[發(fā)明專利]電荷泵電路

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110051761.6
• 申請(qǐng)日: 2006-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102163916A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 深海郁夫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瑞薩電子株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H02M3/07
• 分類(lèi)號(hào): H02M3/07
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 關(guān)兆輝;謝麗娜

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2006年1月24日、申請(qǐng)?zhí)枮?00610006289.3、題為“電荷泵電路以及用于電荷泵電路的升壓方法”的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效多級(jí)電荷泵電路和用于電荷泵電路的升壓方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，使用電荷泵電路的升壓電路已經(jīng)被廣泛地用作裝備在汽車(chē)中的高壓側(cè)IPD(智能功率器件)。為了在電荷泵電路中產(chǎn)生較高的升壓電壓，需要多級(jí)構(gòu)造的電荷泵電路。圖8是示出現(xiàn)有的典型單級(jí)電荷泵電路800的電路圖。

如圖8所示，常規(guī)的單級(jí)電荷泵電路800包括：用于從輸入端接收時(shí)鐘信號(hào)OSC以驅(qū)動(dòng)升壓電容器811的升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801；用于將對(duì)應(yīng)于電源電壓VCC的電壓施加于升壓電容器811以阻止電荷回流的第一防回流電路802；和用于以相同方式將升壓電壓施加于輸出端OUT以阻止電荷回流的第二防回流電路803。第一防回流電路802和第二防回流電路803包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。

升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801包括串聯(lián)連接在電源電位和接地電位之間的P溝道MOSFET?821和N溝道MOSFET?822。這兩個(gè)MOSFET的漏極端連接在一起，而它們的柵極連接到輸入端。升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801將通過(guò)反轉(zhuǎn)輸入信號(hào)而獲得的信號(hào)從輸出(V81)輸出。換句話說(shuō)，升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801起到反相器的作用。

第一防回流電路802連接在電源電位VCC和升壓電容器811的一端之間。升壓電容器811的另一端連接升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801的輸出(V81)。第一防回流電路802具有N溝道MOSFET，該N溝道MOSFET的柵極和漏極連接且漏極連接到電源電位。第一防回流電路802的N溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)了所謂的二極管連接。該N溝道MOSFET的源極端連接到升壓電容器811，它們之間的節(jié)點(diǎn)用V82表示。

第二防回流電路803連接在節(jié)點(diǎn)V82和輸出OUT之間。第二防回流電路803具有N溝道MOSFET。該N溝道MOSFET具有連接的柵極和漏極，并且漏極連接到節(jié)點(diǎn)V82。此外，它的源極端連接輸出OUT。第二防回流電路803的N溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)了二極管連接。容性負(fù)載813連接在源極和接地電位之間，其間的節(jié)點(diǎn)是輸出OUT。此外，連接到N溝道MOSFET的背柵的阱端和電源電位連接。因此，寄生二極管難以工作，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的穩(wěn)定工作。

圖9是現(xiàn)有的典型單級(jí)電荷泵電路的時(shí)序圖。如圖9所示，從輸入端提供的時(shí)鐘信號(hào)OSC是時(shí)變信號(hào)，其以固定頻率在電源電位VCC和接地電位之間改變自身電平。時(shí)鐘信號(hào)OSC在t1時(shí)刻達(dá)到高電平(例如，電源電位)，升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801從輸出(V81)輸出低電平的電壓(例如，接地電壓)。升壓電容器811通過(guò)第一防回流電路802進(jìn)行充電。假設(shè)第一防回流電路802的N溝道MOSFET的閾值電壓用Vtn801來(lái)表示(例如，0.8V)，則在t1時(shí)刻在節(jié)點(diǎn)V82獲得的電壓通過(guò)下面的表達(dá)式(1)來(lái)表示：

V82＝VCC-Vtn801??……表達(dá)式(1)

此后，時(shí)鐘信號(hào)OSC在t2時(shí)刻改變?yōu)長(zhǎng)OW電平，在升壓時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器801一側(cè)的升壓電容器811的一端處于電源電位。此時(shí)，對(duì)應(yīng)于從上述表達(dá)式(1)得到的電壓的電荷積累在升壓電容器811中，于是從表達(dá)式(2)得到在節(jié)點(diǎn)V82處的電壓：

V82＝2×VCC-Vtn801?……表達(dá)式(2)

該電壓高于電源電壓。然而，第一防回流電路802阻止電荷回流到電源電位一側(cè)，于是升壓電容器811的電荷不釋放到電源電位。此外，該電壓通過(guò)第二防回流電路803施加于容性負(fù)載813。對(duì)應(yīng)于該電壓的電荷積累在容性負(fù)載813中。假設(shè)第二防回流電路803的N溝道MOSFET的閾值電壓用Vtn802來(lái)表示(例如，1.9V)，則從表達(dá)式(3)得到在輸出OUT處的電壓VOUT：

VOUT＝2×VCC-Vtn801-Vtn802?……表達(dá)式(3)

日本未審專利公開(kāi)No.H06-153493公開(kāi)了這樣的單級(jí)電荷泵電路。該公開(kāi)中公開(kāi)的電荷泵電路是針對(duì)節(jié)約用于穩(wěn)定升壓電壓的限幅器所消耗的電源。