自适应伪闭环电荷泵电路制造技术

本发明专利技术涉及一种电子技术领域，具体涉及一种自适应伪闭环电荷泵电路，可以根据应用环境自动切换电荷泵环路状态，所述自适应伪闭环电荷泵电路包括：一闭环电荷泵电路，用于升压产生额定输出电压；一检测电路，用于检测输入输出电压、输出电流、音频输入信号等系统应用环境；一环路选择电路，通过判断所述系统应用环境闭合或断开升压反馈通路；一组环路控制开关，连接所述检测电路，控制所述控制信号的传递方向，于开环和闭环之间切换。本发明专利技术所述一种自适应伪闭环电荷泵电路，实现实时检测输入电压和输出功率等应用环境，选择最优的环路控制方式，进行升压输出，不仅降低了静态功耗，提升效率，而且又减小了输出纹波的幅度。

【技术实现步骤摘要】
自适应伪闭环电荷泵电路
本专利技术涉及一种电子
，尤其涉及一种自适应伪闭环电荷泵电路。
技术介绍
在如今的音频功放市场中，大音量、低失真的DG类功放(Class-D+DC-DC)逐渐占据主导。D类功放自身的高效率特征，加之不输AB类功放的总谐波失真加噪声(THD+N)表现，使其备受青睐。而在便携式应用系统中，DC-DC升压模块102，更是将D类功放的输出范围，亦即输出功率，进一步提升，从而产生了新的音频功率放大模式，DG类音频功率放大器。图1给出了一种典型的DG类音频功率放大器结构，其中包括一D类音频放大调制电路101，用于将输入的音频信号转换成固定开关频率的脉冲宽度调制(PWM)信号，而驱动电路103利用该PWM信号进行扬声器104的驱动；不同于传统D类放大器的是，其中驱动电路103的电源由DC-DC升压电路102提供。因此，升压输出的噪声和纹波将直接附加于音频驱动输出上，而系统效率为D类音频放大器101、驱动电路103的效率和升压电路102的效率之乘积。而其中，Boost升压电路，因其较高的效率，被一些系统选择用以实现升压功能。然而，昂贵的电感价格和严重的电磁干扰使得更多的用户对其望而却步，转而选择效率略低，但干扰更小，价格更便宜的电荷泵升压方案。为了弥补电荷泵天生效率上的不足，业界工程师们逐渐放弃了稳定的闭环电荷泵控制电路，采用开环应用辅以过压保护来实现更高效率的电荷泵设计。然而，开环设计的电荷泵在达到额定电压后，将处于断续工作状态，因此会在输出端产生电压纹波。该电压纹波由回滞电压决定，而纹波频率还与负载电容和负载电流相关。换言之，在确定的回滞电压(芯片设计)和负载电容(系统设计)的应用条件下，一定存在一个负载电流范围，使得输出电压的纹波频率处于音频范围内。尽管Class-D自身有一定的电源抑制能力，但在当今低失真、低噪声的市场需求下，该纹波将直接影响音频系统的噪声特性。另一方面，被抛弃的闭环电荷泵结构却拥有更小的输出纹波和更高的纹波频率。但是，正因为闭环电荷泵结构的常时工作状态，及其兆级的开关频率，使其具有更高的静态功耗。更严重的是，在中等负载和重载的情况下，非完全导通的开关MOS具有更高的等效阻抗和更大的输出压降，使得系统效率下降异常显著。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于取两种结构之优点，调和上述矛盾，提出了一种自适应环路控制电路，有效地平衡系统效率和输出纹波的矛盾。该控制电路的特点在于，实时检测输入电压和输出功率等应用环境，选择最优的环路控制方式，进行升压输出，即降低了静态功耗，提升效率，又减小了输出纹波的幅度。为了实现上述目的，包含本专利技术的DG类音频功放框架如图2所示，D类音频功率放大调制电路101，D类音频驱动103，扬声器104均可沿用现有的设计结构，而误差放大器221，电荷泵驱动电路222和分压反馈电路223所构成的闭环电荷泵电路也与现有设计结构相同。而本专利技术所提出的自适应伪闭环控制电路的核心在于电荷泵检测电路224及其输出信号225的控制方式。电荷泵检测电路的功能包括但不仅限于：输入电压检测、输出电压检测，输出负载/电流检测，音频输入信号检测；并通过相关检测结果，判断电荷泵所需的工作方式，包括但不仅限于：闭环升压输出、开环升压输出、电源直通输出；最终再通过控制信号实时改变环路及驱动方式，从而实现驱动方式的最优化，有效缓和电荷泵输出噪声与效率之间的矛盾。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，包括：一电压输入端(Vin)；一电压输出端(Vout)；一误差放大器(221)，于一参考电压(Vref)和一反馈电压(Vfb)的作用下产生一误差放大信号(EA_OUT)；一驱动电路(222)，与所述误差放大器(221)的输出端连接，于所述误差放大信号(EA_OUT)的作用下产生驱动信号；一检测电路(224)，检测电荷泵电路的应用环境参数产生控制信号；一组环路控制开关，连接所述检测电路(224)，于所述控制信号的作用下控制所述电路于开环和闭环之间切换。优选的，所述环路控制开关包括：第一开关(311)，于所述检测电路(224)的第一控制信号作用下可控制地导通或断开所述误差放大器(221)与所述驱动电路(222)的第一节点(X1)；第二开关(312)，于所述检测电路(224)的第二控制信号作用下可控制地导通或断开所述驱动电路(222)的第一节点(X1)和接地端。优选的，所述驱动电路(222)包括：电压调整管(321)，所述电压调整管(321)的控制端连接所述第一节点(X1)，所述电压调整管(321)的源极连接所述电压输入端(Vin)，漏极连接一第二节点(X2)。优选的，所述驱动电路(222)包括还开关电荷泵电路，所述开关电荷泵电路包括：一输出电容(327)，所述输出电容(327)的一端连接输出电压端(Vout)，另一端接地；第三开关(325)；第四开关(322)，与所述第三开关(325)串联于所述第二节点(X2)和所述输出电压端(Vout)；第五开关(323)；第六开关(324)，与所述第五开关(323)串联于所述第二节点(X2)和接地端之间；一飞电容(326)，所述飞电容(326)的一端连接所述第三开关(325)和所述第四开关(322)串联的节点；所述飞电容(326)的另一端连接所述第五开关(323)和第六开关(324)串联的节点。优选的，所述电压输入端(Vin)与音频输入端(AudioInput)连接于所述检测电路(224)，所述电压输入端(Vin)还连接所述驱动电路(222)；第一开关(311)与所述分压反馈电路(223)输出端、控制信号输出端、第二开关(312)以及所述驱动电路(222)连接；所述第二开关(312)连接控制信号和接地。优选的，所述检测电路(224)包括：输入电压检测子电路(401)、输出电压检测子电路(402)以及控制逻辑器件(405)；所述控制逻辑器件(405)与所述输入电压检测子电路(401)、所述输出电压检测子电路(402)连接，通过控制信号(310)选择闭合第一开关(311)、断开第二开关(312)以进入闭环模式，或选择断开第二开关(312)、闭合第一开关(311)以进入开环模式产生环路控制信号。优选的，所述检测电路(224)还包括输出电流检测子电路(403)，与所述控制逻辑器件(405)连接；通过频率选择模块(328)作用下产生频率控制信号，控制所述驱动电路(222)的开关频率，所述频率选择模块(328)连接所述检测电路(224)和所述驱动电路(222)。优选的，所述检测电路(224)还包括还包括音频输入检测子电路(404)，与所述控制逻辑器件(405)连接；断开第一开关(311)、闭合第二开关(312),第四开关(322)、第三开关(325)闭合，第五开关(323)、第六开关(324)断开，所述输入电压(Vin)直通连接至输出电压(Vout)，所述音频输入检测子电路(404)将产生旁路控制信号，用以确定电荷泵是否进入直通模式。优选的，所述电压输入端(Vin)连接于第一PMOS管(507)、第二PMOS管(509)、第三PMOS管(510)、第四PMOS管(511)以及第七开关(505)，VH端连接于第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，包括：一电压输入端(Vin)；一电压输出端(Vout)；一误差放大器(221)，于一参考电压(Vref)和一反馈电压(Vfb)的作用下产生一误差放大信号(EA_OUT)；一驱动电路(222)，与所述误差放大器(221)的输出端连接，于所述误差放大信号(EA_OUT)的作用下产生驱动信号；一检测电路(224)，检测电荷泵电路的应用环境参数产生控制信号；一组环路控制开关，连接所述检测电路(224)，于所述控制信号的作用下控制所述电路于开环和闭环之间切换。

