限压电路及电荷泵系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种限压电路及电荷泵系统，所述限压电路包括：基准电压模块，用于提供一基准电压；源极跟随模块，与所述基准电压模块的输出端连接，用于对所述基准电压进行驱动增强后输出。通过本实用新型专利技术提供的限压电路及电荷泵系统，解决了现有限压电路存在电路过于复杂、电路本身功耗过大以及限流电阻值难以选择的问题。择的问题。择的问题。

【技术实现步骤摘要】
限压电路及电荷泵系统


[0001]本技术属于集成电路设计领域，特别是涉及一种限压电路及电荷泵系统。

技术介绍

[0002]随着IT技术的飞速发展，便携式设备越来越多，如智能手机、智能手表等；现阶段，针对支持便携式设备应用的电池成为了研究的重点。便携式设备要求电池在小体积下提供更多的电量以保证设备长时间的工作，但若要在电池材料研究上有所突破则需要付出长时间的努力，因此在现有电池应用的基础上，如何节省功耗、提高效率成了各领域技术人员努力的方向。
[0003]目前便携式设备以使用锂离子电池为主，此种电池是一个非固定电压输出的储能器件：电池充满时，电压在4.2V或以上，而随着电池电量的消耗，锂离子电池电压将逐步降低，甚至低于2.5V；常温下，电池充满时，电池电压在4.2V，随着电池电量消耗，电池电压逐步下降到2.8V或更低的2.5V(具体如图1所示)。
[0004]而随着智能手机的功能不断强大，电量的消耗也逐渐增大，为满足客户充电速度快的需求，电池充电的功率也越来越大；2020年已流行40W手机充电器，2021年某手机厂推出66W手机充电器，2022年估计要推出120W手机充电器。对于40W手机充电器，电池的充电电流可高达8A；而对于66W手机充电器，电池的充电电流可高达13A；如此大的充电电流，为避免发热，保护电池的MOS开关管势必使用内阻非常小的开关管，如性价比高的1.5毫欧MOS开关管。但MOS开关管的导通内阻会随着栅源电压的变化而变化，MOS开关管的栅源电压越低，MOS开关管的内阻越大(具体如图2所示)；当栅源电压为5V时，MOS开关管的内阻为1.5毫欧，而当栅源电压为2.5V时，MOS开关管的内阻会突变为2.5毫欧，内阻增大约为160％，幅度非常大。
[0005]当有13A电流流过此MOS开关管时，若栅源电压为5V时，MOS开关管的内阻为1.5毫欧，MOS开关管的功率损耗为：I2R＝13A*13A*1.5m＝0.25W；而当栅源电压为2.5V时，MOS开关管的内阻为2.5毫欧，此时13A电流流过，MOS开关管的功率损耗为：I2R＝13A*13A*2.5m＝0.43W；在密闭的电池里，没有任何散热措施，MOS开关管芯片本身非常小，大小只有3.5mm*2mm的大小，若出现大幅超过正常值的功耗，会大幅增加MOS开关管自身的发热。因此，业界为解决这一问题，通常引入电荷泵电路将MOS开关管的栅源电压尽量提高，使得MOS开关管芯片内阻在安全工作范围内尽量小。
[0006]现有的方案中，电荷泵升压做法按调制电压的精度，可分为带输出比较闭环反馈和不带输出比较反馈开环输出。
[0007]方法一：带输出比较闭环反馈是指电荷泵升压输出与参考电压比较得到一反馈电路，从而实现输出电压稳定在一个恒定值，为满足输入电压变动大的需求，升压倍数须大于恒定输出压与最小输入电压的倍数值。这种带输出比较闭环反馈的电荷泵电路优点是输出电压准，但缺点是电路较复杂，除电荷泵本身还需比较电路、参考电压电路等，造成此闭环电荷泵自身的工作电流消耗较大，影响电池的待机时间。
[0008]方法二：不带输出比较反馈开环输出，是指电荷泵升压输出是固定的倍数放大，这种电荷泵升压电路优点是电路简单，缺点是当输入电压较高时，电压经过升压倍数放大后导致电压值太高，为简单弥补这一缺点，通常在输出端经一电阻加一齐纳稳压管限制输出电压，由于电阻受限于负载的响应速度，电阻值不能太大，否则驱动电流会很小，驱动能力有限，难以及时响应；如果电阻值太小，电荷泵电压高时会产生过大的电流，增大整个升压电路自身的功耗。
[0009]鉴于此，有必要设计一种新的电路用以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种限压电路及电荷泵系统，用于解决现有技术中电路过于复杂、电路本身功耗过大以及限流电阻值难以选择的问题。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种限压电路，所述限压电路包括：
[0012]基准电压模块，用于提供一基准电压；
