电荷泵电路以及用于电荷泵电路的升压方法技术

根据本发明专利技术实施例的电荷泵电路包括：第一升压电容器；串联连接第一升压电容器的第二升压电容器；连接在第一升压电容器和第二升压电容器之间并且升压第一升压电容器的第一升压时钟驱动器；以及连接第二升压电容器并且在第一时钟驱动器升压第一升压电容器之后升压第一升压电容器和第二升压电容器的第二升压时钟驱动器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高效多级电荷泵电路和用于电荷泵电路的升压方法。
技术介绍
近年来，使用电荷泵电路的升压电路已经被广泛地用作装备在汽车中的高压侧IPD(智能功率器件)。为了在电荷泵电路中产生较高的升压电压，需要多级构造的电荷泵电路。图8是示出现有的典型单级电荷泵电路800的电路图。如图8所示，常规的单级电荷泵电路800包括用于从输入端接收时钟信号OSC以驱动升压电容器811的升压时钟驱动器801；用于将对应于电源电压VCC的电压施加于升压电容器811以阻止电荷回流的第一防回流电路802；和用于以相同方式将升压电压施加于输出端OUT以阻止电荷回流的第二防回流电路803。第一防回流电路802和第二防回流电路803包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。升压时钟驱动器801包括串联连接在电源电位和接地电位之间的P沟道MOSFET 821和N沟道MOSFET 822。这两个MOSFET的漏极端连接在一起，而它们的栅极连接到输入端。升压时钟驱动器801将通过反转输入信号而获得的信号从输出(V81)输出。换句话说，升压时钟驱动器801起到反相器的作用。第一防回流电路802连接在电源电位VCC和升压电容器811的一端之间。升压电容器811的另一端连接升压时钟驱动器801的输出(V81)。第一防回流电路802具有N沟道MOSFET，该N沟道MOSFET的栅极和漏极连接且漏极连接到电源电位。第一防回流电路802的N沟道MOSFET实现了所谓的二极管连接。该N沟道MOSFET的源极端连接到升压电容器811，它们之间的节点用V82表示。第二防回流电路803连接在节点V82和输出OUT之间。第二防回流电路803具有N沟道MOSFET。该N沟道MOSFET具有连接的栅极和漏极，并且漏极连接到节点V82。此外，它的源极端连接输出OUT。第二防回流电路803的N沟道MOSFET实现了二极管连接。容性负载813连接在源极和接地电位之间，其间的节点是输出OUT。此外，连接到N沟道MOSFET的背栅的阱端和电源电位连接。因此，寄生二极管难以工作，从而实现整个电路的稳定工作。图9是现有的典型单级电荷泵电路的时序图。如图9所示，从输入端提供的时钟信号OSC是时变信号，其以固定频率在电源电位VCC和接地电位之间改变自身电平。时钟信号OSC在t1时刻达到高电平(例如，电源电位)，升压时钟驱动器801从输出(V81)输出低电平的电压(例如，接地电压)。升压电容器811通过第一防回流电路802进行充电。假设第一防回流电路802的N沟道MOSFET的阈值电压用Vtn801来表示(例如，0.8V)，则在t1时刻在节点V82获得的电压通过下面的表达式(1)来表示V82＝VCC-Vtn801……表达式(1)此后，时钟信号OSC在t2时刻改变为LOW电平，在升压时钟驱动器801一侧的升压电容器811的一端处于电源电位。此时，对应于从上述表达式(1)得到的电压的电荷积累在升压电容器811中，于是从表达式(2)得到在节点V82处的电压V82＝2×VCC-Vtn801……表达式(2)该电压高于电源电压。然而，第一防回流电路802阻止电荷回流到电源电位一侧，于是升压电容器811的电荷不释放到电源电位。此外，该电压通过第二防回流电路803施加于容性负载813。对应于该电压的电荷积累在容性负载813中。假设第二防回流电路803的N沟道MOSFET的阈值电压用Vtn802来表示(例如，1.9V)，则从表达式(3)得到在输出OUT处的电压VOUTVOUT＝2×VCC-Vtn801-Vtn802……表达式(3)日本未审专利公开No.H06-153493公开了这样的单级电荷泵电路。