[發明專利]電荷泵及工作方法

有效

• 申請號: 201110123472.2
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN102324840A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 富聰;宋志棠;陳后鵬;陳小剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

1.一種電荷泵，其包括：參考電壓發生電路、電壓比較器、時鐘發生器、電荷轉移電容、穩壓電容、第一開關、第二開關、第三開關、及第四開關，其特征在于：

第一開關的一端接電荷轉移電容上極板，另一端接輸入電源；

第二開關的一端接電荷轉移電容上極板，另一端作為電路輸出端；

第三開關的一端接電荷轉移電容下極板，另一端接地；

第四開關的一端接電荷轉移電容下極板，另一端接輸入電源；

穩壓電容的一端與所述第二開關的另一端連接，另一端接地；

所述時鐘發生器用于產生兩相非交疊鐘信號，以便使第三開關導通時，第二開關、第四開關關斷；而第三開關關斷時，第二開關、第四開關導通；

所述參考電壓發生電路分別與所述第二開關的另一端及輸入電源連接，用于輸出參考電壓：Vo-Vin+k·(Vo-Vout)，其中Vo為電路輸出端的預期電壓值，Vin為輸入電源的電壓，Vout為電路輸出端的實際輸出電壓值，k為比例系數，其值大于等于1；所述電壓比較器的一個輸入端連接所述參考電壓發生電路輸出的的參考電壓，另一輸入端連接電荷轉移電容上極板的電壓信號，其輸出信號用于控制第一開關的開閉。

2.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于：所述參考電壓產生電路包括：用于產生與所述期望電壓成比例的基準電壓的帶隙基準電壓電路、分別與所述帶隙基準電壓電路輸出端、電源及所述穩壓電容連接的多級運算放大電路，以輸出所述參考電壓。

3.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于：當第一開關是由高電平來控制其斷開時，所述電荷泵電路還包括：電源選擇電路，用于在接入的電源電壓與所述輸出電壓Vout中選擇較大者作為輸出；以及增設在所述電壓比較器與所述第一開關之間的第一電平轉換電路，其與所述電源選擇電路輸出端相連接，用于將所述電壓比較器輸出的高電平轉換為所述電源選擇電路輸出端所輸出的電壓以控制第一受控開關斷開。

4.如權利要求3所述的電荷泵，其特征在于：當第二受控開關由高電平控制其斷開時，所述電荷泵電路還包括：連接在所述時鐘發生器輸出端的反相器、及增設在所述反相器與所述第二受控開關之間的第二電平轉換電路，其與所述電源選擇電路輸出端相連接，用于將所述反相器輸出的高電平轉換為所述電源選擇電路輸出端所輸出的電壓以控制第三受控開關斷開。

5.一種電荷泵工作方法，其特征在于包括步驟：

步驟一，時鐘發生器生成的兩相非交疊時鐘信號，控制第三開關導通，第二開關、第四開關關斷，此時電荷轉移電容下極板被拉至地；若此時電荷轉移電容上極板電壓低于參考電壓Vo-Vin+k·(Vo-Vout)，則電壓比較器的輸出信號將第一開關導通，對電荷轉移電容充電；如果電荷轉移電容上極板電壓高于參考電壓Vo-Vin+k·(Vo-Vout)，則電壓比較器的輸出信號將第一開關關斷，停止對電荷轉移電容充電；

步驟二，時鐘發生器生成的兩相非交疊時鐘信號，控制第三開關關斷、第二開關與第四開關導通，此時第一開關關斷，將電荷轉移電容下極板提升至電源輸入電壓Vin，電荷轉移電容上極板通過第四開關接至電荷泵輸出端，電荷從電荷轉移電容轉移至穩壓電容；

重復步驟一及步驟二，穩壓電容輸出的電壓將穩定在預期值Vo。

6.如權利要求5所述的電荷泵工作方法，其特征在于：當所述電荷泵還包括電源選擇電路與第一電平轉換電路時，所述電荷泵工作方法還包括步驟：所述電源選擇電路在接入的電源電壓與電路輸出端的實際輸出電壓值中選擇較大者以提供給第一電平轉換電路，所述第一電平轉換電路將所述電源選擇電路輸出的電壓作為控制信號來控制所述第一受控開關的斷開。

7.如權利要求6所述的電荷泵電路工作方法，其特征在于：當所述電荷泵還包括第二電平轉換電路時，所述電荷泵工作方法還包括步驟：所述電源選擇電路在接入的電源電壓與所述電路輸出端的實際輸出電壓值中選擇較大者以提供給第二電平轉換電路，所述第二電平轉換電路將所述電源選擇電路輸出的電壓作為控制信號來控制所述第二受控開關的斷開。