升压降压电荷泵、电压管理芯片、装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种升压降压电荷泵、电压管理芯片、装置及方法，升压降压电荷泵只需要一个充放电电路和五组开关，即可实现升压和降压的功能，简化了电荷泵的结构，极大的节省了成本、减小了系统功耗，提高了系统效率，增长了电池(组)的使用和待机时间，克服了现有电源管理应用中采用线性稳压器存在的电源电压高时效率低、电源电压低时无法工作的技术问题。

Boost-buck Charge Pump, Voltage Management Chip, Device and Method

The invention discloses a step-up and step-down charge pump, a voltage management chip, a device and a method. The step-up and step-down charge pump can realize the functions of step-up and step-down by only one charge and discharge circuit and five groups of switches. The structure of the charge pump is simplified, the cost is greatly saved, the power consumption of the system is reduced, the efficiency of the system is improved, and the use and standby time of the battery (group) is increased. It overcomes the technical problems of high voltage efficiency and low power supply voltage when linear regulator is used in current power management applications.

【技术实现步骤摘要】
升压降压电荷泵、电压管理芯片、装置及方法
本专利技术涉及模拟集成电路
，尤其涉及一种升压降压电荷泵、电压管理芯片、装置及方法。
技术介绍
当前电机驱动行业很多应用采用电池(组)供电，电池(组)电量充足时，输出电压高，随着电池(组)存储电量的下降，电源电压也会相应的下降，甚至可以下降到低于50％。现有的电压管理芯片采用线性稳压器来实现直流到直流的降压输出，其存在两个弊端：一是在电池(组)电量充足时，输入电压和输出电压之间的差值比较大，线性稳压器的损耗大，效率很低，降低了电池(组)的使用时间和待机时间；二是在电池(组)电量低时，输入电压低于输出电压，线性稳压器又不能提供足够的输出。随着电荷泵在需要电池的系统，如蜂窝式电话、寻呼机、蓝牙系统和便携式电子设备的广泛运用，电荷泵的输出功率和效率也得到了发展。电荷泵主要应用包括驱动用于手机背光的白光LED和毫瓦范围的数字处理器等。但是现有智能电源管理(powermanager)应用中，需要用到升压和降压两种电荷泵，每个电荷泵需要一个飞电容和四组开关。如何能既实现升压和降压的功能，又使得电荷泵的结构简单成为现有智能电源管理应用中亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术中存在的技术问题，提供一种升压降压电荷泵、电压管理芯片、装置及方法，只需少量的组件就能实现升压和降压的功能，简化电荷泵的结构，减小系统功耗。为实现上述目的，本专利技术提供了一种升压降压电荷泵，所述升压降压电荷泵用于接收升压模式控制信号切换至升压模式或者接收降压模式控制信号切换至降压模式；在升压模式时，所述升压降压电荷泵接收目标升压电压，对所述目标升压电压进行自举升压获取第二基准电压并输出；在降压模式时，所述升压降压电荷泵接收输入电源电压，对所述输入电源电压进行降压获取第一基准电压并输出。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种电压管理芯片，所述电压管理芯片包括本专利技术所述的升压降压电荷泵。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种电压管理装置，所述电压管理装置包括本专利技术所述的升压降压电荷泵。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种电压管理方法，所述方法包括如下步骤：(1)升压降压电荷泵接收升压模式控制信号并切换至升压模式，或者接收降压模式控制信号并切换至降压模式；(2)在升压模式时，所述升压降压电荷泵接收目标升压电压，对所述目标升压电压进行自举升压，获取第二基准电压并输出；(3)在降压模式时，所述升压降压电荷泵接收输入电源电压，对所述输入电源电压进行降压，获取第一基准电压并输出。