一种具有软启动电路的开关电容电荷泵制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种具有软启动电路的开关电容电荷泵，该电荷泵包括开关管栅极驱动模块、倍压电荷泵模块，还包括：开关管栅极低电平提升模块、开关控制模块，其中，开关管栅极低电平提升模块，用于提供软启动所需的倍压电荷泵模块中开关管的栅极电压值；开关控制模块，用于在软启动时选择开关管栅极低电平提升模块与倍压电荷泵模块相连；在软启动结束后，选择开关管栅极驱动模块与倍压电荷泵模块相连。本实用新型专利技术技术方案通过提升倍压电荷泵模块中的开关管栅极电压，从而降低开关管上流过的电流，避免了启动时流过器件的尖峰电流，通过简单的电路有效实现软启动。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及开关电容电荷泵电路领域，具体涉及一种具有软启动电路的开关电容电荷泵。
技术介绍
白光LED具有发光效率高、功耗小、使用寿命长和安全环保等优点，是下一代主流照明光源。目前，在手机、数码相机和PDA等小型LED应用领域，白光LED已被认为是其背光照明的最佳选择。便携式设备一般由单节锂电池供电，但若直接由锂电池供电，随着电池电压的下降，LED的发光亮度难以保持稳定并进而无法被驱动，所以需要专门的驱动电路来驱动LED。电荷泵以其电路结构简单、体积小、低EMI等特点成为便携式设备的首选驱动方案。图1所示为现有技术中倍压电荷泵的结构示意图，其中Ml M4为开关管，Φ1和 Φ 2为两相非重叠时钟，时钟Φ 1控制开关管Ml和Μ4的导通和关断，时钟Φ 2控制开关管 Μ2和Μ3的导通和关断。假设初始时，电容器都没有存储电荷，当Φ1为高电平、Φ2为低电平时，开关管Sl和S4导通，开关管S2和S3关断，输入电压Vin给电容CO充电至Vin ；当Φ 2 为高电平、Φ 1为低电平时，开关管S2和S3导通，开关管Sl和S3关断，此时电容CO的下极板电压为Vin，根据电容两端的电压不能突变原理，电容CO的上极板的电压被倍压至2VIN， 对电容Cl进行充电，如此几个周期之后，输出电压最终被倍压至2VIN，即V。ut = 2Vin。要得到更高的电压增益，可以级联此电荷提升电路，把本级的输出电压作为下级的输入电压。理论上，N级电荷泵提升的输出电压为(N+1)Vin。由上面的工作原理可以看出，由于在上电时，电容CO和Cl都没有存储电荷，当Φ1 为高电平、Φ2为低电平时，开关管Ml和M4导通，输入电压Vin给电容CO充电，由于此时开关管工作在线性区，其沟道电阻很小，那么输入电压Vin给电容CO充电的电流将会很大，这样容易损坏电路。所以，为了防止启动期间的尖峰电流需要在电荷泵电路中加入软启动电路。现有技术中提出了一种软启动电路，应用于电荷泵电路，包括电流源和控制开关； 所述电流源连接在驱动模块和地之间；所述驱动模块用于驱动开关管的栅极；所述控制开关并联在所述电流源两端；当电荷泵软启动时，所述控制开关断开，所述开关管的栅极通过所述驱动模块以所述电流源的电流放电；当所述电荷泵软启动结束后，所述控制开关闭合， 所述开关管的栅极通过所述驱动模块和所述控制开关接地。但是，所述现有技术中的软启动电路需要精准的电流源，且需要多个电流源，实现较为复杂。另一方面，现有的软启动电路仍然存在一个周期内将开关管的栅极电压放电至零的可能，根据漏极电流公式(Vcs-Vt)2，还会产生较大的浪涌电流，影响软启动的效果。
技术实现思路
本技术实施例提供了一种具有软启动电路的开关电容电荷泵，该电荷泵包括开关管栅极驱动模块、倍压电荷泵模块，该电荷泵还包括开关管栅极低电平提升模块、开关控制模块，其中，开关管栅极低电平提升模块，用于提供软启动所需的倍压电荷泵模块中开关管的栅极电压值；开关控制模块，用于在软启动时选择开关管栅极低电平提升模块与倍压电荷泵模块相连；在软启动结束后，选择开关管栅极驱动模块与倍压电荷泵模块相连。所述开关控制模块包括四个开关K1、K2、K3、K4，其中所述四个开关均为三相开关， 开关Κ1、Κ3、Κ4的第一端口均接所述栅极低电平提升模块的输出电压，开关Κ2的第一端口接电源电压；开关Κ1、Κ2、Κ3、Κ4的第二端口均连接于所述开关管栅极驱动模块的输出端， 第三端口均连接于所述倍压电荷泵模块。