跳转至

电源管理芯片

LDO

DC-DC

开关电容DC-DC

电荷转移中,导通电阻上的损失与电阻无关。

\[ C_1 V_1 + C_2 V_2 = (C_1+C_2) V\,,V=\frac{C_1V_1+C_2V_2}{C_1+C_2} \]
\[ E_{cap}=\frac{1}{2}CV^2 \]
\[ E_{initial}=\frac{1}{2}C_1V_1^2+\frac{1}{2}C_2V_2^2 \]
\[ E_{final}=\frac{1}{2}{C_1}{C_2}V^2 \]
\[ E_{loss} = E_{initial}-E_{final}=\frac{1}{2}\left(\frac{C_1C_2}{C_1+C_2}\right)(V_1-V_2)^2 \]

电压倍增器

\(\Phi_1\)阶段给\(C_1\)充电,\(\Phi_2\)阶段\(V_{dd}\)\(C_2\)捅上\(2V_{dd}\)

输出电压(考虑纹波):

\[ \begin{aligned} \bar V_o &= \frac{1}{2}\left(\frac{V_{o1}+V_{o2}}{2}+\frac{V_{o2}+V_{o3}}{2}\right)\\ &=2V_{dd}-\frac{I_oT}{C_1}+\frac{I_oT}{8(C_1+C_L)}-\frac{I_oT}{8C_L} \end{aligned} \]
\[ \Delta V = \frac{I_oT}{C_1}-\frac{I_oT}{8(C_1+C_L)}+\frac{I_oT}{8C_L} \]

改进:加一个支路

\(\Phi_1\)阶段:\(C_2\)\(V_{dd}\)串联对\(C_L\)放电,\(C_1\)充电;

\(\Phi_2\)阶段:\(C_1\)​和\(V_{dd}\)​串联对\(C_L\)放电,\(C_2\)充电;

意义:压降大的时候比LDO高效!\(\eta_{LDO}\approx\frac{V_{out}}{V_{in}}\), \(\eta_{CP}\approx\frac{V_{out}}{VCR\times V_{in}}\)

开关电容DC-DC转换器只能处理离散VCR!

其他转换比

1/2, 1/3, 2/3比例:可重构单元

线性VCR拓扑(2,3,4,5):Dickson/梯形/串-并联

非线性VCR拓扑:

  • 斐波那契比例(2,3,5,8):

  • 指数比例(2,4,8,16):级连电压倍增器
  • 多级

不同拓扑的对比:

  1. 串联-并联结构:高效利用电容,串联阶段开关阻抗大,对电容受限场景适用(FIVR)
  2. Dickson和梯型拓扑:高频更好,等效电容小
  3. Fibonacci:电容利用率和开关利用率都一般

alt text