该公开中公开的电荷泵电路是针对节约用于稳定升压电压的限幅器所消耗的电源。图10是现有的典型双级电荷泵电路1000的电路图。如图10所示，除了图8的单级电荷泵电路800的组件以外，现有的双级电荷泵电路1000还包括第二升压时钟驱动器1001、第二升压电容器1011和第三防回流电路1002。与单级电荷泵电路的组件相同的组件用相似的参考标号表示，并且在这里省略对它们的详细说明。第二升压时钟驱动器1001具有与第一升压时钟驱动器801的输出(V81)连接的栅极。第二升压时钟驱动器1001具有串联连接在电源电位VCC和接地电位之间的P沟道MOSFET 1021和N沟道MOSFET 1022。第二升压时钟驱动器1001从这两个MOSFET的漏极端连接在一起的节点V101处输出信号。也就是说，升压时钟驱动器1001起到反相器的作用。第三防回流电路1002连接在第一升压电容器811和第一防回流电路802之间的节点V82与第二防回流电路803之间。第三防回流电路1002具有N沟道MOSFET。该N沟道MOSFET具有连接的栅极和漏极，并且漏极连接到节点V82。此外，它的源极和第二防回流电路803的N沟道MOSFET的漏极连接。也就是说，第三防回流电路1002的N沟道MOSFET实现了二极管连接。与第三防回流电路1002的N沟道MOSFET的背栅连接的阱端连接电源电位。因此，寄生二极管难以工作，从而实现了整个电路的稳定工作。此外，升压电容器1011的一端连接第二防回流电路803和第三防回流电路之间的节点V102。升压电容器1011的另一端连接升压时钟驱动器1001的输出(V101)。图11是现有的双级电荷泵电路1000的时序图。关于双级电荷泵电路的工作，在节点V82处的电压在t1时刻增加到上述表达式(1)表示的电平，类似于前述单级电荷泵电路的工作。接下来，在t2时刻，在节点V82处的电压增加到上述表达式(2)表示的电平，类似于前述单级电荷泵电路的工作。此时，假设第三防回流电路1002的N沟道MOSFET的阈值电压用Vtn803来表示(例如，1.9V)，通过用阈值电压Vtn803代替阈值电压Vtn802计算出的电压施加在第二升压电容器1011上。相同的电压被施加于节点V102。接下来，在t3时刻，第一升压时钟驱动器1001从输出(V101)输出高电平的电压。此时，对应于前述电压的电荷积累在第二升压电容器1011中。因此，在节点V102处的电压由表达式(4)来表示V102＝3×VCC-Vtn801-Vtn803……表达式(4)该电压高于电源电压。然而，由于第一防回流电路802和第三防回流电路803阻止电荷回流到电源电位一侧，因此升压电容器1011的电荷不释放到电源电位。此外，该电压通过第二防回流电路803施加于容性负载813，对应于施加电压的电荷积累在容性负载中。此时，从表达式(5)得到在输出OUT处的电压VOUTVOUT＝3×VCC-Vtn801-Vtn802-Vtn803……表达式(5)如上述提及的，为了增加升压电压，通常采用下述结构。也就是说，多个升压电容器经由防回流二极管连接在电荷泵电路的电源电位和输出端之间。图12示出了对在常规单级电荷泵电路中相对于电源电压的升压电压与在常规双级电荷泵电路中相对于电源电压的升压电压进行比较的结果的图表。如图12所示，对于单级电荷泵电路，升压电压是电源电压的1.4到1.6倍，对于双级电荷泵电路，是电源电压的1.8到2.1倍。在这种情况中，双级电荷泵电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷泵电路，包括：　　　　第一升压电容器；　　　　与第一升压电容器串联连接的第二升压电容器；　　　　第一升压时钟驱动器，其连接在第一升压电容器和第二升压电容器之间并且升压第一升压电容器；以及　　　　第二升压时钟驱动器，其连接第二升压电容器并且在第一时钟驱动器升压第一升压电容器之后升压第一升压电容器和第二升压电容器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：深海郁夫，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]