具有峰值电流和平均电流限制电路的可变比率电荷泵制造技术

本申请公开一种提高电荷泵倍增比率的方法，该倍增比率定义电荷泵的输出电压和电荷泵的输入电压之间的关系，包括：当倍增比率处于第一比率时，分析电荷泵的第一效率；当倍增比率是小于第一比率的第二比率时，计算电荷泵的第二效率；以及基于第一效率和第二效率，确定将倍增比率从第二比率改变为第一比率的目标输出功率和目标输出电压中的至少一个。

Variable Ratio Charge Pump with Peak Current and Average Current Limiting Circuit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有峰值电流和平均电流限制电路的可变比率电荷泵相关申请的交叉参考本公开要求于2016年11月3日提交的美国临时专利申请序列No.62/416，971的优先权，其全文以引用方式并入本文。
本公开主要涉及电荷泵电源，其包括但不限于个人音频设备诸如无线电话和媒体播放器，并且更具体地，涉及用于限制输送到电荷泵的输入电流的系统和方法。
技术介绍
个人音频设备被广泛使用，其包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器和其他消费音频设备。此类个人音频设备可包括用于驱动一对耳机或一个或多个扬声器的电路。此类电路通常包括用于将音频输出信号驱动到耳机或扬声器的功率放大器，并且该功率放大器通常可为个人音频设备中的主要功率消耗者，并且因此，可能对个人音频设备的电池寿命具有最大的影响。在具有用于输出级的线性功率放大器的设备中，在低信号电平输出期间浪费功率，因为有源输出晶体管两端的电压降加上输出电压将等于恒定电源的轨电压。因此，期望放大器拓扑结构，诸如G类和H类，来减小(一个或多个)输出晶体管两端的电压降，并且从而减少(一个或多个)输出晶体管在功耗中浪费的功率。为了向此类功率放大器提供可变的电源电压，可使用电荷泵电源，例如诸如美国专利8,311,243中公开的电源，其中，电路输出端处的信号电平的指示用于控制G类拓扑结构中的电源电压。通常，只要音频源中存在低信号电平的周期，上述拓扑就可提高音频放大器的效率。通常在此类拓扑结构中，多个阈值限定用于电荷泵电源的输出信号电平相关的操作模式，其中在每种模式下，由电荷泵电源产生不同的电源电压。在典型的电荷泵电源中，在电荷泵的输入电源(例如，电池)、用于储存电荷的电荷泵的快速电容(flyingcapacitor)，以及提供由电荷泵生成的供电源电压的输出负载电容器之间的连接的不同组合的情况下，电荷泵可以根据电荷泵的一开关周期的两个非重叠时钟相位进行操作。开关周期然而，电荷泵的一个缺点是：当在电荷泵的倍增比率之间切换时，在一种操作模式下的电容器中的一个或多个上的平均电压可能不等于用于另一个倍增比率的电容器所需的平均电压。如果电容器中的一个或多个上的平均电压高于先前的操作模式，则电荷泵可能需要从其电源(例如，电池)抽取大的浪涌电流。另一方面，如果电容器中的一个或多个上的平均电压低于先前的操作的倍增比率，则电荷泵可能需要灌大电流到其电源。由于在电荷泵中常用的电容器尺寸，当在倍增比率之间切换，电荷泵可抽取或灌的电流量可能无法由电源供应给电荷泵或从电荷泵吸取，这可能导致系统损坏。因此，需要用于限制此类切换电流的方法和系统。例如，可能需要管理由电源(例如，电池)输送的峰值电流和平均电流，以避免错误地触发电池保护机制。
技术实现思路
根据本公开的教导，已经减少或消除了与电荷泵性能相关联的某些缺点和问题。根据本公开的实施例，可提供一种改变电荷泵的倍增比率的方法，其中该倍增比率定义电荷泵的输出电压和电荷泵的输入电压之间的关系。该方法可包括确定当倍增比率处于第一比率时电荷泵的第一效率，确定在倍增比率从第一比率增加到大于第一比率的第二比率的时间点存在的电荷泵的第二效率，并且基于第一效率和第二效率，确定改变第一比率和第二比率之间的倍增比率的目标输出功率和目标输出电压中的至少一个。根据本公开的这些和其他实施例，方法可包括：在具有电荷泵的升压放大器中：监测升压输出信号和脉冲宽度调制输出；以及基于升压输出信号和脉冲宽度调制输出，在确定电荷泵不能维持具有大于阈值效率的效率的输出功率时，改变电荷泵的倍增比率，该倍增比率定义电荷泵的输出电压和电荷泵的输入电压之间的关系。根据本公开的这些和其他实施例，方法可包括：确定电荷泵的升压效率；以及如果升压效率降低到阈值效率以下的时间超过阈值时间段的时间，则使包括电荷泵的升压放大器停止工作。根据本公开的这些和其他实施例，方法可包括：确定由电能源供应给电荷泵的输入电流的平均值；以及响应于平均值超过阈值电流水平，停止通过电荷泵从电能源汲取电流。根据本公开的这些和其他实施例，系统可包括电荷泵和控制器。电荷泵可配置成在包括第一模式和第二模式的多种模式中操作，在第一模式中，电荷泵的输出电压与输入电压的倍增比率是第一比率，在第二模式中，倍增比率是大于第一比率的第二比率。控制器可配置成通过以下方式改变在第一比率和第二比率之间的电荷泵的倍增比率：确定当倍增比率处于第一比率时电荷泵的第一效率；确定在倍增比率从第一比率增加到第二比率的时间点存在的电荷泵的第二效率；以及基于第一效率和第二效率，确定改变第一比率和第二比率之间的倍增比率的目标输出功率和目标输出电压中的至少一个。根据本公开的这些和其他实施例，系统可包括电荷泵和控制器。该电荷泵可配置成在包括第一模式和第二模式的多个模式中操作，在第一模式中，电荷泵的输出电压与输入电压的比率是第一比率，在第二模式中，该比率是大于第一比率的第二比率。该控制器可配置成监测升压输出信号和脉冲宽度调制输出，并且基于升压输出信号和脉冲宽度调制输出，在确定电荷泵不能维持具有大于阈值效率的效率的输出功率时，改变在第一比率和第二比率之间的电荷泵的倍增比率。