專利名稱：一種具有軟啟動電路的開關(guān)電容電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及開關(guān)電容電荷泵電路領(lǐng)域，具體涉及一種具有軟啟動電路的開關(guān)電容電荷泵。
背景技術(shù)：
白光LED具有發(fā)光效率高、功耗小、使用壽命長和安全環(huán)保等優(yōu)點，是下一代主流照明光源。目前，在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和PDA等小型LED應(yīng)用領(lǐng)域，白光LED已被認(rèn)為是其背光照明的最佳選擇。便攜式設(shè)備一般由單節(jié)鋰電池供電，但若直接由鋰電池供電，隨著電池電壓的下降，LED的發(fā)光亮度難以保持穩(wěn)定并進(jìn)而無法被驅(qū)動，所以需要專門的驅(qū)動電路來驅(qū)動LED。電荷泵以其電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小、低EMI等特點成為便攜式設(shè)備的首選驅(qū)動方案。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中倍壓電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖，其中Ml M4為開關(guān)管，Φ1和 Φ 2為兩相非重疊時鐘，時鐘Φ 1控制開關(guān)管Ml和Μ4的導(dǎo)通和關(guān)斷，時鐘Φ 2控制開關(guān)管 Μ2和Μ3的導(dǎo)通和關(guān)斷。假設(shè)初始時，電容器都沒有存儲電荷，當(dāng)Φ1為高電平、Φ2為低電平時，開關(guān)管Sl和S4導(dǎo)通，開關(guān)管S2和S3關(guān)斷，輸入電壓Vin給電容CO充電至Vin ；當(dāng)Φ 2 為高電平、Φ 1為低電平時，開關(guān)管S2和S3導(dǎo)通，開關(guān)管Sl和S3關(guān)斷，此時電容CO的下極板電壓為Vin，根據(jù)電容兩端的電壓不能突變原理，電容CO的上極板的電壓被倍壓至2VIN， 對電容Cl進(jìn)行充電，如此幾個周期之后，輸出電壓最終被倍壓至2VIN，即V。ut = 2Vin。要得到更高的電壓增益，可以級聯(lián)此電荷提升電路，把本級的輸出電壓作為下級的輸入電壓。理論上，N級電荷泵提升的輸出電壓為(N+1)Vin。由上面的工作原理可以看出，由于在上電時，電容CO和Cl都沒有存儲電荷，當(dāng)Φ1 為高電平、Φ2為低電平時，開關(guān)管Ml和M4導(dǎo)通，輸入電壓Vin給電容CO充電，由于此時開關(guān)管工作在線性區(qū)，其溝道電阻很小，那么輸入電壓Vin給電容CO充電的電流將會很大，這樣容易損壞電路。所以，為了防止啟動期間的尖峰電流需要在電荷泵電路中加入軟啟動電路。現(xiàn)有技術(shù)中提出了一種軟啟動電路，應(yīng)用于電荷泵電路，包括電流源和控制開關(guān)； 所述電流源連接在驅(qū)動模塊和地之間；所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動開關(guān)管的柵極；所述控制開關(guān)并聯(lián)在所述電流源兩端；當(dāng)電荷泵軟啟動時，所述控制開關(guān)斷開，所述開關(guān)管的柵極通過所述驅(qū)動模塊以所述電流源的電流放電；當(dāng)所述電荷泵軟啟動結(jié)束后，所述控制開關(guān)閉合， 所述開關(guān)管的柵極通過所述驅(qū)動模塊和所述控制開關(guān)接地。但是，所述現(xiàn)有技術(shù)中的軟啟動電路需要精準(zhǔn)的電流源，且需要多個電流源，實現(xiàn)較為復(fù)雜。另一方面，現(xiàn)有的軟啟動電路仍然存在一個周期內(nèi)將開關(guān)管的柵極電壓放電至
零的可能，根據(jù)漏極電流公式(Vcs-Vt)2，還會產(chǎn)生較大的浪涌電流，影響軟
啟動的效果。
發(fā)明內(nèi)容[0007]本實用新型實施例提供了一種具有軟啟動電路的開關(guān)電容電荷泵，該電荷泵包括開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊、倍壓電荷泵模塊，該電荷泵還包括開關(guān)管柵極低電平提升模塊、開關(guān)控制模塊，其中，開關(guān)管柵極低電平提升模塊，用于提供軟啟動所需的倍壓電荷泵模塊中開關(guān)管的柵極電壓值；開關(guān)控制模塊，用于在軟啟動時選擇開關(guān)管柵極低電平提升模塊與倍壓電荷泵模塊相連；在軟啟動結(jié)束后，選擇開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊與倍壓電荷泵模塊相連。所述開關(guān)控制模塊包括四個開關(guān)K1、K2、K3、K4，其中所述四個開關(guān)均為三相開關(guān)， 開關(guān)Κ1、Κ3、Κ4的第一端口均接所述柵極低電平提升模塊的輸出電壓，開關(guān)Κ2的第一端口接電源電壓；開關(guān)Κ1、Κ2、Κ3、Κ4的第二端口均連接于所述開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊的輸出端， 第三端口均連接于所述倍壓電荷泵模塊。