CN202475248U - 一种电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电源转换装置，该装置包括：开关电容转换电路，用于实现电压转换；输出电压控制电路，由第二PMOS管、第一电阻、第二电阻和放大器实现，所述放大器的一个输入端接参考电压，该电路用于通过反馈环路机制调节第二PMOS管的压降使输出电压稳定在一定的电压值；输入电流滤波电路，由所述第二PMOS管和输入电容实现，用来滤除输入电流纹波；输出电压滤波电路，用来滤除输出电压纹波。该电源转换装置提高了射频收发芯片的电源转换效率，有效的降低了射频收发芯片的功耗，使其更加易于应用在RFID-SIM卡中。

Description

一种电源转换装置

技术领域

本实用新型涉及射频身份识别（RFID）技术领域，更具体的说，涉及射频收发芯片的电源转换装置。

背景技术

用于移动通信的用户识别模块（Subscriber Identity Module，简称SIM卡）被广泛应用于移动终端上。随着电子技术的发展，通过各种方法在普通SIM卡体内增设各种智能电路模块，使普通SIM卡除了具有传统的SIM卡功能外，还具备了一些其他功能，例如射频识别SIM卡，即RFID-SIM卡。当在普通SIM卡上稍加改造成为RFID-SIM卡后，就能够具备电子钱包等支付功能，或者门禁通行等消费应用功能。

RFID-SIM卡中集成了2.4GHz射频收发芯片，增加了SIM卡的耗电量。而手机对SIM卡的供电电流的最大值具有一定的限制，如果RFID-SIM卡中的射频芯片功耗过高而超过手机对SIM卡的电流最大限值，就容易引起故障发生，例如手机不能开机或反复重启等现象。

目前市场中主流的射频收发芯片均采用小于0.18微米线宽的先进半导体工艺制程进行设计制造，其核心电路的标准供电电压在1.8V以下，而手机SIM卡的供电电压在3V至5V之间，远高于芯片核心电路的供电电压。因此在给射频收发芯片的核心电路供电之前，需要在芯片的外围或者内部采用电源转换电路将供电电压降低到芯片核心电路工作电压的水平，以保证芯片的正常工作。

现有的射频收发芯片一般采用低压差线性稳压器（LDO）电路来实现电源转换，其缺点在于电压转换的效率低，从而使射频收发芯片的功耗保持在较高的水平。

现有技术中也采用开关型的直流到直流的电源转换器（即DCDC）给芯片供电，其可以提高供电效率，但存在输出电压纹波较大、开关电流波动大、高品质的电感器件难于集成在SIM卡较小的空间里等弊端。具体说来，一般DCDC工作时电源输入端表现为大的开关电流，满足不了SIM卡端口要求的电流标准，会导致手机死机，因为手机芯片电源解决方案要求从芯片上电到正常工作的整个期间，电源输入端不能有持续的、大的电流；为了限定启动和正常工作时的开关大电流，需要在直流到直流的电源转换器DCDC的电源输入端加上RC或LC限流结构，但这些结构将降低电源转换效率，增加了电压余度的损耗；另外，开关电源的输出电压纹波太大将影响芯片上RF电路工作，增加电容或增大输出电压的去耦电容可以减小纹波，但会增加方案成本。

因此，需要提出一种低输入电流噪声、低输出电压噪声、高效、经济的一种射频收发芯片的电源转换装置，并供射频识别SIM卡上的RFID芯片使用。

实用新型内容

为了实现上述目的，本实用新型提出一种电源转换装置，该装置包括：

开关电容转换电路，用于实现电压转换，使输出电压Vout为输入电压Vin的一半；

输出电压控制电路，接收开关电容转换电路的输出电压，并由第二PMOS管、第一电阻R1、第二电阻R2和放大器实现，所述放大器的一个输入端接参考电压Vref，该电路用于通过反馈环路机制调节第二PMOS管的压降使输出电压Vout稳定在一定的电压值Vout=(R1+R2)/R1*Vref；

输入电流滤波电路，由所述第二PMOS管和输入电容实现，用来滤除输入电流纹波以供给所述开关电容转换电路；

输出电压滤波电路，用于接收所述开关电容转换电路的输出电压以滤除输出电压纹波。

进一步，开关电容转换器电路由第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一PMOS管和第一电容实现，其中在第一NMOS管的源极与第三NMOS管的漏极相连，第一PMOS管的源极与第二NMOS管的漏极相连，第一电容的两端分别与第一NMOS管的源极与第一PMOS管的源极相连，第一PMOS管的漏极接输入电压Vin，第三NMOS管的源极与第二NMOS管的源极相连并作为输出电压Vout。

进一步，在输出电压控制电路中，第二PMOS管的源极和漏极分别接外接电源VDD和第一PMOS管的漏极，第二PMOS管的栅极接所述放大器的输出端，第二电阻的一端接电压输出端，第二电阻的另一端接第一电阻以及所述放大器的另一个输入端，第一电阻的另一端接地。