根据本公开的这些和其他实施例，系统可包括电荷泵和控制器。该电荷泵可配置成在包括第一模式和第二模式的多个模式中操作，在第一模式中，电荷泵的输出电压与输入电压的比率是第一比率，在第二模式中，该比率是大于第一比率的第二比率。该控制器可配置成确定电荷泵的升压效率；以及如果升压效率降低到阈值效率以下超过阈值时间段的时间，则使包括电荷泵的升压放大器停止工作。根据本公开的这些和其他实施例，系统可包括电荷泵和控制器。该电荷泵可配置成在包括第一模式和第二模式的多个模式中操作，在第一模式中，电荷泵的输出电压与输入电压的比率是第一比率，在第二模式中，该比率是大于第一比率的第二比率。该控制器可配置成这样的控制器，其配置成确定由电能源供应给电荷泵的输入电流的平均值；以及响应于平均值超过阈值电流水平，导致停止通过电荷泵从电源吸收电流。从本公开包括的附图、说明书和权利要求书中，本公开的技术优点对于本领域技术人员是显而易见的。这些实施例的目的和优点至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和完成。应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都只是说明性示例，对本公开中陈述的权利要求并不构成限制。附图说明可通过参考下面结合附图进行的描述来获得对示例、本专利技术及其某些优点的更完整的理解，附图中相似附图标记指示相似特征，并且其中：图1是根据本公开的实施例的示例个人音频设备的图示；图2是根据本公开的实施例的可实施为图1中描述的个人音频设备或任何其他合适的设备的音频集成电路的示例集成电路的所选部件的框图；图3是根据本公开的实施例的示例电荷泵电源的所选部件的框图；图4是根据本公开的实施例的可实施为图1中描述的个人音频设备或任何其他合适的设备的音频集成电路的示例集成电路的所选部件的框图；图5是根据本公开的实施例的示例平均电流限制电路的框图；图6示出了根据本公开的实施例的用于增加电荷泵电源的倍增比率的示例方法的流程图；图7示出了根据本公开的实施例的用于控制电荷泵电源的倍增比率的示例方法的流程图；以及图8示出了根据本公开的实施例的用于控制升压放大器的示例方法的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改变电荷泵倍增比率的方法，所述倍增比率定义所述电荷泵的输出电压和所述电荷泵的输入电压之间的关系，所述方法包括：确定当所述倍增比率处于第一比率时所述电荷泵的第一效率；确定在所述倍增比率从所述第一比率增加到大于所述第一比率的第二比率的时间点存在的所述电荷泵的第二效率；以及基于所述第一效率和所述第二效率，确定改变所述第一比率和所述第二比率之间的所述倍增比率的目标输出功率和目标输出电压中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.03 US 62/416,9711.一种改变电荷泵倍增比率的方法，所述倍增比率定义所述电荷泵的输出电压和所述电荷泵的输入电压之间的关系，所述方法包括：确定当所述倍增比率处于第一比率时所述电荷泵的第一效率；确定在所述倍增比率从所述第一比率增加到大于所述第一比率的第二比率的时间点存在的所述电荷泵的第二效率；以及基于所述第一效率和所述第二效率，确定改变所述第一比率和所述第二比率之间的所述倍增比率的目标输出功率和目标输出电压中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所述电荷泵的输出功率达到所述目标输出功率和所述输出电压达到所述目标输出电压中的至少一个时，改变所述倍增比率，以限制由电能源供应给所述电荷泵的功率。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过限制由所述电能源供应的输入电流来限制由所述电能源供应的功率。4.一种方法包括，在具有电荷泵的升压放大器中：监测升压输出信号和脉冲宽度调制输出；以及基于所述升压输出信号和所述脉冲宽度调制输出，在确定所述电荷泵不能维持具有大于阈值效率的效率的输出功率时，改变所述电荷泵的倍增比率，所述倍增比率定义所述电荷泵的输出电压和所述电荷泵的输入电压之间的关系。5.一种方法，包括：确定电荷泵的升压效率；以及如果所述升压效率降低到阈值效率以下的时间超过阈值时间段的时间，则使包括所述电荷泵的升压放大器停止工作。6.一种方法，包括：确定由电能源供应给电荷泵的输入电流的平均值；以及响应于所述平均值超过阈值电流水平，停止通过所述电荷泵从所述电能源汲取电流。7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述平均值包括在所述电荷泵的开关周期内对所述输入电流进行数学积分。8.根据权利要求6所述的方法，其中停止电流汲取包括响应于所述平均值超过阈值电流水平，禁用所述电荷泵的一个或多个开关。9.一种系统，包括：电荷泵，所述电荷泵配置成用于在包括第一模式和第二模式的多种模式中操作，在所述第一模式中，所述电荷泵的输出电压与输入电压的倍增比率是第一比率，在所述第二模式中，所述倍增比率是大于所述第一比率的第二比率；以及控制器，所述控制器配置成用于通过以下方式改变所述第一比率和所述第二比率之间的所述电荷泵的倍增比率：确定当所述倍增比率处于所述第一比率时所述电荷泵的第一效率；确定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·J·金，克里斯汀·拉尔森，艾伦·J·布伦南，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB