本发明专利技术公布了一种宽输入范围低纹波电荷泵降压电路，其特征在于包括用于检测输入电压以确定增益模式的增益模式选择电路、对开关工作状态进行控制的开关逻辑控制及死区控制电路、用于功率传输的电容阵列功率级电路、用于处理输出电压的误差放大器和迟滞比较器和用于系统时钟的压控振荡器。本发明专利技术的电荷泵增加了由迟滞比较器和中心频率可配置压控振荡器组成的控制环路，解决了电荷泵增益模式有限而导致的输入电压与输出电压的模式不匹配问题。通过频率分段数量和覆盖范围的调节，可有效抑制电路输出中心值随负载变化的显著漂移，同时降低输出电压的纹波大小，一定程度上缓解了多增益模式带来的效率退化问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种电荷泵电源系统，尤其涉及ー种由迟滞比较器和中心频率可配置压控振荡器组成的双环控制电荷泵结构。
技术介绍
电源是一切电子系统的能量之源，电源转换芯片主要有线性电压调节器LD0、开关电源DC-DC和电荷泵三类。随着S0C、生物芯片以及无线传感芯片的发展，电子系统的发展朝着数字化、微型化、集成化的方向发展，对电源转换芯片提出了新的要求。 线性电压调节器LDO只能实现降压，且压差越大LDO的效率越低，这两个缺点限制了 LDO的应用。开关电源DC-DC效率较高，纹波较小，驱动能力较强，可以实现升降压，但使用电感作为能量传输元件。高品质电感エ艺复杂，体积较大，且需要复杂的补偿网络。电感还会引起较为严重的电磁干扰，使得在SOC等全集成领域的应用受限。与前两者相比，电荷泵使用电容作为能量传输元件，具有升降压功能，同时消除电感引起的电磁干扰，利于实现系统的全集成，符合当前技术的发展趋势。电荷泵因增益模式数量受限制，因此各模式增益值相互离散，容易造成在特定的输入电压与输出电压无法找到最佳的增益模式，当输入电压大范围变化或负载电流大范围变化吋，电荷泵有限的増益模式带来的输入与输出电压不匹配的问题更加凸显。一种传统解决方法是增加电荷泵功率级增益模式的数量，如图I。当输出电压恒定时，首先根据输入电压的大小由增益模式选择电路确定电荷泵功率级增益，然后压控振荡器依据输出电压的变化进行相应的频率变化，以控制输出电压稳定在所需电压。这种控制方法的缺点在于，若通过增加增益模式的数量解决输入输出匹配问题，将使开关管的数量倍増，直接影响系统的高效率，同时使开关时序控制与死区控制更加复杂；其次，若通过增大压控振荡器的变频范围解决以上问题，压控振荡器变频范围的增加将使非线性效应更加明显，难以实现对系统调节精度的提高。此外，数字脉宽调制也是ー种解决电荷泵模式不匹配问题的方法，如图2，通过调节时钟信号的占空比控制不完全充电或或不完全放电，等效改变输入输出电压的关系。由于占空比调节方法需要数模转换器、可编程补偿器、数字脉宽电路等模块，控制环路非常复杂，同时因不能实现占空比的连续调节，调节精度较低。 输入输出模式不匹配对电荷泵电路的灵活应用带来不利影响，针对存在的不匹配问题以及上述传统解决方案的不足和缺陷，本专利技术在电荷泵增益模式不变的情况下，通过自适应配置压控振荡器的中心频率并调节其受控范围，解决单ー宽变频范围下压控振荡器线性度降低而导致的系统性能下降问题。通过中心频率切换解决以上问题的代价，仅仅需要増加ー个迟滞比较器、以及若干开关管与小的并联调节电容。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决由于电荷泵增益模式有限导致的输入电压与输出电压不匹配的问题，获得一种宽输入范围低纹波的电荷泵降压电路。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案 本专利技术ー种宽输入范围低纹波电荷泵降压电路 ，包括用于检测输入电压以确定增益模式的増益模式选择电路、对开关工作状态进行控制的开关逻辑控制及死区控制电路、用于功率传输的电容阵列功率级电路、用于处理输出电压的误差放大器和迟滞比较器和用于系统时钟的压控振荡器，增益模式选择电路和压控振荡器的输出端分别接开关逻辑控制及死区控制电路的输入端，开关逻辑控制及死区控制电路的输出端串接电容阵列功率级电路后分别接误差放大器的负输入端和迟滞比较器的正输入端，误差放大器和迟滞比较器的输出端分别接压控振荡器的输入端。所述压控振荡器采用限流环形振荡器，包括N个输出级别，每ー级的输出节点并联CpC2两个电容，其中C2串联ー个NMOS开关管，NMOS开关管的栅极分别接迟滞比较器的输出端。将振荡器的整个调频范围进行分段，所产生的优点主要有提高了每段频率范围内的线性度；相对于在电荷泵中弓I入多增益模式、数字脉宽调制控制方式，本专利技术结构简单易于实现，大大减小了器件数量，节省了芯片面积和功耗并保证了效率；减小了过冲时间；稳定了同一增益模式下随着输入电压的变化而导致的输出电压的变化；可以适应输入电压的大范围变化；改善了轻载下输出电压的抬高，同时由于振荡器频率的线性变化，系统纹波也得到改善。表I给出了专利技术结构与传统结构的在相同状态条件下性能对比，针对I. 2V固定电压调节输出，在增益模式、输入电压和负载电流相同的条件下，相比传统结构，新型电路结构产生的输出电压中心值更为接近其理想值，中心值最大漂移由40mV降低到IOmV,输出纹波最大值由40mV降低到30mV，且绝大部分的纹波可控制在20mV，两段式频率控制效果作用明显，预期増加分段数将带来性能更进ー步的提高。表I、单段与双段频率调制结果的性能对比本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宽输入范围低纹波电荷泵降压电路，其特征在于包括用于检测输入电压以确定增益模式的増益模式选择电路、对开关工作状态进行控制的开关逻辑控制及死区控制电路、用于功率传输的电容阵列功率级电路、用于处理输出电压的误差放大器和迟滞比较器和用于系统时钟的压控振荡器，增益模式选择电路和压控振荡器的输出端分别接开关逻辑控制及死区控制电路的输入端，开关逻辑控制及死区控制电路的输出...
【专利技术属性】
技术研发人员：施金伟，
申请(专利权)人：苏州脉科库博环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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