一种高性能电荷泵电压转换器设计

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（Ｔｈｅ４７ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００３２，ｈｉＣｎａ）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｈａｒｇｅＰｕｍｐ；ＤＣ —ＤＣｃｏｎｖｅｔｒｅｒ；ＭＯＳＦＥＴｓｗｉｔｃｈ；ＯＳＣ；Ｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｅｉｃｆｉｅｎｃｙ
１引言
第３期
２０１３年Ｎｏ．３
ＭＩＣＲ０ＰＲ０ＣＥＳＳ０ＲＳ
Ｊｕｎ．，２０１３
一
种高性能电荷泵电压转换器设计
耿元婧，王兆勇
（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳１１００３２）
摘要：设计了一种高性能电荷泵电压转换器。该电压转换器能够将３Ｖ一１８Ｖ电压转换为相
电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅能减少电池数量、减小产品体积、重量，并且在减少能耗（延长电池寿命）方面起到极大的作用，因此获得了极其广泛的应用。针对如何获得负电源，讨论一种
高性能的电荷泵电压转换器。
器以较高的频率不断控制ｓ１、ｓ２及ｓ３、Ｓ４的闭合和断开时，输出端可输出变换后的负电压（电压转换率可达９９％左右）。电荷泵电压反转器并不稳压，即有负载电流时，输出电压将有变化。输出电流越
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｈａｒｇｅＰｕｍｐＤＣ —ＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｉｔ
大，输出电压变化越大。
２电荷泵电压转换器基本工作原理
电荷泵的工作过程就是利用电容储存能量，然后以受控的方式释放能量，获得所需要的电压。一般基本的电荷泵电压转换器由振荡器、反相器及四个模拟开关组成，外接两个电容ＣＰ、ＣＲ构成电荷泵电压反转电路（如图１所示）。振荡器输出的脉冲Ｑ直接控制模拟开关ｓ１和ｓ２，脉冲Ｑ经反相器反相后ＱＮ控制ｓ３和Ｓ４。当ｓ１、ｓ２闭合、ｓ３、Ｓ４断开时，输入的正电压ＶＤＤ向
对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用
ＣＰ充电（上正下负），ＣＰ上的电压为ＶＤＤ；当Ｓ３、Ｓ４闭合、Ｓ１、ｓ２断开时，ＣＰ向ＣＲ放电（上正下负），ＣＲ上充的电压为一ＶＤＤ，即ＶＯＵＴ＝一ＶＤＤ。当振荡
ｃｏｎｖｅｒｔｓｖｏｌｔａｇｅｏｆ３Ｖ～１８Ｖｔｏ一３Ｖ～一１８Ｖ．ＭＯＳＦＥＴｓｗｉｔｃｈｅｓａｎｄＯＳＣｃｉｒｃｕｉｔｓａｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｄｅｓｉｎｇａｎｄｉｔｓｏｕｔｐｕｔｖｏｈａｇｅｅｉｃｆｉｅｎｃｙｃａｎｇｅｔｔｏｈｅｔｌｅｖｅｌａｂｏｖｅ９９％ｗｉｔｈｉｎｈｅｔｒａｎｇｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ＡＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｈａｒｇｅＰｕｍｐＤＣ —ＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒ
ＧＥＮＧＹｕａｎ— ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧＺｈａｏ —ｙｏｎｇ
。
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｕｒｒｅｎｔｉｓｌｅｓｓｈａｔｎ７００ｐ￣Ａｉｎ１５Ｖ．Ｉｔｈａｓｇｒｅａｔｅｒｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ．
ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２— ２２７９．２０１３．０３．００２
中图分类号：ＴＮ４５３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２— ２２７９（２０１３）０３—０００５—０２
应的负压，主要采用了ＭＯＳＦＥＴ开关结构和具有参考电压的振荡电路。该转换器电路输出电压效率在工作温度范围内能达到９９％以上。电源电流在１５Ｖ时小于７００￣ｘＡ。输出电流大。
关键词：电荷泵；电压转换器；ＭＯＳＦＥＴ开关；振荡器；输出电压效率