
当所述第二电荷泵202的个数为多个时，多个所述第二电荷泵202相互串联，串联的连接方式为：所述第二电荷泵202的输出端与对应的第二控制开关Sb的第一端相连接，该第二控制开关Sb的第二端与下一个第二电荷泵202的第一输入端相连接；位于首位的第二电荷泵202的第一输入端与对应的第一控制开关Sa的第二端相连接；位于末尾的第二电荷泵202的输出端与对应的第二控制开关Sb的第一端相连接，该第二控制开关Sb的第二端与所述第一电荷泵201的输入端相连接；
每个所述第二电荷泵202的第二输入端分别与对应的第一控制开关Sa的第二端相连接；
每个所述第二控制开关Sb的第三端用于接收时钟信号；需要说明的是，所述第二控制开关Sb接收同一个时钟发送的时钟信号，所述时钟信号可控制所述第二控制开关Sb的闭合及断开，当所述时钟信号为高电平时，所述第二控制开关闭合，当所述时钟信号为低电平时，所述第二控制开关断开。
所述第一电荷泵201的输出端为所述电荷泵模块101的输出端；
所述负载电容CL的第一端与所述第一电荷泵201的第二端相连接，所述负载电容CL的第二端用于接地。
当所述第二电荷泵的个数为一个时，所述第二电荷泵的第一输入端与其对应的第一控制开关Sa的第二端相连接，第二输入端与其对应的第一控制开关Sa的第二端相连接；
所述第二电荷泵202的输出端与所述第二控制开关Sb的第一端相连接；
所述第一电荷泵201的输入端和所述第二控制开关Sb的第二端相连接，输出端为所述电荷泵模块101的输出端，所述第二控制开关Sb的第三端用于接收时钟信号；需要说明的是，当所述时钟信号为高电平时，所述第二控制开关闭合，当所述时钟信号为低电平时，所述第二控制开关断开；
所述负载电容CL的第一端与所述第一电荷泵201的第二端相连接，所述负载电容CL的第二端用于接地。
参照图2，对所述第一电荷泵201和第二电荷泵202的结构进行说明，本发明实施例提供的电路中，所述第一电荷泵为1:1电荷泵；所述第二电荷泵为1:2电荷泵；其中第一电荷泵201包括：第一导通开关S11、第二导通开关S12和第三飞跃电容Cfly。
所述第三飞跃电容Cfly的第一端分别与所述第一导通开关S11的第一端和第二导通开关S12的第二端相连接，第二端接地；
所述第一导通开关S11的第二端为所述第一电荷泵的输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第二导通开关S12的第二端为所述第一电荷泵201的输出端，第三端用于接收时钟信号；
需要说明的是，所述第一导通开关S11和所述第二导通开关S12由不同的时钟进行控制，因此所述第一导通开关与所述第二导通开关接收的时钟信号不同；当时钟信号为高电平时，开关闭合，当时钟信号为低电平时，开关断开。
参照图2，对所述第二电荷泵202的结构进行说明，所述第二电荷泵202包括：第一连接开关S21、第二连接开关S22、第三连接开关S23、第四连接开关S24和第二飞跃电容Cfly。
所述第二飞跃电容Cfly的第一端为所述第二电荷泵202的输出端，并与所述第一连接开关S21的第一端相连接；
所述第二飞跃电容Cfly的第二端分别与所述第二连接开关S22的第一端、第三连接开关S23的第一端、第四连接开关S24的第一端相连接；
所述第二连接开关S22的第二端为所述第二电荷泵的第一输入端，并与所述第一连接开关S21的第二端相连接，第三端用于接收时钟信号；
所述第一连接开关S21的第三端用于接收时钟信号；
所述第三连接开关S23的第二端用于接地，并为所述电荷泵模块101的接地输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第四连接开关S24的第二端为所述第二电荷泵202的第二输入端，第三端用于接收时钟信号。
需要说明的是，所述第一连接开关、第三连接开关以及第一电荷泵中的第一导通开关接收由同一个时钟产生的时钟信号；第二连接开关和第一电荷泵中的第二导通开关接收由同一个时钟产生的时钟信号；第三连接开关和所述第二控制开关接收由同一时产生的时钟信号；其中，这三个时钟为不同的时钟，产生的时钟信号也不相同。
需要说明的是，本发明实施例提供的各个开关可由MOS管组成，具体的结构参照图3和图4；其中图3为PMOS管组成的开关结构，其中的clk接收接收端为开关的第三端，第一端可以为第二端，第二端也可以为第一端，具体的连接方式可参见图3，此处不进行阐述；图4为NMOS管组成的开关结构，其中的clk接收接收端为开关的第三端，第一端可以为第二端，第二端也可以为第一端，具体的连接方式可参见图4，此处不进行阐述。
