專利名稱：一種電荷泵控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于模擬集成電源芯片技術領域，具體涉及一種開關電容式電荷泵環(huán)路控制電路。
背景技術：
隨著電子便攜式產品的飛速發(fā)展，電源管理芯片的需求量也急劇增加。電荷泵利用電容實現電荷和能量的轉移，從而具備無電感元件、無電磁干擾、成本低、高效率等優(yōu)點， 因此這類電源管理芯片在手持電子設備中倍受歡迎。目前，電荷泵主要有兩種控制模式，一種是跳周期控制模式；另一種是線性調節(jié)控制模式。在跳周期模式下，首先根據電源電壓值選定好合適的增益模式后，當輸出電壓大于預定值V。時，輸出電壓經電阻分壓與基準電壓相比較，使比較器輸出高電平，經邏輯控制電路產生相應的控制信號關斷電荷泵；當下降到低于V。時，比較器輸出低電平，通過邏輯控制電路電荷泵開啟。由于反饋回路存在延時，在跳周期模式下電荷泵不能在單周期內響應各開關的關斷和開啟。如果電荷泵關斷N個周期后才開啟電容Q上的電荷，在此時間內負載電容流出電荷為NI。T，那么輸出電壓的紋波的峰峰值就是
v —碰:T
C1
式中N的值和比較器、邏輯電路的延時有關，當它們的延時越大，N越大，輸出電壓紋波 Vp_p越大；同時當電荷泵的輸出電流I。越大，輸出電壓紋波Vp-p越大，輸出紋波過大是跳周期的主要缺陷。專利200510090891. 5提出的電荷泵控制電路就是上述的跳周期模式，其無法克服紋波較大的缺陷。在線性調節(jié)模式下，其反饋網絡由電阻RpR2、運算放大器amp和PMOS管MP組成。 當輸出電壓大于預定值V。時，運算放大器的正輸入端電位抬高，MOS管MP的柵電位也隨之抬高，MP的導通電阻增加。電源向電荷泵充入的電量減少，減少驅動電流使輸出電壓下降。 由于線性調節(jié)模式是通過調節(jié)MP的導通電阻來穩(wěn)定輸出電壓，并沒有關斷電荷泵，因此這種模式下的電壓輸出在每個周期均響應控制信號，從而使紋波較小。在’1增益模式下，線性調節(jié)模式下的電荷泵電路類似于LD0，輸出電壓紋波很低。在‘1. 5廣2增益模式下，電荷泵在時鐘第一相位內接受電荷，在時鐘第二相位對負載提供電荷。負載電容電壓的最大值出現在時鐘第二相位的結束時刻，最小值出現在時鐘第一相位結束時刻，因此可以推算出其紋波大小如下
對比跳周期和線性調節(jié)兩種控制模式，可以發(fā)現線性調節(jié)模式的輸出電壓紋波明顯小于跳周期的輸出電壓紋波。但由于線性調節(jié)模式下增加了 PMOS管MP，在輸出最大400mA恒流電流的情況下，PMOS管的寬長比達到IO6:1量級，而且由于MP的導通電阻，為獲得跳周期模式下相同的驅動能力，就必須減少其它開關管的導通電阻，這樣就不可避免的要增加其它開關管的寬長比，因此線性調節(jié)模式的版圖面積需要大幅增加。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是跳周期模式紋波較大和線性調節(jié)模式的版圖面積較大的缺陷。為解決所述問題，本發(fā)明提出如下的技術方案該電荷泵控制電路包括電源檢測電路、邏輯控制電路、電荷泵模塊、振蕩器、比較器、運算放大器amp、分壓電阻禮與1 2及負載電容Q，其中，所述電源檢測電路將電源分為低于2. 7V、2. 7V 4. 6V、大于4. 6V三個范圍，電源檢測電路檢測出電源電壓在某個范圍之內后以數字信號的形式，將信息輸入到邏輯控制模塊，并以此確定電荷泵的增益模式，以得到最大的效率；所述比較器為COMPl和C0MP2兩個比較器，兩者的負輸入端連接運算放大器amp的輸出端，兩者的正輸入端分別輸入兩個不同相位的鋸齒波。
作為上述方案的優(yōu)選方案，所述的電荷泵控制電路的特征在于所述振蕩器占空比為 50%，振蕩器的高低電平信號以數字的形式輸入到邏輯控制電路。電荷泵控制電路的特征在于輸出電壓V。經分壓電阻R1和R2輸入運算放大器amp 的負輸入端。電荷泵控制電路的特征在于所述邏輯控制模塊將電源檢測信號、振蕩器信號、比較器COMPl和C0MP2信號，邏輯組合后輸入到電荷泵模塊，控制電荷泵模塊中功率管的開啟和關斷。電荷泵控制電路的特征在于所述電荷泵模塊根據邏輯控制模塊的輸出而選擇相應的增益模式，并控制相應功率管的開啟和關斷，從而實現輸出電壓的恒定。具體來說
當輸出電壓略高于預設值之后，運算放大器輸出電壓下降。在時鐘的兩個相位內，相應開關管的導通時間減少，從而輸出電壓下降；當輸出電壓略低于預設值之后，運算放大器輸出電壓上升，在時鐘的兩個相位內，相應開關管的導通時間均增加，從而輸出電壓上升。通過這種負反饋的方式，輸出電壓保持恒定。 與現有技術相比，由于在本發(fā)明中電荷泵模塊是根據邏輯控制的輸出而選擇恰當的增益模式，并控制在時鐘的兩個相位內來實現相應功率管的開啟和關斷，從而實現輸出電壓的恒定，防止出現跳周期模式下紋波較大以及線性調節(jié)模式下版圖面積較大的缺陷。
