NMOS (N-Channel Metal Oxide Semiconductor)晶體管，驅(qū)動信號為高電平時(shí)使對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，驅(qū)動信號為低電平時(shí)使對應(yīng)的開關(guān)關(guān)斷。以下基于圖4具體介紹圖3中的倍壓電路210的工作過程。請參考圖4所示，其為在一個(gè)實(shí)施例中，圖3所示的驅(qū)動信號(或時(shí)鐘信號)CK1、CK2和CK3的時(shí)序圖。在圖4所示的實(shí)施例中，驅(qū)動信號為高電平時(shí)使對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，驅(qū)動信號為低電平時(shí)使對應(yīng)的開關(guān)關(guān)斷。
[0040]在stagel，當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號CK1為高電平時(shí)，第二驅(qū)動信號CK2和第三驅(qū)動信號CK3為低電平，驅(qū)動模塊230控制開關(guān)SW1和SW2導(dǎo)通，控制開關(guān)SW3和SW4關(guān)斷，電壓源VDD對電容C1充電，等電容C1的正端電壓被沖至等于電壓源VDD的電壓時(shí)，對電容C1的充電完成，此時(shí)滿足如下關(guān)系:
[0041]VC1 = VDD(1)
[0042]其中，VDD為所述電壓源VDD的電壓值，VC1為電容C1的正端電壓值。
[0043]在stage2，當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號CK1為低電平時(shí)，第二驅(qū)動信號CK2先由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑缓?，第三?qū)動信號CK3再由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，?qū)動模塊230控制開關(guān)SW1和SW2關(guān)斷，并先控制開關(guān)SW4導(dǎo)通，再控制開關(guān)SW3導(dǎo)通，此時(shí)，電容C1的正端電壓等于VM+VDD，并且會充電至電容C2，其實(shí)是電容C1和C2進(jìn)行電荷分配；stagel+stage2為一個(gè)充電周期，等經(jīng)過若干次充電周期后，最終，電容C2的正端電壓會達(dá)到VM+VDD，
[0044]即VOUT = VM+VDD(2)
[0045]其中，V0UT為圖2所示的高效率電荷栗輸出端的電壓值，VM為所述倍壓電路210第二電源端的電壓值(其等于電壓差產(chǎn)生電路220的輸出電壓)，VDD為所述倍壓電路210第一電源端的電壓值(其等于電壓源VDD的電壓)。也就是說，所述倍壓電路210將所述電壓源VDD的電壓和電壓差產(chǎn)生電路220的輸出電壓相加得到高效率電荷栗的輸出電壓VOUTo
[0046]請繼續(xù)參考圖3所示，所述電壓差產(chǎn)生電路220基于電壓源VDD產(chǎn)生并輸出差值電壓(即輸出電壓VM)給所述倍壓電路210的第二電源端。在圖3所示的實(shí)施例中，所述電壓差產(chǎn)生電路220包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和運(yùn)算放大器0P1。所述運(yùn)算放大器0P1的正向輸入端與參考電壓VREF相連，其負(fù)向輸入端經(jīng)電阻R2與地節(jié)點(diǎn)相連，其輸出端與所述電壓差產(chǎn)生電路220的輸出端VM相連；所述第一電阻R1和第三電阻R3依次串聯(lián)于所述電壓源VDD和所述電壓差產(chǎn)生電路220的輸出端VM之間，所述第一電阻R1和R3之間的連接節(jié)點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器0P1的負(fù)向輸入端相連；所述電壓差產(chǎn)生電路220的輸出端VM與所述倍壓電路210的第二電源端相連。我們不難推出，電壓差產(chǎn)生電路220的輸出電壓 VM 為:W = VREF* (R1*R2+R2*R3+R1*R3) / (R1*R2) _VDD*R3/R1 (3)，
[0047]如果我們使R1 = R3，公式⑶可化簡為:
[0048]VM = VREF* (2*R2+R1) /R2-VDD (4)，
[0049]聯(lián)合公式⑵和⑷可得:
[0050]VREF*(2*R2+R1)/R2 = V0UT (5)，
[0051]其中，VREF為所述參考電壓VREF的電壓值，R1、R2和R3分別為第一電阻R1，第二電阻R2和第三電阻R3的電阻值，VDD為電壓源VDD的電壓值，V0UT為高效率電荷栗的輸出端V0UT的輸出電壓值。
