攜式產(chǎn)品為了減輕重量及縮小體積，在設(shè)計上盡量減少電池的數(shù)量。若便攜式電路工作電壓高于電池電壓時，往往采用升壓式充電泵或升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的充電泵的輸入電壓在0.9～1.0V之間，升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為1.0V左右（啟動電壓為0.6～0.7V）。所以便攜式一般采用1～2節(jié)鎳鉻、鎳氫電池或1節(jié)鋰離子電池供電。

如果輸入電壓降到0.6V以下，則傳統(tǒng)的充電泵或DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的電路（如振蕩器、誤差放大器、邏輯控制電路、電子開關(guān)等）不能正常工作，用傳統(tǒng)的升壓器件無法解決用0.6V以下的輸入電壓達到升壓的目的。

精工電子有限公司（SII）近采用了完全耗盡型SOI技術(shù)（Silicon on Insulator），開發(fā)出與傳統(tǒng)充電泵不同的超低工作電壓的新型充電泵，能在  0.3～0.35V輸入電壓下工作。它與升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器配合，解決了0.3～0.35V輸入電壓的升壓，給微弱電壓的能源創(chuàng)造了一個有效利用的條件。

本文介紹給該新型超低工作電壓充電泵S-882Z系列及與升壓式DC/DC配合的升壓應(yīng)用電路。

特點與用途

S-882Z系列按放電開始電壓大小有4個品種：分別為1.8V、2.0V、2.2V及2.4V，在型號后綴中用18、20、22及24來區(qū)分。例如，S-882Z20是放電開始電壓為2.0V的充電泵。該系列主要特點：輸入電壓V_IN范圍：在Ta=-30～+60℃時為0.3～3.0V，在Ta=-40～+85℃時為0.35～3.0V；工作時的消耗電流在V_IN=0.3V時為0.5mA（值）；有關(guān)閉控制，在關(guān)閉狀態(tài)或稱休眠狀態(tài)時耗電小于0.6μA（V_IN=0.3V）；關(guān)閉控制電壓為放電開始電壓加0.1V（≤3.0V）；內(nèi)部振蕩器頻率350kHz；外部僅接一個啟動電容（C_CPOUT），小尺寸SOT-23-5封裝；無鉛。

S-882Z系列主要應(yīng)用于太陽能電池、燃料電池等低壓電源的升壓；RF標簽內(nèi)部的電壓升壓（如用于高速公路收費系統(tǒng)）；為間斷工作系統(tǒng)提供電源。

引腳排列與功能

引腳排列如所示，各引腳的功能如表1所示。

  S-882Z頂視圖

 

內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

傳統(tǒng)的升壓式充電泵電路由升壓泵電路加上穩(wěn)壓控制電路組成，輸出的電壓可直接給負載供電。S-882Z升壓式充電泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的充電泵不同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如所示。

  S-882Z內(nèi)部結(jié)構(gòu)

S-882Z的內(nèi)部升壓式充電泵的電路及振蕩電路與傳統(tǒng)的充電泵電路是相同的，但它的輸入電壓（即放電電路）與傳統(tǒng)的充電泵電路不同。它有R1、R2組成的分壓器、電壓比較器COMP1、P-MOSFET（M1）及基準電壓源V_REF組成。另外，它還有監(jiān)測升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓來控制升壓式充電泵工作的電路部分。這部分由分壓器R3、R4、電壓比較器COMP2組成，它的輸出去控制振蕩電路的工作，即控制升壓式充電泵的工作或停止工作。

S-882Z的工作原理如下：

（1）V_IN端輸入0.3V以上的電壓時，振蕩電路就可以工作，輸出時鐘號（CLK），使升壓式電荷電路開始工作；

（2）升壓式充電泵電路將輸入端的電荷經(jīng)內(nèi)部電子開關(guān)及泵電容的轉(zhuǎn)移，由CPOUT端輸出的電荷給C_CPOUT充電，使C_CPOUT上的電壓漸漸升高；

（3）C_CPOUT上的電壓上升到一定值時（放電開始電壓），使R1、R2組成的分壓器電壓大于V_REF，比較器COMP1輸出低電平。此低電平使P-MOSFET（M1）有一個合適的-VGS，使M1導(dǎo)通，則C_CPOUT上的電壓經(jīng)M1放電，由輸出端OUT輸出，此電壓給升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器作啟動電壓。開始放電的電壓取決于R1、R2的比值，在工廠中已設(shè)定好4種開始放電壓，即1.8V、2.0V、2.2V及2.4V；

（4）當C_CPOUT放電后，其電壓降低，當C_CPOUT上的電壓降低到R1、R2上的分壓小于V_REF時COMP1輸出高電平，M1截止，C_CPOUT放電停止，C_CPOUT上又開始充電升壓；

（5）OUT端輸出的電壓給升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器供電，升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器開始工作，輸出升壓后的電壓，若升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的電壓VOUT大于放電開始電壓加0.1V時，此電壓輸入S-882Z的VM端，經(jīng)R3、R4分壓后，其分壓大于COMP2的基準電壓V_REF，則比較器COMP2輸出高電平，此高電平可使振蕩電路停止工作，與此同時升壓式充電泵電路停止工作，即充電泵電路被關(guān)閉，可節(jié)省電能。S-882Z的額定值如表2所示。

典型應(yīng)用電路

S882Z的典型應(yīng)用電路如所示。V_IN=0.3V、V_OUT=3.0V、I_OUT=1mA。圖中，S-8353D30MC是一種輸出固定3.0V的升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器，圖中，SD1是肖特基，增加SD1后可使用較小電容量值的啟動C_CPOUT的輸出電壓就能啟動升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。圖中，CVDD是升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源平滑電容器。L、SD2、CL是升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器的三大外圍。

  S882Z的典型應(yīng)用電路

 在的電路中，電感器L、SD2及輸出電容CL值的選取請參看SII生產(chǎn)的S-8353的規(guī)格書，另外要選擇C_CPOUT的電容量。

C_CPOUT容量的選擇也很簡單，它與升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源平滑電容C_VDD有關(guān)、與充電泵的輸出電流即升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的消耗電流I_VDD大小有關(guān)，與輸入電壓V_IN大小有關(guān)，另外還與工作溫度有關(guān)。

SII提出一個C_CPOUT的計算公式。公式如下：

V_CPOUT1>V_DDL+0.2V
C_CPOUT>10C_VDD
V_CPOUT1: S-882Z系列的放電開始電壓值（單位：V）
C_CPOUT：啟動用電容器的容量值（單位：μF）
C_VDD: 升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器用電源平滑電容器的容量值（單位：μF）
I_VDD: 升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的消耗電流值（單位：mA）
V_DDL: 升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作電壓（單位：V）
tS: 升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的啟動電壓＝軟啟動時間（單位：ms）

筆者認為，這種計算較復(fù)雜，計算也不高，可估算后由實驗來確定C_CPOUT的值較為可靠、方便。

結(jié)束語

SII推出了用0.3～0.35V超低電壓升壓的方案，給微弱電壓電源的應(yīng)用開創(chuàng)了良好的條件。使用S-882Z系列可以將輸入工作電壓V_IN的范圍擴展到0.3V，并對于輸入電壓在0.9V或以上, 但需較大輸出電流情況下激活的升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器來升壓，均可用S-882Z來啟動升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。所以，對于太陽能電池，燃料電池等超低電壓的應(yīng)用而言，其無疑是一個具有實際意義的方案。