术语和定义

参考文献

有关文件及软件，请浏览:

//www.xmece.com/configurable-mixed-signal．

下载我们免费的GreenPAK Designer软件[1]，打开。gp文件[2]，查看拟议的电路设计。使用GreenPAK开发工具[3]在几分钟内将设计冻结为您自己的定制IC。yabo国际娱乐Dialog Semiconductor提供了一个完整的应用笔记库[4]，其中包括设计示例以及Dialog IC中功能和模块的解释。

1. GreenPAK设计软件，软件下载和用户指南，Dialog半导体yabo国际娱乐
2. AN-CM-243电容式充电泵采用GreenPAK.gp， GreenPAK设计文件，Dialog半导体yabo国际娱乐
3. GreenPAK开发工具， GreenPAK开发工具网页，Dialog半导体yabo国际娱乐
4. GreenPAK申请须知， GreenPAK应用笔记网页，Dialog半导体yabo国际娱乐
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34. Stephanie Johnson，分立电荷泵设计，SLVA398A，应用报告，德州仪器

介绍

物联网市场中许多电池供电的应用需要额外的电亚博国际官网平台网址压水平来为特定的接口电路、传感器等供电。

本应用笔记介绍了如何使用GreenPAK™IC和几个低成本外部元件制作电容式电荷泵。单级电荷泵可以配置为电压倍增器或电压逆变器。多级电荷泵可实现更高的输出电压，包括正(电压三倍器，四倍器等)和负(逆变倍器，三倍器等)。电路的输出是一个电压源，它依赖于输入电压电平。最大输出电流在毫安范围内。

使用GreenPAK电源电压作为电荷泵输入，GreenPAK输出驱动信号给外部泵电容。控制信号是可选的启动/停止(电源关闭)充电泵或控制唤醒/睡眠时间。控制信号可以是连接到GreenPAK IO引脚的数字信号或串行通信命令。

一个GreenPAK IC可以控制多个具有不同输出电压的电荷泵。在输入电压低的情况下，可以级联GreenPAK，以更少的外部元件获得更高的输出电压。基本的逆变器和倍频电路不提供输出电压调节。基本图如图1所示。

电荷泵电路实现

电荷泵的实施从项目的需求出发。基本要求包括:输入电压范围(V)_INMIN到V_INMAX)，输出电压范围(V_OUTMIN到V_OUTMAX)，最大输出电流V_OUTMAX．这方面的标称示例可以是3.0 V至3.6 V的输入，4.5 V至5.5 V的输出，以及3 ma的输出电流。

最小输入电压V_INMIN-您的GreenPAK的电源电压在最低电压值。对于典型的电源电压(5v, 3.3 V或1.8 V)，最小电压将比标称值(4.5 V, 3v和1.71 V)低- 10%或- 5%。对于电池供电电路，最小输入电压将是电池过放电保护阈值;对于锂聚合物(LiPo)电池，这通常是2.5 V。在本应用笔记中，我们将在1.8 V至5 V的GreenPAK电源电压范围内工作。最小输入电压必须高于GreenPAK工作电源电压限制1.71 V。

最小输出电压V_OUTMIN—电荷泵输出，可以是正输出(倍压器)，也可以是负输出(逆变器)。在最小输入电压和满载(最大输出电流)时，输出电压不应低于此值。

最大输出电流I_OUTMAX-电荷泵应提供给输出端的最大平均输出电流。在本应用笔记中，我们将使用高达10 mA的输出电流。

最大输入电压V_INMAX-您的GreenPAK的最高供电电压。对于通常的5v, 3.3 V和1.8 V电源电压，最大电压将高于标称值+ 10%或+ 5%;5.5 V, 3.6 V和1.89 V。对于电池供电电路，最大输入电压将是电池充电阈值;对于LiPo电池，通常是4.3 V。任何最大输入电压不得超过GreenPAK工作电源电压限制5.5 V。

最大输出电压V_OUTMAX—在最大输入电压和零负载(无输出电流)情况下，输出电压不应超过此限制。GreenPAK倍压器在输出端不能提供超过10伏的电压，因此在限制高于10伏的应用中，例如驱动功率MOSFET的栅极，此要求无关紧要。亚博国际官网平台网址在为低亚博国际官网平台网址电压负载供电等应用中，它可能是至关重要的。

