[發明專利]用于通過倍增DC操作電壓來產生輸出電壓的電荷泵

有效

• 申請號: 201710701973.1
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107800290B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 彼得·毛雷爾;尼龍·卡普爾
• 申請（專利權）人: 艾爾默斯半導體歐洲股份公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 任靜;李少丹

本發明涉及用于通過倍增DC操作電壓來產生輸出電壓的電荷泵，其設置有至少一個泵級，該泵級包括至少一個泵電容器和至少一個級開關，并且連接在DC操作電壓和充電電壓之間。控制單元可操作地產生至少一個充電電壓以及根據下面提到的三個前提條件中的至少一個來預設用于換相的時間點以用于對至少一個充電電壓進行換相：?隨著從換相的最后時間點起到可預設的最小時間段到期，?隨著從換相的最后時間點起到可預設的最大時間段到期，或?如果在從換相的最后時間點開始、在晚于最小時間段且早于最大時間段結束的時間段內達到相應的閾值，則在其分別上升和下降的時間段內一旦達到至少一個充電電壓的可預設的最大閾值和可預設的最小閾值。

技術領域

本發明涉及一種用于通過DC操作電壓的整數倍增或分數倍增來產生輸出電壓的電荷泵。

背景技術

電荷泵用于各種各樣的應用。

圖1示出在文獻中已知為“迪克森電荷泵(Dickson charge pump)”的電荷泵10的通常結構。通過二極管和電容器的級聯來執行電源電壓V_SUP的倍增，其中，對于每個泵級12、14、16，通常兩級開關18、20和泵電容器22、24經由相應的節點26、28連接作為二極管/泵電容器電路13、15、17。還示出了通過級開關的方式在內部和彼此之間的各個泵級的互連。

這里，開關元件18、20被設計為二極管。在文獻中，還可以發現其他變型，其中代替地，可使用NMOS晶體管或互補PMOS/NMOS晶體管對。關于根據本發明的控制概念，這些變型二者都具有等同的相關性。

每個泵級12、14、16的電容器22、24的基點由兩個相互互補(即，被移相180°)的充電(相位)電壓Φ₁和Φ₂來控制。最后的泵級16的輸出端經由另一開關元件30而被切換到提供電荷泵10的輸出電壓V_CP的質量相關的緩沖電容器(mass-related buffer capacitor)32。通常，緩沖電容器32連接在V_CP和質量電勢(mass potential)之間，如圖1和圖示可替代的電荷泵概念的其他附圖所示。然而，通常，也可以將緩沖電容器連接在V_CP和任何所需的DC電勢之間(例如，也連接在V_CP和V_SUP之間)。所產生的優點在于它可以在該緩沖電容器兩端實現更小的電壓降，從而允許使用具有較低耐壓的緩沖電容器。

在圖1所示的概念中，假設將要控制電荷泵10的輸出電壓V_CP。為此，控制單元34包括與輸出電壓的標稱值(nominal value)相對應的V_CP，NOM。V_CP的實際值將經由反饋輸入端V_CP，FB被返回到控制單元34，從而可以形成閉合的反饋控制環。

控制單元34的由D₁、D₂和D₃表示的三個輸入端用于下面提出的控制概念之一中，而不是簡單電荷泵的基本結構的組件。

在如圖1所示的電荷泵10的群集中，電荷包(charge packet)將隨著相位電壓Φ₂的每個上升側面而被傳輸到緩沖電容器。

為了提高電荷泵的效率，對于每個級聯級，可以添加包括級開關16′、20′、泵電容器22′、24′以及節點26′、28′的第二二極管/泵電容器電路13′、15′、17′，對于每個泵級12，14，16，第二二極管/泵電容器電路13′、15′、17′以與上述二極管/泵電容器電路13、15、17的互補分配方式與相位電壓Φ₁和Φ₂連接。在圖2中示出再次通常已知的電荷泵10′的這種設計。