进一步，在输入电流滤波电路中，第二PMOS管的漏极与输入电容的一端相连，输入电容的另一端与电压输出端相连或者接地。

进一步，在输出电压滤波电路由输出电容实现，其中输出电容的两端分别与电压输出端和地相连。

本实用新型的有益效果是：该电源转换装置提高了射频收发芯片的电源转换效率，有效的降低了射频收发芯片的功耗，使其更加易于应用在RFID-SIM卡中。具体而言，由于采用了开关电容转换电路SCC（Switched Capacitors Converters），实现了高效率的电压转换；引入电压反馈环路精确控制了输出电压大小；引入输入电流滤波电路和输出电压滤波电路，减小了输入电流纹波和输出电压纹波；复用输入器件同时实现电流滤波和输出电压控制，减小电压余度损耗，提高了电路效率；整体方案中无须使用电感，并采用灵活的外部电容拓展方案，更有利于应用于SIM系统中。 

附图说明

图1为本实用新型的一种射频收发芯片的电源转换装置的电路图。

图2为本实用新型的图1所示电路图对应的工作时序图。

图3为本实用新型另一种射频收发芯片的电源转换装置的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的一种射频收发芯片的电源转换装置的电路图，如图1所示。该电源转换装置包括：

开关电容转换器电路SCC，该电路为核心电路，实现高效率的电压转换，其由第一NMOS管n1、第二NMOS管n2、第三NMOS管n3、第一PMOS管p1和电容C1组成，其作用是使输出电压Vout为输入电压Vin的一半；

输出电压控制电路，由第二PMOS管p2、第一电阻R1、第二电阻R2和放大器Amp组成，其作用是通过反馈环路机制调节第二PMOS管p2的压降使输出电压Vout稳定在一定的电压值Vout=(R1+R2)/R1*Vref；

输入电流滤波电路，由第二PMOS管p2和输入电容Cin组成，用来滤除输入电流纹波；

输出电压滤波电路，由输出电容Cout实现，用来滤除输出电压纹波。

开关电容转换器电路SCC的开关工作时序如下图2所示。假设第一个周期时电压A为低，电压Af为高，第一PMOS管p1和第三NMOS管n3导通，第一NMOS管n1和第二NMOS管n2关闭，第一电容C1的负极节点C-节点电压等于输出电压Vout，电压为0，第一电容C1的正极节点C+节点电压将冲到输入电压Vin；第二个周期，当电压A为高，电压Af为低，第一NMOS管n1和第二NMOS管n2导通，第一PMOS管p1和第三NMOS管n3关闭，第一电容C1的负极节点C-节点拉到地gnd，第一电容C1的正极节点C+节点存储的电荷与输出电容Cout进行分配，输出电压Vout上升；重复上述动作，直到电压输出节点Vout节点电压升到Vin/2，此时第一电容C1将无法使第一电容C1的正极节点C+节点电压高于Vin/2，从电压输入节点Vin节点上的电荷转移动作结束；但，当负载时电压输出节点Vout节点电压低于Vin/2，上述电荷转移动作将继续发生，以保证输出电压Vout为Vin/2。

输出电压计算公式如下：

Vout=(R1+R2)/R1*Vref

Vin=2*Vout

其中，Vout为开关电容转换器电路SCC输出电压，R1、R2分别为第一电阻和第二电阻，Vref为误差放大器的输入参考电压，Vin为Vin节点电压。

此方案的结构还可以变更为图3所示的电路结构：将输入电容Cin原来接到电压输出节点Vout节点改为接到地gnd，可以使电压输出节点Vout节点的输出电压纹波更小。

本实用新型适用于一切有低输入电流噪声、低输出电压噪声、高转换效率、采用电容作为储能元件等要求的直流到直流的电源转换器DCDC电源解决方案。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电源转换装置，包括：

开关电容转换电路，用于实现电压转换，使输出电压Vout为输入电压Vin的一半；

输出电压控制电路，接收开关电容转换电路的输出电压，并由第二PMOS管、第一电阻R1、第二电阻R2和放大器实现，所述放大器的一个输入端接参考电压Vref，该电路用于通过反馈环路机制调节第二PMOS管的压降使输出电压Vout稳定在一定的电压值Vout=(R1+R2)/R1*Vref；

输入电流滤波电路，由所述第二PMOS管和输入电容实现，用来滤除输入电流纹波以供给所述开关电容转换电路；

输出电压滤波电路，用于接收所述开关电容转换电路的输出电压以滤除输出电压纹波。

2.根据权利要求1所述的一种电源转换装置，所述开关电容转换器电路由第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一PMOS管和第一电容实现，其中在第一NMOS管的源极与第三NMOS管的漏极相连，第一PMOS管的源极与第二NMOS管的漏极相连，第一电容的两端分别与第一NMOS管的源极与第一PMOS管的源极相连，第一PMOS管的漏极电压为输入电压Vin，第三NMOS管的源极与第二NMOS管的源极相连并作为输出电压Vout。

3.根据权利要求2所述的一种电源转换装置，在所述输出电压控制电路中，第二PMOS管的源极和漏极分别接外接电源VDD和第一PMOS管的漏极，第二PMOS管的栅极接所述放大器的输出端，第二电阻 R2的一端接电压输出端，第二电阻R2的另一端接第一电阻R1以及所述放大器的另一个输入端，第一电阻R1的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种电源转换装置，在所述输入电流滤波电路中，第二PMOS管的漏极与输入电容的一端相连，输入电容的另一端与电压输出端相连。

5.根据权利要求1所述的一种电源转换装置，在所述输入电流滤波电路中，第二PMOS管的漏极与输入电容的一端相连，输入电容的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种电源转换装置，在所述输出电压滤波电路由输出电容实现，其中所述输出电容的两端分别与电压输出端和地相连。

Images