可选的要求

电压纹波极限V_涟漪—峰值到峰值。由于输出电容的周期性充放电，电荷泵在输出端产生三角纹波。如果要求未知，则取输出电压的1%作为标称值。例如，在5v输出时，1%为50mvpp。通常值为20 ~ 50mvpp。

断电控制-一个信号，使能/禁用输出，关闭负载和保存静态电源。这个要求是可选的:如果不需要断电控制，它将不会被实施，电荷泵将一直处于活动状态。

功率转换效率P_EFF—负载的输出功率与从电源接收的输入功率之比。可能对低功耗应用至关重要。亚博国际官网平台网址

最大静态电流I_QSC-电荷泵输入电流在零负载时，而IC是有效的(未关闭)。这对于低功耗应用来说是至关重要的。亚博国际官网平台网址如果未知，取最大输出电流的5%。例如，在3ma输出时，5%为0.15 mA。GreenPAK IC以其低静态功耗而闻名，如果配置得当，其中许多甚至可以在亚µA静态电流范围内工作。

电荷泵回路运行

电路的工作重点是充电和升压电容器。在充电阶段，GreenPAK将驱动输出引脚拉低并将泵电容器充电至vc - vol。D₁选D。₂是关闭的。在升压阶段，GreenPAK将驱动输出推高，泵电容放电到输出电容。D₁是off和D₂正在进行。在这两个阶段中，输出电容不断被放电到负载中。

对于本应用注意事项，我们将假设电容器为1 μF或更高，并且具有低ESR，因此我们将认为ESR对路由的贡献可以忽略不计。我们还将假设二极管是低功率、高速度、低成本、小尺寸的二极管，因此我们将考虑开关损耗也可以忽略不计。

在倍压电路中，如果负载电流不断增加，输出电压下降，并在某一点达到输入电压，使电荷泵失效。在轻负载时，由于动态电阻R高，输出电压迅速下降_DD二极管的。在高负荷时，R_DD低，电荷泵的输出电阻几乎与负载无关。

V_出= 2 * v_在- 2 * v_出@ 2 *我_出- R_出*我_出

在负载电流为零、输入电压最大时，输出电压达到最大值:

V_OUTMAX= 2 * v_INMAX- 2 * v_D0

标准硅二极管的Vd0约为0.4V，肖特基二极管的Vd0低于0.2V。电压降取决于流过二极管的必要电流。

当负载电流最大，输入电压最小时，输出电压达到最小值:

V_OUTMIN= 2 * v_INMIN- 2 * v_D@ 2 * I_OUTMAX- R_OUTMAX*我_OUTMAX

输出电压纹波随着负载电流的增加而增加。在零负荷时可以忽略不计，在满载时达到最大值:

V_涟漪≈2 * I_出* ESRC_出+我_出* (1-d) * t / c_出≈我_出/ (2 * f_OSC* C_出）
V_RIPPLEMAX=我_OUTMAX/ (2 * f_OSC* C_出）

电荷泵的输出电阻相当于电路中所有的电阻损耗:

R_出≈2 * (r_片+ R_SWL) + 1 / (f_OSC* C_泵) + 4 * esrc_泵+ ESRC_出

在R_片和R_SWL驱动泵电容的GreenPAK引脚输出级的电阻是否高(R_片)或低(R_SWL)。R_片大于R_王两者都取决于电压，电流和温度。R_西南随电源电压下降，随引脚电流升高，随温度升高。它会达到最大值R_SWXMAX， at V_INMIN和我_OUTMAX：

R_OUTMAX≈2 * (r_SWHMAX+ R_SWLMAX) + 1 / (f_OSC* C_泵）

电荷泵电路设计

正向偏置二极管具有静态正向电阻R_D，定义为施加在二极管V上的直流电压之比_前轮驱动来确定流过二极管I的直流电流_前轮驱动．二极管电阻有助于电荷泵输出电阻像任何其他电阻沿电流路径。在低电荷泵输出电流I_出< ~ 1ma，二极管电阻占电荷泵输出电阻的主导地位。对于正向电压/电流的微小变化，二极管显示动态正向电阻R_目前企业．动态正向电阻定义为电压变化与电流变化之比。

