[實用新型]高性能、高集成度DC/DC升壓器

無效

• 申請號: 200720108889.0
• 申請日: 2007-05-09
• 公開（公告）號: CN201039006Y
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 陳妙萍;馬成炎;章可循
• 申請（專利權）人: 杭州中科微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司
• 代理人: 王鑫康

技術領域

本實用新型屬于電子技術的電源管理領域，涉及一種升壓器，尤其涉及一種高性能、高集成度DC/DC升壓器。

背景技術

電源是電子設備的重要組成部分，其質量直接影響電子設備的可靠性。現代的高密度、低功耗集成電路追求低電源電壓已是集成系統的發展趨勢，尤其手提式或便攜式電子產品，如隨身聽、CD播放器、MP3播放器等，普遍采用1.5V或3V電池供電，但此類電子設備的核心處理芯片，如MPU、DSP等器件，大都仍采用3.3V或3V或2.7V電壓的電池供電，必須通過DC/DC轉換電路來轉換為工作電壓，而電池的能耗又會隨著使用時間增長，使輸入電壓不斷降低，造成芯片不能正常工作，因此需采用升壓器對輸入電壓進行升壓處理。而且，電池供電的便攜設備，如手持儀表、移動通訊、微處理器系統、醫療儀器和個人數字處理(PDA)等，對升壓器的體積、重量和功耗等性能都有很高的要求。升壓器屬于電源模塊，為整個設備的芯片提供供電，故要求該模塊獨立于其他非電源模塊，無論是時鐘還是電源都與其他模塊不能公用。

現有技術的電池供電模塊可分為DC/DC電荷泵式和電感式兩種升壓器(又稱電壓調節器)。電感式開關電壓調節器采用電感器儲存能量，對于低功耗集成電路系統，存在下列缺陷：①電源噪聲大和開關輻射噪聲大；②儲存能量的電感無法內部集成，需外接，相應要額外的去耦、特殊地線、屏蔽等處理電路；③需要板極空間更大，這些都導致電路集成度變差、安裝成本提高。電荷泵式升壓器采用電容器儲存能量，公知的Dickson?DC/DC電荷泵式升壓器電路原理圖如圖1所示，它包括一個輸入層、4個拉升層、一個輸出層，還需外接一個時鐘晶振提供兩相不重疊的互補時鐘(Φ、-Φ)，每一拉升層都有一個NMOS開關管和一個外接的電荷儲存電容。它的電壓由于順序層層拉升而存在下列缺陷：①受上一拉升層開關管起始電壓的影響，限制了每一拉升層的最大電壓增益；②每一拉升層開關管的漏極和柵極相連而工作于飽和區，會產生基體效應而降低升壓器的效率；③升壓器電路結構復雜、電路集成度差、安裝成本高、電路獨立性差。

發明內容

本實用新型主要解決目前的升壓器電路結構復雜、電路集成度差、安裝成本高、電路獨立性差、升壓效率低的技術問題。提供一種電路結構簡單、電路集成度高、安裝成本低、電路獨立性好、升壓效率高的高性能、高集成度DC/DC升壓器。

本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本實用新型包括一個時鐘產生電路、一個不重疊時鐘信號產生電路和一個開關型升壓電路；時鐘產生電路輸入端接入整個升壓器的啟動信號Start，時鐘產生電路的輸出端連接不重疊時鐘信號產生電路的輸入端，不重疊時鐘信號產生電路的兩路輸出端分別連接開關型升壓電路的兩路控制端，輸入電壓Vin連接開關型升壓電路的輸入端，開關型升壓電路的輸出端為輸出電壓Vout；時鐘產生電路的輸出信號為CLK，不重疊時鐘信號產生電路將CLK信號轉變為兩相互補不重疊的時鐘信號CLK1、CLK2；開關型升壓電路為不重疊時鐘信號控制的開關型升壓器，它在兩相不重疊時鐘信號控制下將輸入電壓Vin升壓為Vout，輸出所需升壓電壓值和電流。時鐘產生電路設計在升壓器內部，節約時鐘晶振，減少外接電路，從而降低成本，提高整個升壓器的電路獨立性。這種升壓器電路結構簡單，集成度高，升壓效率好。滿足電池供電的便攜設備體積小、重量輕、功耗低的高性能要求。

作為優選，所述的時鐘產生電路包括一個二輸入與非門L1和首尾相連的偶數個反相器，時鐘產生電路的啟動信號接二輸入與非門L1的一輸入端，二輸入與非門L1的輸出端接第一級反相器的輸入端，最后一級反相器的輸出端接二輸入與非門L1的另一輸入端，該端即為時鐘產生電路產生的一相時鐘信號CLK的輸出端；每一級反相器的輸出端和二輸入與非門L1的輸出端都連接有一負載電容Cd，負載電容Cd的另一端接地。時鐘產生電路的啟動信號是一上升延階躍信號。二輸入與非門和首尾相連的偶數個反相器構成一閉環式的環型振蕩鏈路。各負載電容用來加大每一級信號輸出的延遲時間，確保最后輸出的時鐘頻率信號CLK達到所期望的時鐘頻率，該時鐘頻率決定于反相器的數目和負載電容的電容大小。