恒定电流电荷泵控制器制造技术

电荷泵控制器（１９）包括：开关矩阵（２５），其具有多个开关配置模式，开关矩阵（２５）配置成接收输入电压并形成作为输入电压的倍数的输出电压，以及配置成向负载（１７）提供输出电压和负载电流（１６）；以及电流控制器（３０），其配置成接收表示电流（１６）的感测信号（４４）并形成模式控制信号（２３）以响应于负载电流（１６）的第一值而设置开关矩阵的工作模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及电子学，尤其是涉及形成半导体器件的方法和结构。
技术介绍
过去，半导体工业利用各种方法和结构来形成DC/DC变换器， 该DC/DC变换器利用电荷泵电路来控制由变换器形成的输出电压。 这些变换器一般监控输出电压的值并转换电荷泵电路的模式，以便调 节输出电压的值。 一般来说，表示输出电压的值的反馈电压与参考电 压比较，且如果反馈电压降到参考电压的值之下，电荷泵电路的模式 将改变。在2002年6月25日授予Nork等人的美国专利号6,411,531 中公开了这样的DC/DC变换器的一个例子。这些现有的DC/DC变换 器的一个问题是，参考电压电路、比较器和其它闭环元件消耗的面积。 上述电路通常需要在形成电路的半导体管芯(die)上的大面积，从而增 加了变换器电路的成本。因此，期望有一种利用较少的管芯面积并具有较低的成本的控制 器电路。附图说明图1简要示出包括根据本专利技术的电荷泵控制器的发光二极管(LED)控制系统的一部分的实施方式；图2简要示出LED系统的一部分的实施方式，该LED系统是图 1的LED系统的可选实施方式并包括作为根据本专利技术的图1的电荷泵 控制器的可选实施方式的电荷泵控制器；以及图3简要示出包括根据本专利技术的图1的电荷泵控制器的半导体器 件的放大平面图。为了说明的简洁和清楚，附图中的元件没有必要按比例绘制，且 不同图中相同的参考数字表示相同的元件。此外，为了描述的简单而 省略了公知的步骤和元件的说明与详述。如这里所使用的载流电极表 示器件的一个元件，如MOS晶体管的源极或漏极、或双极晶体管的 集电极或发射极、或二极管的负极或正极，其承载通过该器件的电流； 而控制电极表示器件的一个元件，如MOS晶体管的栅极或双极晶体 管的基极，其控制通过该器件的电流。虽然这些器件在这里被解释为 某个N沟道或P沟道器件，但本领域中的普通技术人员应该认识到， 依照本专利技术，互补器件也是可能的。本领域中的技术人员应认识到， 这里使用的词"在...的期间、在...同时、当...的时候"不是表示一旦开始 操作马上就会出现反应的准确术语，而是在被初始操作激起的反应之 间可能有一些小而合理的延迟，如传播延迟。具体实施例方式图1简要示出发光二极管(LED)控制系统10的一部分的示例 性实施方式。系统10包括电荷泵控制器19,其将负载电流16的值控 制到基本恒定的值，而没有调节由控制器19形成的输出电压的值。 系统10—般包括向控制器19供电的DC电压源，例如电池ll。控制 器19在电压输入12和电压返回13之间接收功率，并在输出54上提 供电流16以及输出电压。控制器19可被称为DC/DC变换器。控制 器19在感测输入55上接收表示电流16的值的感测信号，并响应性 地将电流16的值控制为基本恒定的，以便精确地控制由LED17发出的光的量。在优选实施方式中，感测信号主要被理解为基本等于电流16的值的电流并具有电压。在其它实施方式中，感测信号可被理解为 电压并可具有表示电流16的值的其它值。控制器19 一般包括电流控制器30、开关矩阵或开关阵列25、振 荡器26和模式控制逻辑27。开关阵列25 —般包括连接到多个电容器 15的多个晶体管。开关阵列25交替地给电容器15充电和放电，并将 电容器15连接在各种配置中以在输出54上形成输出电压并提供电流 16。阵列25 —般配置电容器15以使输出电压形成为在输入12和返 回13之间接收的电压的值的倍数。电容器15通常在形成控制器30 或控制器19的半导体管芯的外部。振荡器26提供在阵列25的工作 期间使用的时钟信号。模式控制逻辑27接收在节点23形成的模式控 制信号，并向阵列25提供控制阵列25工作的配置或状态的信号。