CN104410259B - 一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术 - Google Patents

一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术 Download PDF

Info

Publication number
CN104410259B
CN104410259B CN201410796153.1A CN201410796153A CN104410259B CN 104410259 B CN104410259 B CN 104410259B CN 201410796153 A CN201410796153 A CN 201410796153A CN 104410259 B CN104410259 B CN 104410259B
Authority
CN
China
Prior art keywords
striding capacitance
output
crown
bottom crown
state
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410796153.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104410259A (zh
Inventor
卜刚
邹志鹏
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.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201410796153.1A priority Critical patent/CN104410259B/zh
Publication of CN104410259A publication Critical patent/CN104410259A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104410259B publication Critical patent/CN104410259B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

电荷泵型开关电源具有低EMI、高效率、体积小等优点,是电源管理***的重要组成部分。本发明专利公开了一种使用三个飞跨电容实现的电荷泵型DC‑DC转换器多相交织技术,其中每个飞跨电容的充电和放电周期可根据需要分多步完成,目的是使用较少的飞跨电容实现多相位交织的效果。对于×1、×2/3、×1/2和×1/3等多种电压转换比,本技术都能使充放电过程多相交织,减小电流尖峰脉冲和毛刺,从而减小输出纹波。

Description

一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术
技术领域:
本发明专利涵盖电荷泵DC-DC转换器原理、纹波抑制技术、充放电多相交织技术。
背景技术:
随着集成电路技术的不断发展,便携式移动终端的大量出现,尤其是近几年,智能手机、平板电脑、GPS等产品的普及,电子***对供电电源也提出了更多的要求,例如:便携性、低功耗、输出稳定、高效率等,推动了便携式电子设备电源技术的发展。电子***通常不能由电池或电源适配器为其直接供电,而需要一个电压调制器将不稳定的直流电压转换为稳定的***供电电源。目前,DC-DC转换器主要分为两类:线性稳压器和开关电源调制器。线性稳压器具有低纹波、低噪声、设计简单等优点,广泛应用于对噪声敏感的场合,但其也有效率较低和只能实现降压等缺点。开关电源又分为电感型和电容型。其中,电感型开关电源储能元件为电感,优点是转换效率高,缺点是在输出端具有纹波干扰,并且有电磁干扰(EMI)问题;电容型(又称电荷泵型)开关电源使用电容作为储能元件,大大降低了EMI,转换效率也较高,缺点是输出端纹波噪声较大。
模拟和射频电路对噪声敏感,通常采用线性稳压源供电,这虽然避免了电源的噪声干扰,但***效率较低。传统电荷泵型DC-DC转换器效率较高、又没有EMI干扰,如果能解决其纹波噪声较大的问题,则可将电荷泵型DC-DC转换器应用于噪声敏感的模拟和射频电路,从而提高***效率,这对便携***尤其重要。
为了降低纹波,一种方法是在电荷泵后串接一个线性稳压源,在输出稳压的同时,减小了纹波。由于这种方案中应用了效率较低的线性稳压源作为抑制纹波的滤波器,使整体效率较低。另一种常用的减小电荷泵输出纹波的方法是输出电压的多相交织,即将基本电荷泵拓扑复制多份并将它们的充放电时序错开一定相位,从而抵消纹波。然而,这种方法会导致飞跨电容的数量成倍增加。有些原本只需1个飞跨电容的转换比,如×1、×2、×1/2等,只需要增加1个飞跨电容就可实现两相;而对于本来需要2个飞跨电容的增益,如×3/2、×2/3、×1/3,则需要增加2个飞跨电容;以此类推,如果用3相交织,则需要增加4个(共6个)飞跨电容,这将造成***成本的增加,尤其是对集成化的实现还会额外增加的芯片引脚数量。本发明提出了一种使用三个飞跨电容实现的多相交织技术,其中每个飞跨电容的充电和放电周期可根据需要分多步完成,目的是使用较少的飞跨电容实现多相位交织的效果。该技术可以用于×1、×2/3、×1/2和×1/3等多种电压转换比,在保证电荷泵开关电源效率的同时,减小了输出的纹波噪声,使开关电容型DC-DC转换器为模拟和射频电路供电成为可能。
发明内容:
本发明针对传统电荷泵型开关电源多相交织技术导致飞跨电容数量成倍增加的不足,提出了一种利用三个飞跨电容实现的,基于飞跨电容分步完成充电或放电周期的电荷泵充放电多相交织技术,该技术可应用于×1、×2/3、×1/2和×1/3等多个电压转换比,实现多相位交织的效果,抑制输出纹波。此外通过控制驱动波形的上升和下降沿的斜率,连接飞跨电容和负载的开关可以实现缓导通和缓慢关断,可以进一步平滑每一相的放电电流。
一个包含了新型多相交织技术的电荷泵***原理图如附图1,其由开关电容阵列(2)、误差放大器、多相时钟产生、波形发生器和模式控制等模块组成。其中波形发生器产生上升沿和下降沿可调整的开关驱动波形,以实现开关的缓慢导通和缓慢关断。虽然附图1中的***对输出的调制采用了脉冲频率调制(PFM),但本发明也可应用于其它类型的输出电压调制方式。