圖1傳統跳周期控制模式原理圖； 圖2傳統的線性調節(jié)控制模式原理圖3本發(fā)明的雙相位調節(jié)控制模式原理圖； 圖4本發(fā)明的時鐘兩相位內功率管導通時間； 圖5本發(fā)明的在電荷泵’1倍增益模式下，輸出電壓波形圖； 圖6本發(fā)明的在電荷泵’1.5倍增益模式下，輸出電壓波形圖； 圖7本發(fā)明的在電荷泵’2倍增益模式下，輸出電壓波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施做進一步的說明
在本發(fā)明中，電源監(jiān)測電路將電源分為三個范圍低于3. IV ；3. 1疒4. 6V ；大于4. 6V。電源檢測電路檢測出電源電壓在某個范圍之內，并以數字信號的形式，將信息輸入到邏輯控制模塊。在本發(fā)明中，輸出電壓為4. 5V，因此如果電源電壓大于4. 6V，電荷泵則工作在‘1 倍增益模式；如果電源電壓在3. 1疒4. 6V之間，則選擇‘1. 5倍增益模式；如果電源電壓低于3. IV，則選擇’2倍增益模式。本發(fā)明中振蕩器的占空比設置為50%，振蕩器高低電平信號以數字的形式輸入到邏輯控制電路。電阻R1和R2組成輸出電壓分壓取樣網絡。輸出電壓V。經分壓后，輸入至運算放大器amp的負輸入端。運算放大器amp的輸出信號輸入到比較器COMPl和C0MP2的負輸入端。比較器 COMPl和C0MP2的正輸入端是兩個不同相位的鋸齒波。在時鐘的第一相位，比較器COMPl正輸入端鋸齒波與其負輸入端的放大器amp的輸出相比較，此時比較器C0MP2輸出低電平； 在時鐘的第二相位內，比較器C0MP2正輸入端的鋸齒波與其負輸入端的放大器amp的輸出相比較，此時比較器COMPl的輸出為低電平。比較器COMPl和C0MP2的輸出電壓以數字信號的形式輸入到邏輯控制模塊。邏輯控制模塊將電源檢測信號、振蕩器信號、比較器COMPl和C0MP2信號，邏輯組合后輸入到電荷泵模塊。電荷泵模塊根據邏輯控制的輸出，而選擇恰當的增益模式，并控制在時鐘的兩個相位內，相應功率管的開啟和關斷，從而實現輸出電壓的恒定。
權利要求
1.一種電荷泵控制電路，包括電源檢測電路、邏輯控制電路、電荷泵模塊、振蕩器、比較器、運算放大器amp、分壓電阻R1與R2及負載電容Q，其特征在于所述電源檢測電路將電源分為低于2. 7V、2. 7V 4. 6V、大于4. 6V三個范圍，電源檢測電路檢測出電源電壓在某個范圍之內后以數字信號的形式，將信息輸入到邏輯控制模塊，所述比較器為COMPl和C0MP2兩個比較器，兩者的負輸入端連接運算放大器amp的輸出端，兩者的正輸入端分別輸入兩個不同相位的鋸齒波。
2.根據權利要求1所述的電荷泵控制電路，其特征在于所述振蕩器占空比為50%，振蕩器的高低電平信號以數字的形式輸入到邏輯控制電路。
3.根據權利要求1所述的電荷泵控制電路，其特征在于輸出電壓V。經分壓電阻R1和 R2輸入運算放大器amp的負輸入端。
4.根據權利要求1所述的電荷泵控制電路，其特征在于所述邏輯控制模塊將電源檢測信號、振蕩器信號、比較器COMPl和C0MP2信號，邏輯組合后輸入到電荷泵模塊，控制電荷泵模塊中功率管的開啟和關斷。
5.根據權利要求1所述的電荷泵控制電路，其特征在于所述電荷泵模塊根據邏輯控制模塊的輸出而選擇相應的增益模式，并控制相應功率管的開啟和關斷，從而實現輸出電壓的恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電荷泵控制電路，包括電源檢測電路、邏輯控制電路、電荷泵模塊、振蕩器、比較器、運算放大器、分壓電阻R1與R2及負載電容CL，其中，電源檢測電路將電源分為低于2.7V、2.7V~4.6V、大于4.6V三個范圍，電源檢測電路檢測出電源電壓在某個范圍之內后以數字信號的形式，將信息輸入到邏輯控制模塊，并以此確定電荷泵的增益模式，以得到最大的效率；所述比較器為COMP1和COMP2兩個比較器，兩者的負輸入端連接運算放大器的輸出端，兩者的正輸入端分別輸入兩個不同相位的鋸齒波。本發(fā)明相對于傳統跳周期控制模式，大幅度降低了輸出電壓的紋波；其傳統的線性調節(jié)模式，大幅度節(jié)約了功率管的面積，從而在不增加芯片成本的基礎上，極大的改善了輸出電壓的紋波。
文檔編號H02M3/07GK102468747SQ201010549828
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者周飆, 張立新, 張韜, 易揚波, 李海松, 武家中, 謝凌寒, 陳健 申請人:無錫芯朋微電子有限公司