电荷泵电路制造技术

本公开涉及功率转换器技术领域，提供了一种电荷泵电路，其利用高侧驱动器在每个时钟周期中分别控制第一晶体管和第二晶体管以互补的方式导通和断开，在该电荷泵电路电压输出端提供输出电流；并通过低侧驱动器在该电荷泵电路软启动期间的每个时钟周期中分别控制第三晶体管和第四晶体管以互补的方式导通和断开，以配合第二晶体管对飞跨电容充电，或配合该飞跨电容经第一晶体管对电压输出端的放电，以及钳位控制该飞跨电容上充电电流的大小，以调节对该电压输出端放电时第一晶体管两端的电压差。由此可改善现有技术中电荷泵电路软启动时具有过高尖峰的电流流过晶体管的体二极管而造成晶体管损坏的问题，提高了该电路可靠性。提高了该电路可靠性。提高了该电路可靠性。

【技术实现步骤摘要】
电荷泵电路


[0001]本公开涉及功率转换器
，具体涉及一种电荷泵电路。

技术介绍

[0002]电荷泵(chargepump)又称为开关负载电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”负载电容来储能的变换器。电荷泵可以配置为产生输出电压，该输出电压是输入电压的倍数(例如，2、3......N倍)，或者它可以设置输出电压，该输出电压是其一部分(例如，1/2、1/3...1/N次输入电压)。在一些实施方案中，此电路还可从正输入电压产生负输出电压。由于电荷泵电路不需要电感器进行电压转换，因此有时将其称为无电感器DC/DC转换器，被广泛应用于电源、存储器以及射频芯片中。
[0003]与传统电感型的开关电源相比，开关电容结构的DC/DC转换器(电荷泵)具有极高的转换效率和功率密度(无需引入感性元件)。但是电荷泵由于没有电感限流，输出电压难以像传统电感型开关电源那样进行软启动。
[0004]在某些电源中，通过使用变压器，在启动时逐渐产生偏置电压。然而，变压器的使用是昂贵的。在其它电源中，通过使用自举技术，在启动时逐渐产生电压，其中使用电源电路内的开关节点的能量来对为开关晶体管提供本地电源的电容器充电。
[0005]图1示出现有技术的一种升压型的电荷泵电路的结构示意图。如图1所示，电荷泵电路100包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、自举端BSTP、依次连接于电压输出端Vout和地之间的晶体管Q1
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Q4、并联连接在晶体管Q2第一端和晶体管Q3第二端之间的飞跨电容Cfly、输出电容Co和驱动器101～104，以及串联连接在电压输出端Vout与飞跨电容Cfly之间的自举二极管Dbs和自举电容Cbs。其中，飞跨电容Cfly的第一端C1P与晶体管Q1和晶体管Q2之间的连接节点连接，第二端C1N与晶体管Q3和晶体管Q4的连接节点连接，输出电容Co连接于电压输出端Vout和地之间，晶体管Q2和晶体管Q3的连接节点连接电压输入端Vin。驱动器101的输出端连接在晶体管Q1的控制端，用以根据第一时钟信号drv1提供控制晶体管Q1导通断开状态的栅压V1，驱动器102的输出端连接在晶体管Q2的控制端，用以根据第二时钟信号drv2提供控制晶体管Q2导通断开状态的栅压V2，驱动器103的输出端连接在晶体管Q3的控制端，用以根据第三时钟信号drv3提供控制晶体管Q3导通断开状态的栅压V3，驱动器104的输出端连接在晶体管Q4的控制端，用以根据第四时钟信号drv4提供控制晶体管Q4导通断开状态的栅压V4，从而得到输出电压Vout。
[0006]由于初始软启动时Vout电压较低，晶体管Q1和Q2都无法导通。电容Cfly和Co的充电过程都依靠晶体管Q1和Q2的体二极管完成。在传统解决方案中，每次导通晶体管Q3时只导通一个极短的时间(10
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20ns)，在这段时间内，电容Cfly第一端C1P被自举为高压，经过晶体管Q1的体二极管给输出电容Co充电。由于充电时间极短，平均输出电流Iout很小，从而使Vout缓慢升高，实现软启动。但是，在这段时间内电容Cfly正端C1P的电压与Vout压差很大，因此电流尖峰很高，容易损伤晶体管Q1的体二极管。
[0007]现有技术可以通过增大晶体管Q1的体二极管来使得其可以承受更大的电流，但是
这种方法不仅会增大晶体管的面积，提高电路成本，而且晶体管的体二极管中流过的电流还会通过寄生效应流入晶体管的衬底，造成各种次生效应，可靠性较差。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种电荷泵电路，可以改善电荷泵电路软启动时具有过高尖峰的电流流过晶体管的体二极管而造成晶体管损坏的问题，提高电路可靠性。
[0009]本公开提供了一种电荷泵电路，包括：
[0010]依次连接于电压输出端和地之间的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，耦合前述第二晶体管和第三晶体管的飞跨电容，以及耦合前述电压输出端的输出电容，且该电荷泵电路的电压输入端连接前述第二晶体管和第三晶体管的连接节点；
[0011]耦合前述第一晶体管和第二晶体管的高侧驱动器，该高侧驱动器用于在该电荷泵电路正常工作期间的每个时钟周期中，根据第一时钟信号和第二时钟信号分别控制前述第一晶体管和第二晶体管以互补的方式导通和断开，以在前述电压输出端提供输出电流；