附图2中所示的开关电容阵列(2)中包含了三个飞跨电容(6-1、6-2和6-3)和十五个开关(5-1至5-15)。其中,连接飞跨电容和负载的六个开关(5-2,5-4,5-7,5-9,5-12和5-14)具有缓慢导通功能,并且可以根据需要实现快速关断或缓慢关断。附图3至附图6分别显示了×1、×2/3、×1/2和×1/3等四种降压转换比下开关阵列的拓扑状态图,每种转换比都具有9个状态。为简化起见,状态图中没有画出开关,只画出了三个飞跨电容(6-1、6-2和6-3)与电源(1)、输出(3)及地线(4)之间的连接关系。
***启动后,模式控制模块根据电源(1)电压和输出(3)电压动态地选择电压转换比,多相时钟产生模块和时钟驱动模块根据特定电压转换比产生所需要的驱动开关的时钟信号。在选定的电压转换比下,开关电容阵列顺序经过拓扑状态1至状态9,循环往复。由状态图可知,在各个电压转换比下,三个飞跨电容都经过相同的充放电时序,而三个飞跨电容的充放电时序又存在相同的相位差,从而实现了充放电的多相交织,减小了输出的纹波。
此外,飞跨电容的充放电周期中,充放电不是一步完成的。例如,在×1转换比下(如附图3所示),飞跨电容(6-1)的放电周期包括了状态(7-4)至(7-9),其中状态(7-4)、(7-6)和(7-8)开关缓慢导通,而状态(7-5)、(7-7)和(7-9)开关缓慢关断(附图中的×Z代表通过控制驱动波形的下降沿斜率实现的开关缓慢关断),实现了放电周期内的分多步放电,从而减小了每一相放电的纹波。多相交织又使不同飞跨电容的放电周期交错,例如,附图3中,每个状态下对应了两个飞跨电容的放电周期,而且其中一个的放电开关在缓慢导通,而另一个在缓慢关断,使得两个飞跨电容的放电电流波峰与波谷对应,实现纹波抑制。
附图说明:
附图1一种包含新型多相交织技术的电荷泵DC-DC转换器***框图;
附图2开关电容阵列拓扑图;
附图3转换比为×1时的拓扑状态图;
附图4转换比为×2/3时的拓扑状态图;
附图5转换比为×1/2时的拓扑状态图;
附图6转换比为×1/3时的比拓扑状态图。
具体实施方式:
1.本发明中的电荷泵***如附图1所示,其由开关电容阵列(2)、误差放大器、多相时钟产生、以及模式控制等模块组成,其对输出电压调制的方式没有限制。
2.开关电容阵列(2)中包含了三个飞跨电容(6-1、6-2和6-3)和十五个开关(5-1至5-15),如附图2所示。其中,三个飞跨电容的上极板分别通过开关(5-1)、(5-6)和(5-11)与输入电源(1)相连,同时通过开关(5-2)、(5-7)和(5-12)与输出负载(3)相连;三个飞跨电容(6-1)、(6-2)和(6-3)的下极板分别通过开关(5-3)、(5-8)和(5-13)与地线(4)相连,同时通过开关(5-4)、(5-9)和(5-14)与输出负载(3)相连;飞跨电容(6-1)、(6-2)和(6-3)通过开关(5-5)、(5-10)和(5-15)连接成环形拓扑。
3.***启动后,模式控制模块根据电源(1)电压和输出(3)电压动态地选择电压转换比,多相时钟产生模块和时钟驱动模块根据特定电压转换比产生所需要的驱动开关的时钟信号,使三个飞跨电容经过相同的充放电时序,而三个充放电时序又存在相同的相位差。
4.通过调整连接飞跨电容与负载的开关(5-2,5-4,5-7,5-9,5-12和5-14)的驱动波形的上升沿和下降沿的斜率,可以根据需要实现开关的缓慢导通、缓慢关断和快速关断,附图3-6中用×Z表示开关的缓慢关断。
5.如果电压转换比是×1,开关电容阵列拓扑时序(7)如附图3所示,共有9个状态(7-1至7-9):
1)第一个状态(7-1),飞跨电容(6-1)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-2)和(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-2)的上极板与输出(3)缓慢断开;
2)第二个状态(7-2),飞跨电容(6-1)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-2)和(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-3)的上极板与输出(3)缓慢断开;
3)第三个状态(7-3),飞跨电容(6-1)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-2)和(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-2)的上极板与输出(3)缓慢断开;
4)第四个状态(7-2),飞跨电容(6-2)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)和(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-3)的上极板与输出(3)缓慢断开;
5)第五个状态(7-2),飞跨电容(6-2)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)和(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)缓慢断开;
6)第六个状态(7-2),飞跨电容(6-2)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)和(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-3)的上极板与输出(3)缓慢断开;
7)第七个状态(7-3),飞跨电容(6-3)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)和(6-2)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)缓慢断开;
8)第八个状态(7-3),飞跨电容(6-3)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)和(6-2)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-2)的上极板与输出(3)缓慢断开;