所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊包括電源電壓、電阻R0、電阻Rl和地端，其中，電阻RO和電阻Rl串聯(lián)于電源電壓和地端之間，電阻RO和電阻Rl的公共端輸出所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊的輸出電壓。所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊還包括一開關(guān)Κ5，該開關(guān)Κ5串聯(lián)于由電源電壓、 電阻RO和電阻Rl及地端組成的串聯(lián)支路中。所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊包括電源電壓、電阻R0、電阻R1、地端和放大器 0Ρ，其中，電阻RO和電阻Rl串聯(lián)于電源電壓和地端之間，電阻RO和電阻Rl的公共端與放大器OP的正向輸入端相連，所述放大器OP的輸出端與該放大器OP的負(fù)向輸入端相連，由所述放大器OP的輸出端輸出該開關(guān)管柵極低電平提升模塊的輸出電壓。所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊還包括一開關(guān)Κ6，該開關(guān)Κ6串聯(lián)于由電源電壓、 電阻RO和電阻Rl及地端組成的串聯(lián)支路中。本實用新型實施例中通過提升倍壓電荷泵模塊中的開關(guān)管柵極電壓，從而降低開關(guān)管上流過的電流，避免了啟動時流過器件的尖峰電流，通過簡單的電路實現(xiàn)了電路的軟啟動。且當(dāng)軟啟動完成之后，軟啟動開關(guān)控制模塊將電荷泵中的開關(guān)管柵極驅(qū)動信號連接到正常的電荷泵驅(qū)動模塊，實現(xiàn)正常的驅(qū)動。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型現(xiàn)有技術(shù)中倍壓電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型具體實施方式
中具有軟啟動電路的電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)是本實用新型具體實施方式
中開關(guān)管柵極低電平提升模塊的一種具體電路結(jié)構(gòu)圖；圖3(b)是本實用新型具體實施方式
中開關(guān)管柵極低電平提升模塊的一種具體電路結(jié)構(gòu)圖；圖3(c)是本實用新型具體實施方式
中開關(guān)管柵極低電平提升模塊的一種具體電路結(jié)構(gòu)圖；圖3(d)是本實用新型具體實施方式
中開關(guān)管柵極低電平提升模塊中的一種具體電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實用新型具體實施方式
中開關(guān)控制模塊的具體電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。如圖2所示為本實用新型具體實施方式
中具有軟啟動電路的電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖，該電荷泵結(jié)構(gòu)包括開關(guān)管柵極低電平提升模塊100、開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊101、開關(guān)控制模塊102、倍壓電荷泵模塊103 ；其中，所述現(xiàn)有的電荷泵電路包括開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊 101和倍壓電荷泵模塊103，本實用新型具體實施方式
在所述現(xiàn)有的電荷泵電路基礎(chǔ)上增加了開關(guān)管柵極低電平提升模塊100和開關(guān)控制模塊102，在軟啟動階段，由開關(guān)控制模塊 102控制，使開關(guān)管柵極低電平提升模塊100接入電路，驅(qū)動倍壓電荷泵模塊103，軟啟動結(jié)束后，通過開關(guān)控制模塊102的控制，使驅(qū)動模塊由開關(guān)管柵極低電平提升模塊100改為開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊101，從而進(jìn)入正常的電荷泵倍壓工作過程。如圖3(a)所示為本實用新型具體實施方式
中開關(guān)管柵極低電平提升模塊100的一種具體電路結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)包括電源電壓VIN、電阻R0、電阻R1，其中，電阻RO和Rl串聯(lián)于電源電壓Vin和地端之間，分壓得到電壓Vdiv，采用該電壓Vdiv去控制所述倍壓電荷泵模塊 103的開關(guān)管柵極。如圖3(b)在所述圖3(a)的基礎(chǔ)上，增加了一放大器0P，所述圖3 (a)輸出的電壓 Vdiv輸入至放大器OP的正向輸入端，放大器OP的輸出端V。與其負(fù)輸入端相連，使放大器OP 的輸出電壓跟隨其正向輸入電壓Vdiv，且經(jīng)放大器OP后的輸出相比圖3(a)所示的輸出電壓 Vdiv具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。圖3(c)所示為本實用新型具體實施方式