[0012]耦合前述第三晶体管和第四晶体管的低侧驱动器，该低侧驱动器被配置为：
[0013]在该电荷泵电路软启动期间的每个时钟周期中，根据第三时钟信号和第四时钟信号分别控制前述第三晶体管和前述第四晶体管以互补的方式导通和断开，以配合前述第二晶体管对前述飞跨电容的充电，或配合前述飞跨电容经前述第一晶体管对前述电压输出端的放电，以及
[0014]钳位控制前述飞跨电容上充电电流的大小，以调节对该电压输出端放电时前述第一晶体管两端的电压差。
[0015]优选地，前述第一时钟信号与第三时钟信号同频同相同周期，前述第二时钟信号与第四时钟信号同频同相同周期，以及
[0016]该第一时钟信号的上升沿是该第二时钟信号的下降沿延时得到，该第二时钟信号的上升沿是该第一时钟信号的下降沿延时得到。
[0017]优选地，该电荷泵电路还包括：
[0018]串联连接在前述电压输出端与飞跨电容第一端之间的自举二极管和自举电容，且该自举二极管和自举电容的连接节点作为该电荷泵电路的自举端。
[0019]优选地，前述高侧驱动器包括：
[0020]第一驱动单元，该第一驱动单元的输入端接入前述第一时钟信号，输出端连接前述第一晶体管的控制端，用以提供第一控制电压，正电源端连接前述自举端，负电源端连接前述飞跨电容的第一端；
[0021]第二驱动单元，该第二驱动单元的输入端接入前述第二时钟信号，输出端连接前述第二晶体管的控制端，用以提供第二控制电压，正电源端连接前述电压输出端，负电源端连接前述电压输入端。
[0022]优选地，前述低侧驱动器包括：
[0023]第三驱动单元，该第三驱动单元的输入端接入前述第三时钟信号，输出端连接前述第三晶体管的控制端，用以提供第三控制电压，正电源端连接前述飞跨电容的第一端，负电源端连接前述飞跨电容的第二端；
[0024]第四驱动单元，用以根据前述第四时钟信号和前述电压输入端接入的输入信号提供第四控制电压，该第四控制电压用以控制前述第四晶体管在前述电荷泵电路软启动期间的每个时钟周期中导通时的导通电流，以配合前述第二晶体管对前述飞跨电容充电，以及根据前述第四时钟信号控制前述第四晶体管断开，以配合前述飞跨电容经前述第一晶体管对前述电压输出端放电；
[0025]第五驱动单元，用以根据前述第四时钟信号和前述电压输入端接入的输入信号提供第五控制电压，该第五控制电压用以控制前述第四晶体管在前述电荷泵电路正常工作期间的每个时钟周期中的导通断开，以配合前述高侧驱动器对前述电压输出端提供输出电压；
[0026]选择开关，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷泵电路，包括：依次连接于电压输出端和地之间的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，耦合所述第二晶体管和所述第三晶体管的飞跨电容，以及耦合所述电压输出端的输出电容，且该电荷泵电路的电压输入端连接所述第二晶体管和第三晶体管的连接节点；耦合所述第一晶体管和所述第二晶体管的高侧驱动器，所述高侧驱动器用于在所述电荷泵电路正常工作期间的每个时钟周期中，根据第一时钟信号和第二时钟信号分别控制所述第一晶体管和所述第二晶体管以互补的方式导通和断开，以在所述电压输出端提供输出电流；耦合所述第三晶体管和所述第四晶体管的低侧驱动器，所述低侧驱动器被配置为：在所述电荷泵电路软启动期间的每个时钟周期中，根据第三时钟信号和第四时钟信号分别控制所述第三晶体管和所述第四晶体管以互补的方式导通和断开，以配合所述第二晶体管对所述飞跨电容的充电，或配合所述飞跨电容经所述第一晶体管对所述电压输出端的放电，以及钳位控制所述飞跨电容上充电电流的大小，以调节对该电压输出端放电时所述第一晶体管两端的电压差。2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中，所述第一时钟信号与所述第三时钟信号同频同相同周期，所述第二时钟信号与所述第四时钟信号同频同相同周期，以及所述第一时钟信号的上升沿是所述第二时钟信号的下降沿延时得到，所述第二时钟信号的上升沿是所述第一时钟信号的下降沿延时得到。3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其中，还包括：串联连接在所述电压输出端与所述飞跨电容第一端之间的自举二极管和自举电容，且所述自举二极管和自举电容的连接节点作为所述电荷泵电路的自举端。4.根据权利要求3所述的电荷泵电路，其中，所述高侧驱动器包括：第一驱动单元，该第一驱动单元的输入端接入所述第一时钟信号，输出端连接所述第一晶体管的控制端，用以提供第一控制电压，正电源端连接所述自举端，负电源端连接所述飞跨电容的第一端；第二驱动单元，该第二驱动单元的输入端接入所述第二时钟信号，输出端连接所述第二晶体管的控制端，用以提供第二控制电压，正电源端连接所述电压输出端，负电源端连接所述电压输入端。5.根据权利要求4所述的电荷泵电路，其中，所述低侧驱动器包括：第三驱动单元，该第三驱动单元的输入端接入所述第三时钟信号，输出端连接所述第三晶体管的控制端，用以提供第三控制电压，正电源端连接所述飞跨电容的第一端，负电源端连接所述飞跨电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峡，谢云宁，秦筝，郭廷，周元春，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：