一种电荷泵电路及电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种电荷泵电路及电子设备；所述电荷泵电路，包括输入节点、输出节点、至少一个电容器件、过流检测电路、控制电路、过压检测电路以及驱动电路；过流检测电路，用于输出过流检测信号；控制电路，用于输出限流控制信号；过压检测电路，用于输出过压检测信号；驱动电路，用于在所述限流控制信号为限流信号时，基于所述限流信号对流过所述电容器件的电流进行限流；以及用于在所述过压检测信号为过压信号时，控制所述电容器件的状态为充电相状态。本发明专利技术技术方案能够提高电荷泵电路的电源转换效率、增强电路的驱动能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种电荷泵电路及电子设备。
技术介绍
电荷泵，也称为无电感式DC/DC转换器，是利用电容作为储能元件的特殊类型开关DC/DC转换器；与采用电感作为储能元件的电感式开关DC/DC转换器相比，电荷泵式转换器所具有的独特特点使其适用于各类应用终端。如，在由电池供电的便携式电子设备中，经常使用作为电源转换器的升压式电荷泵电路。电荷泵一般可分为稳压输出型和非稳压输出型，稳压输出型电荷泵电路一般采用闭环结构，目前闭环稳压式电荷泵电路的控制方法有很多，具体包括:(I)电压型控制模式:这种控制模式中开关频率固定，通过检测电荷泵输出电压，反馈到控制电路中控制电荷泵功率开关管的栅极电压，从而调节功率管导通电阻来稳定输出电压；(2)电流型控制模式:这种控制模式中开关频率固定，将功率管看作是一个受控的电流源，通过检测电荷泵输出电压，反馈到控制电路中控制电荷泵功率管的充放电电流，从而达到稳定输出电压的目的；(3)脉冲频率调制(PFM)控制模式:这种控制模式中，功率管的导通电阻是不变的，开关频率是可变的，通过检测电荷泵输出电压，反馈到控制电路中产生控制信号控制内部振荡器的开启和关断，从而达到稳定输出电压的目的。上述电荷泵电路的一般控制模式都是在芯片内部通过分压电阻对电荷泵电路的输出电压进行采样得到采样电压值，将该采样电压值与预设的标准电压值进行比较，通过误差放大器的输出控制电路中控制电荷泵功率之开关管，从而稳定输出电压到设定值。上述控制方法具有如下缺点:由于电荷泵是闭环稳压结构，输出电压基本不变，在输入电压较高或负载较轻时，电源转换效率较低；另外，由于便携式设备的应用环境大多对电荷泵电路的电源转换效率及驱动能力有更高的要求:一方面，对于方法(I)中的电压型控制模式和方法(2)中的电流型模式控制，控制功率管的栅极电压不能使功率管的导通阻抗最小，进一步影响了电荷泵的驱动能力；另一方面，由于上述电荷泵电路中存在反馈环路，设计时需要考虑电荷泵环路的稳定性问题，再加上误差放大器的使用，上述电荷泵电路的功耗及集成芯片的面积都较大。一种典型的闭环稳压式电荷泵电路，如图1所示，包括:升压电路101、误差放大器电路102、控制电路103、基准电路104以及时钟电路105，所述的升压电路101进一步包括两个电容级，电容级的组成包括电容器件(图中可见电容CFl以及电容CF2)及控制上述电容器件充电及放电的开关管。上述电荷泵电路的反馈过程如下:升压电路101输出电压Vout，通过输出端的两个分压电阻R1、R2对输出电压Vout进行检测，得到反馈电压Vfb，将反馈电压Vfb反馈到误差放大器的一输入端，另外，将基准电路104产生的基准电压Vrefl输入到误差放大器的另一输入端，误差放大器通过比较两端电压输出信号Err0r_SIG，将该信号输入到控制电路103中，产生控制信号，该控制信号和时钟电路105产生的时钟信号根据输出电压Vout和负载Rout的情况，控制升压电路101中开关管的开闭以达到稳定输出电压Vout的目的。然而，上述电荷泵并不能完全适应于消费电子应用领域，其原因在于:闭环稳压式电荷泵由于输出电压固定，其电源转换效率和驱动能力较低；而消费电子应用领域的终端对于电荷泵的电源转换效率和驱动能力的要求却越来越高，闭环稳压式电荷泵不能满足该要求。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是:现有技术中电荷泵电路电源转换效率不高、驱动能力较弱。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供了一种电荷泵电路，包括输入节点、输出节点及连接在所述输入节点和输出节点间的至少一个电容器件，还包括过流检测电路、控制电路、过压检测电路以及驱动电路；所述过流检测电路，用于输出过流检测信号；其中，在流经所述电容器件的电流过流时，所述过流检测信号为过流信号；所述控制电路，用于输出限流控制信号；其中，在所述过流检测信号为过流信号时，所述限流控制信号为限流信号；所述过压检测电路，用于输出过压检测信号；其中，在所述输出节点的电压过压时，所述过压检测信号为过压信号；所述驱动电路，用于在所述限流控制信号为限流信号时，基于所述限流信号对流过所述电容器件的电流进行限流；以及用于在所述过压检测信号为过压信号时，控制所述电容器件的状态为充电相状态。可选的，所述电容器件至少有两个；当所述电容器件处于充电相状态时，所述过流检测电路用于对流过任一个电容器件的电流进行检测；当所述电容器件处于放电相状态时，所述过流检测电路用于对流过各电容器件的电流之和进行检测。可选的，所述驱动电路包括:第一功率管以及与各电容器件分别对应的功率管组，所述功率管组包括第二功率管、第三功率管和第四功率管；所述第三功率管连接在对应的电容器件的第二端和所述输入节点之间；所述第四功率管连接在对应的电容器件的第一端和所述输出节点之间；所述电容器件通过所述第一功率管和第二功率管串接在所述输入节点和地之间；当所述电容器件处于充电相状态，所述第一功率管和第二功率管导通，所述第三功率管和第四功率管截止；当所述电容器件处于放电相状态，所述第一功率管和第二功率管截止，所述第三功率管和第四功率管导通。可选的，所述过流检测电路包括:监控单元，用于检测流经所述第一功率管或任一第二功率管的电流以获得第一电流采样值，分别检测流经各电容器件对应的第三功率管或第四功率管的电流以获得分别对应于各电容器件的第二电流采样值；加法单元，用于将所述第一电流采样值和各第二电流采样值相加，以获得电流采样值之和；转换单元，用于将所述电流采样值之和转换为第一检测电压值；第一比较单元，用于比较所述第一检测电压值和第一电压阈值，输出过流检测信号，其中，在所述第一检测电压值大于第一电压阈值时，所述过流检测信号为过流信号。可选的，所述监控单元包括与要检测的功率管对应的采样管和输出电流采样值的钳位电路；所述采样管与对应检测的功率管共源共栅，所述钳位电路用于使对应的采样管和功率管的漏极电压保持相等。可选的，所述采样管的尺寸小于对应检测的功率管的尺寸。可选的，所述控制电路包括充电限流控制单元和放电限流控制单元；所述充电限流控制单元用于在所述电容器件处于充电相状态时，限制流经所述第一功率管或对应功率管组中的第二功率管的电流；所述放电限流控制单元用于在所述电容器件处于放电相状态时，限制流经对应的功率管组中的第三功率管或第四功率管的电流。可选的，各限流控制单元分别包括:驱动管、传输门、控制支路和限流支路；所述传输门由所述过流检测信号控制且连接在所述驱动管的栅极和漏极之间，所述驱动管的漏极与对应限流的功率管的栅极连接，所述驱动管的源极与所述输入节点连接；在所述控制支路的控制输入端的信号为有效信号且所述过流检测信号为过流信号时，通过所述限流支路、控制支路和驱动管向对应限流的功率管提供限流信号，以限制流经该功率管的电流；所述电容器件处于充电状态时，所述充电限流控制单元的控制支路的控制输入端的信号为有效信号；所述电容器件处于放电状态时，所述放电限流控制单元的控制模块的控制输入端的信号为有效信号。可选的，所述控制支路包括:栅极均连接至控制输入端的第一 PMOS管和第一 NMOS管，所述第一 PMOS管的源极连接所述输入节点，所述第一 PMOS管和第一 NMOS管的漏极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷泵电路，包括输入节点、输出节点及连接在所述输入节点和输出节点间的至少一个电容器件，其特征在于，还包括过流检测电路、控制电路、过压检测电路以及驱动电路；所述过流检测电路，用于输出过流检测信号；其中，在流经所述电容器件的电流过流时，所述过流检测信号为过流信号；所述控制电路，用于输出限流控制信号；其中，在所述过流检测信号为过流信号时，所述限流控制信号为限流信号；所述过压检测电路，用于输出过压检测信号；其中，在所述输出节点的电压过压时，所述过压检测信号为过压信号；所述驱动电路，用于在所述限流控制信号为限流信号时，基于所述限流信号对流过所述电容器件的电流进行限流；以及用于在所述过压检测信号为过压信号时，控制所述电容器件的状态为充电相状态。

