使用间接输出电压感测的高电压输出分路调节器制造技术

本文所公开的实施方案提供一种电压调节器，该电压调节器具有串联耦合在输出电压与系统接地之间的一个或多个齐纳二极管。该一个或多个齐纳二极管是呈反向偏压配置。晶体管与该一个或多个齐纳二极管串联耦合并耦合在该一个或多个齐纳二极管与系统接地之间。控制电路耦合到该晶体管并且配置为调整该晶体管以控制该输出电压的电压电平。该控制电路经过配置使得晶体管大致上独立于该一个或多个齐纳二极管的值而调整。

【技术实现步骤摘要】

本申请案涉及包含高电压调节电荷泵的功率转换器装置。
技术介绍
集成电路(IC)芯片上所实行的高电压调节电荷泵通常具有有限负载电流驱动能力。这种有限负载电流驱动能力可以归因于实行泵电容器的有限的具成本效益的可利用空间，该泵电容器对于高电压应用而言，其每单位面积具有低电容。为了调节泵供应，大的反馈电阻器有必要限制用于低百分比的总负载驱动能力的电流，这是因为所使用的任何电流限制总的负载驱动能力。因此，泵电压输出越高，反馈电阻器的值越高并且任何输出级的电压需求也越高。标准高值并匹配良好的多晶硅电阻器的每平方材料通常展现低薄膜电阻，并且因此需要大的面积来实行。高值多晶硅电阻器需要额外的处理植入步骤来实行，从而增加额外成本。专利技术概述在一个实施方案中，提供ー种电压调节器。该电压调节器可以包含串联耦合在输出端与系统接地之间的ー个或多个齐纳ニ极管。该电压调节器也可以包含与该ー个或多个齐纳ニ极管串联耦合并且耦合在该ー个或多个齐纳ニ极管与系统接地之间的晶体管。控制电路可以耦合到晶体管并且配置为调整晶体管以控制输出电压的电压电平。控制电路可以包含參考齐纳ニ极管，该參考齐纳ニ极管具有大致上与该ー个或多个齐纳ニ极管匹配的特性。控制电路可以经过配置使得晶体管大致上独立于该ー个或多个齐纳ニ极管的值而调整。附图简述在结合随附图式考虑下文详细描述后将明白本专利技术的多个方面、实施方案、目标及优势，其中在所有图式中，相同的參考符号指代相同的部件。图I图解说明集成电路实例的高阶功能方块图，该集成电路具有电荷泵，该电荷泵具有通过具有低电压控制的分路调节器而调节的输出电压。图2图解说明图I的分路调节器的实例的示意方块图。图3图解说明图I的分路调节器的实例的电路图。图4图解说明可与图3的分路调节器一起使用的示例性电压调节指示器电路的电路图。图5图解说明图I的分路调节器的另ー实例的电路图，其中分路调节器具有用于产生负载独立參考电流的电流镜。图6是包含图I的电荷泵和分路调节器的电子装置的实例的方块图。附图中主要组件的參考编号单100 系绕102电荷泵104分路调节器106集成电路(IC)芯片 108输出端202分路齐纳ニ极管204控制电路206參考齐纳ニ极管208晶体管302 齐纳电压(Vz)305差分放大器306电阻器308电阻器310电阻器312 參考电压 Vref314 低电压 Aout2316Ishunt318參考电流Id400 电路402输出端404电流镜502 电压 Vz2504电流镜506 电流源 12900电子装置902系统电路板903处理器904电可擦除存储器906显示器908显示器控制器具体实施例方式本专利技术的实施方案可以降低芯片上高电压调节电荷泵的成本。本专利技术的实施方案可以在分路调节器配置中采用ー串齐纳ニ极管，该分路调节器配置具有低电压控制电路来调节高电压输出。參考图式描述主_，其中在所有图式中相同參考符号用于指代相同元件。在下列描述中，出于说明目的，阐明许多特定详情以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，显然的是可以在不具有这些特定详情的情况下实践主在其他例子中，众所周知的结构和装置以方块图形式显示以便有助于描述本专利技术。此外，词“实例”在本文中用于意指充当实例、例子或图解。本文中描述为“实例”的任何方面或设计不一定被解释为优于其他方面或设计的优选或有利方面或设计。而是，词“实例”的使用g在以具体方式呈现概念。此外，词“耦合”在本文中用于意指直接或间接的电耦合或机械耦合。