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下载我们的免费GreenPak Designer软件[1]打开.gp文件[2]并查看所提出的电路设计。使用GreenPak开发工具[3.]在几分钟内将设计冻结到您自己的定制IC中。雷竞技电竞平台对话框半导体提供完整的应用程序笔记库[4]具有设计示例以及对话框IC中的功能和块的说明。

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4. GreenPAK应用笔记，GreenPak应用笔记网页，对话框半导体雷竞技电竞平台
5. 电容电荷泵使用GreenPak，应用笔记，对话框半导体雷竞技电竞平台
6. SLG46533，数据表，Dialog S雷竞技电竞平台emiconductor。
7. MCP1252/3 Low-Noise, Positive-Regulated Charge Pump, Datasheet, Microchip Technology
8. LTC1751 / LTC1751 - 3.3 / LTC1751-5，数据表，线性技术。
9. TPS6013x调节5-V，300 mA高效电荷泵DC-DC转换器，数据表，德州仪器。

介绍

物联网市场上的许多电池供电应用需要额外的电雷竞技安卓下载压水平来为特定的接口电路、传感器等供电。介绍了如何利用一种可调节电容电荷泵GreenPAK™IC和几个低成本的外部组件。单级电荷泵可以配置为电压倍增器或逆变器。多级电荷泵使能电压越高，正负（反相倍增器，三层等）。输出是调节电压源，无关的输入电压电平变化和负载变化，条件是输入电压和负载在限定的限制内。最大输出电流在毫安范围内。本应用笔记是对话半导体App Note“电容电荷泵使用的延续雷竞技电竞平台GreenPAK“用于未调节的充电泵。

GreenPak电源电压用作电荷泵输入。的GreenPAK输出外部自举电容的驱动信号。对于多级电荷泵GreenPAK输出两个抗阶段驱动信号。控制信号是可选的，以启动/停止（断电）电荷泵，并且可以作为IO或通过串行通信协议添加。使用I2C启用时GreenPAK通过I2C通信控制内部参考电压，可以对输出电压电平进行编程。如果需要严格的输出电压公差，可以采用外部精度参考。

一GreenPAKIC可以控制具有各种输出电压的多个电荷泵。独立的可编程性可能限于一些输出，具体取决于某些输出GreenPAK选择的一部分。在输入电压低的情况下，GreenPAK可以级联S级联以获得具有更少的外部组件的输出电压。

基本框图见图1．

电荷泵电路设计

实现的基础是无调节电荷泵的设计。当需要的输出电压满足时，一个比较器被添加到检测中，然后停止对输出电容充电。这样，输出电压受到限制，而不需要额外的LDO或其他类型的耗散调节器。因为模拟比较器在大多数GreenPAKit’只需要一个电阻式分压器。

调节电荷泵的电路性能与非调节电荷泵的电路设计过程相似。设计人员需要确保非调节配置的电荷泵在所有工作条件(输入电压和负载电流)下都能提供足够高的输出电压。引入的反馈将调节输出电压。必要的电压裕度可以忽略不计。

工作频率和电容选择

在非调节电荷泵的应用说明中说明了工作频率和电容器的选择;这些原理都适用于调节电荷泵。此外，我们将研究工作频率和电容如何影响输出电压调节。

通过控制峰值输出电压值来执行输出电压调节，因此输出电压的平均值取决于纹波。在无负载下，纹波为零，所以平均电压等于峰值电压。在满载时，最大纹波和平均值是峰值峰值波纹的峰值减去一半。调节“零到满载”等于最大峰值波纹的一半。

纹波取决于负载、工作频率和电容。负载通常不能改变设计，但工作频率和电容可以设置为正确的操作。

增加工作频率可以减少纹波并改善输出电压的调节。然而，它也增加了功率损耗，降低了效率。增加输出电容可以减少纹波并改善输出电压的调节。然而，更大的电容器通常尺寸更大，成本更高。请注意，较大的输出电容也意味着较长的启动时间，以及较长的调节输出电压之间的过渡时间。在轻负载和大输出电容时，向低电压水平的过渡可能需要很长时间。