9)第九个状态(7-3),飞跨电容(6-3)上下极板分别与电源(1)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)和(6-2)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)缓慢断开;
开关电容阵列顺序经历状态7-1至状态7-9,然后回到状态7-1,循环往复。
6.如果电压转换比是×2/3,开关电容阵列拓扑时序(8)如图4所示,其共有九个状态(8-1至8-9):
1)第一个状态(8-1),飞跨电容(6-1)和(6-2)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-1)的下极板与输出(3)缓慢断开,飞跨电容(6-3)的上极板悬空,下极板与地线(4)相连或悬空;
2)第二个状态(8-2),保持飞跨电容(6-2)上极板与电源(1)相连,下极板与输出(3)缓慢断开,飞跨电容(6-3)上极板与输出(3)相连,下极板与飞跨电容(6-1)上极板相连,飞跨电容(6-1)下极板与地线(4)相连的;
3)第三个状态(8-3),飞跨电容(6-2)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-3)上极板与输出(3)相连,下极板与飞跨电容(6-1)上极板相连,飞跨电容(6-1)下极板与地线(4)相连;
4)第四个状态(8-4),飞跨电容(6-2)和(6-3)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(62)的下极板与输出(3)缓慢断开,飞跨电容(6-1)的上极板悬空,下极板与地线(4)相连或悬空;
5)第五个状态(8-5),飞跨电容(6-3)上极板与电源(1)相连,下极板与输出(3)缓慢断开,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)相连,下极板与飞跨电容(6-2)上极板相连,飞跨电容(6-2)下极板与地线(4)相连;
6)第六个状态(8-6),飞跨电容(6-3)上极板与电源(1)相连,下极板与输出(3)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)相连,下极板与飞跨电容(6-2)上极板相连,飞跨电容(6-2)下极板与地线(4)相连;
7)第七个状态(8-7),飞跨电容(6-1)和(6-3)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-3)的下极板与输出(3)缓慢断开,飞跨电容(6-2)的上极板悬空,下极板与地线(4)相连或悬空;
8)第八个状态(8-8),飞跨电容(6-1)上极板与电源(1)相连,下极板与输出(3)缓慢断开,飞跨电容(6-2)上极板与输出(3)相连,下极板与飞跨电容(6-3)上极板相连,飞跨电容(6-3)下极板与地线(4)相连;
9)第九个状态(8-9),飞跨电容(6-1)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-2)上极板与输出(3)相连,下极板与飞跨电容(6-3)上极板相连,飞跨电容(6-3)下极板与地线(4)相连;
开关电容阵列顺序经历状态8-1至状态8-9,然后回到状态8-1,循环往复。
7.如果电压转换比是×1/2,开关电容阵列拓扑时序(9)如图5所示,其共有九个状态(9-1至9-9):
1)第一个状态(9-1),飞跨电容(6-1)和(6-2)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-1)的下极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-3)的上下极板分别与输出(3)与地线(4)相连,飞跨电容(6-3)的上极板与输出(3)缓慢断开;
2)第二个状态(9-2),飞跨电容(6-2)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-2)的下极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-1)和(6-3)上极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-3)的上极板与输出(3)缓慢断开;
3)第三个状态(9-3),飞跨电容(6-2)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连;飞跨电容(6-1)和(6-3)上极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)缓慢断开;
4)第四个状态(9-4),飞跨电容(6-2)和(6-3)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(6-2)的下极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-1)的上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)缓慢断开;
5)第五个状态(95),飞跨电容(6-3)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,下极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-1)和(6-2)的上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)上极板与输出(3)缓慢断开;
6)第六个状态(9-6),飞跨电容(6-3)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连;飞跨电容(6-1)和(6-2)的上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-2)上极板与输出(3)缓慢断开;