本专利技术的优点在于：本专利技术通过引入升压降压电荷泵，在电源电压较低的时候，升压降压电荷泵工作在升压模式进行自举升压来输出电压，在电源电压较高的时候，升压降压电荷泵工作在降压模式进行降压来输出电压，克服了现有电源管理应用中采用线性稳压器存在的电源电压高时效率低、电源电压低时无法工作的技术问题；且本专利技术提供的升压降压电荷泵只需要一个充放电电路和五组开关，即可实现升压和降压的功能，简化了电荷泵的结构，极大的节省了成本、减小了系统功耗，提高了系统效率，增长了电池(组)的使用和待机时间。本专利技术还可以实现闭环降压控制，以及可以通过控制开关控制信号的占空比来实现调整输出电压的大小。附图说明图1，本专利技术所述的升压降压电荷泵的架构示意图；图2，本专利技术所述的升压降压电荷泵的一实施例的电路图；图3A，简化的升压模式时升压降压电荷泵的电路示意图；图3B为图3A所示电路中部分节点波形示意图；图4A，简化的降压模式时升压降压电荷泵的电路示意图；图4B为图4A所示电路中部分节点波形示意图；图5，本专利技术所述的电压管理方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。此外，本专利技术在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。本专利技术所述的升压降压电荷泵，通过接收升压模式控制信号切换至升压模式或者接收降压模式控制信号切换至降压模式；在升压模式时，所述升压降压电荷泵接收目标升压电压，对所述目标升压电压进行自举升压获取第二基准电压并输出；在降压模式时，所述升压降压电荷泵接收输入电源电压，对所述输入电源电压进行降压获取第一基准电压并输出。其中，输入电源电压大于目标升压电压，小于智能电源管理装置的耐压；目标升压电压例如可以为智能电源中的5V电压。本专利技术提供的升压降压电荷泵，在电源电压较低的时候，升压降压电荷泵工作在升压模式进行自举升压来输出电压，在电源电压较高的时候，升压降压电荷泵工作在降压模式进行降压来输出电压，克服了现有电源管理应用中采用线性稳压器存在的电源电压高时效率低、电源电压低时无法工作的技术问题。参考图1，本专利技术所述的升压降压电荷泵的架构示意图。所述的升压降压电荷泵包括开关控制电路11、开关阵列12以及充放电电路13。所述开关控制电路(SwitchControlcircuit)11，用于通过所述升压降压电荷泵的第四端口Port-D接收升压模式控制信号切换至升压模式或者接收降压模式控制信号切换至降压模式，以及用于接收一时钟信号CLK，以根据所述时钟信号CLK的相序时间基准控制所述开关阵列12中开关的开关状态。在升压模式时，所述开关控制电路11根据所述相序时间基准控制所述开关阵列12的开关进行闭合或断开，以控制所述充放电电路13通过所述升压降压电荷泵的第二端口Port-B接收所述目标升压电压V1、并对所述目标升压电压进行自举升压，获取所述第二基准电压V2从所述升压降压电荷泵的第三端口Port-C输出。在降压模式时，所述开关控制电路11根据所述相序时间基准控制所述开关阵列12的开关进行闭合或断开，以控制所述充放电电路13通过所述升压降压电荷泵的第一端口Port-A接收所述输入电源电压VIN、并对所述输入电源电压VIN进行降压，获取所述第一基准电压V1从所述第二端口Port-B输出。其中，目标升压电压V1与第一基准电压V1可以为同一电压值。本专利技术提供的升压降压电荷泵只需要一个充放电电路和一个开关阵列，即可实现升压和降压的功能，简化了电荷泵的结构，极大的节省了成本、减小了系统功耗，提高了系统效率，增长了电池(组)的使用和待机时间。所述充放电电路13可以通过数字方式实现电容的功能(即去除电容)，这样充放电电路13可以集成在芯片中。所述充放电电路13也可以包括一电容器，电容器通过开关阵列12接入升压降压电荷泵。可选的，所述升压降压电荷泵还包括时钟产生单元14；时钟产生单元14用于输出时钟信号CLK，以提供控制所述开关阵列中开关的开关状态的相序时间基准。时钟产生单元14可以为一振荡器(Oscillator)。在其它实施例中，时钟信号CLK也可以由外部电路产生。优选的，所述升压降压电荷泵还包括第一电压比较器CP1；第一电压比较器CP1的第一输入端电连接至升压降压电荷泵的第二端口Port-B，其第二输入端用于接收一参考电压VREF，而其输出端电连接至开关控制电路11。第一电压比较器CP1用于在降压模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种升压降压电荷泵，其特征在于，所述升压降压电荷泵用于接收升压模式控制信号切换至升压模式或者接收降压模式控制信号切换至降压模式；在升压模式时，所述升压降压电荷泵接收目标升压电压，对所述目标升压电压进行自举升压获取第二基准电压并输出；在降压模式时，所述升压降压电荷泵接收输入电源电压，对所述输入电源电压进行降压获取第一基准电压并输出。

【技术特征摘要】