与本发明实施提供的电路对应的，还有升压/降压型可重构电荷泵结构框图，具体如图5所示，其中，第一电荷泵和第二电荷泵均称为电荷泵；所述Voltage Generators为电压产生器；参照图5，位于首位的电荷泵为第一级，位于次位的电荷泵为第二级，以此类推，位于第N位的电荷泵为第N级，最后的电荷泵为第N+1级，N为正整数；其中，前N个电荷泵为1：2电荷泵，第N+1个电荷泵为1:1电荷泵。对升压/降压型可重构电荷泵结构框图的工作原理进行说明：
第i级电荷泵的输出电压，i＜N，与Voltage Generators在第i+1级处的输出电压ai+1Vin-bi+1Vout一起作用于第i+1级1:2电荷泵；需要说明的是，本发明实施例提供的结构框图中，在进行具体的电路连接时，Voltage Generators在i+1级处的输出电压向第i级电荷泵输入，但该输出电压作用于i+1级的电荷泵，为使框图更加容易理解，在框图中第i+1级处的输出电压向第i+1级的电荷泵输入。同理，第N级的输出电压为然后与电压aN+1Vin-bN+1Vout作用于第N+1级的1:1电荷泵，然后输出所需的电压Vout。即
整理可得本发明的可重构电荷泵的电压转换比为：
从公式(2)中可看出1≤P≤2N+1-1，1≤Q≤2N+1，所以本发明的可重构电荷泵可实现任意VCR，既能进行升压转换，即Q＜P；又能进行降压转换，即Q＞P，而且最大的VCR可达2N+1-1，最小的VCR为1/2N+1，可以适应宽范围的输入电压，从而保持输出电压相对恒定，提高效率。
为具体说明本发明实施例提供的电路的以及结构框图的工作原理，进行以下的举例说明，具体参照图6；
当所述第二电荷泵的个数为3时，具体的电路连接可参见图6，具体说明如下：
针对电压产生器进行说明，开关S8为第一连通开关，接收时钟信号clk8；开关S12为第二连通开关，接收时钟信号clk12；开关S10为第三连通开关，接收时钟信号clk10；开关S11为第四连通开关，接收时钟信号clk11；开关S9为第五连通开关接收时钟信号clk9；其中，不同的时钟产生不同的时钟信号；电容Cfly为第一飞跃电容。
其中，开关S4、S5、S6和S7均为第一控制开关，不同的第一控制开关接收不同的时钟信号，开关S4接收时钟信号clk4，开关S5接收时钟信号clk5，开关S6接收时钟信号clk6，开关S7接收时钟信号clk7。
针对电荷泵模块进行说明，在第一电荷泵中，开关S1H为第一导通开关，开关S1H接收时钟信号clk1；开关S2为第二导通开关，开关S2接收时钟信号clk2，电容Cfly为第三飞跃电容。
电荷泵中一共有3个第二电荷泵，可以分为第一级第一电荷泵、第二级电荷泵和第三级电荷泵；其中第二电荷泵为1:2电荷泵，第一电荷泵为1:1电荷泵；
在各个第二电荷泵中，开关S1H为第一连接开关，开关S1H接收时钟信号clk1；开关S2为第二连接开关，开关S2接收时钟信号clk2；开关S1L为第三连接开关，开关S1L接收时钟信号clk1；开关S3为第三连接开关，开关S3接收时钟信号clk3；电容Cfly为第二飞跃电容；其中开关S3b为第二控制开关，开关S3b接收之中信号clk3。
图6中的时钟信号clk1、clk2、clk3为三相非重叠信号，控制Cfly的充放电；clk4～clk7为四相非重叠信号，分别控制a1Vin-b1Vout、a2Vin-b2Vout、a3Vin-b3Vout、a4Vin-b4Vout的选择输出；clk8～clk12控制a1～a4、b1～b4的值；时钟信号clk1～clk12的时序图可参见图7，当τ＝10ns时，各个时钟信号的周期和脉冲宽度如表1所示；
时钟信号 周期 脉冲宽度
clk1 3τ τ
clk2 3τ τ
clk3 3τ τ
clk4 9τ 2τ
clk5 9τ τ
clk6 9τ τ
clk7 9τ τ
clk8 9τ 6.5τ
clk9 9τ 0.5τ
clk10 9τ 2τ
clk11 9τ 0.5τ
clk12 9τ 8.5τ
表1
由式(2)可知，当N＝3时，即电路中存有3个第二电荷泵时，本发明可实现149个VCR，78个降压、1个1:1、70个升压，具体VCR如表2所示。
表2
