可減少切換損失的充電泵控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及充電泵的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可減少切換損失的充電泵控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1為一現(xiàn)有充電泵(Charge pump) 100的方塊圖，該充電泵100包含了一控制電路(Controller) 110、一切換電晶體群(Switching transistor group) 120 以及一被動(dòng)兀件群(Passive device group) 130,該控制電路110接收M個(gè)輸入信號(hào)(Input signal)并產(chǎn)生N個(gè)控制信號(hào)(Control signal)，其中M，N會(huì)I。該N個(gè)控制信號(hào)連接至該切換電晶體群120的N個(gè)切換電晶體(圖未示)，以控制該N個(gè)切換電晶體的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0003]該切換電晶體群120連接至該被動(dòng)元件群130與一輸入電壓(VIN)。其中該被動(dòng)元件群130包含了飛跨電容(Flying capacitor)與輸出穩(wěn)壓電容(Decoupling capacitor)。通過該N個(gè)控制信號(hào)用以控制切換該N個(gè)切換電晶體的切換順序，進(jìn)而使輸出端電壓(VOUT)提高到所需的電壓位準(zhǔn)。
[0004]圖2為圖1中的充電泵的詳細(xì)電路圖，其中，該控制電路110輸出4個(gè)控制信號(hào)A、B、C、D，該切換電晶體群120包含四個(gè)切換電晶體MP1、MP2、MP3、MNl，該被動(dòng)元件群130包含一飛跨電容(Flying capacitor)C。與一輸出穩(wěn)壓電容(Decoupling capacitor)C10 如圖2所示，該控制電路110、該切換電晶體群120及被動(dòng)元件群130組成的兩倍壓充電泵電路。
[0005]在第一個(gè)相位(Phasel)時(shí)，該切換電晶體群120的切換電晶體MPl、MNl導(dǎo)通，切換電晶體MP2、MP3則關(guān)閉。此時(shí)輸入電壓(VIN)會(huì)儲(chǔ)存在該飛跨電容C。上。在第二個(gè)相位(Phase2)時(shí)，該切換電晶體MPlJNl關(guān)閉，切換電晶體MP2、MP3則導(dǎo)通，此時(shí)在第一個(gè)相位時(shí)儲(chǔ)存至該飛跨電容Ctl上的電壓(VIN)會(huì)傳遞至輸出端(VSP)，再加上切換電晶體MP2端也連接至輸入電壓(VIN)，此時(shí)輸出電壓(VSP)將會(huì)為輸入電壓(VIN)的兩倍。
[0006]由圖2可知,現(xiàn)有的充電泵的切換電晶體(Switching transistor)所采用的為單一電晶體，無論負(fù)載的輕重大小情況底下，都是使用同一顆切換電晶體，會(huì)形成固定的切換損失。然而，在輕載時(shí)影響效率最大的成分是切換損失，此即為充電泵在輕載狀態(tài)時(shí)效率不佳的最主要來源，也是其技術(shù)的缺點(diǎn)。因此，現(xiàn)有充電泵的控制系統(tǒng)及方法實(shí)仍有改善的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的主要在于提供一可減少切換損失的充電泵控制系統(tǒng)及方法，可降低輕載時(shí)的切換損失(Switching Loss),以節(jié)省功率消耗。
[0008]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種可減少切換損失的充電泵控制系統(tǒng)，其包含一充電泵、一電流檢測(cè)電路、一狀態(tài)判斷電路、及一控制單元。該充電泵具有一輸入端、一輸出端及一切換電晶體群，其將一輸入電壓利用該切換電晶體群進(jìn)行切換，使該輸入端電壓升壓，從而將該輸出端電壓轉(zhuǎn)換至一預(yù)設(shè)電壓位準(zhǔn)。該電流檢測(cè)電路耦合至該充電泵，以檢測(cè)該充電泵的該輸入端及該輸出端的負(fù)載，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)該負(fù)載的一檢測(cè)信號(hào)。該狀態(tài)判斷電路耦合至電流檢測(cè)電路，依據(jù)該電流檢測(cè)電路所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)，以產(chǎn)生一判斷信號(hào)。該控制單元耦合至該充電泵及該狀態(tài)判斷電路，該控制單元接收一輸入控制信號(hào)及該判斷信號(hào)，依據(jù)該輸入控制信號(hào)及該判斷信號(hào)，產(chǎn)生一第一組切換信號(hào)、一第二組切換信號(hào)、一第三組切換信號(hào)、及一第四組切換信號(hào)，以控制該充電泵的該切換電晶體群的導(dǎo)通與關(guān)閉。
[0009]優(yōu)選地,所述充電泵還包含一飛跨電容及一輸出穩(wěn)壓電容，該切換電晶體群I禹合至該飛跨電容與該輸出穩(wěn)壓電容，利用該切換電晶體群的導(dǎo)通與關(guān)閉，用以對(duì)該飛跨電容進(jìn)行充放電，進(jìn)而在該輸出穩(wěn)壓電容的一第一端產(chǎn)生出相對(duì)應(yīng)倍率的電壓。
[0010]優(yōu)選地，所述的切換電晶體群包含一第一子切換電晶體群至第四子切換電晶體群，該第一組切換信號(hào)至第四組切換信號(hào)分別連接該第一子切換電晶體群至該第四子切換電晶體群。
[0011]優(yōu)選地，該第一子切換電晶體群及該第三子切換電晶體群耦合至該飛跨電容的一第一端，該第二及該第四子切換電晶體群耦合至該飛跨電容的一第二端，以及該輸出穩(wěn)壓電容的第一端連接至該輸出端，并耦合至該第三子切換電晶體群，該輸出穩(wěn)壓電容的第二端連接至一低電位。
[0012]優(yōu)選地，所述充電泵還包含一第一開關(guān)及一第二開關(guān)，該第一開關(guān)的一第一端耦合至該飛跨電容的第一端，該第一開關(guān)的一第二端耦合至該電流檢測(cè)電路，以及該第二開關(guān)的一第一端耦合至該輸入端，該第二開關(guān)的一第二端耦合至該第一開關(guān)的該第二端。
[0013]優(yōu)選地，該控制單元在一第一相位時(shí)，控制該第一組切換信號(hào)、該第二組切換信號(hào)、該第三組切換信號(hào)、及該第四組切換信號(hào)，用以由該飛跨電容的該第一端對(duì)該飛跨電容進(jìn)行充電，該控制單元在一第二相位時(shí)，控制該第一組切換信號(hào)、該第二組切換信號(hào)、該第三組切換信號(hào)、及該一第四組切換信號(hào)，用以由該飛跨電容的第二端對(duì)該飛跨電容進(jìn)行充電。
[0014]優(yōu)選地，在該第一相位時(shí)，該第二子切換電晶體群及該第三子切換電晶體群為關(guān)閉，該第一子切換電晶體群及該第四子切換電晶體群中至少有一切換電晶體為導(dǎo)通。
[0015]優(yōu)選地，在該第二相位時(shí)，該第一子切換電晶體群及該第四子切換電晶體群為關(guān)閉，該第二子切換電晶體群及該第三子切換電晶體群中至少有一切換電晶體為導(dǎo)通。
[0016]優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)電路包含一運(yùn)算放大器、一第一檢測(cè)電晶體、一第二檢測(cè)電晶體，及一阻抗，其中，該第一檢測(cè)電晶體的源極連接至該輸入端，該第一檢測(cè)電晶體的閘極連接至該低電位，以及該第一檢測(cè)電晶體的汲極連接至該第二檢測(cè)電晶體的汲極及該運(yùn)算放大器的一非反相輸入端，該運(yùn)算放大器的一反相輸入端連接至該第一開關(guān)的第二端，該運(yùn)算放大器的一輸出端連接至該第二檢測(cè)電晶體的一閘極，該第二檢測(cè)電晶體的源極連接至該阻抗的一第一端，該阻抗的一第二端連接至該低電位。
[0017]優(yōu)選地，該運(yùn)算放大器比較該輸入端電壓及該第一開關(guān)的該第二端的電壓，用以產(chǎn)生該檢測(cè)信號(hào)。
[0018]優(yōu)選地，所述狀態(tài)判斷電路包含至少一個(gè)比較器與至少一個(gè)參考位準(zhǔn)，所述至少一個(gè)比較器將所述電流檢測(cè)電路輸出的該檢測(cè)信號(hào)與所述至少一個(gè)參考位準(zhǔn)做比較，以產(chǎn)生該判斷信號(hào)。
[0019]優(yōu)選地，該第一子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比相同，該第二子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比相同，該第三子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比相同，該第四子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比相同。
[0020]優(yōu)選地，該第一子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比為二進(jìn)制加權(quán)，該第二子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比為二進(jìn)制加權(quán)，該第三子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比為二進(jìn)制加權(quán)，該第四子切換電晶體群內(nèi)的電晶體的寬長(zhǎng)比為二進(jìn)制加權(quán)。
[0021]優(yōu)選地，其中，當(dāng)該輸出端的負(fù)載大時(shí)，該切換電晶體群中有較多的切換電晶體被導(dǎo)通，當(dāng)該輸出端的負(fù)載小時(shí)，該切換電晶體群中有較少的切換電晶體被導(dǎo)通。
[0022]優(yōu)選地，當(dāng)該輸出端為重載時(shí)，該切換電晶體群的電晶體全部導(dǎo)通，用以使大的電流對(duì)該飛跨電容進(jìn)行充電，以及當(dāng)該輸出端為輕載時(shí)，該切換電晶體群中部分的電晶體導(dǎo)通，用以使較小的電流對(duì)該飛跨電容進(jìn)行充電。
[0023]為達(dá)上述另一目的，本發(fā)明提出一種充電泵的控制方法，包含步驟:(A)使用一電流檢測(cè)電路檢測(cè)一充電泵的電流，通過該電流檢測(cè)電路產(chǎn)生相對(duì)于該充電泵負(fù)載電流的一檢測(cè)信號(hào)，其中，該充電泵具有一切換電晶體群；(B)使用一狀態(tài)判斷電路依據(jù)該電流檢測(cè)電路所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)，以產(chǎn)生一判斷信號(hào)；(C)使用一控制單元以接收一輸入控制信號(hào)及該判斷信號(hào)，并依據(jù)該輸入控制信號(hào)及該判斷信號(hào)，產(chǎn)生一第一組切換信號(hào)、一第二組切換信號(hào)、一第三組切換信號(hào)、及一第四組切換信號(hào)，以控制該充電泵的該切換電晶體群的導(dǎo)通與關(guān)閉。<