CK2為時鐘信號，第一電平為使各個開關(guān)導(dǎo)通的電平信號，比如，開關(guān)S1-S4都NMOS(N-Channel Metal OxideSemiconductor)晶體管，驅(qū)動信號CKl和CK2為反相時鐘信號，驅(qū)動信號為高電平時使對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，驅(qū)動信號為低電平時使對應(yīng)的開關(guān)關(guān)斷，且使驅(qū)動信號CKl和CK2的高電平(即第一電平)時間不交疊(也可以說，第一驅(qū)動信號CKl和第二驅(qū)動信號CK2之間存在一定的死區(qū)時間)，這樣，可以避免開關(guān)S1-S4同時導(dǎo)通。
[0030]為了便于理解本實(shí)用新型，以下參考圖2-圖3介紹圖1中的功率電荷泵在一個實(shí)施例中的具體工作過程。
[0031]當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號CKl為高電平時，第二驅(qū)動信號CK2為低電平，驅(qū)動模塊130控制開關(guān)SI和S2導(dǎo)通，控制開關(guān)S3和S4關(guān)斷，此時，圖1中的功率電荷泵工作在第一相位，其等效工作電路圖如圖2所示，第一電壓源Vl對電容Cl進(jìn)行充電，穩(wěn)態(tài)時滿足如下關(guān)系:
[0032]Vl = VCl (I)
[0033]其中，Vl為第一電壓源Vl的電壓值，VCl為電容Cl兩端的電壓值。
[0034]當(dāng)?shù)诙?qū)動信號CK2為高電平時，第一驅(qū)動信號CKl為低電平，驅(qū)動模塊130控制開關(guān)S3和S4導(dǎo)通，控制開關(guān)SI和S2關(guān)斷，此時，圖1中的功率電荷泵工作在第二相位，其等效工作電路圖如圖3所示，穩(wěn)態(tài)時滿足如下關(guān)系:
[0035]VO = V2-VC1 (2)
[0036]其中，V2為第二電壓源V2的電壓值，VCl為電容Cl兩端的電壓值，VO為電壓輸出端VO上的電壓值(其等于輸出電容Co兩端的電壓值)。
[0037]由于穩(wěn)態(tài)時，上述兩個相位中的電容Cl兩端的電壓保持不變，因此，聯(lián)合公式(I)和⑵求解得:
[0038]VO = V2-Vlo
[0039]綜上可知，本實(shí)用新型中的功率電荷泵基于兩個電源電壓轉(zhuǎn)換輸出一個輸出電壓V0，且VO = V2-V1，其中，Vl為第一電壓源Vl的電壓值，V2為第二電壓源V2的電壓值，因此，本實(shí)用新型中的功率電荷泵又可稱為差值電荷泵。需要特別說明的是，當(dāng)V2 < Vl時，通過本實(shí)用新型還能產(chǎn)生負(fù)電壓。
[0040]隨著現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計越來越復(fù)雜，電子系統(tǒng)中除了電池單元電壓外還需要更多其它電壓，例如，平板電腦、智能手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)等系統(tǒng)中都配備有電源管理單元(PowerManagement Units)，其通?？芍С侄嗦冯妷狠敵觯唧w為，電源管理電路包括電池單元和電源調(diào)節(jié)電路，所述電壓調(diào)節(jié)電路基于電池單元提供的電壓得到多個預(yù)定的其它電壓(或稱非電池單元電壓)。若將上述本實(shí)用新型中的功率電荷泵應(yīng)用于電源管理電路中，則可以通過利用電池單元電壓和電源管理電路中除電池單元電壓外存在的其它電壓(即電壓調(diào)節(jié)電路輸出的電壓)構(gòu)建更多其它倍率的電壓模式，從而有助于優(yōu)化功率電荷泵的效率。
[0041]以下通過一個實(shí)施例具體介紹本實(shí)用新型中圖1所示的功率電荷泵在電源管理電路中的應(yīng)用。
[0042]以電源管理電路中的電池單元作為圖1中的功率電荷泵的第二電壓源V2，以電源管理電路中的電壓調(diào)節(jié)電路作為圖1中的功率電荷泵的第一電壓源VI，當(dāng)電池單元電壓(其稱為功率電荷泵的輸入電壓VIN) —定的情況下，采用不同的非電池單元電壓(即所述電壓調(diào)節(jié)電路基于電池單元電壓輸出的其它電壓)作為第一電源電壓Vl，可得到不同的輸出電壓V0，以產(chǎn)生更多其它倍率(倍率等于V0/VIN)，從而實(shí)現(xiàn)使用較少的飛電容產(chǎn)生更多可能的倍率，進(jìn)而有利于提高功率電荷泵的實(shí)際供電效率。在一個具體實(shí)施例中，假設(shè)功率電荷泵的輸入電壓(或稱電池單元電壓)VIN為3.3V，目標(biāo)輸出電壓為3.4V，若使用現(xiàn)有技術(shù)中僅一個輸入電壓源、飛電容個數(shù)為兩個的功率電荷泵，則該電荷泵采用2/3倍模式的供電效率最佳，采用2/3倍模式可以產(chǎn)生2.2V的輸出電壓V0，通過線性調(diào)壓技術(shù)降為1.7V，則理想情況下的供電效率為1.7V/2.2V = 77.3% ;若使用現(xiàn)有技術(shù)中僅一個輸入電壓源、飛電容個數(shù)為一個的功率電荷泵，則該電荷泵采用I倍模式的供電效率最佳，采用I倍模式可以產(chǎn)生3.3V的輸出電壓V0，通過線性調(diào)壓技術(shù)降為1.7V，則理想情況下的供電效率為1.7V/3.3V = 51.5% ;若使用本實(shí)用新型中的功率電荷泵，則輸入電壓VIN(3.3V)作為第二輸入電壓源V2，以所述電壓調(diào)節(jié)電路輸出的1.5V的其它電壓作為第一輸入電壓源Vl，通過上述工作過程，可產(chǎn)生3.3V-1.5V = 1.8V的輸出電壓V0，然后通過線性調(diào)壓器轉(zhuǎn)換為1.7V，則理想情況下的供電效率為1.7V/(3.3V-1.5V) = 94.4%，且只用一個飛電容。由此可見，本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)使用較少的飛電容產(chǎn)生更多可能的倍率，進(jìn)而有利于提高功率電荷泵的實(shí)際供電效率。
[0043]易于思及的是，也可以以電源管理電路中的電池單元作為圖1中的功率電荷泵的第一電壓源VI，以電源管理電路中的電壓調(diào)節(jié)電路作為圖1中的功率電荷泵的第二電壓源V2，從而在功率電荷泵的輸人電壓VIN—定的情況下，采用不同的非電池單元電壓，可產(chǎn)生更多其它倍率。
[0044]綜上所述，本實(shí)用新型中的功率電荷泵包括第一電壓源V1、第二電壓源V2、電壓轉(zhuǎn)換模塊110、輸出模塊120和輸出驅(qū)動模塊130，該功率電荷泵基于這兩個電源電壓轉(zhuǎn)換輸出一個輸出電壓VO，且VO = V2-V1，其可以利用電源管理電路中除電池單元電壓外存在的更多其它電壓，產(chǎn)生更多其它倍率，以實(shí)現(xiàn)使用較少的飛電容產(chǎn)生更多可能的倍率轉(zhuǎn)換電壓，從而優(yōu)化功率電荷泵的實(shí)際工作效率。
[0045]在本實(shí)用新型中，“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。
[0046]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】所做的任何改動均不脫離本實(shí)用新型的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本實(shí)用新型的權(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】
1.一種功率電荷泵，其特征在于，包括第一電壓源、第二電壓源、電壓轉(zhuǎn)換模塊、輸出模塊和驅(qū)動模塊， 所述電壓轉(zhuǎn)換模塊包括電容Cl、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)，其中，第一電壓源的負(fù)極和第二電壓源的負(fù)極與地節(jié)點(diǎn)相連；第一開關(guān)和第三開關(guān)依次串聯(lián)于第一電壓源的正極與第二電壓源的正極之間；第二開關(guān)和第四開關(guān)依次串聯(lián)于地節(jié)點(diǎn)和電壓輸出端之間；電容Cl的一端與第一開關(guān)和第三開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連，電容Cl的另一端與第二開關(guān)和第四開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連； 所述輸出模塊包括輸出電容，所述輸出電容連接于電壓輸出端和地節(jié)點(diǎn)之間； 所述驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動信號以控制各個開關(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，控制第三開關(guān)和第四開關(guān)關(guān)斷；在控制第三開關(guān)和第四開關(guān)導(dǎo)通時，控制第一開關(guān)和第二開關(guān)關(guān)斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電荷泵，其特征在于， 