为了更深入了解图6的电路是如何实现所需VCR，下面通过实现一个的例子来描述。因为则由式(2)可知a1＝1，a2～4＝0、b3＝1，b1～2、4＝0。于是Voltage Generators在第一、第二、第三级、第四级的一个输入端分别产生的电压为：Vin、0、-Vout、0。所以，当clk1＝1、clk4＝1、clk10＝1、clk12＝1，开关S1H、S1L、S4、S10和S12闭合，此时输入Vin给第一级飞跨电容Cfly充电；当clk2＝1，此时clk4、clk10和clk12仍然为1，开关S2闭合，此时S4、S10和S12仍闭合；此时使第一级Cfly上极板电压倍增至2Vin；当clk3＝1，clk5＝1、clk8＝1、clk12＝1，开关S3、S5、S8和S12闭合，由于Generators此时在第一级Cfly下极板产生的电压为0，故Cfly上极板电压保持不变，还是2Vin。同理，可得第二、第三级的输出电压分别为4Vin-Vout、2×(4Vin-Vout)，于是第四级的输出电压为8Vin-2Vout＝Vout，故图8为本发明实施例N＝3，Vin＝1V的瞬态仿真。
本发明实施例提供的电路中，包括第一电荷泵、至少一个第二电荷泵、至少一个第一控制开关以及至少一个第二控制开关；将所述第一电荷泵、第二电荷、第一控制开关和第二控制开关按照由本发明提供的连接方式进行连接；本发明提供的电路可以实现将输入的低电压进行升压，升压的过程中经过第二电荷泵逐级抬升，可升压至符合预设的电压范围内；还可实现将高电压进行降压，可将高电压降低至预设的电压范围内或是预设的电压值；并且可以维持输出电压的恒定。本发明实施例提供的电路，可支持升压、也支持降压；其可适用的电压范围宽泛，因此可以应用在各种类型的电子系统中，通用性强；并且本发明提供的电路应用的电子元件少，降低了使用的成本。
上述各个具体的实现方式，及各个实现方式的衍生过程，均在本发明保护范围内。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种升压/降压型可重构电荷泵电路，其特征在于，包括：
电荷泵模块、电压产生器和至少一个第一控制开关，所述第一控制开关的个数与所述电荷泵模块的输入端的个数相同，并且所述第一控制开关与所述电荷泵模块的输入端一一对应；
所述电压产生器的第一输入端用于输入外部电压，第二输入端用于输入接地电压；
所述电压产生器的输出端分别与每个所述第一控制开关的第一端相连接；
所述电荷泵模块的各个输入端与其对应的第一控制开关的第二端相连接，所述第一控制开关的第三端用于接收时钟信号；
所述电荷泵模块的接地输入端用于输入接地电压，输出端对外输出电压，并与所述电压产生器的第三输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的升压/降压型可重构电荷泵电路，其特征在于，所述电压产生器，包括：
第一连通开关、第二连通开关、第三连通开关、第四连通开关、第五连通开关和第一飞跃电容；
所述第一连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第一端相连接，所述第二端为所述电压产生器的第二输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第二连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第一端相连接，第二端为所述电压产生器的输出端，第三端用于接收时钟信号；
所述第三连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第一端相连接，第二端为所述电压产生器的第一输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第四连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第二端相连接，第二端为所述电压产生器的第三输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第五连通开关的第一端与所述第一飞跃电容的第二端相连接，第二端接地，第三端用于接收时钟信号。
3.根据权利要求1所述的升压/降压型可重构电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵模块，包括：
第一电荷泵、负载电容、至少一个第二电荷泵和至少一个第二控制开关，所述第二控制开关的个数与所述第二电荷泵的个数相同，并且所述第二控制开关与所述第二电荷泵一一对应；
当所述第二电荷泵的个数为一个时，所述第二电荷泵的第一输入端与其对应的第一控制开关的第二端相连接，第二输入端与其对应的第一控制开关的第二端相连接；
