一種減小輸出電壓紋波的開環(huán)電荷泵電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種開環(huán)電荷栗電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 電荷栗型升壓電路是便攜式電子設(shè)備最常見的DC-DC(DirectCurrent，直流） 升壓供電電路，相比電感型Boost升壓電路，電荷栗型升壓電路的EMI(ElectroMagnetic Interference，電磁干擾）性能更好，其是采用升壓的栗電容來儲(chǔ)存能量，通過控制電路控 制升壓栗電容的充電/放電來達(dá)到升壓并將能量轉(zhuǎn)移輸出的。
[0003] 一般來說，電荷栗型升壓電路分為閉環(huán)電荷栗電路和開環(huán)電荷栗電路，其中，閉環(huán) 電荷栗電路通過環(huán)路控制，輸出一個(gè)比升壓倍數(shù)略低的恒定的輸出電壓，而恒定的輸出電 壓是通過閉環(huán)的環(huán)路控制升壓模塊內(nèi)部的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓來調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通 電阻實(shí)現(xiàn)的。這樣閉環(huán)電荷栗電路在工作時(shí)升壓模塊內(nèi)部的開關(guān)管并不能完全導(dǎo)通，所以 閉環(huán)電荷栗電路最明顯的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率和驅(qū)動(dòng)能力都比較低，而且閉環(huán)電荷栗的控制電 路也比較復(fù)雜，整個(gè)電路的功耗和集成電路的芯片面積也都比較大。
[0004] 典型的開環(huán)電荷栗電路如圖1所示，由工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊200、過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生 模塊100、升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊300以及升壓模塊400組成。其中，工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊200 產(chǎn)生升壓模塊400所需要的開關(guān)時(shí)鐘信號(hào)卩^^^信號(hào)經(jīng)升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊300產(chǎn)生 升壓控制信號(hào)Ve，升壓模塊400根據(jù)升壓控制信號(hào)Ve控制升壓模塊400內(nèi)部的開關(guān)管的完 全導(dǎo)通和截止，對(duì)升壓的電荷栗電容CFmN(；1和CFmN(；2進(jìn)行充放電，最終產(chǎn)生輸出電壓VQUT。
[0005] 相比較閉環(huán)電荷栗電路內(nèi)部開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓是受環(huán)路控制，開環(huán)電荷栗 電路控制內(nèi)部升壓的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)柵極電壓直接是最高電壓（NM0S管）/最低電壓（PM0S 管），開關(guān)管是充分導(dǎo)通的。充分導(dǎo)通的開關(guān)管導(dǎo)通電阻最小，所以開環(huán)電荷栗電路的驅(qū)動(dòng) 能力會(huì)發(fā)揮到極致，同時(shí)開關(guān)管導(dǎo)通電阻最小，在升壓模塊400內(nèi)部消耗的功率也最小，效 率也最高。所以相比閉環(huán)電荷栗電路，開環(huán)電荷栗電路的驅(qū)動(dòng)能力和效率都大大提高。
[0006] 從圖1中還可以看出，為了限制開環(huán)電荷栗輸出的最高電壓，一般開環(huán)電荷栗電 路都有過壓保護(hù)功能。過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊100檢測(cè)第一輸出電壓信號(hào)，當(dāng)?shù)谝惠敵?電壓信號(hào)超過保護(hù)閾值電壓V_時(shí)，產(chǎn)生有效的過壓保護(hù)信號(hào)VOT，過壓保護(hù)信號(hào)V。^ 過升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊300后，通過Vc控制升壓模塊400內(nèi)部開關(guān)管停止升壓工作，以 限制第一輸出電壓信號(hào)繼續(xù)升高而達(dá)到過壓保護(hù)的目的，停止升壓工作后，第一輸出電 壓信號(hào)由于負(fù)載R_會(huì)逐漸降低，但當(dāng)V_降低至撤銷過壓保護(hù)閾值電壓V_時(shí)，過壓 保護(hù)信號(hào)％/變?yōu)闊o效，升壓控制信號(hào)Ve控制升壓模塊400內(nèi)部開關(guān)管重新工作，輸出電壓 升高。如果第一輸出電壓信號(hào)￥_在VOTP1和VOTP2之間反復(fù)變化，則過壓保護(hù)會(huì)反復(fù)被觸發(fā)， 過壓保護(hù)反復(fù)觸發(fā)時(shí)的輸出電壓乂^和過壓保護(hù)信號(hào)V的波形如圖2所示。
[0007] 由于開環(huán)電荷栗電路在工作時(shí)升壓模塊400內(nèi)部的開關(guān)管都是充分導(dǎo)通的，但是 為了考慮開環(huán)電荷栗的驅(qū)動(dòng)能力，因而在開環(huán)電荷栗電路的設(shè)計(jì)過程中一般不設(shè)置限流電 路或者將限流電路的限流電流值設(shè)置的比較大，這樣當(dāng)過壓保護(hù)信號(hào)VOT變無效之后，在升 壓模塊400恢復(fù)升壓工作的過程中內(nèi)部開關(guān)管會(huì)流過很大的瞬態(tài)電流，從而第一輸出電壓 信號(hào)會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)沖高到觸發(fā)過壓保護(hù)使得過壓保護(hù)信號(hào)V。/變?yōu)橛行Ф匦麻_始 進(jìn)行過壓保護(hù)。然而從第一輸出電壓信號(hào)升高到產(chǎn)生有效過壓保護(hù)信號(hào)VOT再到停止升壓 的過程中都會(huì)出現(xiàn)一定的延時(shí)，又由于開環(huán)電荷栗電路恢復(fù)工作時(shí)給升壓的電荷栗電流的 充放電電流很大，導(dǎo)致過壓保護(hù)時(shí)輸出電壓紋波很大，這樣過壓保護(hù)后第一輸出電壓信號(hào) 就需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能降低到撤銷過壓保護(hù)閾值電壓VOTP2，降低了第一輸出電壓信號(hào) 的紋波頻率。