小信号二极管的静态和动态正向电阻在低电流时都很高，随着正向电流的增加而迅速下降。粗略估计的R_D[Ω] = 600 / I_前轮驱动(mA)和

R_目前企业[Ω] = 40 / I_前轮驱动[mA]为硅二极管，R_D[Ω] = 300 / I_前轮驱动[mA]和R_目前企业[Ω] = 25 / I_前轮驱动[mA]为肖特基二极管。

静态和动态正向阻力和R_出捐款情况见表1。请注意，二极管电流总是两倍的电荷泵输出电流时，二极管是上，所以R_D@我_前轮驱动= 2 I_出大约是原来的一半@I_D=我_出．

我前轮驱动或者我出D =硅	0.1马	0.2马	0.5马	1米A	马2	马5	10马
V前轮驱动@I前轮驱动D =硅(BAV99)	0.5 V	0.53 V	0.57 V	0.6 V	0.64 V	0.68 V	0.72 V
RD@I前轮驱动Rd = V前轮驱动/我前轮驱动	5 kΩ	2.65 kΩ	1.14 kΩ	600Ω	320Ω	136Ω	72Ω
R出contribution@I出	10.6 kΩ	4.56 kΩ	2.4 kΩ	1280Ω	544Ω	288Ω	152Ω
V出contrib@I出D =硅	1.06 V	1.14 V	1.2 V	1.28 V	1.36 V	1.44 V	1.52 V
R目前企业@I前轮驱动R目前企业= dV前轮驱动/迪前轮驱动	300Ω	133Ω	60Ω	40Ω	13Ω	8Ω	4Ω

我前轮驱动或者我出D =肖特基	0.1马	0.2马	0.5马	马1	马2	马5	10马
V前轮驱动@I前轮驱动D =肖特基(BAT54)	0.22 V	0.24 V	0.26 V	0.28 V	0.3 V	0.32 V	0.35 V
RD@I前轮驱动Rd = V前轮驱动/我前轮驱动	2.2 kΩ	1.2 kΩ	520Ω	280Ω	150Ω	64Ω	35Ω
R出contribution@I出	4.8 kΩ	2.5 kΩ	1.1 kΩ	600Ω	256Ω	140Ω	75Ω
V出contrib@I出D =肖特基	0.48 V	0.52 V	0.56 V	0.6 V	0.64 V	0.7 V	0.75 V
R目前企业@I前轮驱动R目前企业= dV弗兰克-威廉姆斯/迪弗兰克-威廉姆斯	200Ω	66Ω	40Ω	20Ω	10Ω	6Ω	3Ω

图2进一步说明了这一点，图2显示了在实际电路上测量的硅或肖特基二极管电荷泵的输出电阻与负载电流的关系图。虚线表示当电路中所有其他电阻都可以忽略不计时电荷泵的输出电阻(理想情况下)。R_出表1中未提及的贡献，请参见图2。该图显示，在低负载电流下，二极管电阻高，并在R中占主导地位_出．减少电荷泵电路中的其他电阻产生的增益可以忽略不计。在高负载电流下，二极管电阻成为一个次要因素，通过改变其他电路参数，如降低开关电阻和调整工作频率，可以实现相当大的性能增益。

一般来说,R_西南对于greenpak来说，每个引脚往往在20 Ω和40 Ω之间，并且可以通过并联驱动引脚来减少。8个引脚连接在一起将产生R_西南在2.5 Ω和5 Ω之间。等效开关电阻和R_出各种引脚模式选项的贡献见表2。1x表示“1x推拉”输出模式，2x表示“2x推拉”输出模式。“x”后面的数字表示并联引脚的数量。例如，2x2表示“2x推拉”模式下并联的2个引脚。请注意，表2只显示了并行的1、2、4和8个引脚，而可以并行地连接任意数量的引脚，最多可连接所选GreenPAK上的可用GPIO引脚。所示值为3v至5v电源电压范围。有关详细数据，请参阅本应用说明的“GreenPAK设计”部分。

销的配置	1 x 1	2 x 1	2 × 2	2 × 4	2 × 8
R西南等效	40Ω。80Ω	20Ω。40Ω	10Ω。20Ω	5Ω。10Ω	2.5Ω。5Ω
R出贡献	160Ω。320Ω	80Ω。160Ω	40Ω。80Ω	20Ω。40Ω	10Ω。20Ω