中開關(guān)管柵極低電平提升模塊100的一種具體電路結(jié)構(gòu)，所述電路結(jié)構(gòu)在圖3(a)的基礎(chǔ)上增加了一開關(guān)K5，串聯(lián)于電阻Rl和地端之間，當(dāng)軟啟動時，開關(guān)K5閉合，當(dāng)軟啟動結(jié)束后，開關(guān)K5斷開，使所述軟啟動支路斷開，從而避免了軟啟動支路在非工作狀態(tài)時的功率損耗。同樣的道理，圖3(d)所示電路結(jié)構(gòu)是在圖3(b)所示電路的基礎(chǔ)上增加了開關(guān)K6， 從而使軟啟動結(jié)束后開關(guān)K6斷開，避免軟啟動支路在非工作狀態(tài)時的功率損耗。值得注意的是，開關(guān)K5不局限于串聯(lián)于電阻Rl和地端之間，其只要串聯(lián)于所述電源電壓、電阻RO和Rl及地端組成的串聯(lián)支路中均可，都能起到在軟啟動時閉合，使該串聯(lián)支路處于工作狀態(tài)，軟啟動結(jié)束后斷開，使該串聯(lián)支路斷開的功能。同樣，開關(guān)K6也可串聯(lián)于所述電源電壓、電阻R0、電阻Rl和地的串聯(lián)支路中的任何地方，只要滿足在軟啟動時閉合使該串聯(lián)支路閉合，軟啟動結(jié)束后斷開，使該串聯(lián)支路斷開即可。另外，由于電阻RO和電阻Rl采用串聯(lián)分壓的方式連接，因此，圖3(a)、(b)、(C)、 (d)中，均可通過調(diào)節(jié)電阻RO和電阻Rl的比例關(guān)系，得到不同的電壓V。的輸出值，既可以對倍壓電荷泵電路中開關(guān)管的柵極低電平進(jìn)行不同程度的提升，從而影響流過開關(guān)管的電流。圖4所示為本實用新型具體實施方式
中開關(guān)控制模塊102的具體電路結(jié)構(gòu)圖，該單元包括四個開關(guān)κι、K2、K3和K4，所述四個開關(guān)均為三相開關(guān)，開關(guān)ΚΙ、K3、K4的第一端口均接所述柵極低電平提升模塊的輸出電壓，開關(guān)K2的第一端口接電源電壓；開關(guān)K1、K2、 Κ3、Κ4的第二端口均連接于所述開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊的輸出端，第三端口依次連接于所述倍壓電荷泵模塊的四個開關(guān)管Μ1、Μ2、Μ3、Μ4的柵極SGl、SG2、SG3、SG4。通過所述四個開關(guān)ΚΙ、Κ2、Κ3、Κ4，選擇所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊100的輸出或所述開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊101的輸出來控制所述倍壓電荷泵模塊103的四個開關(guān)管的柵極電壓。值得注意的是，所述開關(guān)的個數(shù)不局限于如圖4所示的四個，所述開關(guān)的個數(shù)取決于倍壓電荷泵模塊中開關(guān)管的個數(shù)。以下以結(jié)合圖1、圖2、圖3(b)和圖4的電路結(jié)構(gòu)為例，對本實用新型具體實施方式
所述開關(guān)電容電荷泵的軟啟動過程進(jìn)行詳細(xì)描述。當(dāng)電路啟動時，首先通過所述開關(guān)控制模塊102選擇所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊100作為所述倍壓電荷泵模塊103的驅(qū)動單元，即所述開關(guān)Κ1、Κ2、Κ3、Κ4的選擇端撥向V。和Vin，使柵極SGl、SG2、SG3、SG4分別輸入電壓V。、Vin, V。、V。。此時，所述倍壓電荷泵模塊103中開關(guān)管Μ1、Μ3、Μ4導(dǎo)通，開關(guān)管Μ2截止。則輸入電壓Vin直接與輸出端連通，輸入電壓Vin直接對電容CO和Cl進(jìn)行充電。根據(jù)PMOS管的溝道電流公式
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(2)由式(1)和式⑵可知，通過減小柵源電壓Vm的值可以減小流過MOS管的電流， 即提升MOS管的柵電壓可以減小流過MOS管的電流。根據(jù)圖3的描述可知
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4 由上述式(3)和式(4)可知，開關(guān)管柵極電平的提升使流過MOS管的電流變小了， 避免了軟啟動期間的尖峰電流。當(dāng)軟啟動完成之后，通過開關(guān)控制模塊102選擇所述開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊101作為所述倍壓電荷泵模塊103的驅(qū)動單元，即所述開關(guān)Kl、K2、K3、K4 的選擇端撥向所述開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊101的四個輸出端，使所述倍壓電荷泵模塊由通常的驅(qū)動模式進(jìn)行工作。