为了最高效率，通过增加输出电容来改善调节。对于低价格、小尺寸和快速响应，通过增加操作频率来改善调节。

二极管选择

二极管的选择在非调节电荷泵的应用说明中作了说明。然而，调节电荷泵缺乏二极管正向电压对输出调节的影响，因此二极管只影响最大可实现的输出电压。在引入调节后，只要电路处于调节状态，二极管只会对功率效率产生轻微的影响。如果使用正向压降较低的二极管(肖特基二极管)，效率不会高得多，但耗散将从二极管转移到GreenPAK本身。在某些应用中，具有较高雷竞技安卓下载正向压降的标准二极管可以帮助降低器件的热GreenPAK我知道了。

电压助推器的反馈设计

反馈设计对于电压倍增器的情况很简单。输出电压峰由电阻分压器比直接确定，参考电压由GreenPAK内部块。参考电压性能最好是1 V，这也是计算的方便。分隔率获得v出去一台电视裁判：

R1/ R2= V出去/ V裁判- 1

使用V裁判1 V等于R1/ R.2= V出去- 1

例如,V出去= 5 V和V裁判=1V，R1/ R.2= 4。

关于分频器的电阻，简单的方法是使分频器电流为最大输出电流的1％。

V裁判/ R2=我outmax.* 1％

例如,我outmax.= 1 mA, R2= 1 V / 10 μA = 100 KΩ和R1= 4 * r2= 400 KΩ。

电阻分压器加载电荷泵并增加静态电流，从而降低电路效率。因此，最好将目标对准高电阻。但是，电阻过高会使电路容易受到电磁干扰，并引入噪声，从而反射到输出电压。此外，输入特性a的csGreenPAK比较器在高分压器电阻变得更小，可以忽略不计，并可能影响输出电压的调整。

比较器输入阻抗在增益1x时非常高，但在使用内部分频器时要低得多：

获得	1 x	0.5倍		0.33x.		0.25倍
输入电阻	100兆欧	1mΩ.	2兆欧	0.8Ω	2兆欧	1mΩ.	2兆欧
输入电流@ 1V	10天	1μA.	0.5μA.	1.25μ	0.5μA.	1μA.	0.5μA.

当内部分压器开启时，输入电流约为1 μA。要使其保持在1%以下，分压器电流应至少为100 μA，这对于低功率应用来说太高了。雷竞技安卓下载当输入电流在10nA左右，分压器电流在1μA及以上时，分压器电流小于1%时，最好采用分压器关断的比较器。

漏电流为典型的1na，比比较器输入电流小10倍。然而，泄漏电流对温度的依赖性很强，在高温下可以达到1 μA。电荷泵损失加热GreenPAK即使在中等的环境温度下，集成电路和温度也可能大幅度升高。对于大多数应用，泄雷竞技安卓下载漏电流将保持在0.1 μA以下;仍然比比较器输入电流高10倍。为使误差保持在1%以下，分压器电流应至少为10 μA。

建议:除特殊情况外，设计分压器电流为10 μA或以上GreenPAK工作在高环境温度或高功率电荷泵(高损耗)情况下，100μA分压器电流是首选选项。

电压逆变器的反馈设计

在电压反相器电路中，参考接地的输出分压器产生接地以下的感测电压–外部GreenPAK电源电压范围。这种感测信号不能应用于比较器输入，因此分压器必须偏置到地面的参考电位。一个解决方案是利用GreenPAK连接到输出引脚的内部参考。在此配置中，电路使用2个参考电压，一个参考电压用于比较器阈值（称为“阈值电压”），另一个参考电压用于反馈（称为“参考电压”）。

输出电压峰值由电阻分压器的比值以及参考电压和阈值电压与参考电压的差值决定。

V出去= Vth–Rf(V裁判–Vth) / Rr= Vth(1 + Rf/ Rr） - V.裁判* R.f/ Rr

编程GreenPAK内部引用VREF和VTH设置输出电压电平，具有固定分压器比例。

服用V.th〜0，大大简化了输出电压的表达式：

V出去~ - v裁判* R.f/ Rr

当考虑电压逆变器的情况下的分压器电阻时，设计人员必须考虑当前容量GreenPAK引用输出。电流容量相对较低，电阻必须足够高，以避免过载。

输入参考逆变器的反馈设计

在常见的情况下，当输入电压被调节（容差紧）并且对于匹配输入电压调节的输出电压调节令人满意，可以使用输入电压来产生参考电压。该电路被简化并类似于电压倍增器配置：

用输入电压更换参考电压为输出电压提供公式：

V出去= Vth–Rf(V在–Vth) / Rr= Vth(1 + Rf/ Rr） - V.在* R.f/ Rr

编程Vth设置负输出电压。

选择Vth〜0，大大简化了输出电压的表达式：

V出去~ - v在* R.f/ Rr

对于单级电压逆变器，Rf必须小于rr，因为输出电压的绝对值不能高于输入电压。

适用于为电压倍增器选择电阻值的相同原理也适用于变频器配置。

GreenPAK设计

的GreenPAK设计增加了一个模拟比较器和一对门到非调节电荷泵的设计。工作频率影响调节，因为反馈控制的是输出峰值而不是平均水平，所以输出电压随着输出纹波的增加而下降。通过选择更高的工作频率和/或大的输出电容来保持输出纹波低，以提高输出电压的调节能力。

