攜式產品為了減輕重量及縮小體積，在設計上盡量減少電池的數量。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轉換器。傳統的充電泵的輸入電壓在0.9～1.0V之間，升壓式DC/DC轉換器的輸入電壓為1.0V左右（啟動電壓為0.6～0.7V）。所以便攜式一般采用1～2節鎳鉻、鎳氫電池或1節鋰離子電池供電。

如果輸入電壓降到0.6V以下，則傳統的充電泵或DC/DC轉換器內部的電路（如振蕩器、誤差放大器、邏輯控制電路、電子開關等）不能正常工作，用傳統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（Silicon on Insulator），開發出與傳統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）；有關閉控制，在關閉狀態或稱休眠狀態時耗電小于0.6μA（V_IN=0.3V）；關閉控制電壓為放電開始電壓加0.1V（≤3.0V）；內部振蕩器頻率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系列主要應用于太陽能電池、燃料電池等低壓電源的升壓；RF標簽內部的電壓升壓（如用于高速公路收費系統）；為間斷工作系統提供電源。

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

 

內部結構及工作原理

傳統的升壓式充電泵電路由升壓泵電路加上穩壓控制電路組成，輸出的電壓可直接給負載供電。S-882Z升壓式充電泵的內部結構與傳統的充電泵不同，其內部結構如所示。

  S-882Z內部結構

S-882Z的內部升壓式充電泵的電路及振蕩電路與傳統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，它還有監測升壓式DC/DC轉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內部電子開關及泵電容的轉移，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導通，則C_CPOUT上的電壓經M1放電，由輸出端OUT輸出，此電壓給升壓式DC/DC轉換器作啟動電壓。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轉換器供電，升壓式DC/DC轉換器開始工作，輸出升壓后的電壓，若升壓式DC/DC轉換器輸出的電壓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，即充電泵電路被關閉，可節省電能。S-882Z的額定值如表2所示。

典型應用電路

S882Z的典型應用電路如所示。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轉換器。圖中，CVDD是升壓式DC/DC轉換器的電源平滑電容器。L、SD2、CL是升壓式DC/DC轉換器的三大外圍。

  S882Z的典型應用電路

 在的電路中，電感器L、SD2及輸出電容CL值的選取請參看SII生產的S-8353的規格書，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轉換器的電源平滑電容C_VDD有關、與充電泵的輸出電流即升壓DC/DC轉換器的消耗電流I_VDD大小有關，與輸入電壓V_IN大小有關，另外還與工作溫度有關。

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轉換器用電源平滑電容器的容量值（單位：μF）
I_VDD: 升壓DC/DC轉換器的消耗電流值（單位：mA）
V_DDL: 升壓DC/DC轉換器的工作電壓（單位：V）
tS: 升壓DC/DC轉換器的啟動電壓＝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用開創了良好的條件。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轉換器來升壓，均可用S-882Z來啟動升壓式DC/DC轉換器。所以，對于太陽能電池，燃料電池等超低電壓的應用而言，其無疑是一個具有實際意義的方案。