一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器制造技术

本发明专利技术提供一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，包括：提供输入电压及参考电压的带隙基准单元；用于调整导通电流的调整管；用于将输出电压调整为输入电压的1.5倍的电荷泵单元；用于比较所述参考电压及所述输出电压，进而产生控制所述调整管的控制信号的误差放大单元。本发明专利技术的基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器通过电荷泵单元将输入电压升压1.5倍后进行调整得到输出电压，可有效减小输出电压的纹波，提高直流转换器的工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器
本专利技术涉及电源管理领域，特别是涉及一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器。
技术介绍
开关电容转换器又常称为电荷泵(ChargePump)。它是通过电容上电荷周期性的搬运实现能量的转移。早在1976年，Dickson首先提出了片上电荷泵的概念，随后应用于存储器电路实现升压功能以读写数据。在随后的几十年中，开关电容DC-DC转换器有了很大的发展，其实现的功能不仅仅局限于实现升压功能，利用拓扑结构的变换可以实现降压，甚至反相功能。开关电容转换器也由负载驱动能力小于10mA片上电荷泵发展至驱动能力超过300mA片外电容实现的电荷泵。近年来，穿戴式设备，物联网，VR的兴起，带动了集成电路的飞速发展，人们追求小型化，低功耗的要求也迫使集成电路朝SOC(片上系统)方向不断的迈进。对于电源管理而言，开关电容型的DC-DC转换器恰恰非常有利于实现全集成,尤其是在低功耗的应用场合，开关电容DC-DC转换器已经占据了明显优势。可是很多时候，我们想要得到的输出电压并不正好是输入电压的整数或者分数倍。即使输出输入转换比是整数或者分数，由于负载的变化也会导致输出电压不稳定。在这个时候就需要电压的整流(Regulation)。所谓的整流就是，从输出端引一条负反馈回路到输入控制端，根据输出电压或者负载电流的大小及时地控制输入量的改变，从而达到稳定输出电压或者输出电流的目的。现有的几种调制方式如下所述：1、脉冲宽度调制(PWM)PWM调制方式是在时钟周期不变的情况下，通过调节开关时钟的占空比，也是就是通过调节时钟的脉冲宽度的方式来稳定输出电压的。这种调制方法常见于电感型DC-DC转换器中。其优点由于时钟周期比较固定，也就是有固定的开关频率，可以得到较低开关噪声输出电压。其缺点是，由于受到开关功率管最小导通时间的限制，输出电压很难做到宽范围的调节。2、脉冲频率调制(PFM)PFM调制方式是通过改变时钟的频率来整流输出电压。当输出电压过高时，时钟关断，负载电容放电，输出电压降低。当输出电压过低时，时钟开启，电源对负载电容充电，输出电压升高。这样就可以将输出电压控制在一个接受的范围之内。输出电压等比例缩小后与参考电压通过比较器做比较，得到数字码，这个数字码控制时钟脉冲，然后再经过两相非交叠时钟产生电路，驱动电路控制功率开关管导通与关断，从而达到整流输出电压的目的。PFM调制方式的优点是，可以在很宽的输入电压范围内调制电压，还可以在很宽的负载电流范围内维持较高的转换效率。另外它的反馈环路几乎都是数字电路，所以响应速度很快。还有这种非线性控制的数字反馈环路，不会有稳定性问题，因而不需要进行环路补偿。但是PFM控制也有很大的缺点，最主要的是，它是通过改变时钟的频率来整流输出电压的，输出电压的频谱很宽，并且不可以预测，这样就限制了这种调制方式在噪声敏感场合中的应用。AMOLED驱动芯片中的灰阶产生电路需要供电5V，对于常规的具有256个灰阶的电路而言，每一阶的电压约为20mV，因此，当输入电压的纹波大于20mV或者有较大噪声时，AMOLED显示面板很容易出现显示偏差或噪点。我们知道，相对于线性整流器(LDO)和电感型的开关电源DC-DC转换器而言，开关电容DC-DC转换器的输出电压纹波较大，如果采用常用的PFM调制方法，输出电压纹波一般在30mV以上，并且开关噪声不可预测和消除。因而传统开关电容DC-DC转换器很难在噪声敏感的场合有所应用。因此，如何在不牺牲转换效率的前提下，最大限度地降低输出纹波，并且控制在20mV以内已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，用于解决现有技术中电容型直流转换器输出纹波大等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，所述基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器至少包括：带隙基准单元、第一分压模块、调整管、电荷泵单元、第二分压模块以及误差放大单元；所述带隙基准单元提供输入电压及参考电压；所述第一分压模块连接于所述带隙基准单元的输出端和所述误差放大单元的输出端之间，对所述参考电压进行分压；所述调整管的源端连接所述输入电压、漏端连接所述电荷泵单元、栅端连接所述误差放大单元的输出端，用于调整导通电流，进而调整输出电压；所述电荷泵单元连接于所述调整管的漏端，用于将输出电压调整为输入电压的1.5倍；所述第二分压模块连接于所述电荷泵单元的输出端，用于对所述输出电压进行分压；所述误差放大单元的第一输入端连接所述参考电压的分压、第二输入端连接所述输出电压的分压，用于比较所述参考电压及所述输出电压，进而产生控制所述调整管的控制信号。