一种支持超低压充电的电荷泵制造技术

本发明专利技术属于电源管理充电技术领域，具体的说是涉及一种支持超低压充电的电荷泵。本发明专利技术的目的是使电荷泵四个功率管驱动电源轨保持恒定设计值，不随电池电压变化而变。本发明专利技术提出一种支持低压工作的驱动设计，可以实现不管电池电压处在什么电平状态，四路功率管驱动电压保持恒定设计值，同时可以保持较高的电源转换效率。换效率。换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种支持超低压充电的电荷泵


[0001]本专利技术属于电源管理充电
，具体的说是涉及一种支持超低压充电的电荷泵。

技术介绍

[0002]基于2S电池组合的充放电拓扑架构如图1所示，适配器输出电源VAC经过一个降压电感式DC
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DC给系统电源VSYS供电，同时通过BATFET开关和1：2电荷泵给电池组充电，BATFET开关可以起到调节充电电流作用。当适配器VAC不在位时，电池组进入放电模式，BATFET选择配置直通模式，电池电压经过2：1降压后给系统电源VSYS供电。
[0003]电荷泵在正常工作条件下V1X和V2X需要保持两倍变压比关系，当电池处于死电池状态下，V2X电压通常会低至3V左右，极限场景下可能会出现低于2V的电平状态。
[0004]通常电荷泵的驱动设计采用从高压侧V2X取电的方法，每个功率开关的驱动电源轨设计成二分之一V2X电压，以此达到降低驱动损耗和提高系统转换效率的目的。但是这种方案的缺陷在于，当电池电压V2X低于4V场景下，驱动电压的电源轨会同步低于2V，驱动逻辑可能会出现无法正常工作的问题

