[發明專利]一種電荷泵電路及其控制方法

有效

• 申請號: 201710664194.9
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107395012B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 高洪波;徐愛民;任遠程;周遜偉
• 申請（專利權）人: 杰華特微電子股份有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種電荷泵電路及其控制方法，包括充放電電路和紋波抑制電路，所述充放電電路接收輸入信號并通過多次充放電過程輸出第一電壓信號；所述紋波抑制電路接收所述第一電壓信號，用以減少所述第一電壓信號中紋波，并得到電荷泵的輸出信號。本發明采用紋波抑制電路替代現有技術的大電容，可形成兩級濾波結構，同時本發明還避免體二極管發生直通的問題。

技術領域

本發明涉及一種電力電子技術領域，特別涉及一種電荷泵電路及其控制方法。

背景技術

電荷泵實際上是一種電壓變換器，用于輸出所需的直流電壓。電荷泵大多應用在一些需要電池的系統中，如一些便攜式電子設備。便攜式電子設備發展迅速，對電荷泵也提出了更多的需求。圖1為現有技術的一種電荷泵電路結構示意圖，圖1包括4個開關管M1、M2、M3、M4和電容C1、C2、C3，這里開關管M1、M2、M3、M4以NMOS管為例。M1、M2、M3、M4兩兩相連成環路結構，M1和M3的公共節點接電源VDD，M1和M2公共節點處電壓為V01，M3和M4公共節點處電壓為V02，M2和M4公共節點處接電容C3一端，其公共節點處電壓為電荷泵輸出電壓Vout；M1、M4通斷受脈沖信號ctrl控制，M2、M3通斷受脈沖信號控制。電容C1一端接V01，另一端輸入脈沖信號clk；電容C2一端接V02，另一端輸入脈沖信號

脈沖信號clk和互補，即clk為高電平時，為低電平，這里高電平設定為VDD，低電平設定為0；脈沖信號ctrl和互補，即ctrl為高電平時，為低電平，脈沖信號ctrl和為低電平即NMOS管柵極輸入電壓不足以使開關管開啟，這里設定為VDD；脈沖信號ctrl和為高電平即NMOS管柵極輸入電壓足夠使開關管開啟，這里設定為2VDD。脈沖信號clk、和脈沖信號ctrl、脈寬相等且同步產生。

參照圖2，示意了現有技術電荷泵輸入輸出電壓波形圖，當電荷泵輸入端輸入電壓VDD時，且VDD比兩個二極管開啟電壓之和高，電荷泵的四個MOS管的體二極管會存在直通問題使得電荷泵輸出電壓Vout不為零。當輸入脈沖信號ctrl從低電平變為高電平，從高電平變為低電平時，M1、M4導通，M2、M3斷開，電容C1一端輸入的脈沖信號clk從VDD變為0，C2一端輸入的脈沖信號從0變為VDD，電壓V01經M1充電變為VDD，電壓V02經電容C2耦合瞬間被抬升了VDD，C2中的電荷通過M4向電容C3流動，輸出電壓Vout上升；當ctrl為變為低電平時，變為高電平時，M1、M4斷開，M2、M3閉合，C1一端輸入的clk信號從0變為VDD，電壓V01由于電容C1的耦合瞬間被抬升到2VDD，C1中的電荷向C3流動，輸出電壓Vout上升。經過多個脈沖周期后，輸出電壓Vout接近2*VDD。

現有技術電荷泵采用的MOS管其體二極管會產生直通問題，使得電荷泵輸出電壓前期上升速度不可控，電荷泵不能從0線性上升。此外，為減小電荷泵輸出紋波影響會在電荷泵內接一個高壓大電容C3，C3體積大，額外增加了電荷泵生產成本。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種電荷泵電路及其控制方法，用于解決現有技術存在的電荷泵輸出電壓上升速度前期不可控及生產成本高等問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種電荷泵電路，包括：

充放電電路，接收輸入信號并通過多次充放電過程輸出多倍于輸入信號的第一電壓信號。

紋波抑制電路，接收所述第一電壓信號，用以減少將所述第一電壓信號中紋波，并得到電荷泵的輸出信號。

可選的，所述充放電電路包括包括四個開關管、第一電容和第二電容，所述四個開關管兩兩相連成對稱的環路結構，每兩個相連的開關管處有一個節點，其中兩個對稱節點分別連第一電容和第二電容一端，另外兩個對稱節點處分別為所述充放電電路的輸入端和輸出端。