[0052]基于公式⑷和(5)可知:若R1 = R3，通過選擇合適的R1和R2的比值，即可調(diào)節(jié)電壓差產(chǎn)生電路220的輸出電壓VM的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對所述高效率電荷栗的輸出電壓V0UT的電壓值的調(diào)節(jié)，以滿足目標(biāo)電壓。當(dāng)然，因?yàn)閳D3中的運(yùn)算放大器0P1的電源電壓等于電壓源VDD的電壓，所以，所述電壓差產(chǎn)生電路220的輸出電壓VM的最大值等于VDD。也就是說，在圖3所示的實(shí)施例中，若R1 = R3，我們只需要選擇合適的R1和R2的比值，就可以得到范圍在VDD?VDD*2之間的任意輸出電壓V0UT。由于圖3所示的高效率電荷栗沒有使用電壓穩(wěn)壓器，在所有元件都是理想的情況下，其效率可達(dá)到100%，因此，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)穩(wěn)壓式電荷栗。
[0053]需要特別說明的是，所述電壓源VDD可以為電池，所述電容C1和電容C2可以為飛電容；本發(fā)明中的電壓差產(chǎn)生電路不僅僅局限于圖3所示的電壓差產(chǎn)生電路220，其也可以采樣現(xiàn)有技術(shù)中的任一一種電壓差產(chǎn)生電路，只要可以基于電壓源產(chǎn)生并輸出差值電壓，且該差值電壓可調(diào)節(jié)即可，故在此不再贅述。
[0054]綜上所述，本發(fā)明中的電荷栗包括倍壓電路210和電壓差產(chǎn)生電路220，所述倍壓電路210將所述電壓源VDD的電壓和電壓差產(chǎn)生電路220的輸出電壓相加作為高效率電荷栗的輸出電壓V0UT，通過調(diào)節(jié)所述倍壓電路210內(nèi)的電阻比值，從而調(diào)節(jié)高效率電荷栗的輸出電壓V0UT，以滿足目標(biāo)電壓。由于本發(fā)明未使用電壓穩(wěn)壓器，因此，提高了電荷栗的工作效率，從而達(dá)到延長電池壽命的目的。
[0055]在本發(fā)明中，“連接”、相連、“連”、“接”等表示電性相連的詞語，如無特別說明，則表示直接或間接的電性連接。
[0056]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實(shí)施方式】。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效率電荷栗，其特征在于，其包括電壓源、倍壓電路、電壓差產(chǎn)生電路和驅(qū)動模塊， 所述倍壓電路包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第一電容和第二電容，其中，第一開關(guān)管、第三開關(guān)和第二電容依次串聯(lián)于所述倍壓電路的第一電源端和地節(jié)點(diǎn)之間；第四開關(guān)和第二開關(guān)依次串聯(lián)于所述倍壓電路的第二電源端和地節(jié)點(diǎn)之間；第一電容的正端與第一開關(guān)和第三開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連，其負(fù)端與第二開關(guān)和第四開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連；第三開關(guān)和第二電容之間的連接節(jié)點(diǎn)作為所述倍壓電路的輸出端與高效率電荷栗的輸出端相連；所述倍壓電路的第一電源端與電壓源相連， 所述電壓差產(chǎn)生電路基于電壓源產(chǎn)生并輸出差值電壓給所述倍壓電路的第二電源端，所述驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動信號以控制各個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，其中，在控制第一開關(guān)和第二開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，控制第三開關(guān)和第四開關(guān)關(guān)斷；在控制第一開關(guān)和和第二開關(guān)關(guān)斷時(shí)，先控制第四開關(guān)導(dǎo)通，再控制第三開關(guān)導(dǎo)通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率電荷栗，其特征在于， 所述驅(qū)動信號包括第一驅(qū)動信號、第二驅(qū)動信號和第三驅(qū)動信號，其中，第一驅(qū)動信號與第一開關(guān)和第二開關(guān)的控制端相連，以控制第一開關(guān)和第二開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷；所述第二驅(qū)動信號與第四開關(guān)的控制端相連，以控制第四開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷，所述第三驅(qū)動信號與第三開關(guān)的控制端相連，以控制第三開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的高效率電荷栗，其特征在于， 所述電壓差產(chǎn)生電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和運(yùn)算放大器， 