參考附图说明图1，图解说明用于实行根据本公开内容的ー个方面的高电压调节电荷泵102和分路调节器104的例示性系统100。在一个实例中，电荷泵102和分路调节器104布置在集成电路(IC)芯片106上。在其他实例中，电荷泵102和分路调节器104可以由分立组件和/或多个IC组成。系统100的分路调节器104采用ー串齐纳ニ极管(例如，三个齐纳ニ极管)使来自电荷泵102的过量电流分流以便调节输出端108处的高输出电压Vout。分路调节器104 可利用齐纳ニ极管串(例如，三个齐纳ニ极管箝位)而在输出端108处产生高输出电压。在一个实例中，输出端108处的高输出电压可以为至少10V。在另ー实例中，输出端108处的高输出电压可以为至少15伏。在另ー实例中，在输出端108处的高输出电压可以为至少18V或任何所需高电压值。分路调节器104中所利用的齐纳ニ极管串可以在IC芯片106上占据比传统调节器相对较小的面积。根据ー个实施方案，IC芯片106上被齐纳ニ极管串所占据的总面积可以比现有调节器中所利用的面积小至少5到13倍，因为分路调节器104的一些实例不使用传统调节器所使用的大型反馈电阻器。在操作中，电荷泵102可以在输入端处接收电压Vin，并在输出端108处产生输出电压Vout。分路调节器104可以耦合到输出端108并且可以将输出电压Vout调节为在所需电压范围内。特定而言，在电荷泵102所提供的电カ变化以及负载变化的情况下，分路调节器104可以尝试调节输出电压Vout。在使用在低于输出电压Vout的电压下操作的控制电路的同时，分路调节器104可提供这种电压调节。下文提供关于分路调节器104的更多详情。现在參考图2，其图解说明图I的分路调节器104的一个实施方案的示意方块图。分路调节器104可以包含一串(即，串联耦合的)齐纳ニ极管202、控制电路204(例如，低电压放大器回路)、參考齐纳ニ极管206以及晶体管208。该串齐纳ニ极管202可以耦合到输出端108。该串齐纳ニ极管202可以彼此串联耦合并且与晶体管208串联耦合。特定而言，该串齐纳ニ极管202和晶体管208可串联耦合在输出端108与系统接地(例如，0V，地面接地)之间。晶体管208可受控制电路204控制。控制电路204可以部分基于从參考齐纳ニ极管206获得的參考电压(Vz)控制晶体管208。在操作中，晶体管208和齐纳ニ极管202可以通过汲取到系统接地的过量电流而调节输出端108处的输出电压。低电压控制电路204可以控制晶体管208使得当在输出端108处存在过量电流时(例如，当电荷泵102调节过度吋，即当电荷泵102提供多于负载所用的电流时)，晶体管208经过调整而从输出端108汲取额外电流；由此减小输出端108处输出电压Vout的升高。相反地，低电压控制电路204可以控制晶体管208使得当在输出端108处存在不充足电流时(例如，当电荷泵102调节不足时，即当负载和分路调节器104正汲取多于电荷泵102所提供的电流时)，晶体管208经过调整而从输出端108处汲取较少电流；由此减小108处输出电压Vout的下降。低电压控制电路204可以将跨參考齐纳ニ极管206的电压降用作參考电压。在一个实例中，參考齐纳ニ极管206可配置为具有大致上与该串齐纳ニ极管202匹配的特性。在一个实例中，分路调节器104可以制造在单片集成电路上来实现匹配參考齐纳ニ极管206和该串齐纳ニ极管202的极好特性(例如，电流-电压曲线)。图3是分路调节器104的实例的电路图。分路调节器104可以包含图2中所示的该串齐纳ニ极管202、控制电路204、參考齐纳ニ极管206以及晶体管208。如所示，该串齐纳ニ极管202以反向偏压配置耦合在输出电压10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.07 US 61/440,230;2011.03.30 US 61/469,185;1.