7)第七个状态(9-7),飞跨电容(6-1)和(6-3)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,飞跨电容(63)下极板与输出(3)缓慢关断;飞跨电容(6-2)的上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,其上极板与输出缓慢关断;
8)第八个状态(9-8),飞跨电容(6-1)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连,其下极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-2)和(6-3)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-2)上极板与输出缓慢断开;
9)第九个状态(9-9),飞跨电容(6-1)上下极板分别与电源(1)和输出(3)相连;飞跨电容(6-2)和(6-3)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-3)上极板与输出缓慢断开;
开关电容阵列顺序经历状态9-1至状态9-9,然后回到状态9-1,循环往复。
8.如果电压转换比是×1/3,开关电容阵列拓扑时序(10)如图6所示,其共有九个状态(10-1至10-9):
1)第一个状态(10-1),飞跨电容(6-1)和(6-2)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-3)的上下极板至少有一个是悬空的,上极板接电源(1)或悬空,下极板悬空或连接输出(3);
2)第二个状态(10-2),飞跨电容(6-2)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,其上极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-3)上极板与电源(1)相连,下极板与飞跨电容(6-1)上极板相连,飞跨电容(6-1)下极板与输出(3)相连;
3)第三个状态(10-3),飞跨电容(6-2)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连;飞跨电容(6-3)上极板与电源(1)相连,下极板与飞跨电容(6-1)上极板相连,飞跨电容(6-1)下极板与输出(3)相连;
4)第四个状态(10-4),飞跨电容(6-2)和(6-3)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-2)的上极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-1)的上下极板至少有一个是悬空的,上极板接电源(1)或悬空,下极板悬空或连接输出(3);
5)第五个状态(10-5),飞跨电容(6-3)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,其上极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-1)的上极板与电源(1)相连,下极板与飞跨电容(6-2)上极板相连,飞跨电容(6-2)下极板与输出(3)相连;
6)第六个状态(10-6),飞跨电容(6-3)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-1)的上极板与电源(1)相连,下极板与飞跨电容(6-2)上极板相连,飞跨电容(6-2)下极板与输出(3)相连;
7)第七个状态(10-7),飞跨电容(6-1)和(6-3)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,飞跨电容(6-3)的上极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-2)的上下极板至少有一个是悬空的,上极板接电源(1)或悬空,下极板悬空或连接输出(3);
8)第八个状态(10-8),飞跨电容(6-1)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连,其上极板与输出(3)缓慢断开;飞跨电容(6-2)的上极板与电源(1)相连,下极板与飞跨电容(63)上极板相连,飞跨电容(6-3)下极板与输出(3)相连;
9)第九个状态(10-9),飞跨电容(6-1)上下极板分别与输出(3)和地线(4)相连;飞跨电容(6-2)的上极板与电源(1)相连,下极板与飞跨电容(6-3)上极板相连,飞跨电容(6-3)下极板与输出(3)相连;
开关电容阵列顺序经历状态10-1至状态10-9,然后回到状态10-1,循环往复。
附图标记列表:
Vin 输入电源电压
Vout 输出电压
Vf 反馈电压
Vref 参考电压
Vcon 误差放大器输出电压
Vbat 输入电源
R1 输出分压电阻1
R2 输出分压电阻2
RL 负载电阻
CL 负载电容
1 输入电源
2 开关电容阵列
3 输出端
4 地线
5-1~5-15 开关1~15
6-1~6-3 飞跨电容1~3
7 转换比为×1时的拓扑状态图
8 转换比为×2/3时的拓扑状态图
9 转换比为×1/2时的拓扑状态图
10 转换比为×1/3时的拓扑状态图
7-1~7-9 转换比为×1时的状态1~9
8-1~8-9 转换比为×2/3时的状态1~9
9-1~9-9 转换比为×1/2时的状态1~9
10-1~10-9 转换比为×1/3时的状态1~9

Claims (1)

1.一种使用了三个飞跨电容6-1、6-2和6-3实现的电荷泵充放电多相交织的方法,其特征在于:
A.每个飞跨电容的充电和放电周期分多步完成;
B.三个飞跨电容6-1、6-2和6-3的上极板分别通过开关5-1、5-6和5-11与输入电源1相连,同时通过开关5-2、5-7和5-12与输出负载3相连;三个飞跨电容6-1、6-2和6-3的下极板分别通过开关5-3、5-8和5-13与地线4相连,同时通过开关5-4、5-9和5-14与输出负载3相连;飞跨电容6-1、6-2和6-3通过开关5-5、5-10和5-15连接成环形拓扑;
