適用于能量獲取電路的升壓型DC-DC轉換器電路關鍵技術研究.pdf

1、隨著IC技術和工藝水平的快速提高，電子設備已廣泛應用在人們的日常生活當中。同時，電子設備也在逐步占領可穿戴領域。目前市場已開發(fā)出的智能手表、智能手環(huán)、智能眼鏡等都已開始替代傳統(tǒng)可穿戴設備?？深A見的是，電子設備將會持續(xù)蓬勃發(fā)展，并且體積會更小、續(xù)航時間會更長。但是，這些設備的供電模式仍是電池供電。這種傳統(tǒng)的供電模式極大程度地限制了這些便攜設備的應用周期和應用場合。對于外圍環(huán)境存在的能量，比如熱能、太陽能、機械振動能等，如何獲取這些能量并轉

2、化為可利用的電能，從而提高電源使用周期至關重要。然而，從這些能量獲取電路中得到的輸出功率非常低，通常在幾十微瓦到幾百微瓦之間，這樣小的數量級并不足以為后續(xù)設備提供可用的電源電壓，所以，如何將輸出電壓升高到可供這些電子設備正常工作的電壓，并可以進行有效的電源管理就非常重要了。
　　出于上述情況的考慮，本文設計了一款可用于能量獲取電路的升壓型DC-DC轉換器。該轉換器包括諧振升壓電路、同步整流器、帶隙基準電壓源（Bandgap Ref

3、erence，BGR）、電源轉換模塊、低壓差（Low Dropout，LDO）線性穩(wěn)壓器、充電控制模塊、可編程電阻模塊等電路。諧振升壓電路大大降低了最低可輸入電壓值，同步整流器具有高轉換效率的性能，LDO線性穩(wěn)壓器可輸出穩(wěn)定的直流電壓，為外部微處理器供電。同時，電路中還包括儲能電容，保證電路在沒有電源電壓的情況下仍能正常工作，延長了電路的使用周期，并加入保護電路保證了系統(tǒng)正常的工作。
　　本文首先研究了能量獲取電路的完整工作流程，

4、分別對AC-DC整流器和DC-DC轉換器的類型和工作原理進行了分析，著重對升壓型（Boost）DC-DC轉換器進行了分析，包括其工作模式、調制方式、反饋環(huán)路和補償方式等。然后提出了電路的整體結構，從系統(tǒng)級詳細分析了電路的工作原理，隨后重點針對電路中的主要功能模塊進行了研究，最后基于SMIC0.18μm工藝，使用Spectre軟件對各個模塊以及整體電路進行仿真驗證。
　　仿真結果表明，該DC-DC轉換器的輸入電壓最低可達到20mV，

5、極低的輸入電壓可使得該DC-DC轉換器適用于能量獲取電路和電源管理電路。輸出電壓范圍為2.35V～5V，并且應用可編程電阻模塊能夠輸出4個不同電壓值，針對不同應用可選擇最合適的輸出電壓，從而提高電壓使用效率。LDO線性穩(wěn)壓器輸出固定的2.2V電壓，可為低功耗電路提供一個穩(wěn)定的電源電壓，同時設計了過流保護電路使整個系統(tǒng)的工作更加安全。儲存電壓VSTORE在電源電壓缺失或較低的條件下可作為備用電源電壓為電路供電，極大地提高了設備的使用周期。