振荡器设计和输出引脚设计

振荡器和输出引脚的设计在非调节电荷泵的应用说明中进行了说明。然而，由输出引脚的串联电阻引入的电压降通过调节被中和，因此输出引脚配置仅影响最大输出电压。输出引脚配置仍然影响效率，就像未调节的电荷泵一样。如果使用电阻较低的引脚，如果多个引脚并联布线，并且如果选择具有更好IO性能的GreenPAK，则效率将更好。

比较器设计和编程输出电压

迟滞:使能并设置为最小可用值(25 mV)。迟滞提高有效参考电压V_IH，在“信息”部分的ACMP设置对话框中显示。

低带宽:对反馈输入启用低通滤波器。在嘈杂环境中使用。

在+增益：禁用高输入阻抗。

在+源：选择反馈输入引脚。

源内:设置初始V裁判值为绝对值(mV)， Vdd分数或ext. Vref根据需要。这个初始值可以通过I来改变2C命令。

通过设置比较器输入端的内部参考电压，可以通过串行通信对输出电压进行编程。通过我2C内部参考可以在50 mV步骤中设定在50 mV和1200 mV之间。使用反馈电阻分压器可以将调节设置为调节输出电压到不同的值

GreenPAK设计示意图

图4显示基本设计，只有一个引脚用于驱动Dickson充电泵。输出电压不可编程，但该设计包括关闭功能。这种设计简单使能G雷琴PAK内置功能。基本设计适合任何GreenPAK这提供了一个模拟比较器块。为了增加驱动强度，添加可用的输出引脚，并将它们连接到LUT输出。

图5显示一个可编程输出电压和两个关闭输入的设计:一个直接输入，像在第一个设计，和另一个通过I2它们通过OR门连接，这样每一个都可以独立地关闭电荷泵。如果需要关闭命令的优先级逻辑，请相应修改LUT0。这个设计需要我2C语言的功能，它适合任何GreenPAKSLG465xx或SLG468xx。启用可编程输出I2C块必须被启用。

POSPTROW功能

有关POSPOWD功能的设计问题是在应用笔记中解释了用于未调节电荷泵的应用。额外的设计步骤需要关闭执行调节的比较器块，如图所示图4．

如果不需要下电特性，比较器(ACMP0)的PWR UP输入必须连接HI。在此场景下，推荐使用POR块作为HI源。

当设计一个完全关闭的电压升压器时(见非稳压充电泵的应用说明)，将反馈分压器连接到负载上，否则它将在断电期间从电源轨吸取电流。

电路性能

电路性能规格：C泵= C出去= 1 μF X7R, D =肖特基,

TA = 25°C, fosc.= 125 kHz;我神奇动物= 10 ua;Rr=100kΩ;Rf= 400 kΩ (5 v出去)或230 KΩ（3.3 V出去）;V裁判= 1000 mV除非另有注明。

象征	参数	请注意	闵	Typ	马克斯	单位
V在	电源电压		1.71	---	5．5	V
我qsc	静态电流	RL =∞，125khz	---	100.	---	μ一
我SHDN.	关闭电流（注1）	SLG46533	0．31	0．57	0.89	μ一
fosc.	振荡器频率 25kHz OSC 2M OSC.	可选择的(注2)	0.048 -3.4% -9.4％	25/2n 2000/2n	2000 4.7% 14.4%	千赫
我出去	输出电流（注3）		5	10.	45	马
V出去	输出电压精度	在监管	-3	-	＋3	％
神奇动物接口信息处理器	反馈销阻抗	(注4)	0.8	100.	-	MΩ
P效率	功率转换效率	Rl=5kΩ.	51	63	76	％
Vth	关闭输入阈值 高状态，设备关闭 低状态，设备运行	V在= 3.3V，可选（注5）	1.06 0.67	1.81 1.31		V
T一个	工作温度		-40	25.	85.	°C.