所述第二电荷泵的输出端与所述第二控制开关的第一端相连接；
所述第一电荷泵的输入端和所述第二控制开关的第二端相连接，输出端为所述电荷泵模块的输出端，所述第二控制开关的第三端用于接收时钟信号；
所述负载电容的第一端与所述第一电荷泵的第二端相连接，所述负载电容的第二端用于接地；
当所述第二电荷泵的个数为多个时，多个所述第二电荷泵相互串联，串联的连接方式为：所述第二电荷泵的输出端与对应的第二控制开关的第一端相连接，该第二控制开关的第二端与下一个第二电荷泵的第一输入端相连接；位于首位的第二电荷泵的第一输入端与对应的第一控制开关的第二端相连接；位于末尾的第二电荷泵的输出端与对应的第二控制开关的第一端相连接，该第二控制开关的第二端与所述第一电荷泵的输入端相连接；
每个所述第二电荷泵的第二输入端分别与对应的第一控制开关的第二端相连接；
每个所述第二控制开关的第三端用于接收时钟信号；
所述第一电荷泵的输出端为所述电荷泵模块的输出端；
所述负载电容的第一端与所述第一电荷泵的第二端相连接，所述负载电容的第二端用于接地。
4.根据权利要求3所述的升压/降压型可重构电荷泵电路，其特征在于，所述第二电荷泵，包括：
第一连接开关、第二连接开关、第三连接开关、第四连接开关和第二飞跃电容；
所述第二飞跃电容的第一端为所述第二电荷泵的输出端，并与所述第一连接开关的第一端相连接；
所述第二飞跃电容的第二端分别与所述第二连接开关的第一端、第三连接开关的第一端、第四连接开关的第一端相连接；
所述第二连接开关的第二端为所述第二电荷泵的第一输入端，并与所述第一连接开关的第二端相连接，第三端用于接收时钟信号；
所述第一连接开关的第三端用于接收时钟信号；
所述第三连接开关的第二端用于接地，并为所述电荷泵模块的接地输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第四连接开关的第二端为所述第二电荷泵的第二输入端，第三端用于接收时钟信号。
5.根据权利要求3所述的升压/降压型可重构电荷泵电路，其特征在于，所述第一电荷泵，包括：
第一导通开关、第二导通开关和第三飞跃电容；
所述第三飞跃电容的第一端分别与所述第一导通开关的第一端和第二导通开关的第二端相连接，第二端接地；
所述第一导通开关的第二端为所述第一电荷泵的输入端，第三端用于接收时钟信号；
所述第二导通开关的第二端为所述第一电荷泵的输出端，第三端用于接收时钟信号。
6.根据权利要求1～5所述的升压/降压型可重构电荷泵电路，其特征在于，所述时钟信号包括高电平和低电平；
当所述时钟信号为高电平时，触发对应的开关闭合；
当所述时钟信号为低电平时，触发对应的开关断开。
CN201910697049.XA 2019-07-30 2019-07-30 升压/降压型可重构电荷泵电路 Expired - Fee Related CN110289760B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910697049.XA CN110289760B (zh) 2019-07-30 2019-07-30 升压/降压型可重构电荷泵电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910697049.XA CN110289760B (zh) 2019-07-30 2019-07-30 升压/降压型可重构电荷泵电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110289760A true CN110289760A (zh) 2019-09-27
CN110289760B CN110289760B (zh) 2020-08-11

Family

ID=68024346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910697049.XA Expired - Fee Related CN110289760B (zh) 2019-07-30 2019-07-30 升压/降压型可重构电荷泵电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110289760B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111865075A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 合肥工业大学 一种适用于光能收集结构的升压变换电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103178709A (zh) * 2013-02-27 2013-06-26 格科微电子（上海）有限公司 电荷泵电路及其时序控制方法