一种电压调节器，其包括 一个或多个齐纳二极管，其串联耦合在输出端与系统接地之间，所述一个或多个齐纳二极管经过耦合使得阴极朝向输出电压并且阳极朝向系统接地； 晶体管，其与所述一个或多个齐纳二极管串联耦合且耦合在所述一个或多个齐纳二极管与系统接地之间；以及 控制电路，其耦合到所述晶体管并且配置为调整所述晶体管以控制所述输出电压的电压电平，所述控制电路包含参考齐纳二极管，所述参考齐纳二极管具有大致上匹配于所述一个或多个齐纳二极管的特性，所述控制电路经过配置使得晶体管大致上独立于所述一个或多个齐纳二极管的值而调整。2.根据权利要求I所述的电压调节器，其中所述一个或多个齐纳二极管包括多个彼此串联耦合的齐纳二极管。3.根据权利要求I所述的电压调节器，其中所述控制电路包含放大器回路。4.根据权利要求3所述的电压调节器，其中所述放大器回路控制所述晶体管使得所述一个或多个齐纳二极管与所述晶体管之间的电压不会上升到高于基于参考电压的值。5.根据权利要求3所述的电压调节器，其中所述放大器回路包括 差分放大器，其具有反相输入端、非反相输入端以及输出端，所述非反相输入端耦合到参考电压，并且所述输出端耦合到所述晶体管； 第一电阻器，其耦合在所述反相输入端与所述参考齐纳二极管之间； 第二电阻器，其耦合在所述反相输入端与系统接地之间；以及 第三电阻器，其耦合在所述反相输入端与所述一个或多个齐纳二极管与所述晶体管之间的一个点之间。6.根据权利要求5所述的电压调节器，其中所述放大器回路经过配置使得所述第一电阻器除以所述第三电阻器的值等于所述一个或多个齐纳二极管中的齐纳二极管的数目。7.根据权利要求6所述的电压调节器，其中所述参考齐纳二极管耦合在所述第一电阻器与系统接地之间使得阴极朝向所述第一电阻器，并且阳极朝向系统接地，其中参考电流流过所述参考齐纳二极管。8.根据权利要求7所述的电压调节器，其包括 电流镜，其配置为反映流过所述一个或多个齐纳二极管进入所述参考齐纳二极管中的电流。9.根据权利要求I所述的电压调节器，其包括 电压调节指示器电路，其配置为比较流过所述一个或多个齐纳二极管的分路电流与第二参考电流，并且在流过所述一个或多个齐纳二极管的所述电流大于所述第二参考电流时输出所述输出电压正处于调节中的指示。10.一种调节输出电压的方法，所述方法包括 基于具有反馈网络和参考电压的放大器回路在呈反向偏压配置的一个或多个齐纳二极管的阴极处输出电压，所述一个或多个齐纳二极管串联耦合在输出电压与系统接地之间； 如果所述一个或多个齐纳二极管的所述阴极处的所述电压高于基于所述反馈网络和所述参考电压的值，则从流过所述一个或多个齐纳二极管的所述输出电压汲取额外电流；以及 如果所述一个或多个齐纳二极管的所述阴极处的所述电压低于所述值，则从流过所述一个或多个齐纳二极管的所述输出电压汲取较少电流。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述放大器回路包含差分放大器，所述差分放大器具有反相输入端、非反相输入端以及输出端，所述非反相输入端耦合到所述参考电压，并且所述输出端耦合到晶体管； 其中所述反馈网络包含 第一电阻器，其耦合在所述反相输入端与参考齐纳二极管之间； 第二电阻器，其耦合在所述反相输入端与系统接地之间；以及 第三电阻器，其耦合在所述反相输入端与在所述一个或多个齐纳二极管与所述晶体管之间的一个点之间。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述参考齐纳二极管耦合在所述第一电阻器与系统接地之间使得阴极朝向所述第一电阻器并且阳极朝向系统接地，并且所述参考齐纳二极管具有大致上与所述一个或多个齐纳二极管匹配的特性；以及 其中所述放大器回路经过配置使得所述第一电阻器除以所述第三电阻器的值等于所述一个或多个齐纳二极管中的齐纳二...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·P·勒费弗瑞，N·鲁宾逊，
申请(专利权)人：英特赛尔美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：