1.一种升压降压电荷泵，其特征在于，所述升压降压电荷泵用于接收升压模式控制信号切换至升压模式或者接收降压模式控制信号切换至降压模式；在升压模式时，所述升压降压电荷泵接收目标升压电压，对所述目标升压电压进行自举升压获取第二基准电压并输出；在降压模式时，所述升压降压电荷泵接收输入电源电压，对所述输入电源电压进行降压获取第一基准电压并输出。2.如权利要求1所述的升压降压电荷泵，其特征在于，通过将所述输入电源电压VIN与一模式切换电压VTH进行比较，并基于比较结果输出升压模式控制信号或者降压模式控制信号。3.如权利要求1所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述升压降压电荷泵包括开关控制电路、开关阵列以及充放电电路；所述开关控制电路，用于通过所述升压降压电荷泵的第四端口接收所述升压模式控制信号切换至升压模式或者接收所述降压模式控制信号切换至降压模式，以及用于接收一时钟信号，以根据所述时钟信号的相序时间基准控制所述开关阵列中开关的开关状态；在升压模式时，所述开关控制电路根据所述相序时间基准控制所述开关阵列的开关进行闭合或断开，以控制所述充放电电路通过所述升压降压电荷泵的第二端口接收所述目标升压电压、并对所述目标升压电压进行自举升压，获取所述第二基准电压从所述升压降压电荷泵的第三端口输出；在降压模式时，所述开关控制电路根据所述相序时间基准控制所述开关阵列的开关进行闭合或断开，以控制所述充放电电路通过所述升压降压电荷泵的第一端口接收所述输入电源电压、并对所述输入电源电压进行降压，获取所述第一基准电压从所述第二端口输出。4.如权利要求3所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述升压降压电荷泵还包括时钟产生单元；所述时钟产生单元用于输出所述时钟信号，以提供控制所述开关阵列中开关的开关状态的相序时间基准。5.如权利要求3所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述开关阵列，包括五组开关：第一开关的一端电连接至所述第一端口，其另一端电连接至所述开关阵列的第一节点；第二开关的一端电连接至所述第一节点，其另一端电连接至所述第二端口；第三开关的一端接地，其另一端电连接至所述开关阵列的第二节点；第四开关的一端电连接至所述第二节点，其另一端电连接至所述第二端口；第五开关的一端电连接至所述第一节点，其另一端电连接至所述第三端口；所述充放电电路串接在所述第一节点与所述第二节点之间；在升压模式时，所述开关控制电路控制所述第一开关始终断开、同时依所述相序时间基准控制所述第五开关、第二开关、第三开关、第四开关进行断开或闭合，使得所述充放电电路通过所述第二端口接收所述目标升压电压、并对所述目标升压电压进行自举升压，获取所述第二基准电压从所述第三端口输出；在降压模式时，所述开关控制电路控制所述第五开关始终断开、同时依所述相序时间基准控制所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关进行断开或闭合，使得所述充放电电路通过所述第一端口接收所述输入电源电压、并对所述输入电源电压进行降压，获取所述第一基准电压从所述第二端口输出。6.如权利要求5所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述相序时间基准包括第一升压相序和第二升压相序；在所述第一升压相序，所述开关控制电路控制所述第二开关、第三开关闭合，同时控制所述第五开关、第四开关断开，使得所述充放电电路通过所述第二开关、第三开关串接在所述第二端口与地端之间，以接收所述目标升压电压进行充电；在所述第二升压相序，所述开关控制电路控制所述第二开关、第三开关断开，同时控制所述第五开关、第四开关闭合，使得所述充放电电路通过所述第五开关、第四开关串接在所述第二端口与所述第三端口之间，以进行自举升压获取所述第二基准电压通过所述第三端口输出；其中，所述第一升压相序和第二升压相序的时间成第一预设比例。7.如权利要求5所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述升压降压电荷泵还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极电连接至所述第五开关，所述第二二极管的阴极电连接至所述第三端口。8.如权利要求5所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述升压降压电荷泵还包括第三二极管，所述第三二极管的阳极电连接至所述第一开关，所述第三二极管的阴极电连接至所述第一节点。9.如权利要求5所述的升压降压电荷泵，其特征在于，所述相序时间基准还包括第一降压相序和第二降压相序；在所述第一降压相序，所述开关控制电路控制所述第一开关、第四开关闭合...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁炜嘉，黄河，易坤，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31