注1我SHDN.:为SLG46533指定，其他Dialog部件参见相关数据表;考虑泄漏和其他寄生在外G雷琴PAK可以忽略不计;在实际电路中测量的关断电流包括反馈电流、泄漏和其他寄生参数，而不仅仅是G雷琴PAKIC，检查图19．

注2可选择的频率派生的25 kHz或2 MHz: 25 kHz / 2 n或2 MHz / 2 n, n=0..9

注3柱子“min”：单引脚2x驱动器，“典型”：2×驱动器中的2个引脚，“Max”：多个引脚并行2x驱动器;为SLG46533指定，请参阅其他对话框的相关数据表;

注意4取决于比较器配置，有关详细信息，请参阅表1．

注5GreenPAK输入电平可以编程为逻辑输入(列类型中显示的最小高电平和最大低电平)或低电平逻辑输入(列类型中显示的最小高电平和最大低电平)。第三个选项是带有施密特触发器的逻辑输入GreenPAK电压等级数据表。

测试与结果

该稳压倍频电荷泵外部电路组装在一个电路板上，并与一个GreenPAK通用的开发板。SLG46533有足够的GPIO引脚来并行测试多个引脚。电荷泵输入端连接可编程直流电压源。电荷泵输出端连接可编程负载。连接两台专业高精度万用表，测量输入输出参数。

对于最终的测量，GreenPAK删除通用开发板，因为它引入了影响测量结果的电路中的效果，例如模拟开关的串联电阻。有关完整的测试设置原理图和照片，请参阅未调节电荷泵应用笔记。

由于测试包括各种配置，GreenPAKDUT设备的设计相应地适应，从而可以通过从自动测试设置发送的数字信号来改变电荷泵配置。的GreenPAK设计见图7它只用于测试目的。

图

测量了两种流行的低成本二极管选择:标准硅快速开关二极管1N4148和肖特基二极管BAT42。结果以图形形式呈现。

所有图表：

C泵= C出去=1μFX7R陶瓷多层;Ta = 25°C;fosc.= 125千赫

反馈:

我神奇动物= 10 ua;Rr=100kΩ;Rf= 400 kΩ (5 v出去)或230 KΩ（3.3 V出去）;V裁判= 1000 mV

配置:电压升压器(倍频器);完全关闭:没有;可编程(我2C):是的

图形vs负载电流，参数:V在;f = 125 kHz;drive = 2引脚2x：

输出电压vs负载电流(负载调节)@ V在= 4.5 v, 3.7 v, 3.0 v;D =标准肖特基;线性范围内

输出电压vs负载电流(负载调节)@ V在= 3.7 v, 3.0 v, 2.5 v;D =标准肖特基;线性范围内

输出电压vs负载电流(负载调节)@ V在=4.5伏、3.7伏、3.0伏；D=标准，肖特基；对数刻度

输出电压vs负载电流(负载调节)@ V在= 3.7 v, 3.0 v, 2.5 v;D =标准肖特基;对数尺度

12）效率与负载电流@ V出去= 5 V;V在= 4.5 v, 3.7 v, 3.0 v;D =标准肖特基

效率vs负载电流@ V出去= 3.3 v;V在= 3.7 v, 3.0 v, 2.5 v;D =标准肖特基

图vs Vin，参数Iout: V在;f = 125 kHz;drive = 2引脚2x：

14）5 V输出电压VS输入电压（线路调节）@ i出去= 1 mA，3 mA，10 mA;D =标准肖特基

输出电压vs输入电压(线路调节)@ I出去= 1 mA，3 mA，10 mA;D =标准肖特基

16） 5 V输出效率与输入电压@I出去= 1 mA，3 mA，10 mA;D =标准肖特基

输出效率vs输入电压@ I出去= 1 mA，3 mA，10 mA;D =标准肖特基

静态电流vs输入电压@ V出去= 5 v, 3.3 v;D =标准肖特基

关闭电流与输入电压@ V出去= 5 v, 3.3 v;D =标准肖特基

图8:负载调节5v Lin	图9：负载调节3.3 V林
图10:负载调节5v日志	图11：负载调节3.3 V日志

图12：效率与负载5 V	图13:效率vs负载3.3 V
图14：线路调节5 V	图15:线规3.3 V

图16:效率vs线5v

图17：效率与线路3.3 V

图18:静态电流

图19：关闭电流

可选的设计修改和优化

外部二极管可以由MOSFET或模拟开关代替，以减少电压降(增加输出电压)和提高效率。在这种情况下，非稳压输出电压高于所需的稳压电压，只会影响效率。

输出电压可以由LDO或齐纳二极管调节，以消除输出纹波。有了调节电荷泵，就不需要补偿输入电压和负载变化。当使用ldo时，输出特性是类似的稳压和非稳压电荷泵，所以稳压电路通常是不必要的。然而，使用调节电荷泵与LDO具有更低的聚集损失和更少的热量对LDO的优势。对于电池供电电路来说，与“无调节电荷泵+ LDO”配置相比，“调节电荷泵+ LDO”配置可以使电池的自主性增加一倍，因此提高效率非常重要。

看着设计修改和优化用于未调节电荷泵，重要的是要注意，如果需要有多个输出，则可以使用相同的电荷泵重用相同的驱动引脚，如果需要多个输出。对于调节电荷泵，这是不可能的，因为驱动引脚用于调节和不同输出的脉冲宽度将不相等。通过调节电荷泵，您必须使用至少一个驱动引脚和每个输出的一个反馈引脚。但是，可以对多个负输出使用相同的内部电压参考，如图所示图21．

主要优势和商业可行性

如果你已经有GreenPAK在你的电路中执行其他功能的IC，在GreenPAK中有一些未使用的引脚和一些空闲的块，那么它是绝对商业上可行的GreenPAK调节电荷泵解决方案，因为它将只需要两个额外的二极管，电容器和电阻。这种解决方案在生产数量上的总成本降至美分，比专门的电荷泵集成电路低5到10倍。

GreenPAK电荷泵解决方案也是竞争，如果它仅适用于电荷泵功能。在这种情况下，选择低成本G雷琴PAK如SLG46110，您可以达到2倍的成本比专门电荷泵IC解决方案。

一GreenPAK可以控制多个调节电荷泵电路或调节和未调节电荷泵的组合。每个额外的电荷泵的成本降低到额外的外部组件，这是几美分。通过商用电荷泵IC，每个泵都有全价。与GreenPAK用于多电荷泵的解决方案，可以独立地编程每个电路的参数。如果需要单独的开/关控制或者必须避免单独的开/关控制或跨调节效果，可能需要多个输出。

与GreenPAK4、5、可以通过串口通信控制电荷泵电路。GreenPAK4提供SPI，而GreenPAK5提供了我2C. ON / OFF控制，运行频率，唤醒/睡眠状态是通过串行通信设置的一些参数。GreenPAK与我2C从串行协议中提供了更多的可配置性。

关键的优势GreenPAK电荷泵解决方案:

• 更低的成本,
• 更小的尺寸,
• 具有相同IC的多个输出，
• 可编程工作频率，
• 串行通讯控制,
• 降低静态电流,
• 额外函数的剩余逻辑。

GreenPAK解决方案提供类似或更好的性能和额外的额外功能。

对于本申请中提出的解决方案，便宜为商业可行性，

某些需求必须在可实现的性能水平范围内G雷琴PAK解决方案。该范围取决于电源电压和精确的数据，请参阅本应用笔记中的图表。一般要求总结如下：

• 输出电流在毫安范围内(<10 mA)
• 功率转换效率< 90%。

结论

本文介绍了一种高性能、体积小、输出电压可调节的电容电荷泵GreenPAK集成电路和一些低成本的外部组件。一个GreenPAK充电泵的输入电压为1.8 V至5 V，负载电流高达145 mA。当使用肖特基二极管时，总体性能在输入电压3v到5v和输出电流1ma到5ma时达到峰值。

建议的某些“基本电荷泵”功能集GreenPAK与专用集成电路相比，该解决方案提供更低的成本、更小的尺寸或更低的静态电流。其他应用雷竞技安卓下载GreenPAK如果需要标准电荷泵集成电路所没有的特定功能，则基于电荷泵的解决方案是有利的。将剩余电路输入GreenPAK，在电荷泵电路中未使用的，可用于这些应用程序，以实现这些特定的功能。雷竞技安卓下载特定的功能可以直接或密切地与电荷泵功能相关，但也可能是目标设备完全独立的硬件功能。

本应用笔记不涵盖电容电荷泵的所有性能范围，但是GreenPAK生态系统提供了正确的解决方案，以适当的设计覆盖所有这些问题。