[發(fā)明專利]基于開關(guān)電容的微能量收集升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810049795.3
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN107968564B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋雪明;孫曉菲;岳宏衛(wèi);徐衛(wèi)林;韋保林;劉俊昕
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發(fā)明公開一種基于開關(guān)電容的微能量收集升壓DC?DC轉(zhuǎn)換電路，由LC振蕩電路、N+M個開關(guān)電容單元、儲能電容Csubgt;0/subgt;和Csubgt;2/subgt;、帶隙基準(zhǔn)電壓源、比較器、邊沿檢測電路、反相器、壓降檢測支路、斯密特反相器、開關(guān)管MNsubgt;2/subgt;和MPsubgt;3/subgt;、以及與非門組成。本發(fā)明能夠在較低輸入電壓條件下啟動，減少數(shù)字電路和系統(tǒng)時鐘數(shù)目，進(jìn)一步減小控制電路的功耗，以實現(xiàn)全集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于開關(guān)電容的微能量收集升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)

現(xiàn)代微能量收集技術(shù)可以將周圍環(huán)境中形態(tài)各異卻又無處不在的能量通過一定的方式收集起來轉(zhuǎn)化成電能用于電子設(shè)備供電，這是一種最有發(fā)展前景的工作解決方案。微能量管理電路可以采集環(huán)境中的能量，將之轉(zhuǎn)化為電能，為電子設(shè)備提供持續(xù)的能量供給。微能量收集系統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換電路需要關(guān)注以下問題：首先，由于微能量輸入電壓往往過低，微能量管理技術(shù)首先面對的一個問題就是很低的初始電壓，其通常會低于常規(guī)電子電路工作所需的電壓，因此必須使電路在很低的輸入電壓下完成自啟動，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。其次，保持電源管理系統(tǒng)本身的低功耗也至關(guān)重要，其有利于延長設(shè)備的使用時間和電池壽命，提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，使得產(chǎn)品更加輕巧，降低制作和維護(hù)的成本。再者，低功耗可以減少功率器件的發(fā)熱，緩解設(shè)備散熱的壓力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

然而，傳統(tǒng)低壓升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路如圖1所示，其需要一定的輸入電壓VDD，冷啟動模塊主要由環(huán)形振蕩器和多級電荷泵級聯(lián)組成，環(huán)形振蕩器為升壓電荷泵提供時鐘輸入控制，進(jìn)行升壓為主升壓模塊提供啟動電壓，主升壓模塊由另一個環(huán)形振蕩器和多級電荷泵組成，主升壓的環(huán)形振蕩器又要產(chǎn)生另一路時鐘輸入控制，需要同時提供兩個不同時鐘控制信號，需要有龐大的數(shù)字控制電路，會消耗更多的功耗。雖然電感型低壓升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路可以提高系統(tǒng)的效率，但是需要片外集成大電感，因而不利于全集成，且會增加功耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于開關(guān)電容的微能量收集升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其能夠在較低輸入電壓條件下啟動，減少數(shù)字電路和系統(tǒng)時鐘數(shù)目，進(jìn)一步減小控制電路的功耗，以實現(xiàn)全集成。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

基于開關(guān)電容的微能量收集升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路，由LC振蕩電路、N+M個開關(guān)電容單元、儲能電容C₀和C₂、帶隙基準(zhǔn)電壓源、比較器、邊沿檢測電路、反相器、壓降檢測支路、斯密特反相器、開關(guān)管MN₂和MP₃、以及與非門組成；其中N和M均為大于1的正整數(shù)；

LC振蕩電路的輸入端形成整個升壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端，輸入輸入電壓input；LC振蕩電路的一路時鐘信號輸出端輸出時鐘信號CLK，另一路時鐘信號輸出端輸出反相時鐘信號

N個開關(guān)電容單元相互串聯(lián)后，其串聯(lián)后的輸入端接輸入電壓input，串聯(lián)后的輸出端輸出輸出電壓Vout1；M個開關(guān)電容單元相互串聯(lián)后，其串聯(lián)后的輸入端接輸入電壓input，串聯(lián)后的輸出端輸出輸出電壓Vout2；

所有開關(guān)電容單元的時鐘信號輸入端接LC振蕩電路輸出的時鐘信號CLK，所有開關(guān)電容單元的反相時鐘信號輸入端接LC振蕩電路輸出的反相時鐘信號

儲能電容C₀一端接N個開關(guān)電容單元輸出的輸出電壓Vout1，另一端接地；

儲能電容C₂一端接M個開關(guān)電容單元輸出的輸出電壓Vout2，另一端接地；

帶隙基準(zhǔn)電壓源的電源端接N個開關(guān)電容單元輸出的輸出電壓Vout1，帶隙基準(zhǔn)電壓源的輸出端輸出基準(zhǔn)電壓Vref；