[發明專利]功率電荷泵

有效

• 申請號: 201310518255.2
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103532376B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 王釗
• 申請（專利權）人: 無錫中感微電子股份有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本發明涉及電子領域，具體涉及一種功率電荷泵。

背景技術

基于開關電容的電荷泵電路被廣泛應用于電壓轉換電路中，可以實現較高的電壓轉換效率。現有技術中的功率電荷泵，一般采用一個輸入電壓，產生比輸入高的輸出電壓或者比輸出低的輸出電壓，其效率高于線性調壓器。

相比基于電感的直流-直流轉換器相比，功率電荷泵無需體積較大的電感，其更適用于PCB空間較小的應用，且成本較低。對于理想的開關來說，其能量損耗可被忽略，在這種情況下，可以認為功率電荷泵電路的效率為100%。但功率電荷泵電路只能以某些固定的倍率轉換電壓時，其理想功率為100%。然而這樣的固定倍率是有限的幾種。現有技術中，對于僅采用兩個飛電容(flying?capacitor)的應用中，針對同一個輸入電壓源，可以產生的VO/VIN（其中VO為輸出電壓，VIN為輸入電壓）的倍率有：3倍、2倍、3/2倍、4/3倍、1倍、2/3倍、1/2倍、1/3倍。對于僅采用一個飛電容(flying?capacitor)應用，現有技術中存在的VO/VIN倍率有：2倍、1倍、1/2倍。

采用增加飛電容的個數的方式，可以產生更多可能的倍率，但成本隨之增加。增加更多可能的倍率，有利于優化功率電荷泵的實際工作效率。例如，輸入電壓為3.3V，輸出電壓目標值為1.7V，對于僅一個飛電容情形，只能采用1倍模式，產生3.3V電壓，然后通過線性調壓技術(線性調壓技術只能降低電壓)降為1.7V，其理想情況下的效率為1.7V/3.3V=51.5%。對于采用兩個飛電容情形，則可以采用2/3倍模式，產生2.2V電壓，然后通過線性調壓技術降為1.7V，其理想情況下的效率為1.7V/2.2V=77.3%，這樣就改善了效率。當輸入電壓在一定范圍內變化時（例如電池供電時，隨著電池放電或充電，其電壓會不斷變化），更多倍率模式有助于優化不同輸入電壓下的工作效率。飛電容越多，有助產生更多倍率模式，但成本更高。如何以較少的飛電容，產生更多可能的倍率，是本發明亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種功率電荷泵，以提高功率電荷泵中飛電容的利用效率。

為實現上述目的，本發明實施例第一方面提供了一種功率電荷泵，所述功率電荷泵包括一輸出電容、至少一飛電容、第一電壓源和第二電壓源、以及第一組時鐘開關和第二組時鐘開關，所述第一、第二時鐘開關各自包含至少兩個時鐘開關，所述第一組時鐘開關和第二組時鐘開關的導通時間不重疊；

所述第一組時鐘開關導通時，控制所述至少一飛電容產生所述第一電壓源的第一電壓和第二電壓源的第二電壓之差的第三電壓；

所述第二組時鐘開關導通時，控制所述輸出電容產生與第三電壓成比例的輸出電壓。

基于第一方面，在第一種可能的實施方式中，所述功率電荷泵包含一個飛電容，所述第一組時鐘開關包括第一時鐘開關和第二時鐘開關，所述第二組時鐘開關包括第三時鐘開關和第四時鐘開關。

基于第一方面的第一種可能的實施方式，在第二種可能的實施方式中，所述第一時鐘開關連接所述第一電壓源的正極和所述飛電容的第一端，所述第二時鐘開關連接所述飛電容的第二端和所述第二電壓源的正極，所述第三時鐘開關連接所述飛電容的第一段和所述輸出電容的第一端，所述第四時鐘開關連接所述飛電容的第二端、所述輸出電容的第二端以及所述第一、第二電壓源的負極。

基于第一方面，在第三種可能的實施方式中，所述功率電荷泵包含第一飛電容和第二飛電容，所述第一組時鐘開關包括第一時鐘開關、第二時鐘開關和第五時鐘開關，所述第二組時鐘開關包括第三時鐘開關、第四時鐘開關、第六時鐘開關以及第七時鐘開關。

基于第一方面的第三種可能的實施方式，在第四種可能的實施方式中，所述第一時鐘開關連接所述第一電壓源的正極和所述第一飛電容的第一端，所述第二時鐘開關連接所述第二飛電容的第二端和所述第二電壓源的正極，所述第三時鐘開關連接所述第一飛電容的第一端和所述輸出電容的第一端，所述第四時鐘開關連接所述第二飛電容的第二端、所述輸出電容的第二端以及所述第一、第二電壓源的負極，所述第五時鐘開關連接所述第一飛電容的第二端和所述第二飛電容的第一端，所述第六時鐘開關連接所述第一飛電容的第二端、所述輸出電容的第二端以及所述第一、第二電壓源的負極；所述第七時鐘開關連接所述第二飛電容的第一端和所述輸出電容的第一端。

基于以上的任意一種可能的實施方式，所述第一電壓源為電池，所述第二電壓源為電路中的直流-直流轉換器或線性調壓器。