一种电容式电荷泵制造技术

本发明专利技术公开了一种电容式电荷泵，包括由飞电容和开关组成的升压回路，该升压回路具有电源端，输出端和接地，其特征在于所述的升压回路包括第一、第二和第三飞电容和一切换程序；在所述升压回路电源端接入输入电压后，所述的飞电容和开关以一包括四个步骤的切换程序周期循环工作，从输出端得到１．２倍输入电压的输出电压。这种１．２倍升压的电容式电荷泵，其升压回路电路简单，仅需要３个飞电容，同时在应用于ＬＥＤ背光驱动时，其效率比较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源电路，具体是一种升压的电容式电荷泵电路。
技术介绍
作为一种电源转换装置，电荷泵具有广泛应用，其中电容式电荷泵采用电容器来 贮存能量，工作于较高的频率，常使用小型陶瓷电容作为储能元件；这种类型的电荷泵使空 间占用小，使用成本低，且由于不使用电感，因此其辐射EMI可以忽略。电容式电荷泵的种 种优点使其十分适用于便携式应用产品，尤其是需要锂电池供电的以白光LED照明的电子 设备，这类设备由于白光LED工作电压的特点，锂电池直接供电时会因为电池电压低于LED 工作电压而无法再放电，这就需要在有限的设备空间中设置相应的升压电路，将锂电池的 电压加以提升，使其能够在适合白光LED的工作电压的条件下充分放电，升压的电容式电 荷泵就是合乎此要求的一种装置。目前常用的电容式升压电荷泵，按照其电压放大倍数，常见的有2倍、1. 5倍、1. 33 倍，其电路结构对应一固定数量的飞电容个数，其最少飞电容数量对应就是1，2和3个，若 要达到1.2倍升压，则需要多达5个飞电容。电容器占用的的体积在便携产品中往往极易 受到限制，片面地提高飞电容个数，虽然可以示输出电压达到要求，但其庞大的体积，导致 毫无实用性。
技术实现思路
针对现有技术1. 2倍升压电荷泵飞电容数量过多的问题，本专利技术提出一种电容式 电荷泵电路，其技术方案如下一种电容式电荷泵，包括由飞电容和开关组成的升压回路，该升压回路具有电源 端，输出端和接地，所述的升压回路包括第一、第二和第三飞电容；所述输出端与地之间并 联一滤波电容。在所述升压回路电源端接入输入电压后，所述的飞电容和开关以一包括四个步骤 的切换程序周期循环工作，从输出端得到1. 2倍输入电压的输出电压。作为本技术方案的优选者，可以作如下改进所述飞电容各自均具有一正端和一负端；所述切换程序包括以下四个步骤第一步骤所述第一、第二和第三飞电容正负端同向顺次串联，第一电容的正端接 电源端，第三电容的负端接入地；第二步骤第一电容负端接电源端，正端接输出端；第三步骤第一电容正端接电源端，负端接第二电容负端；第二电容正端接输出 端；第四步骤第一电容负端接电源端，正端接第二电容正端；第二电容负端接第三 电容负端；第三电容正端接输出端；4其中每两个步骤之间开关转换状态无重叠。一较佳实施例中，所述第一、第二和第三飞电容均各自与两个开关构成相同结构 的第一、第二和第三泵级回路，每个泵级回路均具有第一、第二和第三端，其中第一泵级回路由第一开关与第一电容串联后整体与第五开关并联而成；第一开 关与第五开关的连接点成为第一端；第一开关与第一电容的连接点成为第二端；第一电容 与第五开关的连接点成为第三端；第二泵级回路由第二开关与第二电容串联后整体与第七开关并联而成；第二开 关与第七开关的连接点成为第一端第二开关与第二电容的连接点成为第二端；第二电容 与第七开关的连接点成为第三端；第三泵级回路由第三开关与第三电容串联后整体与第十开关并联构成；第三开 关与第十开关的连接点成为第一端；第三开关与第三电容的连接点成为第二端；第三电容 与第十开关的连接点成为第三端以上第一、第二与第三泵级回路顺次以第一端和第三端同向串联；第一泵级回路 的第一端接输入端；第三泵级回路的第三端通过第四开关接地；另外，第一泵级回路的第二端同时接第九开关与第六开关的一端；第九开关的另 一端与第二泵级回路的第二端和第八开关的一端连接；第六开关的另一端与第八开关的另 一端连接后接所述输出端；第三泵级回路的第二端通过第十一开关连接输出端。一较佳实施例，其中的所述第一步骤中，第一、第二、第三和第四开关连动同时开启和关闭；所述第二步骤中，第五和第六开关连动同时开启和关闭；所述第三步骤中，第一、第七和第八开关连动同时开启和关闭；所述第四步骤中，第五、第九、第十和第十一开关同时开启和关闭。