C.连接飞跨电容和负载的六个开关5-2,5-4,5-7,5-9,5-12和5-14具有缓慢导通功能,并且可以根据需要实现快速关断或缓慢关断;
D.分别利用开关电容阵列拓扑时序7,8,9,10实现对于×1,×2/3,×1/2和×1/3中的一种或多种电压转换比的充放电多相交织,具体为:
D1.实现×1电压转换比的开关电容阵列拓扑时序7,特征为其共有九个状态7-1至7-9:
a)第一个状态7-1,飞跨电容6-1上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-2和6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-2的上极板与输出3缓慢断开;
b)第二个状态7-2,飞跨电容6-1上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-2和6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-3的上极板与输出3缓慢断开;
c)第三个状态7-3,飞跨电容6-1上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-2和6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-2的上极板与输出3缓慢断开;
d)第四个状态7-2,飞跨电容6-2上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-1和6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-3的上极板与输出3缓慢断开;
e)第五个状态7-2,飞跨电容6-2上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-1和6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3缓慢断开;
f)第六个状态7-2,飞跨电容6-2上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-1和6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-3的上极板与输出3缓慢断开;
g)第七个状态7-3,飞跨电容6-3上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-1和6-2的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3缓慢断开;
h)第八个状态7-3,飞跨电容6-3上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-1和6-2的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-2的上极板与输出3缓慢断开;
i)第九个状态7-3,飞跨电容6-3上下极板分别与电源1和地线4相连,飞跨电容6-1和6-2的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3缓慢断开;
开关电容阵列顺序经历状态7-1至状态7-9,然后回到状态7-1,循环往复;
D2.实现×2/3电压转换比的开关电容阵列拓扑时序8,特征为其共有九个状态8-1至8-9:
a)第一个状态8-1,飞跨电容6-1和6-2上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-1的下极板与输出3缓慢断开,飞跨电容6-3的上极板悬空,下极板与地线4相连或悬空;
b)第二个状态8-2,保持飞跨电容6-2上极板与电源1相连,下极板与输出3缓慢断开,飞跨电容6-3上极板与输出3相连,下极板与飞跨电容6-1上极板相连,飞跨电容6-1下极板与地线4相连的;
c)第三个状态8-3,飞跨电容6-2上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-3上极板与输出3相连,下极板与飞跨电容6-1上极板相连,飞跨电容6-1下极板与地线4相连;
d)第四个状态8-4,飞跨电容6-2和6-3上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-2的下极板与输出3缓慢断开,飞跨电容6-1的上极板悬空,下极板与地线4相连或悬空;
e)第五个状态8-5,飞跨电容6-3上极板与电源1相连,下极板与输出3缓慢断开,飞跨电容6-1的上极板与输出3相连,下极板与飞跨电容6-2上极板相连,飞跨电容6-2下极板与地线4相连;
f)第六个状态8-6,飞跨电容6-3上极板与电源1相连,下极板与输出3相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3相连,下极板与飞跨电容6-2上极板相连,飞跨电容6-2下极板与地线4相连;
g)第七个状态8-7,飞跨电容6-1和6-3上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-3的下极板与输出3缓慢断开,飞跨电容6-2的上极板悬空,下极板与地线4相连或悬空;
h)第八个状态8-8,飞跨电容6-1上极板与电源1相连,下极板与输出3缓慢断开,飞跨电容6-2上极板与输出3相连,下极板与飞跨电容6-3上极板相连,飞跨电容6-3下极板与地线4相连;
i)第九个状态8-9,飞跨电容6-1上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-2上极板与输出3相连,下极板与飞跨电容6-3上极板相连,飞跨电容6-3下极板与地线4相连;
开关电容阵列顺序经历状态8-1至状态8-9,然后回到状态8-1,循环往复;
D3.实现×1/2电压转换比的开关电容阵列拓扑时序9,特征为其共有九个状态9-1至9-9:
a)第一个状态9-1,飞跨电容6-1和6-2上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-1的下极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-3的上下极板分别与输出3与地线4相连,飞跨电容6-3的上极板与输出3缓慢断开;