R_CP= 1 / f_OSCC_泵为电荷泵电路的等效电阻，可以通过增加C_泵电容或通过增加工作频率。对于高质量的电容器，如陶瓷X7R，通常最好增加C_泵电容，因为增加频率会增加开关损耗和电磁干扰。MLCC 1 μF电容器广泛采用EIA 0402封装(1.0 mm x 0.5 mm)，额定电压为6.3 V或10 V，批量生产时价格低于0.5美分/个。如果电路板空间是一个主要问题，您可以在0201封装(0.6 mm x 0.3 mm)中以略高的成本获得1 μF MLCC。

低于1 μF的电容值通常不会显著减小电容器的尺寸或成本，因此本应用说明使用1 μF作为泵浦电容器和输出电容器的默认电容。作为一个快速参考，R_出各工作频率下电容为1 μF的电荷泵电路等效电阻的贡献见表3。

工作频率[千赫]	12.5	25	31.25	62.5	125	250
RCP= 1 / fOSCC泵， C泵= 1 μf	80Ω	40Ω	32Ω	16Ω	8Ω	4Ω
OSC配置预分频器/第二分频器	25千赫/ 2/1	25千赫/ 1/1	2 MHz / 8/8	2 MHz / 8/4	2 MHz / 8/2	2 MHz / 8/1

设计过程

步骤1)电路设计需要保证V_OUTMIN是有限度的。知道V_INMIN和我_OUTMAX，我们可以计算R的预算_OUTMAX：

R_OUTMAX= (2 * v_INMIN- 2 * v_D@我_OUTMAX- - - - - - V_OUTMIN) / I_OUTMAX

V_D@I_OUTMAX可在二极管数据表。只要确保你读了V_D在2 * I_OUTMAX因为二极管的正向电流是输出电流的两倍。为了快速估算，请使用下面的表1。例如，V_INMIN= 3.0 v, v_OUTMIN= 4.5 v, I_OUTMAX= 1 mA, D = 4148

R_OUTMAX= (6.0 V - 1.28 V - 4.5 V) / 1ma = 220 Ω

现在，选择引脚配置和工作频率如下:

4 * r_西南+ 1/ f_OSC* C_泵< R_OUTMAX

在我们的例子R中_OUTMAX是220 Ω。读取表2和表3,2 × 1(单脚双驱动)和25khz使R_OUTMAX= 200 Ω < 220 Ω。为了增加一些余量，如果另一个GreenPAK GPIO引脚可用，选择2 x 2(2引脚双驱动器)和25 kHz，使R_OUTMAX= 120 Ω。

如果是R_OUTMAX预算太小，选择一个二极管具有较低的正向压降，如肖特基。如果没有帮助，那么你可能不能满足你的要求，用一个倍压电路，你需要一个不同的电路，如电压三倍器。在上面的例子中，如果V_OUTMIN是4.75 V而不是4.5 V, R_OUTMAX将是-10 Ω，所以硅二极管将不适用。使用肖特基二极管，R_OUTMAX= (6v - 0.6 V - 4.75 V) / 1ma = 650 Ω。

步骤2)检查输出电压纹波是否在有界范围内;

V_RIPPLEMAX=我_OUTMAX/ (2 * f_OSC* C_出) = 1 mA / (2 * 25 kHz * 1 μF) = 20 mVpp

如果需要，通过增加输出电容C来减少纹波_出或者增加开关频率。更高的频率将降低输出电阻和缩短启动时间，但也会增加开关损耗和静态电流。如果使用陶瓷多层电容器，增加C_出将略微提高输出电阻，不会影响开关损耗或静态电流，但会增加启动时间。

步骤3)检查V_OUTMAX在限制范围内(如指定):

V_OUTMAX= 2 * v_INMAX- 2 * v_D0= 2 * 3.6 v - 2 * 0.4 v = 6.4 v

在我们的例子中，V_OUTMAX应该低于5.5 V，所以为了满足这个要求我们需要降低V_OUTMAX．一种方法是在电荷泵输出端增加一个线性调节器。电荷泵也可以通过使用GreenPAK ACMP模块关闭，该模块设置为所需的输出电压。

快速和简单的设计在三个简单的步骤

在这个快速简便的设计过程中，我们使用动态正向电阻来快速找到引脚配置和工作频率的合适选项。使用此设计程序可以快速估计GreenPAK电荷泵解决方案是否可以有效地满足您的要求。

