[发明专利]一种有源倍压整流电路

说明书

技术领域

本发明属于整流电路领域，特别涉及有源倍压整流电路。

背景技术

整流电路是一种将交流信号转换成直流信号的电路，通常要求输入交流电压的峰值大于需要的输出直流电压，这在一些应用场合将受到限制。比如在植入式医疗器件无线供电应用中，通常采用的方法是：体内线圈通过与体外线圈感应耦合来传输能量，由于体内线圈的尺寸限制，且体内外线圈之间的相对距离较远，导致体内外线圈间的耦合系数通常很低，体内接收线圈接收到的电压幅值通常较小。若采用传统的整流器，为达到足够的接收电压用于整流，将使体外发送线圈的电压过高，这给人体带来一定的损伤风险。又如，在微小环境能量采集中，采集到的电压信号通常较小，若采用传统整流器，将减小能量转换的工作范围，降低效率。倍压整流电路的直流输出电压可以接近2倍输入交流电压峰值，因此，比传统整流器具有更低的输入电压要求。

无源倍压整流器由于使用的二极管或二极管接法的晶体管存在较大的导通压降，效率较低。肖特基二极管虽然导通压降较低，但是存在较大的漏电流且与标准CMOS工艺不兼容而增加成本。采用阈值电压补偿技术可以降低导通压降，但是仍存在漏电流和反向电流等问题，降低传输效率。目前大都采用有源二极管的有源倍压整流器，使导通管工作在深三极管区来提高整流效率。

图1为现有的有源倍压整流器电路原理图，主要包括输入电容C_IN，负载电容C_L，负载电阻R_L，由比较器CMP_N和NMOS管N₁、N₂组成的有源二极管，由比较器CMP_P和PMOS管P₁、P₂、P₃、P₄组成的有源二极管，以及启动电路等。其工作原理如下：当系统正常工作时，启动电路的输出SU为地电平V_SS，SUB为高电平V_OUT。此时，随输入信号V_IN的下降，V_VD信号下降，当V_VD低于V_SS时，比较器CMP_N输出高电平，打开NMOS管N₁，给输入电容C_IN充电，电流从地电平流向电容C_IN。当输入信号达到最小值-V_IN,peak时，C_IN两端电压为V_IN,peak-V_DN，其中V_DN为此时N₁管的导通压降。随着输入信号V_IN开始增大，当V_VD高于V_SS时，比较器CMP_N输出低电平，关闭NMOS管N₁，隔离了V_VD电压并使V_VD电压随输入电压变化，其值为V_IN,peak-V_DN+V_IN。当V_VD高于输出电压V_OUT时，比较器CMP_P输出低电平，打开PMOS管P₁，电流从V_VD流向负载电容C_L和负载电阻R_L。此倍压整流器能达到的最大输出电压为2V_IN,peak-V_DN-V_DP，其中V_DP为P₁管的导通压降。