所述運(yùn)算放大器的正向輸入端與參考電壓相連，其負(fù)向輸入端經(jīng)第二電阻與地節(jié)點(diǎn)相連，其輸出端與所述電壓差產(chǎn)生電路的輸出端相連；所述第一電阻和第三電阻依次串聯(lián)于所述電壓源和所述電壓差產(chǎn)生電路的輸出端之間，所述第一電阻和第三電阻之間的連接節(jié)點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器的負(fù)向輸入端相連；所述電壓差產(chǎn)生電路的輸出端與所述倍壓電路的第二電源端相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效率電荷栗，其特征在于， 驅(qū)動信號為高電平時(shí)使對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，驅(qū)動信號為低電平時(shí)使對應(yīng)的開關(guān)關(guān)斷， 當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號為高電平時(shí)，第二驅(qū)動信號和第三驅(qū)動信號為低電平，滿足如下關(guān)系: VCl = VDD (I) 其中，VDD為所述電壓源的電壓值，VCl為電容Cl正端的電壓值； 當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號為低電平時(shí)，第二驅(qū)動信號先由低電平變?yōu)楦唠娖?，然后，第三?qū)動信號再由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑵M足如下關(guān)系: VOUT = VM+VDD (2) 其中，VOUT為所述高效率電荷栗輸出端的電壓值，VM為所述倍壓電路第二電源端的電壓值，VDD為所述倍壓電路第一電源端的電壓值。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效率電荷栗，其特征在于， 所述電壓差產(chǎn)生電路輸出端的電壓VM = VREF*(R1*R2+R2*R3+R1*R3)/(R1*R2)-VDD*R3/R1 (3) 若Rl = R3，公式(3)化簡為: VM = VREF*(2*R2+R1)/R2-VDD (4) 聯(lián)合公式⑵和⑷可得: VREF*(2*R2+R1)/R2 = VOUT (5)， 其中，VREF為所述參考電壓VREF的電壓值，RU R2和R3分別為第一電阻，第二電阻和第三電阻的電阻值，VDD為電壓源VDD的電壓值，VOUT為高效率電荷栗的輸出端的電壓值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效率電荷栗，其特征在于， 基于公式⑷和(5)可知: 若Rl = R3，通過選擇合適的Rl和R2的比值，實(shí)現(xiàn)對所述高效率電荷栗的輸出電壓VOUT的調(diào)節(jié)，以滿足目標(biāo)電壓； 所述高效率電荷栗的輸出電壓的范圍為VDD?VDD*2。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率電荷栗，其特征在于， 所述四個(gè)開關(guān)為MOS晶體管，所述第一驅(qū)動信號、第二驅(qū)動信號、第三驅(qū)動信號為時(shí)鐘信號; 所述電容Cl和電容C2為飛電容。8.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率電荷栗，其特征在于， 所述電壓源為由電池供電的電壓源。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高效率電荷泵，其包括電壓源、倍壓電路、電壓差產(chǎn)生電路和驅(qū)動模塊。倍壓電路包括依次串聯(lián)于第一電源端和地節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)管、第三開關(guān)和第二電容；依次串聯(lián)于第二電源端和地節(jié)點(diǎn)之間的第四開關(guān)和第二開關(guān)；第一電容的正端與第一開關(guān)和第三開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連，其負(fù)端與第二開關(guān)和第四開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連；第三開關(guān)和第二電容之間的連接節(jié)點(diǎn)與高效率電荷泵的輸出端相連；第一電源端與電壓源相連。電壓差產(chǎn)生電路基于電壓源產(chǎn)生并輸出差值電壓給倍壓電路的第二電源端；驅(qū)動模塊控制各個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換器即可在輸出端得到目標(biāo)電壓，從而提高電荷泵的工作效率。
【IPC分類】H02M3/07
【公開號】CN105356742
【申請?zhí)枴緾N201510745901
【發(fā)明人】陸敏
【申請人】燦芯半導(dǎo)體(上海)有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月6日