[發(fā)明專利]一種升壓型電荷泵電路

有效

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• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103647449A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 朱鐵柱;王良坤;張明星;夏存寶;陳路鵬;黃武康
• 申請（專利權）人: 嘉興中潤微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02P8/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權代理有限公司 31220
• 代理人: 丁惠敏

技術領域

本發(fā)明涉及一種電荷泵電路，尤其涉及一種用于步進電機驅動器的升壓型電荷泵電路。

背景技術

圖1示出了一種公知的電荷泵電路，包括泵電容Cpump、輸出電容Cout和開關電路；該電荷泵電路的工作過程包括兩個階段，在第一階段中，開關S1與S4處于不導通狀態(tài)，開關S2與S3處于導通狀態(tài)，使得泵電容Cpump的一端NA耦合于地，另一端NB耦合于輸入電壓Vin，電源對泵電容Cpump充電，使得泵電容Cpump的兩端NB與NA間的電位差升至Vin；在第二階段中，開關S1與S4處于導通狀態(tài)，開關S2與S3處于不導通狀態(tài)，使得泵電容Cpump的端點NA耦合于輸入電壓Vin，端點NB耦合于輸出端Vout。因而，在第二階段開始時，泵電容Cpump的端點NB處的電壓從原本的Vin被瞬間提高至2*Vin，經(jīng)由已導通的開關S4，此電壓2*Vin施加輸出端Vout，該電荷泵電路的缺點在于僅能提供固定在2*Vin的輸出電壓Vout。

為了提供可在Vin與2*Vin之間任意調整的輸出電壓Vout，在輸出電容Cout與輸出端Vout之間設置線性電壓調節(jié)器，如圖2所示。根據(jù)預先設定的參考電壓Vref，線性電壓調節(jié)器將輸出電容Cout的電極NC上的泵電壓轉換成介于Vin與2*Vin之間的輸出電壓Vout。雖然線性電壓調節(jié)器能夠有效地將固定的泵電壓轉換成介于Vin與2*Vin之間的可調整輸出電壓Vout，但是電壓調節(jié)器造成轉換效率下降而浪費能源。

此外，由于步進電機驅動器需要電荷泵的輸出電壓值與電源電壓的差值保持恒定，而且步進電機驅動器的工作電壓隨應用系統(tǒng)變化而變化的，因此電荷泵難以滿足上述要求。

發(fā)明內容

有鑒于現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種升壓型電荷泵電路，采用反饋控制，調整電荷泵電路輸出電壓，同時保持電荷泵的輸出電壓值與電源電壓的差值穩(wěn)定，以滿足步進電機驅動器的要求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電荷泵電路，至少包括輸出端Vout、一對NMOS開關管M1、M2、一對二極管D1、D2、泵電容Cpump和充電電容Cout，NMOS開關管M1、M2與二極管D1、D2構成H橋結構，泵電容Cpump跨接于NMOS開關管M1的源極與二極管D1的負極之間，充電電容Cout跨接于二極管D2的負極與地之間，其特征在于，

電荷泵電路還包括振蕩器、脈沖調制器、第一驅動器、第二驅動器以及反饋控制單元；

振蕩器用于產(chǎn)生脈沖信號,脈沖信號為占空比為50%的方波信號；

第一驅動器的輸出與NMOS開關管M1的柵極連接，用于控制NMOS開關管M1的導通與關閉，第二驅動器的輸出與NMOS開關管M2的柵極連接，用于控制NMOS開關管M2的導通與關閉；

反饋控制單元的輸入連接到輸出端Vout，用于比較輸出電壓VCP與設定參考電壓，產(chǎn)生控制信號；

脈沖調制器包括輸入端CLK、VCP_DET和輸出端UP_CTRL、DN_CTRL，輸入端CLK與振蕩器的輸出連接，輸入端VCP_DET與反饋控制單元的輸出端連接，輸出端UP_CTRL與第一驅動器的輸入端連接，輸出端DN_CTRL與第二驅動器的輸入端連接，用于將反饋控制單元產(chǎn)生的控制信號調制到振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號，控制第一驅動器和第二驅動器。

進一步地，反饋控制單元包括MOS管偏置電流源，輸出端Vout的電壓VCP通過齊納管ZN輸入MOS管電流鏡，在齊納管ZN上形成電壓降Vzn；電源電壓VBB通過電阻R輸入MOS管電流鏡，在電阻R上形成電壓降Vr；

當輸出端Vout的電壓VCP與電源電壓VBB的電壓差值，大于齊納管ZN上的電壓降Vzn與電阻R上的電壓降Vr的電壓差值時，MOS管電流鏡像電路中右支路的PMOS管飽和電流大于NMOS管飽和電流，NMOS管工作于飽和區(qū)，漏極電壓接近為數(shù)字邏輯電平VDD，則反相器輸出信號為0；

當輸出端Vout的電壓VCP與電源電壓VBB的電壓差值，小于齊納管ZN上的電壓降Vzn與電阻R上的電壓降Vr的電壓差值時，MOS管電流鏡像電路中的右支路PMOS管飽和電流小于NMOS管飽和電流，NMOS管工作于線性區(qū)，因此反相器輸出信號為1。

進一步地，MOS管電流鏡包括PMOS管MP1、MP2、MP3、MP4、NMOS管MN1、MN2、MN3、MN4和反相器，其中