从C开始_泵= C_出= 1μF X7R, D =硅

步骤1)估计R_目前企业选择的二极管类型在最大I_出;

例如，在I_出= 1ma, R_目前企业= 40 / 1 = 40 Ω或从表1中读取

步骤2)从表2中选择引脚配置来匹配R_西南和R_目前企业: 2 × 1 = 20..40Ω

步骤3)从表3中选择频率匹配R_CP和R_目前企业F:_OSC= 25khz R_CP= 40 Ω

步骤4)如果需要，增加C_出以满足波纹规格。

工作频率选择

商用电荷泵ic通常以固定频率工作。GreenPAK集成振荡器，频率预分频器/分频器和计数器块使用户能够设置几乎任何所需的工作频率。精心选择的工作频率带来低纹波，高效率，低静态电流和减少排放等性能优势。

频率越高，两次泵送之间的时间越短，每个周期内需要泵送的电荷量越小。工作频率直接影响电容器的尺寸和启动时间，也影响电路中的损耗，如整流器的开关损耗和电荷泵电路的静态电流。

如果你想保持电路尽可能小，去高工作频率。如果你想保持静态电流尽可能低，去低工作频率。

根据所选部件的不同，greenpak提供了不同的工作频率选择。基频范围从约2 kHz的低频振荡器到25 MHz或27 MHz的环形振荡器。其他频率选项可以使用时钟预分频器或额外的CNT/DLY块。为了将GreenPAK块复杂性保持在最低限度，最好的选择是选择一个可用的振荡器块并使用内部时钟预分频器/分频器。仅使用这些块，占空比的唯一可用选项是50%。请注意，对于一些除法器选项，那些包括一个因子/3，时钟占空比可能不是50%。

环形振荡器频率的25兆赫或27兆赫是太高的电荷泵操作。LF OSC频率太低，它们会深入可听频谱，所以它们也不适合，除非可能是非常特殊的要求，如微小的输出功率和极低的静态电流。

电容器的计算与选择

电容器是电荷泵电路的主要能量传递部件。电荷泵电路电容器的尺寸和选择直接影响电荷泵的整体性能。

具有X7R或类似介质的2类表面贴装多层陶瓷电容器MLCC因其体积小，成本低，极低的ESR，低泄漏和良好的温度稳定性而适用于电荷泵。它们可以以具有竞争力的成本提供高达10 μF的电容;足够的电荷泵，可以实现与greenpak。钽和铝电解电容器ESR高，体积大，成本高，不适合使用。低ESR电解电容器是可用的，但它们也不如MLCC。

具有Y5V, Z5U或类似介电的陶瓷电容器不适合用于电荷泵应用，因为它们的稳定性差。亚博国际官网平台网址虽然它们提供比X7R型更高的初始电容，但它们具有宽的电容容差，并且随着温度和施加电压的变化而显着变化。在某些条件下，Z5U电容可能会下降到标称值的10%到20%之间，因此您可能需要选择4.7 μF的电容而不是1 μF。

与X7R相比，具有NP0, COG或类似介质的1类电容器具有更小的电容值，更大的尺寸和更高的成本，因此它们不是一般电荷泵应用的首选。亚博国际官网平台网址与X7R相比，它们具有更高的稳定性和更低的ESR。考虑1类电容器用于精细应用和高工作频率。亚博国际官网平台网址

导致电容偏离标称值的最重要因素是初始容差、温度、外加电压、频率依赖和老化。通常ΔC/C的最坏情况值如表4所示。

导致	2类(X7R, X5R)	NP0,齿轮
最初的宽容	±5%，±10%，±20%	±0.5%…±5%
温度-50℃..+ 85°C	±15%	±0.5%
外加电压	-3 % @ 50% Vr， -6 % @ 75% Vr， - 10% @9 % Vr	可以忽略不计
频率	-3 % @ 10 kHz， -6 % @ 100 kHz， - 10% @ 1 MHz	可以忽略不计
老化- 2.5%每十年小时	~ 10% @ 1年，~ 15% @寿命(100年)	可以忽略不计
总计	- 25%…-50%	- 1%…-5%

电容随温度、工作电压、频率和使用年限的增加而减小。这种退化导致电容低于预期，纹波电压和电流更高。X7R介电介质的总电容衰减范围从方便条件下±5%电容器的- 25%到高温、高频和低压使用寿命结束时±20%电容器的- 50%。对于其他类型的介电数字不同-对于Z5U或Y5V，总降解可能是- 90%或更多。