b)第二个状态9-2,飞跨电容6-2上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-2的下极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-1和6-3上极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-3的上极板与输出3缓慢断开;
c)第三个状态9-3,飞跨电容6-2上下极板分别与电源1和输出3相连;飞跨电容6-1和6-3上极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3缓慢断开;
d)第四个状态9-4,飞跨电容6-2和6-3上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-2的下极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-1的上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3缓慢断开;
e)第五个状态9-5,飞跨电容6-3上下极板分别与电源1和输出3相连,下极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-1和6-2的上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-1上极板与输出3缓慢断开;
f)第六个状态9-6,飞跨电容6-3上下极板分别与电源1和输出3相连;飞跨电容6-1和6-2的上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-2上极板与输出3缓慢断开;
g)第七个状态9-7,飞跨电容6-1和6-3上下极板分别与电源1和输出3相连,飞跨电容6-3下极板与输出3缓慢关断;飞跨电容6-2的上下极板分别与输出3和地线4相连,其上极板与输出缓慢关断;
h)第八个状态9-8,飞跨电容6-1上下极板分别与电源1和输出3相连,其下极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-2和6-3上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-2上极板与输出缓慢断开;
i)第九个状态9-9,飞跨电容6-1上下极板分别与电源1和输出3相连;飞跨电容6-2和6-3上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-3上极板与输出缓慢断开;
开关电容阵列顺序经历状态9-1至状态9-9,然后回到状态9-1,循环往复;
D4.实现×1/3电压转换比的开关电容阵列拓扑时序10,特征为其共有九个状态10-1至10-9:
a)第一个状态10-1,飞跨电容6-1和6-2上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-3的上下极板至少有一个是悬空的,上极板接电源1或悬空,下极板悬空或连接输出3;
b)第二个状态10-2,飞跨电容6-2上下极板分别与输出3和地线4相连,其上极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-3上极板与电源1相连,下极板与飞跨电容6-1上极板相连,飞跨电容6-1下极板与输出3相连;
c)第三个状态10-3,飞跨电容6-2上下极板分别与输出3和地线4相连;飞跨电容6-3上极板与电源1相连,下极板与飞跨电容6-1上极板相连,飞跨电容6-1下极板与输出3相连;
d)第四个状态10-4,飞跨电容6-2和6-3上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-2的上极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-1的上下极板至少有一个是悬空的,上极板接电源1或悬空,下极板悬空或连接输出3;
e)第五个状态10-5,飞跨电容6-3上下极板分别与输出3和地线4相连,其上极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-1的上极板与电源1相连,下极板与飞跨电容6-2上极板相连,飞跨电容6-2下极板与输出3相连;
f)第六个状态10-6,飞跨电容6-3上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-1的上极板与电源1相连,下极板与飞跨电容6-2上极板相连,飞跨电容6-2下极板与输出3相连;
g)第七个状态10-7,飞跨电容6-1和6-3上下极板分别与输出3和地线4相连,飞跨电容6-3的上极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-2的上下极板至少有一个是悬空的,上极板接电源1或悬空,下极板悬空或连接输出3;
h)第八个状态10-8,飞跨电容6-1上下极板分别与输出3和地线4相连,其上极板与输出3缓慢断开;飞跨电容6-2的上极板与电源1相连,下极板与飞跨电容6-3上极板相连,飞跨电容6-3下极板与输出3相连;
i)第九个状态10-9,飞跨电容6-1上下极板分别与输出3和地线4相连;飞跨电容6-2的上极板与电源1相连,下极板与飞跨电容6-3上极板相连,飞跨电容6-3下极板与输出3相连;
开关电容阵列顺序经历状态10-1至状态10-9,然后回到状态10-1,循环往复。