【技术特征摘要】
1.种电荷泵电路，包括输入节点、输出节点及连接在所述输入节点和输出节点间的至少一个电容器件，其特征在于，还包括过流检测电路、控制电路、过压检测电路以及驱动电路； 所述过流检测电路，用于输出过流检测信号；其中，在流经所述电容器件的电流过流时，所述过流检测信号为过流信号； 所述控制电路，用于输出限流控制信号；其中，在所述过流检测信号为过流信号时，所述限流控制信号为限流信号； 所述过压检测电路，用于输出过压检测信号；其中，在所述输出节点的电压过压时，所述过压检测信号为过压信号； 所述驱动电路，用于在所述限流控制信号为限流信号时，基于所述限流信号对流过所述电容器件的电流进行限流；以及用于在所述过压检测信号为过压信号时，控制所述电容器件的状态为充电相状态。2.权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述电容器件至少有两个；当所述电容器件处于充电相状态时，所述过流检测电路用于对流过任一个电容器件的电流进行检测；当所述电容器件处于放电相状态时，所述过流检测电路用于对流过各电容器件的电流之和进行检测。3.权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述驱动电路包括:第一功率管以及与各电容器件分别对应的功率管组，所述功率管组包括第二功率管、第三功率管和第四功率管； 所述第三功率管连接在对应的电容器件的第二端和所述输入节点之间；所述第四功率管连接在对应的电容器件的第一端和所述输出节点之间； 所述电容器件通过所述第一功率管和第二功率管串接在所述输入节点和地之间；当所述电容器件处于充电相状态，所述第一功率管和第二功率管导通，所述第三功率管和第四功率管截止；当所述电容器件处于放电相状态，所述第一功率管和第二功率管截止，所述第三功率管和第四功率管导通。4.权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述过流检测电路包括: 监控单元，用于检测流经所述第一功率管或任一第二功率管的电流以获得第一电流采样值，分别检测流经各电容器件对应的第三功率管或第四功率管的电流以获得分别对应于各电容器件的第二电流采样值； 加法单元，用于将所述第一电流采样值和各第二电流采样值相加，以获得电流采样值之和； 转换单元，用于将所述电流采样值之和转换为第一检测电压值； 第一比较单元，用于比较所述第一检测电压值和第一电压阈值，输出过流检测信号，其中，在所述第一检测电压值大于第一电压阈值时，所述过流检测信号为过流信号。5.权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，所述监控单元包括与要检测的功率管对应的采样管和输出电流采样值的钳位电路；所述采样管与对应检测的功率管共源共栅，所述钳位电路用于使对应的采样管和功率管的漏极电压保持相等。6.权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，所述采样管的尺寸小于对应检测的功率管的尺寸。7.权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述控制电路包括充电限流控制单元和放电限流控制单元； 所述充电限流控制单元用于在所述电容器件处于充电相状态时，限制流经所述第一功率管或对应功率管组中的第二功率管的电流； 所述放电限流控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海军，梁仲凯，张振浩，杜黎明，
申请(专利权)人：上海艾为电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：