电荷泵降压开关电源芯片设计

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1、摘要近些年来，由于人们对系统效率的追求，开关电源越来越多应用到各种设备中，尤其是采用电池供电的设备。然而电感式开关电源需要一个体积比较大的电感，和设备体积越来越小的趋势是一个矛盾。因此效率比较高，体积比较小的解决方案将有现实的意义。在本论文中，简单介绍了一下现在流行的电源结构。本文中的降压电荷泵采用了I／2倍降压。为了降低输出电压的噪声，后级的输出采用了LDO(LowDrop—Out)作为有源滤波。阐述了电荷泵的工作原理，同时围绕后级的输出，对LDO的运放，带隙参考基准以及功率调整管展开了描述。关键词：电荷泵，L

2、DO，运算放大器，带隙参考基准中图分类号：TN4微电子学、集成电路(IC)nAbstractInrecentyears，almosteveryonehasatleastoneportabledevice，thedevicesarepoweredbybattery，suchascellphone，portableDVD，PSP，GPSandSOon．HowtomakethebatteryIifetimelongerisahottopicforthehardwaredesigner．Usingofthehighcon

3、versionefficiencypowermanagementdevicesistheeffectivemethodtoprolongthebatterylife．Theinductorbasedbuckregulatoristhemostpopulartopology．Thebuckusuallyneedsabigsizeinductorandoutputcapacitortooptimizetheoutputnoise，butfortheportabledevice，thePCBareareservedfo

4、rthepowermanagementisveryIimited．Thetinybuthighefficiencysolutioniswelcomedinthiskindofapplication．Thecapacitorbasedswitchingpowercanmeetthecriticalrequirements．Thispaperintroducedsomekindsofpowermanagementtopologies，hasacomparisonamongthem．Introducedthetheor

5、yofa1／2buckchargepump．Inordertoreducetheoutputnoisetotherelativelowlevel，theLDOisemployed．AstheheartoftheLDO，theoperationalamplifier，band—gapreferenceandbypassPMOSFETareal1introduced．Keywords：chargepump，lowdropout，band—gapreference，operationalamplifier，by—pas

6、sPMOSFET．C1assificationcode：TN4，microelectronics．2前言第一章前言本章介绍了当前市场流行的一些电源芯片结构，提出了设计指标，介绍了论文的安排。1．1研究背景近年来，手持设备在全世界范围内的增长非常迅猛。据统计，全球已经有超过10亿部手持设备。手持设备的基本上都是电池供电，手持设备的待机时间也很大程度上受到了电池容量的限制。在如何提高电池容量和提高电源转换效率方面，一直是业界研究的重点。单位电池的容量平均每年仅仅增长在7％左右，因此更多的研究注重在提高电源转换效率方面

7、。在手持设备中，电源所需要用到的拓扑结构分为：电感降压，电感升压，LDO，电荷泵升压，电感负压等。最多的是需要把电池电压降到系统内核／IO口所需要的电压的降压方案。随着半导体工艺的进步，内核电压已经降到了1．2V甚至1V，IO电压也已经降到了1．8V。基本上，在目前的应用中，降压方案的采用主要考虑到下面几个方面：1。电流；2。电压；3。成本；4。设计难易程度等。电流超过150mA很多人会考虑用电感降压方式，目前的技术，可以很容易达到90％以上的效率。电压输出过低的话，为了提高系统效率，在电流不是很大的情况下也会采

8、取电感降压。比如说，1．2V电压lOOmA电流的情况下，如果采用LDO，转换效率只有30％2生右(3．5-4．2V的锂电池系统)，在这种情况下也会考虑采用电感降压方式，效率也可以达到90％左右。然而刚才还提到选择方案的时候还要考虑成本和设计难易问题，在很多情况下，对于150mA以下的电源，更多的工程师选择了LDO方式。电感降压方式至少需要两个比较大的电容，一个电感和一个控