[0013]源极跟随模块，与所述基准电压模块的输出端连接，用于对所述基准电压进行驱动增强后输出。
[0014]可选地，所述基准电压模块包括：一电阻、第一晶体管及一稳压二级管，其中，所述电阻的一端连接所述输入电压，所述电阻的另一端连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极连接所述稳压二级管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地，所述第一晶体管的栅极连接其漏极并作为所述基准电压模块的输出端。
[0015]可选地，所述电阻的阻值不小于10KΩ。
[0016]可选地，所述源极跟随模块包括：第二晶体管，其中，所述第二晶体管的栅极连接所述基准电压模块的输出端，所述第二晶体管的漏极连接所述输入电压，所述第二晶体管的源极作为所述源极跟随模块的输出端。
[0017]可选地，所述限压电路还包括防倒灌模块，连接于所述输入电压和所述第二晶体管的漏极之间。
[0018]可选地，所述防倒灌模块包括一防倒灌二极管，其中，所述防倒灌二极管的阳极连接所述输入电压，所述防倒灌二级管的阴极连接所述第二晶体管的漏极。
[0019]本技术还提供了一种电荷泵系统，所述电荷泵系统包括：
[0020]前级升压电路，用于对原始输入电压进行放大以产生所述输入电压；
[0021]限压电路，与所述前级升压电路的输出端连接，用于用于对所述输入电压进行限压处理以产生一基准电压，并对所述基准电压进行驱动增强后输出。
[0022]可选地，所述前级升压电路包括：至少一个升压模块，在所述升压模块的数量大于等于2个时，多个所述升压模块串联；所述升压模块包括：第一二极管、第二二极管、第一电容及第二电容，其中，所述第一二极管的阳极连接所述原始输入电压或前一级所述升压模块的输出端，所述第一二极管的阴极连接所述第二二极管的阳极及所述第一电容的一端，所述第二二极管的阴极连接所述第二电容的一端并作为所述升压模块的输出端，所述第一电容的另一端连接时钟信号，所述第二电容的另一端连接时钟信号的反相信号。
[0023]如上所述，本技术的限压电路及电荷泵系统，具有以下有益效果：1)输出相对稳定的电压；2)无论前级升压电路输出电压多高，限压电路可通过选用阻值较大的电阻来使其自身电流消耗较小，解决了因原输入电压变动导致的电荷泵系统自身功耗增加的问题；3)电路相对简单：无反馈回路，也无基准电压电路；4)输出驱动能力大。
附图说明
[0024]图1显示为锂电池供电过程中电压变化示意图。
[0025]图2显示为MOS管内阻随栅极与源极之间电压变化示意图。
[0026]图3显示为本技术的电荷泵系统的电路示意图。
[0027]标号说明
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电荷泵系统
[0029]11
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限压电路，其特征在于，所述限压电路包括：基准电压模块，用于提供一基准电压；源极跟随模块，与所述基准电压模块的输出端连接，用于对所述基准电压进行驱动增强后输出。2.根据权利要求1所述的限压电路，其特征在于，所述基准电压模块包括：一电阻、第一晶体管及一稳压二极管，其中，所述电阻的一端连接所述输入电压，所述电阻的另一端连接所述第一晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极连接所述稳压二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地，所述第一晶体管的栅极连接其漏极并作为所述基准电压模块的输出端。3.根据权利要求2所述的限压电路，其特征在于，所述电阻的阻值不小于10KΩ。4.根据权利要求1所述的限压电路，其特征在于，所述源极跟随模块包括：第二晶体管，其中，所述第二晶体管的栅极连接所述基准电压模块的输出端，所述第二晶体管的漏极连接所述输入电压，所述第二晶体管的源极作为所述源极跟随模块的输出端。5.根据权利要求4所述的限压电路，其特征在于，所述限压电路还包括：防倒灌模块，连接于所述输入电压和所述第二晶体管的漏极之间。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖川，谢锋民，
申请(专利权)人：上海汇瑞半导体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：