优选地，所述电荷泵单元包括：升压模块及传输模块；其中，所述升压模块包括第一对管、第二对管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关及第六开关，所述第一对管与所述第二对管交叉耦合连接，所述第一对管的漏端连接串联的所述第一电容、所述第一开关及所述第二电容，所述第二电容的下极板连接第一时钟控制信号，所述第二开关连接于所述第一电容与所述第二电容的上极板之间，所述第三开关连接于所述第一电容与所述第二电容的下极板之间，所述第一开关受所述第二时钟控制信号控制，所述第二开关及所述第三开关受所述第一时钟控制信号控制；所述第二对管的漏端连接串联的所述第三电容、所述第四开关及所述第四电容，所述第四电容的下极板连接第二时钟控制信号，所述第五开关连接于所述第三电容与所述第四电容的上极板之间，所述第六开关连接于所述第三电容与所述第四电容的下极板之间，所述第四开关受所述第一时钟控制信号控制，所述第五开关及所述第六开关受所述第二时钟控制信号控制；所述第一电容及所述第三电容的上极板作为输出端。更优选地，所述升压模块还包括连接于所述第一对管底端的第一衬底电压时钟控制电路和连接于所述第二对管底端的第二衬底电压时钟控制电路，所述第一衬底电压时钟控制电路及所述第二衬底电压时钟控制电路分别包括：上拉管和下拉管，所述上拉管与所述下拉管串联连接，所述上拉管的源端连接输入电压，所述下拉管的源端接地，所述上拉管与所述下拉管的栅端相连并连接控制信号，所述第一衬底电压时钟控制电路的控制信号为第一时钟控制信号，所述第二衬底电压时钟控制电路的控制信号为第二时钟控制信号。更优选地，所述传输模块包括第一传输开关及第二传输开关，所述第一传输开关与所述第二传输开关交叉耦合连接，所述第一传输开关与所述第二传输开关的输入端分别连接所述升压模块的第一输出端及第二输出端，所述第一传输开关与所述第二传输开关的输出端相连，作为所述电荷泵单元的输出端。更优选地，所述传输模块包括：第一传输开关及第二传输开关，所述第一传输开关与所述第二传输开关的输入端分别连接所述升压模块的第一输出端和第二输出端；所述第一传输开关与所述第二传输开关的输出端相连，作为输出端；所述第一传输开关与所述第二传输开关的栅端分别连接第一栅压控制电路及第二栅压控制电路，用于将所述第一传输开关与所述第二传输开关的栅压摆幅增大至1.5倍输入电压。更优选地，所述第一栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，其特征在于，所述基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器至少包括：带隙基准单元、第一分压模块、调整管、电荷泵单元、第二分压模块以及误差放大单元；所述带隙基准单元提供输入电压及参考电压；所述第一分压模块连接于所述带隙基准单元的输出端和所述误差放大单元的输出端之间，对所述参考电压进行分压；所述调整管的源端连接所述输入电压、漏端连接所述电荷泵单元、栅端连接所述误差放大单元的输出端，用于调整导通电流，进而调整输出电压；所述电荷泵单元连接于所述调整管的漏端，用于将输出电压调整为输入电压的1.5倍；所述第二分压模块连接于所述电荷泵单元的输出端，用于对所述输出电压进行分压；所述误差放大单元的第一输入端连接所述参考电压的分压、第二输入端连接所述输出电压的分压，用于比较所述参考电压及所述输出电压，进而产生控制所述调整管的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，其特征在于，所述基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器至少包括：带隙基准单元、第一分压模块、调整管、电荷泵单元、第二分压模块以及误差放大单元；所述带隙基准单元提供输入电压及参考电压；所述第一分压模块连接于所述带隙基准单元的输出端和所述误差放大单元的输出端之间，对所述参考电压进行分压；所述调整管的源端连接所述输入电压、漏端连接所述电荷泵单元、栅端连接所述误差放大单元的输出端，用于调整导通电流，进而调整输出电压；所述电荷泵单元连接于所述调整管的漏端，用于将输出电压调整为输入电压的1.5倍；所述第二分压模块连接于所述电荷泵单元的输出端，用于对所述输出电压进行分压；所述误差放大单元的第一输入端连接所述参考电压的分压、第二输入端连接所述输出电压的分压，用于比较所述参考电压及所述输出电压，进而产生控制所述调整管的控制信号。2.根据权利要求1所述的基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，其特征在于：所述电荷泵单元包括：升压模块及传输模块；其中，所述升压模块包括第一对管、第二对管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关及第六开关，所述第一对管与所述第二对管交叉耦合连接，所述第一对管的漏端连接串联的所述第一电容、所述第一开关及所述第二电容，所述第二电容的下极板连接第一时钟控制信号，所述第二开关连接于所述第一电容与所述第二电容的上极板之间，所述第三开关连接于所述第一电容与所述第二电容的下极板之间，所述第一开关受所述第二时钟控制信号控制，所述第二开关及所述第三开关受所述第一时钟控制信号控制；所述第二对管的漏端连接串联的所述第三电容、所述第四开关及所述第四电容，所述第四电容的下极板连接第二时钟控制信号，所述第五开关连接于所述第三电容与所述第四电容的上极板之间，所述第六开关连接于所述第三电容与所述第四电容的下极板之间，所述第四开关受所述第一时钟控制信号控制，所述第五开关及所述第六开关受所述第二时钟控制信号控制；所述第一电容及所述第三电容的上极板作为输出端。3.根据权利要求2所述的基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，其特征在于：所述升压模块还包括连接于所述第一对管底端的第一衬底电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉，田野，汪宁，田犁，章琦，封松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31