高效率雙端輸出電荷泵的研究與設計.pdf

1、隨著便攜式電子設備的流行，各種各樣功耗電子器件的集成度越來越高，相應的電源管理系統(tǒng)也需要同步地改進。目前，電源管理系統(tǒng)設計者在面對由電池供電的移動設備的應用時，面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何滿足其低成本、小體積、高電能轉換效率、快速響應和多通路電壓輸出等性能的要求。 針對這樣的研究背景，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。它是一種開關電容型直流直流電壓變換器，僅采用片外電容作為儲能元件，代替普通開關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。在2．1V～3．6V的輸入電壓范圍內(nèi)，該電荷泵能同時產(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，可以為電子設備中的模擬電路、數(shù)字電路和混合信號電路等供電；由于采用創(chuàng)新的共享開關電容陣列拓撲作為功率級，片上集成的MOSFET功率開關和片外的電容能同時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。 本論文對現(xiàn)有電荷泵的拓撲、控制策略和分析方法進行了廣泛的調研，在此基

3、礎上推導出了一種準確的雙端輸出電荷泵理論模型，并通過電路仿真結果驗證，此模型的相對誤差低于0．5％。在此理論模型的指導下，本論文創(chuàng)新地提出了自動增益跳變控制策略，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合在一起，使本電荷泵具有高效率和快速響應的優(yōu)點。同時，該電荷泵采用新穎的數(shù)字狀態(tài)機控制器作為核心控制電路，很好地實現(xiàn)了兩路穩(wěn)壓輸出，提高了總的電流負載能力，并使本電荷泵具有更多穩(wěn)壓輸出通路的擴展能力。 本芯片采用TSMC