一種開關(guān)電源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種開關(guān)電源電路，所述開關(guān)電源電路包括BUCK降壓斬波電路以及電荷泵電路，其中：所述BUCK電路包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、電感器、第二輸出電容和跨接在所述第二輸出電容兩極的第二負(fù)載，所述電荷泵電路包括所述第一功率開關(guān)、所述第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)、第四功率開關(guān)、泵電容、及第一輸出電容和第一負(fù)載；采用了本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源電路，采用電路復(fù)用方案，將BUCK電路和電荷泵電路的部分MOS功率開關(guān)管復(fù)用，因此可以減少芯片封裝尺寸。
【專利說明】—種開關(guān)電源電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在便攜電子產(chǎn)品的應(yīng)用中，高度集成電源管理芯片(power management unit,PMU)逐漸成為主流，該種技術(shù)要求PMU的封裝尺寸盡可能小。
[0003]例如，在PMU系統(tǒng)芯片中，當(dāng)需要給藍牙系統(tǒng)供電時，需要低于電池電壓的電源供電，這就需要有降壓斬波(BUCK DC-DC)變換器，而音頻功率放大電路中需要負(fù)電壓來供電，可以用四開關(guān)負(fù)電荷泵電路(Negative Charge Pump)產(chǎn)生負(fù)電壓。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的四開關(guān)負(fù)電荷泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中的電路由四個集成在芯片內(nèi)部的功率開關(guān)SWl~SW4，一個作為外接電容的泵電容Cf組成。Ctjl為負(fù)載電容，Rtjl為負(fù)載電阻。SWl和SW3 —組，SW2和SW4 —組，兩組開關(guān)分別工作在不交疊的兩相時鐘，給泵電容Cf交替充放電。由于泵電容上電壓不能突變，所以充電階段的正電壓，到放電階段極性顛倒轉(zhuǎn)換成負(fù)電壓。假設(shè)Φ1階段開關(guān)的導(dǎo)通時間為D*T，則Φ2階段導(dǎo)通時間為(1_D)*T。其中D為占空比，T為時鐘周期。特別的，當(dāng)D=0.5時，上述電荷泵就成為-1倍電荷泵，即Vol=-VDD (如果忽略開關(guān)導(dǎo)通 阻抗和電容ESR)由電路結(jié)構(gòu)看出，電路至少需要5個PIN，分別是 VDD，CFl, CF2, GNDCP 和 VoI。
[0005]而現(xiàn)有技術(shù)的降壓斬波電路，即BUCK電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示，該BUCK電路由兩個功率開關(guān)SWP和SWN以及電感器L0，輸出電容Ctj2組成。輸出電壓經(jīng)過負(fù)反饋，由控制電路調(diào)制產(chǎn)生兩個不交疊脈沖，寬度分別為D*T和(1-D) *T，其中D為占空比，T為時鐘周期。充電階段(D*T)，SWP導(dǎo)通，SWN截止，電源通過開關(guān)SWP給電感充電；放電階段((1-D) *T)，SWP截止，SWN導(dǎo)通，由于電感電流不能突變，所以電感通過SWN到地放電。由電路結(jié)構(gòu)看出，BUCK功率級電路至少需要3個PIN，分別是VDD，LX, GNDP0
[0006]因此，可以看到這種包含BUCK D⑶C和負(fù)電荷泵的開關(guān)電源至少需要8個引腳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)電源電路，以減少電源管理芯片封裝時所采用的引腳的數(shù)目。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供一種開關(guān)電源電路，所述開關(guān)電源電路包括BUCK降壓斬波電路以及電荷泵電路，其中:
[0009]所述BUCK電路包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)的源極連接電源電壓，所述第二功率開關(guān)的源極接地，所述第一功率開關(guān)的漏極和所述第二功率開關(guān)的漏極連接，所述第一功率開關(guān)的漏極和所述第二功率開關(guān)的漏極的公共連接點，用于連接外接的電感器一端，所述電感器連接一端連接第二輸出電路；