一较佳实施例中所述开关均为包括MOS管的电子开关。—较佳实施例中所述电子开关由一带有延迟功能的周期发生电路驱动；该周期发 生电路由一个时钟信号驱动。一较佳实施例中所述第六开关为四个源极与漏极并联的相同MOS管构成，且该四 个MOS管栅极在所述周期发生电路之前均连接于一启动电路，该启动电路可在电路启动时 将四个MOS管逐个全部导通。一较佳实施例中所述周期发生器与所述升压回路之间还具有一驱动电路。一较佳实施例中所述升压回路除飞电容以外的其他部分均在同一芯片上制成。相比现有技术，本专利技术带来的有益效果是1.升压电路简单，用3个飞电容就实现了 1. 2倍升压，电容器数量少；2.同等条件下电荷泵效率较高；对于2倍和1. 5倍的电荷泵，假设其输入电压为 Va,输出电压为 Vb，则其效率分别为 Vb/ (Va*2) = 0. 5Vb/Va,和 Vb/ (Va*l. 5) ^ 0. 67Vb/Va, 但本专利技术1. 2倍电荷泵可以在此条件下达到Vb/(Va*l. 2) 0. 83Vb/Va。3.作为第六开关的MOS管用4管并联，且接入一启动电路将该4个MOS管逐个导 通，使升压回路的MOS管工作电流逐步加大，从而升压回路具有软启动的功能。以下结合附图实施例对本专利技术作进一步说明附图说明图1是本专利技术实施例一原理图；图2是实施例一第一步骤等效原理图；图3是实施例一第二步骤等效原理图；图4是实施例一第三步骤等效原理图；图5是实施例一第四步骤等效原理图；图6是本专利技术实施例二电路图；图7是实施例二所在的片上系统总概览图；图8是图7中栅极电平时序图；图9是实施例二在图7系统中仿真图。具体实施例方式实施例一图1是本专利技术的实施例一原理图。图中有三个泵级回路1至3，每个泵级回路包 括一个飞电容和两个开关；泵级回路1具有电容Cl和开关S1、S5 ；泵级回路2具有电容C2 和开关S2、S7，泵级回路3具有电容C3和开关S3、SlO0另有一开关网络，由S9、S6、S8和 Sll构成，与此三个串联的泵级回路一并构成升压电路。另有一 C4并联在输出端Vout和地 之间滤波。为了方便说明，电容Cl至C3按照其初始充放电极性，标注了正负端。飞电容的实现就是依靠各开关的开启关闭，在一定周期内使电容构成不同的充放 电网络，以不同状态进行能量的贮存和转移从而得到需求的工作电压。图1所示的原理图， 在Vdd端接通直流工作电压后，依照开关Sl至Sll不同的开启/关闭组合，达成4个等时 长的不同步骤，从而形成一个周期，再无限循环此周期，即可从Vout得到持续的直流电。如图2，第一步骤等效原理图；此步骤中，图1中的开关Si，S2，S3，S4保持闭合， 其余保持断开，则得到如此等效回路，从此等效回路可根据基尔霍夫定律得到如下关系式 (Vcl表示电容Cl两端电压，Vout开路，下同及类推)Vdd = Vcl+Vc2+Vc3.......................................(1)如图3，第二步骤等效原理图；此步骤中，图1中的开关S5，S6保持闭合，其余保持 断开，则得到如此等效回路，从此等效回路可根据基尔霍夫定律得到如下关系式Vout = Vdd+Vcl..........................................(2)如图4，第三步骤等效原理图；此步骤中，图1中的开关Si，S7，S8保持闭合，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式电荷泵，包括由飞电容和开关组成的升压回路，该升压回路具有电源端，输出端和接地，其特征在于：所述的升压回路包括第一、第二和第三飞电容；所述输出端与地之间并联一滤波电容；在所述升压回路电源端接入输入电压后，所述的飞电容和开关以一包括四个步骤的切换程序周期循环工作，从输出端得到１．２倍输入电压的输出电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊守芬，
申请(专利权)人：厦门联创微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：92[]