CN108054916A (zh) * 2018-01-25 2018-05-18 中国科学院微电子研究所 一种电荷泵系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103178709A (zh) * 2013-02-27 2013-06-26 格科微电子（上海）有限公司 电荷泵电路及其时序控制方法
CN108054916A (zh) * 2018-01-25 2018-05-18 中国科学院微电子研究所 一种电荷泵系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111865075A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 合肥工业大学 一种适用于光能收集结构的升压变换电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN110289760B (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2030299B1 (de) Wechselrichter zur einspeisung elektrischer energie in ein energieversorgungsnetz
CN101834542B (zh) 功率转换装置、功率调节器以及发电系统
CN108092513A (zh) 直流-直流转换器
CN105229909A (zh) 可重构开关电容器功率转换器技术
Caricchi et al. Testing of a new DC/DC converter topology for integrated wind-photovoltaic generating systems
TW200620796A (en) DC-DC converter
CN104518508B (zh) 电源电路及其控制方法
CN101459376A (zh) 变换器电路以及用于运行这种变换器电路的方法
CN106464130B (zh) 多模块dc到dc功率变换系统
CN203617928U (zh) 单相光伏并网逆变器
CN111181387A (zh) 一种dc-dc转换器
CN107980189A (zh) 无变压器电力转换
CN106160464B (zh) 减小输出纹波的电源系统
CN110289760A (zh) 升压/降压型可重构电荷泵电路
US9859806B2 (en) Method and apparatus for obtaining electricity from offshore wind turbines
CN104967306A (zh) 电压转换电路
EP3158632B1 (en) Methods and devices for increasing the voltage gain range of a dc-dc power converter
CN107742978B (zh) 具有增强驱动能力的电荷泵电路
CN106464134B (zh) 转换器
CN106787736B (zh) 一种双开关高升压比pwm直流变换器
CN108695928A (zh) 一种隔离式光伏充电装置与方法
CN102231597B (zh) 电荷泵及电荷泵工作方法
KR100898259B1 (ko) 전하 펌프 방식의 전력 변환 인버터
CN107666250A (zh) 单级相位和幅值可控交流变换器及其工作方法
Bhattacharya et al. A single phase single stage SEPIC-ĆUK based non-isolated high gain and efficient micro-inverter

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200811

Termination date: 20210730