一款基于開關電容的倍壓器研究與設計
2022年電子技術應用第3期
劉士啟1，馬 奎1，2，3，楊發順1，2，3
1.貴州大學 大數據與信息工程學院，貴州 貴陽550025； 2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025； 3.貴州省微納電子與軟件技術重點實驗室，貴州 貴陽550025
摘要： 基于開關電容的倍壓器又稱為電荷泵，設計將電荷泵集成到一顆芯片中。該芯片能夠在4 V至20 V的輸入范圍內工作，并提供7 V至38 V的輸出，提供超過10 mA的輸出電流。電路采用電荷泵結構實現倍壓，該電路的特點是無需電感，就可實現對輸入電壓的倍增，消除了電磁干擾的影響。空載情況下電源電流最大不超過12 mA。另外該電路采用雙極型工藝制造，不易發生閂鎖。
中圖分類號： TN402
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211975
中文引用格式： 劉士啟，馬奎，楊發順. 一款基于開關電容的倍壓器研究與設計[J].電子技術應用，2022，48(3)：49-53.
英文引用格式： Liu Shiqi，Ma Kui，Yang Fashun. Research and design of a switched capacitor voltage doubler[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(3)：49-53.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211975
中文引用格式： 劉士啟，馬奎，楊發順. 一款基于開關電容的倍壓器研究與設計[J].電子技術應用，2022，48(3)：49-53.
英文引用格式： Liu Shiqi，Ma Kui，Yang Fashun. Research and design of a switched capacitor voltage doubler[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(3)：49-53.
Research and design of a switched capacitor voltage doubler
Liu Shiqi1，Ma Kui1，2，3，Yang Fashun1，2，3
1.College of Big Data and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China； 2.Semiconductor Power Device Reliability Engineering Research Center of Ministry of Education，Guiyang 550025，China； 3.Key Laboratory of Micro-Nano-Electronics of Guizhou Province，Guiyang 550025，China
Abstract： The switched capacitor voltage doubler is called charge pumps. It is integrated into a chip. Capable of operating from a 4 V to 20 V input, it provides ±7 V to ±38 V output. Output currents of over 10 mA are available. This circuit adopts charge pump structure to realize voltage doubling. The characteristic of the circuit is that the input voltage can be doubled without inductance, and the influence of electromagnetic can be eliminated. The maximum power supply current under no load is not more than 12 mA. Manufactured in bipolar technology,that is not susceptible to latchup.
Key words : switched capacitor；charge pumps；voltage doubler；bipolar
0 引言
直流電壓變換可分為兩大類：基于電感的電壓變換電路和基于電容的電壓變換電路，這兩種電路使用的變壓器件分別是電感和電容[1]。基于電感的電壓變換電路雖然具有較高的變換效率，但是電路的體積很大，難以集成在芯片中，而且由于使用了電感，在電路工作過程中造成的電磁干擾問題相當嚴重，同時電感式變壓電路的造價也相對較高，一般應用于較大型設備的變壓場合[2]。而基于電容的電壓變換電路就是電荷泵，電荷泵電路只占用很小的芯片面積，成本較低，基本不存在電磁干擾現象，電荷泵在小型電子設備中的應用很廣泛[3]。電荷泵既可用于芯片內部電路供電，也可為芯片外部模塊供電。在芯片內部的某些模塊，其所需的輸入電壓可能不是電源電壓，這時就需要電荷泵把電源電壓變換成模塊所需的電壓，使其正常工作，例如在存儲芯片中，內部可能需要40 V的高壓，電荷泵可把電源電壓泵升到這個電壓值來滿足需求[4]；而另一方面，電荷泵電路本身可以封裝成一個獨立芯片，它的輸出電壓可用于數碼相機、平板電腦、音樂播放器等各類手持便攜設備，來為這些設備提供穩定的電壓[5]。在電荷泵用于驅動外部電子設備的應用場合中，如果電荷泵只需要提供較小的驅動電流，那么用于泵升電壓的電容值比較小，占用面積不大，就可以集成在芯片內部[6]。
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作者信息：
劉士啟1，馬 奎1，2，3，楊發順1，2，3
(1.貴州大學 大數據與信息工程學院，貴州 貴陽550025；
2.半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025；
3.貴州省微納電子與軟件技術重點實驗室，貴州 貴陽550025)
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