[0010]所述電荷泵電路包括所述第一功率開關(guān)、所述第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)、第四功率開關(guān)和外接的泵電容、其中，所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)與所述BUCK電路復(fù)用，所述第三功率開關(guān)的漏極與所述第四功率開關(guān)的漏極相連，所述泵電容一端連接在所述第一功率開關(guān)的漏極與所述第二功率開關(guān)的漏極的連接點，另一端連接在所述第三功率開關(guān)的漏極與所述第四功率開關(guān)的漏極的連接點，所述第四功率開關(guān)的源極接地，所述第三功率開關(guān)的源極連接外部的第一輸出電路。
[0011]較佳的，所述電感器連接一端連接第二輸出電路，所述第二輸出電路包括第二輸出電容，所述第二輸出電容與第二負(fù)載并聯(lián)。
[0012]較佳的，所述第三功率開關(guān)的源極連接的外部的第一輸出電路，包括第一輸出電容，所述第一輸出電容和所述第一負(fù)載并聯(lián)后，連接在所述第三功率開關(guān)的源極。
[0013]較佳的，所述第一功率開關(guān)為PMOS晶體管，所述第二功率開關(guān)、所述第三功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)為NMOS晶體管。
[0014]較佳的，所述第一、第二、第三、第四功率開關(guān)為NMOS晶體管。
[0015]較佳的，當(dāng)所述第一功率開關(guān)導(dǎo)通時，所述第二功率開關(guān)截止，所述第四功率開關(guān)導(dǎo)通，所述第三功率開關(guān)截止，所述電源經(jīng)過所述第一功率開關(guān)、所述電感器和所述第二負(fù)載形成的第一通路給第一負(fù)載提供電流，所述電感器儲存電能；所述電源經(jīng)過所述第一功率開關(guān)所述泵電容以及所述第四功率開關(guān)形成的第三通路給所述泵電容充電，所述第一輸出電容向所述第一負(fù)載提供所述第一負(fù)載所需的電流，第一負(fù)載需要的電流由第一輸出電容提供。
[0016]較佳的，當(dāng)所述第一功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)截止時，所述第二功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)導(dǎo)通，所述電感器通過所述第二功率開關(guān)向接地端放電；所述泵電容提供第一負(fù)載和第一輸出電容所需的電流。
[0017]采用了本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源電路，采用電路復(fù)用方案，將BUCK電路和電荷泵電路的部分MOS管和引腳復(fù)用，因此可以減少芯片封裝尺寸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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發(fā)明的一些實施例，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。
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)電荷泵電路的原理圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有技術(shù)BUCK電路的原理圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例提供的開關(guān)電源電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0023]如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種開關(guān)電源電路，所述開關(guān)電源電路包括BUCK降壓斬波電路以及電荷泵電路，其中:所述BUCK電路包括第一功率開關(guān)SWP、第二功率開關(guān)SWN、電感器L0、第二輸出電容Ctj2和跨接在所述第二輸出電容Ctj2兩極的第二負(fù)載(例如可以標(biāo)識為Rtj2),所述第一功率開關(guān)SWP的漏極和所述第二功率開關(guān)SWN的漏極連接，所述第二功率開關(guān)SWN的源極接地，所述第一功率開關(guān)SWP的源極連接電源電壓VDD，所述電感器LO —端連接在所述第二輸出電容Ct52、另一端連接在所述第一功率管開關(guān)SWP的漏極和所述第二功率管開關(guān)SWN的漏極的連接點；
[0024]所述電荷泵電路包括所述第一功率開關(guān)SWP、所述第二功率開關(guān)SWN、第三功率開關(guān)SW2、第四功率開關(guān)SW3、外界的泵電容Cf、及第一輸出電容Ctjl和第一負(fù)載Rtjl ;其中SWP和SWN與BUCK電路復(fù)用，所述第三功率開關(guān)SW2的漏極與所述第四功率開關(guān)SW3的漏極相連，所述第四功率開關(guān)SW3的源極接地，所述泵電容Cf 一端連接在所述第一功率開關(guān)SWP的漏極與所述第二功率開關(guān)SWN的漏極的連接點，另一端連接在所述第三功率開關(guān)SW2的漏極與所述第四功率開關(guān)SW3的漏極的連接點，所述第一輸出電容Ctjl和所述第一負(fù)載Rtjl并聯(lián)后，連接在所述第三功率開關(guān)SW2的源極。