在 优选实施方式中，阵列25配置成在至少l.OX、 1.3X、 1.5X或2.0X乘法器模式中工作。能够在这些不同的模式中工作的开关阵列对本领域 的技术人员来讲是公知的。控制器30配置成响应于基本等于第一值的在输入55上的感测信 号的值而迫使节点23上的模式控制信号为第一状态，例如高，以及 响应于小于所述第一值的感测信号的值而迫使模式控制信号为第二 状态，例如低。低模式控制信号使逻辑27改变控制信号并将阵列25 的工作状态改变到下一较高的乘法器模式，以便增加输出电压的值， 使得电流16可被控制成保持基本恒定。如果在改变到阵列25的新的 乘法器模式之后，感测信号增加到基本等于第一值的值，则模式控制 信号变高且阵列25保持在新的乘法器模式中。控制器30在输入12和返回13之间接收用于操作控制器30的工 作电压。控制器30包括提供第一参考电流的第一电流源40、提供第 二参考电流的第二电流源31、实现为晶体管36的输出设备、实现为 晶体管35的参考设备、实现为晶体管21的开关、下拉电阻器22、以 及电流镜，该电流镜包括实现为晶体管43的电流镜输入设备和实现 为晶体管34的电流镜输出设备。7在工作中且如果电池11的电压足以提供电流16，则阵列25设 置到乘法器模式例如1.0X乘法器模式，并提供电流16和基本等于电 池ll的值的输出电压。LED17使来自电池11的电压下降一些，且电 池11的剩余电压作为输入电压被施加到输入55。控制器30还在输入 55上接收电流16。电流源40和31形成基本等值的相应的笫一和第 二参考电流41和32。因为晶体管43连接成二极管接法，所以晶体管 43工作在晶体管43的特征曲线的饱和区内，且电流41流经晶体管 43以形成晶体管43的栅极到源极电压(Vgs)。由于电流32和41 的基本相等的值以及晶体管43和34的电流镜配置，电流32迫使晶 体管34的Vgs基本等于晶体管43的Vgs，因此，晶体管34的源极 电压跟随(follow)并基本等于晶体管43的源极电压，而晶体管43的源 极电压基本等于输入55上的输入电压。这样，晶体管34和43的电 流镜在节点38上形成参考电压，该参考电压相对于返回13的电势与 输入55上的输入电压相对于返回13的电势相同。这4吏晶体管35的 漏极到源极电压(Vds)基本等于晶体管36的Vds。晶体管35和36 的栅极连接到晶体管34的漏极，因此，晶体管34和35的Vgs相等。 只要电池11的电压大于LED17两端的正向电压降加上晶体管36的 Vds(sat)，晶体管35的Vgs就近似处在晶体管35的阈值电压，一 般小于约1.2伏。此低电压也被施加到节点33,因而施加到晶体管21 的栅极。低栅极电压使晶体管21导通，这将节点23基本拉到输入12 的电压。这向逻辑27施加逻辑高信号。高模式控制信号保持阵列工 作在当前的乘法器模式中。因为晶体管35和36的Vds和Vgs电压基本相等，所述通过晶 体管36的电流被迫等于通过晶体管35的电流乘两个晶体管之间的有 效面积(active area)比。在优选实施方式中，有效面积比为1:1000， 且晶体管35和36起电流镜的作用，即通过晶体管36的电流由晶体 管35控制为大约1000倍于流经晶体管35的电流32的值。通过晶体 管36的电流等于电流41加上电流16。因为电流41等于电流32,所 以电流16大约等于999倍的电流32的值。本领域的4支术人员应认识到，有效面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷泵控制器，包括：　开关矩阵，其具有多个开关配置模式，所述开关矩阵被配置成接收输入电压并形成作为所述输入电压的倍数的输出电压，并被配置成向负载提供所述输出电压和负载电流；以及　电流控制器，其被配置成接收表示所述负载电流的感 测信号，并响应于所述负载电流的第一值而形成模式控制信号，以设置所述开关矩阵的工作模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：H乔乌依，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]