所述开关管栅极低电平提升模块包括电源电压、电阻R0、电阻Rl和地端，其中，电阻RO和电阻Rl串联于电源电压和地端之间，电阻RO和电阻Rl的公共端输出所述开关管栅极低电平提升模块的输出电压。所述开关管栅极低电平提升模块还包括一开关Κ5，该开关Κ5串联于由电源电压、 电阻RO和电阻Rl及地端组成的串联支路中。所述开关管栅极低电平提升模块包括电源电压、电阻R0、电阻R1、地端和放大器 0Ρ，其中，电阻RO和电阻Rl串联于电源电压和地端之间，电阻RO和电阻Rl的公共端与放大器OP的正向输入端相连，所述放大器OP的输出端与该放大器OP的负向输入端相连，由所述放大器OP的输出端输出该开关管栅极低电平提升模块的输出电压。所述开关管栅极低电平提升模块还包括一开关Κ6，该开关Κ6串联于由电源电压、 电阻RO和电阻Rl及地端组成的串联支路中。本技术实施例中通过提升倍压电荷泵模块中的开关管栅极电压，从而降低开关管上流过的电流，避免了启动时流过器件的尖峰电流，通过简单的电路实现了电路的软启动。且当软启动完成之后，软启动开关控制模块将电荷泵中的开关管栅极驱动信号连接到正常的电荷泵驱动模块，实现正常的驱动。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术现有技术中倍压电荷泵的结构示意图；图2是本技术具体实施方式中具有软启动电路的电荷泵的结构示意图；图3(a)是本技术具体实施方式中开关管栅极低电平提升模块的一种具体电路结构图；图3(b)是本技术具体实施方式中开关管栅极低电平提升模块的一种具体电路结构图；图3(c)是本技术具体实施方式中开关管栅极低电平提升模块的一种具体电路结构图；图3(d)是本技术具体实施方式中开关管栅极低电平提升模块中的一种具体电路结构图；图4是本技术具体实施方式中开关控制模块的具体电路结构图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图2所示为本技术具体实施方式中具有软启动电路的电荷泵的结构示意图，该电荷泵结构包括开关管栅极低电平提升模块100、开关管栅极驱动模块101、开关控制模块102、倍压电荷泵模块103 ；其中，所述现有的电荷泵电路包括开关管栅极驱动模块 101和倍压电荷泵模块103，本技术具体实施方式在所述现有的电荷泵电路基础上增加了开关管栅极低电平提升模块100和开关控制模块102，在软启动阶段，由开关控制模块 102控制，使开关管栅极低电平提升模块100接入电路，驱动倍压电荷泵模块103，软启动结束后，通过开关控制模块102的控制，使驱动模块由开关管栅极低电平提升模块100改为开关管栅极驱动模块101，从而进入正常的电荷泵倍压工作过程。如图3(a)所示为本技术具体实施方式中开关管栅极低电平提升模块100的一种具体电路结构图，该结构包括电源电压VIN、电阻R0、电阻R1，其中，电阻RO和Rl串联于电源电压Vin和地端之间，分压得到电压Vdiv，采用该电压Vdiv去控制所述倍压电荷泵模块 103的开关管栅极。如图3(b)在所述图3(a)的基础上，增加了一放大器0P，所述图3 (a)输出的电压 Vdiv输入至放大器OP的正向输入端，放大器OP的输出端V本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有软启动电路的开关电容电荷泵，该电荷泵包括开关管栅极驱动模块、倍压电荷泵模块，其特征在于，该电荷泵还包括：开关管栅极低电平提升模块、开关控制模块，其中，开关管栅极低电平提升模块，用于提供软启动所需的倍压电荷泵模块中开关管的栅极电压值；开关控制模块，用于在软启动时选择开关管栅极低电平提升模块与倍压电荷泵模块相连；在软启动结束后，选择开关管栅极驱动模块与倍压电荷泵模块相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉强，石岭，李汉光，
申请(专利权)人：深圳艾科创新微电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94