选择初始容差较低且额定电压明显高于工作电压的电容器，可以最大限度地减少电容退化。

当使用2类电介质的电容器时，请检查电容器的规格，以确保您的设计符合规格。为了快速参考，在计算出的电容值上加上50%来表示总退化。

输出电容器

输出电容C_出必须足够高，在所有工作条件下保持输出纹波在限制范围内。另一方面，我们想要选择一个较小的值电容器，以保持电路尺寸小。输出电容的最小值按公式计算:

C_OUTMIN=我_出* d * t / v_涟漪

在本应用说明中，我们使用占空比D= 50%，因此:

C_OUTMI=我_出/ (2 * f_OSC* V_涟漪）

例如，在I_出= 1ma, V_涟漪= 20 m V, F=25 kHz, D = 50%;

C_OUTMIN= 1 mA / 2 * 25 kHz * 20 m V = 1 μF

当代入F的值时_OSC，设计人员应检查频率公差，并在整个温度范围内选择最小频率，而不是使用标称值。在上面的例子中，25 kHz时钟在批量生产中可能变化到21.905 kHz，因此C_OUTMIN将是1.14 μF而不是1 μF。

加上30%至100%，以考虑电容退化，并四舍五入到下一个可用值;在上面的例子中，应该是C_出= 2.2 μf。

图3显示了在四个特征工作频率下输出峰对峰纹波对负载电流的测量值。输出电容和泵浦电容各为1 μF。测量表明，输出纹波不依赖于电路中二极管的类型(硅或肖特基)，也不依赖于输入电压水平或GreenPAK内部开关电阻(引脚配置)。准确地说:ripple对这些特征的依赖可以忽略不计。这是因为，在充电阶段，输出二极管关闭，输出电容是连接到负载的唯一组件。纹波随负载电流的增加而上升，随工作频率的增加而线性下降。

对于倍压器，输出电容上的最大电压为零负载:

V_OUTMAX= 2 * v_INMAX- - - - - - V_D10- - - - - - V_D20开头

对于电压逆变器，输出电容上的最大电压也是在零负载时:

V_OUTMAX= V_INMAX- - - - - - V_D10- - - - - - V_D20开头

MLCC电容器可提供额定电压4 V, 6.3 V, 10 V和16 V。给V添加20%的边距_OUTMAX并选择第一额定电压覆盖该值的电容器。对于倍压器的例子，对于V_INMAX= 3.6 V和肖特基二极管，V_OUTMAX= 6.8 V, 20%余量为V_OUTMAX8.16 V，所以10 V额定电容器是正确的选择。

泵电容器(飞行电容器)的选择

泵电容上的纹波电压

V_RIPPLECP= 2 * I_出* d * t / c_泵+我_出* ESRC_泵

在本应用说明中，我们使用占空比D = 50%并忽略ESR，因此:

V_RIPPLECP=我_出/ F_OSC* C_泵

对于C_泵= C_出，且占空比D = 50%时，泵浦电容上的纹波将是输出纹波的两倍。

确定泵电容器尺寸的一种方法是留下足够的纹波以覆盖负载瞬态。这种方法的经验法则是将纹波设计在100毫伏至500毫伏或电容电压的5%至10%。在我们的例子VC中_泵= 3v, v_RIPPLECP= 160 mV:

C_泵=我_出/ F_OSC* V_RIPPLECP= 1ma / 25khz * 160mv = 250nf

这种方法可能会引入较大的输出电阻R_CP= 1 / f_OSCC_泵，在我们的例子中是R_CP= 1 / 25khz * 250nf = 160 Ω。增加C_泵电容降低输出电阻，也降低C_泵纹波和降低响应负载瞬态，因此选择泵电容器的电容，以满足您的设计优先级。

与输出电容一样，泵浦电容的电容也会受到工作电压、老化等因素的影响而退化，因此在选择电容时要增加适当的余量。在上述例子中，250nf将四舍五入到330nf或470nf。

另一个考虑因素是成本;a泵电容器C_泵通常与输出电容保持相同的类型和值，以减少BOM。

对于倍压器，通过泵电容器的最大电压为VC_PUMPmax= V_在- - - - - - V_D0- - - - - - V_OL或者，通过忽略V来简化方程_OL,风投_PUMPmax=六世_INMAX．对于逆变电路，泵电容上的最大电压为VC_PUMPmax= V_哦- - - - - - V_D0，再次简化为VC_PUMPmax= V_INMAX．给V添加20%的边距_INMAX然后选择一个电容器，其第一个额定电压覆盖该值。对于倍压器的例子，对于V_INMAX= 3.6 V, 20%余量为4.32 V，因此6.3 V额定电容器是正确的选择。

二极管的选择

单级充电泵电路，无论是倍频器还是逆变器，都需要两个二极管串联连接。尺寸和成本的最佳选择是双二极管封装。然而，制造商通常首先向市场推出单二极管，双二极管封装可能不可用。因此，如果您的目标是尖端性能，请在本应用程序说明中进一步检查单二极管表。它们采用微小的3引脚SMD封装，如SOT23和SC-70，两者都适合与GreenPAK™一起使用。流行的选项如表5所示。

硅	虚拟现实	我前轮驱动	V弗兰克-威廉姆斯D@ 10m A	伊尔马克斯	CD	tRR	包(案例)	成本
BAV99L	100 V	215毫安	855 mV	1 uA	1 pF	6 ns	SOT-23 3 × 2.4	2.5¢
BAV99W	100 V	215毫安	855 mV	1 uA	1 pF	6 ns	SOT-323 2.1 x 2.1	3.5¢
BAV99T	85 V	75毫安	855 mV	2 uA	1 pF	4 ns	SOT-523 1.8 x 1.8	5¢
MBD7000	100 V	200毫安	820 mV	1 uA	1 pF	4 ns	SOT-23 3 × 2.4	2.8¢
BAV99QA	90 V	170毫安	855 mV	0.5 uA	1.5 pF	4 ns	DFN1010D 1.1 × 1	5.5¢
BAV199	85 V	140毫安	1000 mV	5 nA	2 pF	3我们	SOT-23 3 × 2.4	4¢
肖特基	VR	我弗兰克-威廉姆斯D	VFW D@ 10米	伊尔马克斯	CD	tRR	包(案例)	成本
BAT54SL	30 V	200毫安	400 mV	2 uA	7 pF	5 ns	SOT-23 3 × 2.4	3.8¢
RB548W	30 V	100毫安	450 mV	0.5 uA	10 pF		SOT-416 1.6 x 1.6	17.2¢
BAT54ST	30 V	200毫安	400 mV	2 uA	10 pF	5 ns	SOT-523 1.8 x 1.8	5.2¢
DB3X313F	30 V	130毫安	300 mV	50个uA	10 pF	1.5 ns	SOT-23 3 × 2.4	5.5¢
DB3J316	30 V	100毫安	300 mV	15 uA	6 pF	0.8 ns	SC-85 2.1 x 2.0	7.3¢
DB3J314	30 V	30 mA	400 mV	0.3 uA	3 pF	1纳秒	SC-85 2.1 x 2.0	7.3¢
BAS40-04	40 V	200毫安	500 mV	100 nA	5 pF	5 ns	SOT-23 3 × 2.4	8.5¢

表5给出了所选二极管影响电路性能的主要特性。

反向击穿电压V_R必须高于升压电荷泵的输出电压。对于反向电荷泵，它必须高于V_INMAX- - - - - - V_OUTMAX．例如，对于5v ~ - 5v的逆变电荷泵，“反向击穿电压”必须大于10v。合理的做法是增加20%左右的安全裕度，使其达到12v。对于硅二极管，V_R相对较高，超过50v，但对于肖特基二极管，这个参数可能是至关重要的，因为市场上有V_R低至10v或更低。

电荷泵电路中的二极管通过在Id = 2 * I时传导50%的时间，传导等于输出电流的平均电流_出．最大正向电流I_前轮驱动(直流或平均)每个二极管的输出电流必须高于电荷泵输出电流的两倍。增加20%的安全余量是一个很好的做法。例如，对于10ma电荷泵输出电流，选择至少10ma * 2 + 20% = 24ma最大正向电流的二极管。

正向电压V_前轮驱动是传导损耗的来源。它降低了最大输出电压和电荷泵效率。肖特基二极管以较低的击穿电压和较高的价格为代价，表现出比硅二极管更低的正向压降。为了便于比较，表5中给出的正向电压为10毫安二极管正向电流。