CN201410796153.1A 2014-12-17 2014-12-17 一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术 Expired - Fee Related CN104410259B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410796153.1A CN104410259B (zh) 2014-12-17 2014-12-17 一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410796153.1A CN104410259B (zh) 2014-12-17 2014-12-17 一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104410259A CN104410259A (zh) 2015-03-11
CN104410259B true CN104410259B (zh) 2018-04-27

Family

ID=52647862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410796153.1A Expired - Fee Related CN104410259B (zh) 2014-12-17 2014-12-17 一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104410259B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109039058B (zh) * 2018-08-09 2020-06-26 安徽矽磊电子科技有限公司 一种基于可配置开关电容的电压转换器
CN111053975B (zh) * 2020-01-03 2023-09-29 创领心律管理医疗器械(上海)有限公司 心脏起搏装置、存储介质、电源设备及输出电压控制方法
CN114710028B (zh) * 2022-06-02 2022-09-02 浙江大学杭州国际科创中心 一种电源切换***及切换方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655431A (zh) * 2004-02-10 2005-08-17 圆创科技股份有限公司 缓启动电荷泵电路
CN101286693A (zh) * 2007-04-10 2008-10-15 立锜科技股份有限公司 电荷泵调节器及产生一受调节的电压的方法
EP2136459A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Intégration Dolphin Inc. Charge pump circuit
CN103650313A (zh) * 2011-05-05 2014-03-19 北极砂技术有限公司 具有模块化的级的dc-dc转换器
CN104205624A (zh) * 2012-03-30 2014-12-10 英特尔公司 具有电解电容器的低频转换器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655431A (zh) * 2004-02-10 2005-08-17 圆创科技股份有限公司 缓启动电荷泵电路
CN101286693A (zh) * 2007-04-10 2008-10-15 立锜科技股份有限公司 电荷泵调节器及产生一受调节的电压的方法
EP2136459A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Intégration Dolphin Inc. Charge pump circuit
CN103650313A (zh) * 2011-05-05 2014-03-19 北极砂技术有限公司 具有模块化的级的dc-dc转换器
CN104205624A (zh) * 2012-03-30 2014-12-10 英特尔公司 具有电解电容器的低频转换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104410259A (zh) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104410271B (zh) 一种用三个飞跨电容实现的五转换比电荷泵多相交织方法
CN101369775B (zh) 电荷泵dc到dc转换器电路和方法
CN104410258B (zh) 一种基于飞跨电容多步放电的电荷泵纹波抑制方法
CN102223061B (zh) 电压转换器
CN201985759U (zh) Dcdc输出电路
CN102290992B (zh) 直流-直流升压转换器电路及其驱动方法
CN108923643A (zh) 一种无阈值电压损失的可重构型升压电荷泵
CN106160464B (zh) 减小输出纹波的电源***
CN104767252A (zh) 平板电脑
CN101764517B (zh) 一种基于单输入的正负双电源***
CN104410259B (zh) 一种基于飞跨电容多步充放电的电荷泵多相交织技术
CN107623440A (zh) 电压转换电路和电源切换电路
CN102882359A (zh) 一种偏置电压产生电路以及应用其的开关电源
CN106329909A (zh) 推挽软开关控制电路
CN102158082A (zh) 一种具有多路输出的电源管理***
CN109120149A (zh) 升压降压电荷泵、电压管理芯片、装置及方法
CN202565159U (zh) 可灵活升压的pfc控制电路
CN103532382A (zh) 一种开关电源电路
CN203423622U (zh) 一种车载手机无线充电器稳压电源
CN103001498B (zh) 背光驱动的直流升压拓扑电路
CN101944846B (zh) 一种0.75倍电荷泵电路
CN204538965U (zh) 一种dc-dc转换电路
CN101997342A (zh) 快速充电装置及其方法
CN208849668U (zh) 升压降压电荷泵、电压管理芯片及装置
CN202978699U (zh) 一种多电压切换装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into 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: 20180427

Termination date: 20201217