[發明專利]電荷泵電路

無效

• 申請號: 200910161681.9
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101969266A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 徐獻松;柳娟娟
• 申請（專利權）人: 登豐微電子股份有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及一種電荷泵，尤其涉及一種具有逆流防止及限流的電荷泵。

背景技術

請參考圖1，圖1為現有的電荷泵電路的電路示意圖。該電荷泵電路包含一全橋式切換電路、一第一電容Cin、一第二電容Cout、一電壓反饋電路30以及一控制元件10。全橋式切換電路包含了四個晶體管開關SW1～SW4，由控制元件10的控制信號Con_1、Con_2控制。控制元件10在一第一時序時產生控制信號Con_1，用以控制晶體管開關SW1、SW2導通以形成一第一導通路徑。此時，第一電容Cin儲存一輸入電壓VDD通過第一導通路徑傳送的電力。控制元件10在一第二時序時產生控制信號Con_2，用以控制晶體管開關SW3、SW4導通以形成一第二導通路徑，第一電容Cin通過第二導通路徑傳送電力至第二電容Cout，使第二電容Cout可以產生一輸出電壓Vout。而第一時序與第二時序彼此交錯不重疊，以避免第二電容Cout通過晶體管開關SW3、SW1不當釋放能量。

控制元件10包含一振蕩單元12、一時序控制器14以及一遲滯比較器16。遲滯比較器16比較電壓反饋電路30所產生的一電壓反饋信號VFB及參考電壓V1，以產生一偵測信號DET。時序控制器14接收偵測信號DET及振蕩單元12所產生的時鐘信號CLK，并根據時鐘信號CLK的電平依第一時序、第二時序分時產生控制信號Con_1、Con_2。

在現有的電荷泵電路中，晶體管開關SW1、SW3為P型金氧半晶體管，在電荷泵電路尚未啟動之時，輸入電壓VDD會通過晶體管開關SW1、SW3的體二極管傳送電力至第二電容Cout，使第二電容Cout的跨壓約略等于輸入電壓VDD-2*VD，其中VD為二極管的導通電壓。當電荷泵電路啟動后，輸出電壓Vout將高于輸入電壓VDD。因此，用(0，Vout)為控制信號Con_1、Con_2的切換電平能使晶體管開關SW1、SW3確實被導通及截止，亦同時可避免電流逆流的問題，即第一電容Cin儲存的能量通過晶體管開關SW1逆流至輸入電壓VDD，以及第二電容Cout儲存的能量通過晶體管開關SW3逆流至第一電容Cin與輸入電壓VDD。控制元件10在正常操作下，輸出電壓Vout的電平可使晶體管開關SW1、SW3截止。然，請參考圖2A，當輸出端遭遇短路等的異常狀況使輸出電壓Vout降為0伏特時，而使晶體管開關SW1、SW3一直保持在導通狀態。因此輸入電壓VDD將持續輸出通過晶體管開關SW1、SW3輸出相當大的電流Is至第二電容Cout，使晶體管開關SW1、SW3因過熱而燒毀。

另外，亦有以(0，VDD)及(0，Vout)為控制信號Con_1、Con_2的切換電平的電路設計。請再參考圖1，時序控制器14連接輸入電壓VDD及輸出電壓Vout，并且利用一比較電路以判斷輸入電壓VDD與輸出電壓何者為高。在輸出電壓Vout小于輸入電壓VDD時，以(0，VDD)為控制信號Con_1、Con_2的切換電平，而在輸出電壓Vout大在輸入電壓VDD時，以(0，Vout)為控制信號Con_1、Con_2的切換電平，以確保晶體管開關SW1、SW3能確實在導通狀態及截止狀態之間切換。當輸出端短路而使輸出電壓Vout突然降為0伏特，比較電路判斷出輸入電壓VDD高于輸出電壓Vout后，切換電壓將由(0，Vout)轉換成(0，VDD)。然而，切換電壓轉換過程有時間延遲，因此在轉換過程中，晶體管開關SW1、SW3會同時導通，如同圖2A所示，電流Is會造成晶體管開關SW1、SW3過熱而有燒毀的可能。另外，請參考圖2B，當短路狀態發生在第二時序時，晶體管開關SW3、SW4導通，使第一電容Cin的電壓提高至兩倍于輸入電壓VDD，此時晶體管開關SW3將承受兩倍輸入電壓VDD，不僅有耐壓不足而有毀損的可能，且此時電流Isa亦較圖2A所示的電流Is倍增，晶體管開關SW3過熱而燒毀的風險大為提高。

發明內容

鑒于現有技術中的問題，本發明以整流元件來防止電荷泵電路發生逆流，不僅可完全避免逆流的情況，且控制信號可直接以(0，VDD)為切換電平，電路設計更為簡單。而且，在輸入電源至輸出端之間加入限流單元，亦可避免發生短路時晶體管開關因流經過大電流而燒毀的問題。