反漏电流ILmax是一个重要的参数在非常低的输出电流和急剧上升在高温下。对于大多数二极管，反向泄漏可以忽略在电荷泵输出电流超过1ma。然而，如果你设计一个在微安范围内工作的电荷泵，并希望保持泵和输出电容尽可能低，你需要考虑泄漏，特别是如果电路将在高温下工作。

C_D是二极管反向电容。呈现的值为反向偏置V_R= 1v。反向电容随反向电压下降。选择低C_D二极管在高频工作时。

反向恢复时间t_RR在kHz范围内的低工作频率可以忽略不计。长反向恢复时间意味着高开关损耗。对于肖特基二极管和高速开关二极管来说，反向恢复是几纳秒——这是你能得到的最好结果，所以在高频下是可以的。低漏二极管在微秒范围内表现出反向恢复时间，这对于100khz以上的工作频率是不可接受的。

封装(箱)在表4和表5中按通常的名称给出，然后是占地面积的毫米大小。有关详细的包装规格，请参阅相关的数据手册。

所示的成本是生产数量为100万公斤时的大致成本。价格变化没有事先通知，所以在开始设计时刷新这个专栏(或它的一部分)。

有设计的情况下，两个单二极管首选双二极管选项。例如，肖特基双二极管无法以低成本用于超小型DFN封装。因此，如果电路尺寸是最终考虑，两个单二极管是最好的选择。表6给出了单个二极管:

硅	VR	我前轮驱动	V弗兰克-威廉姆斯D@10马	伊尔马克斯	CD	tRR	包(案例)	成本
LL4148	75 V	150毫安	750 mV	25 nA	4 pF	4 ns	迷你MELF 3.7 x 1.6	1.7¢
BAS16GW	100 V	215毫安	855 mV	30 nA	1.5 pF	4 ns	SOD123 3.7 x 1.7	2¢
1 n4148wl2	100 V	150毫安	700 mV	25 nA	1.5 pF	4 ns	DFN10062L 1 × 0.6	2.6¢
LL3595	125 V	200毫安	800 mV	5 nA	8 pF	3我们	迷你MELF 3.7 x 1.6	5.5¢

肖特基	VR	我前轮驱动	V弗兰克-威廉姆斯D@10马	伊尔马克斯	CD	tRR	包(案例)	成本
BAT54GW	30 V	200毫安	400 mV	2 uA	10 pF	-	SOD123 3.7 x 1.7	3¢
NSR0530	30 V	500毫安	280 mV	200 uA	10 pF	-	SOD-323 2.5 x 1.2	3.5¢
RB520S30	30 V	200毫安	350 mV	2 uA	10 pF	-	SOD-523 1.6 x 0.8	4¢
DB2S316	30 V	100毫安	300 mV	15 uA	6 pF	1纳秒	SSMini2 1.6 x 0.8	4¢
DB2S314	30 V	30 mA	400 mV	0.3 uA	3 pF	1纳秒	SSMini2 1.6 x 0.8	4¢
RB521S30L2	30 V	100毫安	350 mV	10 uA	19 pF	-	DFN10062L 1 × 0.6	5¢

GreenPAK设计

GreenPAK设计只是一个振荡器，连接到一个或多个输出引脚，用于驱动泵电容器。设计过程归结为对振荡器模块进行编程和设置引脚参数。设计成功的关键是选择正确的参数。

断电功能已经在振荡器模块上可用，所以它只是连接到输入引脚。

振荡器的设计

外部电荷泵电路设计时已经选择了工作频率，所以我们只需要设置相应的OSC参数。

控制引脚模式:设为“Power Down”，可使电荷泵外部关机。

OSC电源模式:设置为“强制开机”，否则振荡器可能无法启动，设计简单。

时钟选择器:设置为“OSC”，因为我们想使用内部时钟。如果您的应用程序需要严格的工作频率公差，GreenPAK提供外部时钟选项。

快速启动选项:根据您的应用程序需求启用/禁用。在较低的静态电流和较慢的启动时禁用，在较高的静态电流下启用更快的启动。

• 禁用:在OSC0启动前几个使用到半周期延迟。
• 使能:减少启动延迟。消耗额外的功率。(700 nA, 5.0 V V_DD)。