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述问题，提出一种支持低压充电的电荷泵驱动设计：四个功率管驱动电源轨保持恒定设计值，不随电池电压变化而变。
[0006]针对上述问题，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种支持超低压充电的电荷泵，包括源漏端依次连接的第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管，其中第一功率管Q1的漏极为电荷泵的高侧电压输出端输出电压为V2X，第二功率管源极与第三功率管漏极的连接点为电荷泵的低侧电压输出端输出电压为V1X；还包括辅助电源、高端驱动电路、低端驱动电路、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第一开关、第二开关、第一自举电容和第二自举电容，辅助电源的输出接高端驱动电路和低端驱动电路的输入端；高端驱动电路的输出端分别接第一开关的一端和第二驱动器的电源端，第一开关的另一端接第一自举电容的一端和第一驱动器的电源端；第一自举电容的另一端接第一驱动器的地端和第一功率管的源极，第一驱动器的输出端接第一功率管的栅极；第二驱动器的输出端接第二功率管的栅极，第二驱动器的地端接高端驱动电路的地端和第二功率管的源极；低端驱动电路的输出端分别接第二开关的一端和第四驱动器的电源端，第二开关的另一端接第二自举电容的一端和第三驱动器的电源端；第二自举电容的另一端接第三驱动器的地端和第三功率管的源极，第三驱动器的输出端接第三功率管的栅极；第四驱动器的输出端接第四功率管的栅极，第四驱动器的地端接低端驱动电路的地端和第四功率管的源极，第四功率管的源极接地；
[0008]其中，高端驱动电路为第一功率管和第二功率管提供相对V1X的驱动电压；高端驱动电路包括第一跨阻放大器、可变时钟电路、内部升压电荷泵、第一可变电阻、第一电容、第
一电流源、第二电流源、第一开关管、第一稳压二极管和第一钳位电路；其中，第一跨阻放大器的同相输入端接第一电流源的输入端和第一可变电阻的一端，第一跨阻放大器的反相输入端接V1X和第一电容的一端，第一跨阻放大器的输出接可变时钟电路的输入端，第一电流源的输出端接地；可变时钟电路的输出端接内部升压电荷泵的输入端，内部升压电荷泵的输出端接第一可变电阻的另一端、第一电容的另一端、第二电流源的输入端和第一开关管的漏极；第二电流源的输出端接第一稳压二极管的负极和第一开关管的栅极；第一开光管的源极接钳位电路的一端，钳位电路的另一端和第一稳压二极管的正极接V1X；
[0009]低端驱动电路为第三功率管和第四功率管提供相对于功率地的驱动电压；低端驱动电路包括第二跨阻放大器、可变时钟电路、内部升压电荷泵、第二可变电阻、第二电容、第三电流源、第四电流源、第二开关管、第二稳压二极管和第二钳位电路；其中，第一跨阻放大器的同相输入端接第三电流源的输入端和第二可变电阻的一端，第一跨阻放大器的反相输入端接功率地，第一跨阻放大器的输出接可变时钟电路的输入端，第三电流源的输出端接地；可变时钟电路的输出端接内部升压电荷泵的输入端，内部升压电荷泵的输出端接第一可变电阻的另一端、第二电容的一端、第四电流源的输入端和第二开关管的漏极；第四电流源的输出端接第一稳压二极管的负极和第一开关管的栅极；第一开关管的源极接钳位电路的一端，第二电容的另一端、钳位电路的另一端和第一稳压二极管的正极接功率地；
[0010]高端驱动电路和低端驱动电路的输出电压为恒定值；辅助电源的输入为V1X、V2X和系统电源，规则为根据设定的阈值电压，当电池电压高于阈值电压时辅助电源的输入为V2X，当电池电压低于阈值电压时辅助电源的输入为系统电源，当电池电压高于阈值电压且电荷泵正常工作时，辅助电源的输入为V1X。
[0011]本专利技术的方案中，高端驱动电路提供相对V1X的驱动电平，主要为功率管Q1和Q2提供驱动电压，驱动电平可以由电阻和电流源的乘积产生，经过驱动开关和钳位电路后输出到驱动电路；驱动电平信号产生电路主要由跨阻放大器，内部升压电荷泵，可变时钟组成；跨阻放大器可以实现将参考信号V1X和调制的目标驱动电平差模放大后输出电流调制时钟频率，通过改变时钟频率可以调节内部升压电荷泵的驱动电平大小，进而达到通过电压反馈控制方法来调制驱动电平的目的。Q1驱动电源由Q2驱动电源、一个自举电容、一个自举控制开关产生，在Q2&Q4导通，Q1&Q3关闭相位，自举控制开关打开，Q2驱动电源对自举电容充电；在Q1&Q3导通，Q2&Q4关闭相位，自举开关断开，自举电容对Q1驱动电路放电；自举电容充放电调节稳定后，Q1驱动电平可以实现和Q2驱动电平基本一致。
[0012]低端驱动电路提供相对功率地的驱动电平，为功率管Q3和Q4提供驱动电压，驱动电平由跨阻放大器，内部升压电荷泵，可变时钟组成；跨阻放大器可以实现将参考功率地和调制的目标驱动电平差模放大后输出电流调制时钟频率，通过改变时钟频率可以调节内部升压电荷泵的驱动电平大小，进而达到通过电压反馈控制方法来调制驱动电平的目的。Q3驱动电源由Q4驱动电源、一个自举电容、一个自举控制开关产生，在Q2&Q4导通，Q1&Q3关闭相位，自举控制开关打开，Q4驱动电源对自举电容充电；在Q1&Q3导通，Q2&Q4关闭相位，自举开关断开，自举电容对Q3驱动电路放电；自举电容充放电调节稳定后，Q3驱动电平可以实现和Q4驱动电平基本一致。
[0013]其中，内部升压电荷泵，可以由两级倍压电荷泵级联组成，输入电平可以是Q2或者Q4驱动电源的参考地，时钟逻辑可以选择由内部电源VAUX供电。可变调节时钟，可以由一组
电流源，一个采样电容，一个基准电压和一个电压比较器组成，跨阻放大器输出电流可以对时钟电流源进行调节。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种支持低压工作的驱动设计，可以实现不管电池电压处在什么电平状态，四路功率管驱动电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持超低压充电的电荷泵，包括源漏端依次连接的第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管，其中第一功率管Q1的漏极为电荷泵的高侧电压输出端输出电压记为V2X，第二功率管源极与第三功率管漏极的连接点为电荷泵的低侧电压输出端输出电压记为V1X；其特征在于，还包括辅助电源、高端驱动电路、低端驱动电路、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第一开关、第二开关、第一自举电容和第二自举电容，辅助电源的输出接高端驱动电路和低端驱动电路的输入端；高端驱动电路的输出端分别接第一开关的一端和第二驱动器的电源端，第一开关的另一端接第一自举电容的一端和第一驱动器的电源端；第一自举电容的另一端接第一驱动器的地端和第一功率管的源极，第一驱动器的输出端接第一功率管的栅极；第二驱动器的输出端接第二功率管的栅极，第二驱动器的地端接高端驱动电路的地端和第二功率管的源极；低端驱动电路的输出端分别接第二开关的一端和第四驱动器的电源端，第二开关的另一端接第二自举电容的一端和第三驱动器的电源端；第二自举电容的另一端接第三驱动器的地端和第三功率管的源极，第三驱动器的输出端接第三功率管的栅极；第四驱动器的输出端接第四功率管的栅极，第四驱动器的地端接低端驱动电路的地端和第四功率管的源极，第四功率管的源极接地；其中，高端驱动电路为第一功率管和第二功率管提供相对V1X的驱动电压；高端驱动电路包括第一跨阻放大器、可变时钟电路、内部升压电荷泵、第一可变电阻、第一电容、第一电流源、第二电流源、第一开关管、第一稳压二极管和第一钳位电路；其中，第一跨阻放大器的同相输入端接第一电流源的输入端和第一可变电阻的一端，第一跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡佳俊，韩颖杰，肖哲飞，
申请(专利权)人：上海南芯半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：