所述驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動信號包括第一驅(qū)動信號和第二驅(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；第二驅(qū)動信號與第三開關(guān)和第四開關(guān)的控制端相連，以控制第三開關(guān)和第四開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率電荷泵，其特征在于， 所述四個開關(guān)都為MOS晶體管，第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號為時鐘信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率電荷泵，其特征在于， 第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號之間存在一定的死區(qū)時間，以避免四個開關(guān)同時導(dǎo)通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率電荷泵，其特征在于， 驅(qū)動信號為高電平時使對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，驅(qū)動信號為低電平時使對應(yīng)的開關(guān)關(guān)斷， 當(dāng)?shù)谝或?qū)動信號為高電平時，第二驅(qū)動信號為低電平，滿足如下關(guān)系: Vl = VCl(I) 其中，Vl為第一電壓源的電壓值，VCl為電容Cl兩端的電壓值； 當(dāng)?shù)诙?qū)動信號為高電平時，第一驅(qū)動信號為低電平，滿足如下關(guān)系: VO = V2-VC1(2) 其中，VO為電壓輸出端的電壓值，V2為第二電壓源的電壓值，VCl為電容Cl兩端的電壓值； 聯(lián)合公式⑴和(2)求解得:VO = V2-Vlo6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電荷泵，其特征在于， 所述電容Cl為飛電容。7.一種電源管理電路，其特征在于，其包括: 電池單元； 電壓調(diào)節(jié)電路，其基于電壓單元提供的電壓得到預(yù)定電壓； 如權(quán)利要求1-6任一所述的功率電荷泵， 所述電池單元作為功率電荷泵中的第一電壓源，所述電壓調(diào)節(jié)電路作為功率電荷泵中的第二電壓源；或者， 所述電池單元作為功率電荷泵中的第二電壓源，所述電壓調(diào)節(jié)電路作為功率電荷泵中的第一電壓源。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種功率電荷泵及使用該功率電荷泵的電源管理電路，其中，功率電荷泵包括第一電壓源、第二電壓源、電壓轉(zhuǎn)換模塊、輸出模塊和驅(qū)動模塊。電壓轉(zhuǎn)換模塊包括電容C1、第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)和第四開關(guān)，第一電壓源的負(fù)極和第二電壓源的負(fù)極與地節(jié)點(diǎn)相連；第一開關(guān)和第三開關(guān)依次串聯(lián)于第一電壓源的正極與第二電壓源的正極之間；第二開關(guān)和第四開關(guān)依次串聯(lián)于地節(jié)點(diǎn)和電壓輸出端之間；電容C1的一端與第一開關(guān)和第三開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連，電容C1的另一端與第二開關(guān)和第四開關(guān)之間的連接節(jié)點(diǎn)相連。驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動信號以控制各個開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)斷。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)使用較少的飛電容產(chǎn)生更多可能的倍率。
【IPC分類】H02M3/07
【公開號】CN204633599
【申請?zhí)枴緾N201520301409
【發(fā)明人】王釗
【申請人】無錫中星微電子有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月11日