【技术特征摘要】
1.一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，包括：一电压输入端(Vin)；一电压输出端(Vout)；一误差放大器(221)，于一参考电压(Vref)和一反馈电压(Vfb)的作用下产生一误差放大信号(EA_OUT)；一驱动电路(222)，与所述误差放大器(221)的输出端连接，于所述误差放大信号(EA_OUT)的作用下产生驱动信号；一检测电路(224)，检测电荷泵电路的应用环境参数产生控制信号；一组环路控制开关，连接所述检测电路(224)，于所述控制信号的作用下控制所述电路于开环和闭环之间切换。2.根据权利要求1所述的一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，所述环路控制开关包括：第一开关(311)，于所述检测电路(224)的第一控制信号作用下可控制地导通或断开所述误差放大器(221)与所述驱动电路(222)的第一节点(X1)；第二开关(312)，于所述检测电路(224)的第二控制信号作用下可控制地导通或断开所述驱动电路(222)的第一节点(X1)和接地端。3.根据权利要求2所述的一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，所述驱动电路(222)包括电压调整管(321)，所述电压调整管(321)的控制端连接所述第一节点(X1)，所述电压调整管(321)的源极连接所述电压输入端(Vin)，漏极连接一第二节点(X2)。4.根据权利要求3所述的一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，所述驱动电路(222)还包括：开关电荷泵电路，所述开关电荷泵电路包括：一输出电容(327)，所述输出电容(327)的一端连接输出电压端(Vout)，另一端接地；第三开关(325)；第四开关(322)，与所述第三开关(325)串联于所述第二节点(X2)和所述输出电压端(Vout)；第五开关(323)；第六开关(324)，与所述第五开关(323)串联于所述第二节点(X2)和接地端之间；一飞电容(326)，所述飞电容(326)的一端连接所述第三开关(325)和所述第四开关(322)串联的节点；所述飞电容(326)的另一端连接所述第五开关(323)和第六开关(324)串联的节点。5.根据权利要求1所述的一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，所述电压输入端(Vin)与音频输入端(AudioInput)连接于所述检测电路(224)，所述电压输入端(Vin)还连接所述驱动电路(222)；第一开关(311)与所述分压反馈电路(223)输出端、控制信号输出端、第二开关(312)以及所述驱动电路(222)连接；所述第二开关(312)连接控制信号和接地。6.根据权利要求1所述的一种自适应伪闭环电荷泵电路，其特征在于，所述检测电路(224)包括：输入电压检测子电路(401)、输出电压检测子电路(402)以及控制逻辑器件(405)；所述控制逻辑器件(405)与所述输入电压检测子电路(401)、所述输出电压检测子电路(402)连接，通过控制信号(310)选择闭合第一开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯之因，
申请(专利权)人：启攀微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31