[0008] 如果第一輸出電壓信號(hào)的紋波過大，這樣的開環(huán)電荷栗電路就不能對(duì)一些要 求小輸出紋波的設(shè)備供電，而且輸出電壓紋波過大，也會(huì)降低開環(huán)電荷栗的驅(qū)動(dòng)能力和效 率；另外，由于輸出電壓紋波過大導(dǎo)致的輸出電壓紋波頻率降低也會(huì)對(duì)一些應(yīng)用造成影響， 比如開環(huán)電荷栗電路對(duì)音頻器件供電的話，開環(huán)電荷栗電路的輸出電壓紋波頻率降低到低 于20kHz，則會(huì)對(duì)音頻信號(hào)造成干擾，產(chǎn)生可聽見的雜音，降低音質(zhì)，因而一種能夠降低輸出 電壓紋波的開環(huán)電荷栗電路稱為了一種需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型旨在提供一種減小輸出電壓紋波的開環(huán)電荷栗電路， 其在原有的開環(huán)電荷栗電路的基礎(chǔ)上增加了輸出電壓紋波控制模塊，以解決第一輸出電壓 信號(hào)的紋波過大的問題。
[0010] 本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下：
[0011] -種減小輸出電壓紋波的開環(huán)電荷栗電路，所述開環(huán)電荷栗電路包括：用于根據(jù) 所述開環(huán)電荷栗電路的第一輸出電壓信號(hào)生成過壓保護(hù)信號(hào)的過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊、用 于產(chǎn)生開關(guān)時(shí)鐘信號(hào)的工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、用于根據(jù)所述開關(guān)時(shí)鐘信號(hào)和所述過壓保護(hù)信 號(hào)生成升壓控制信號(hào)的升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、用于根據(jù)所述升壓控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第 一輸出電壓信號(hào)控制的升壓模塊以及用于對(duì)所述第一輸出電壓信號(hào)進(jìn)行紋波控制輸出第 二輸出電壓信號(hào)的輸出電壓紋波控制模塊，其中，所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸入端與 所述升壓模塊的輸出端連接、輸出端與所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸入端連接；所述工 作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的輸出端與所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸入端連接；所述升壓控制信號(hào) 產(chǎn)生模塊的輸出端與所述升壓模塊的輸入端連接；所述輸出電壓紋波控制模塊的輸入端與 所述升壓模塊的輸出端連接。
[0012] 在本技術(shù)方案中，通過輸出電壓紋波控制模塊控制第一輸出電壓信號(hào)的紋波，當(dāng) 然，在實(shí)用新型中，我們這里說到的控制第一輸出電壓信號(hào)的紋波即指減小第一輸出電壓 信號(hào)的紋波，這樣只需要在原有的電荷栗的基礎(chǔ)上添加輸出電壓紋波控制模塊即可實(shí)現(xiàn)開 環(huán)電荷栗在一些紋波要求較小的應(yīng)用中進(jìn)行應(yīng)用。
[0013] 優(yōu)選地，所述開環(huán)電荷栗電路中還包括至少一個(gè)輸出電容，所述輸出電容的一端 與所述輸出電壓紋波控制模塊的輸出端連接、另一端接地，用于穩(wěn)定所述第二輸出電壓信 號(hào)的紋波。
[0014] 在本技術(shù)方案中，利用了輸出電容兩端的電壓不能突變來實(shí)現(xiàn)開環(huán)電荷栗電路對(duì) 第一輸出電壓信號(hào)紋波減小的目的。
[0015] 優(yōu)選地，所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊、所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、所述工作時(shí)鐘 產(chǎn)生模塊、所述升壓模塊以及所述輸出電壓紋波控制模塊集成為第一電路芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)第 一輸出電壓信號(hào)紋波的控制。
[0016] 在本技術(shù)方案中，將上述模塊集成在第一電路芯片中實(shí)現(xiàn)目的，實(shí)現(xiàn)開環(huán)電荷栗 電路的精簡(jiǎn)。
[0017] 優(yōu)選地，所述輸出電壓紋波控制模塊中包括一紋波控制電阻，所述紋波控制電阻 的一端與所述升壓模塊的輸出端連接、另一端與所述輸出電容連接。
[0018] 在本技術(shù)方案中，輸出電壓紋波控制模塊為一紋波控制電阻，通過該紋波控制電 阻與輸出電容共同的作用實(shí)現(xiàn)對(duì)第一輸出電壓信號(hào)紋波的減小。
[0019] 優(yōu)選地，所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊、所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、所述工作時(shí)鐘 產(chǎn)生模塊以及所述升壓模塊集成為第二電路芯片，所述輸出電壓紋波控制模塊的輸入端與 集成電路的輸出端連接、輸出端與所述輸出電容的一端連接。
[0020] 優(yōu)選地，所述輸出電壓紋波控制模塊中包括一紋波控制電阻，所述紋波控制電阻 的一端與所述升壓模塊的輸出端連接、另一端與所述輸出電容連接。
[0021] 在本技術(shù)方案中，輸出電壓紋波控制模塊為一紋波控制電阻，