6[0044]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機(jī)存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。以上對本實用新型實施例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體實施方式
對本實用新型進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及設(shè)備；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種具有軟啟動電路的開關(guān)電容電荷泵，該電荷泵包括開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊、倍壓電荷泵模塊，其特征在于，該電荷泵還包括開關(guān)管柵極低電平提升模塊、開關(guān)控制模塊，其中，開關(guān)管柵極低電平提升模塊，用于提供軟啟動所需的倍壓電荷泵模塊中開關(guān)管的柵極電壓值；開關(guān)控制模塊，用于在軟啟動時選擇開關(guān)管柵極低電平提升模塊與倍壓電荷泵模塊相連；在軟啟動結(jié)束后，選擇開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊與倍壓電荷泵模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述開關(guān)控制模塊包括四個開關(guān)K1、 K2、K3、K4，其中所述四個開關(guān)均為三相開關(guān)，開關(guān)K1、K3、K4的第一端口均接所述柵極低電平提升模塊的輸出電壓，開關(guān)Κ2的第一端口接電源電壓；開關(guān)Κ1、Κ2、Κ3、Κ4的第二端口均連接于所述開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊的輸出端，第三端口均連接于所述倍壓電荷泵模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊包括電源電壓、電阻RO、電阻Rl和地端，其中，電阻RO和電阻Rl串聯(lián)于電源電壓和地端之間，電阻RO和電阻Rl的公共端輸出所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊的輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電荷泵，其特征在于，所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊還包括一開關(guān)Κ5，該開關(guān)Κ5串聯(lián)于由電源電壓、電阻RO和電阻Rl及地端組成的串聯(lián)支路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊包括電源電壓、電阻RO、電阻Rl、地端和放大器0Ρ，其中，電阻RO和電阻Rl串聯(lián)于電源電壓和地端之間，電阻RO和電阻Rl的公共端與放大器OP的正向輸入端相連，所述放大器OP的輸出端與該放大器OP的負(fù)向輸入端相連，由所述放大器OP的輸出端輸出該開關(guān)管柵極低電平提升模塊的輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷泵，其特征在于，所述開關(guān)管柵極低電平提升模塊還包括一開關(guān)Κ6，該開關(guān)Κ6串聯(lián)于由電源電壓、電阻RO和電阻Rl及地端組成的串聯(lián)支路中。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種具有軟啟動電路的開關(guān)電容電荷泵，該電荷泵包括開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊、倍壓電荷泵模塊，還包括開關(guān)管柵極低電平提升模塊、開關(guān)控制模塊，其中，開關(guān)管柵極低電平提升模塊，用于提供軟啟動所需的倍壓電荷泵模塊中開關(guān)管的柵極電壓值；開關(guān)控制模塊，用于在軟啟動時選擇開關(guān)管柵極低電平提升模塊與倍壓電荷泵模塊相連；在軟啟動結(jié)束后，選擇開關(guān)管柵極驅(qū)動模塊與倍壓電荷泵模塊相連。本實用新型技術(shù)方案通過提升倍壓電荷泵模塊中的開關(guān)管柵極電壓，從而降低開關(guān)管上流過的電流，避免了啟動時流過器件的尖峰電流，通過簡單的電路有效實現(xiàn)軟啟動。
文檔編號H02M3/07GK202004641SQ20112005178
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者吳玉強(qiáng), 李漢光, 石嶺 申請人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司