[0025]圖3所示的實施例中，所述SWP為PMOS晶體管，SWN、SW2和SW3為NMOS晶體管，但是在其他的實施例中，也可以將四個功率開關(guān)均采用NMOS晶體管。
[0026]BUCK電路工作在PWM模式下，受BUCK控制電路控制，當(dāng)電路參數(shù)和BUCK負(fù)載電流都確定時，占空比D和周期T都是定值，電荷泵工作在由BUCK控制環(huán)路決定的開關(guān)時鐘下。
[0027]當(dāng)SWP導(dǎo)通時，所述SWN截止，導(dǎo)通時間為D*T，SW3導(dǎo)通，所述SW2截止，所述電源VDD經(jīng)過SWP、L0和第二負(fù)載Rtj2形成的第一通路給所述電感器LO充電；所述電源VDD經(jīng)過SffP>Cf以及SW3形成的第三通路給所述泵電容Cf充電，此時第一負(fù)載Rtjl需要的電流由第一輸出電容Ctjl提供。
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)電源電路，其特征在于，包括BUCK降壓斬波電路以及電荷泵電路，其中: 所述BUCK電路包括第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)，所述第一功率開關(guān)的源極連接電源電壓，所述第二功率開關(guān)的源極接地，所述第一功率開關(guān)的漏極和所述第二功率開關(guān)的漏極連接，所述第一功率開關(guān)的漏極和所述第二功率開關(guān)的漏極的公共連接點，用于連接外接的電感器一端，所述電感器連接一端連接第二輸出電路； 所述電荷泵電路包括所述第一功率開關(guān)、所述第二功率開關(guān)、第三功率開關(guān)、第四功率開關(guān)和外接的泵電容、其中，所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)與所述BUCK電路復(fù)用，所述第三功率開關(guān)的漏極與所述第四功率開關(guān)的漏極相連，所述泵電容一端連接在所述第一功率開關(guān)的漏極與所述第二功率開關(guān)的漏極的連接點，另一端連接在所述第三功率開關(guān)的漏極與所述第四功率開關(guān)的漏極的連接點，所述第四功率開關(guān)的源極接地，所述第三功率開關(guān)的源極連接外部的第一輸出電路。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述電感器連接一端連接第二輸出電路，所述第二輸出電路包括第二輸出電容，所述第二輸出電容與第二負(fù)載并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述第三功率開關(guān)的源極連接的外部的第一輸出電路，包括第一輸出電容，所述第一輸出電容和所述第一負(fù)載并聯(lián)后，連接在所述第三功率開關(guān)的源極。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述第一功率開關(guān)為PMOS晶體管，所述第二功率開關(guān)、所述第三功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)為NMOS晶體管。
5.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四功率開關(guān)為NMOS晶體管。
6.如權(quán)利要求1-3任一項所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，當(dāng)所述第一功率開關(guān)導(dǎo)通時，所述第二功率開關(guān)截止，所述第四功率開關(guān)導(dǎo)通，所述第三功率開關(guān)截止，所述電源經(jīng)過所述第一功率開關(guān)、所述電感器和所述第二負(fù)載形成的第一通路給第一負(fù)載提供電流，所述電感器儲存電能；所述電源經(jīng)過所述第一功率開關(guān)所述泵電容以及所述第四功率開關(guān)形成的第三通路給所述泵電容充電，所述第一輸出電容向所述第一負(fù)載提供所述第一負(fù)載所需的電流，第一負(fù)載需要的電流由第一輸出電容提供。
7.如權(quán)利要求1至6任一項所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，當(dāng)所述第一功率開關(guān)和所述第四功率開關(guān)截止時，所述第二功率開關(guān)和所述第三功率開關(guān)導(dǎo)通，所述電感器通過所述第二功率開關(guān)向接地端放電；所述泵電容提供第一負(fù)載和第一輸出電容所需的電流。
【文檔編號】H02M3/155GK103532382SQ201310517743
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】羅鵬, 王釗, 王才寶, 吳曉雷 申請人:無錫中星微電子有限公司