电荷泵电路及其控制电路和控制方法技术

公开了电荷泵电路及其控制电路和控制方法。该控制方法包括：将输出电压同第一阈值电压和第二阈值电压进行迟滞比较，产生模式信号；响应于模式信号的上升沿，触发第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态翻转；以及响应于模式信号的下降沿，保持第一控制信号与第二控制信号的逻辑状态不变，其中第一和第二控制信号用于控制电荷泵电路中每个开关对的两个开关互补工作。关互补工作。关互补工作。

【技术实现步骤摘要】
电荷泵电路及其控制电路和控制方法


[0001]本专利技术的实施例涉及电子电路，尤其涉及电荷泵电路及其控制电路和控制方法。

技术介绍

[0002]电荷泵电路是一种利用电容器存储能量的开关变换器。电荷泵电路不需要电感器或控制环路，利用功率开关的导通与关断使得电容在供电和放电状态之间切换，从而实现电压转换。与传统的带电感的直流开关变换器相比，电荷泵电路具有体积小、效率高、输出纹波低以及控制简单的特点。
[0003]在日渐轻薄且高性能的手机中，电荷泵电路更是被广泛应用。例如，为了兼容现有的单节电池应用，当手机充电系统中引入两节电池时，常常需要使用电荷泵电路将两节电池的电压降低到一节电池的电压范围，以兼容后级系统负载。同时，为了提高整机的效率，如何确保电荷泵电路在轻载情况下也能实现高效地工作是当前工程师亟待解决的一大难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种在轻载下高效工作的电荷泵电路及其控制电路和控制方法。
[0005]根据本专利技术一实施例的一种用于电荷泵电路的控制电路，该电荷泵电路包括耦接在输入节点与参考地之间的两个开关桥臂和两个对应的电容器，每个开关桥臂具有通过输出节点串联连接的两个开关对，每个开关对具有通过公共节点串联彼此的两个开关，每个电容器分别连接在对应开关桥臂的两个公共节点之间，该控制电路包括：判断电路，将电荷泵电路的输出电压同第一阈值电压和第二阈值电压进行迟滞比较，产生模式信号；以及逻辑电路，基于模式信号提供逻辑状态相反的第一控制信号和第二控制信号以控制每个开关对互补工作，其中响应于模式信号的上升沿，逻辑电路触发第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态翻转，响应于模式信号的下降沿，逻辑电路保持第一控制信号与第二控制信号的逻辑状态不变。
[0006]根据本专利技术又一实施例的一种电荷泵电路，该电荷泵电路包括：输入节点，接收输入电压；输出节点，提供输出电压；两个开关桥臂，耦接在输入节点与参考地之间，每个开关桥臂具有通过输出节点串联连接的两个开关对，其中每个开关对具有通过公共节点串联连接彼此的两个开关；两个电容器，其中一个电容器连接在一个开关桥臂的两个公共节点之间，另一个电容器连接在另一个开关桥臂的两个公共节点之间；以及如前所述的控制电路。
[0007]根据本专利技术另一实施例的一种电荷泵电路的控制方法，该电荷泵电路包括两个电容器和耦接在输入节点与参考地之间的两个开关桥臂，每个开关桥臂具有通过输出节点串联连接的两个开关对，每个开关对具有通过公共节点串联彼此的两个开关，其中一个电容器连接在一个开关桥臂的两个公共节点之间，另一个电容器连接在另一个开关桥臂的两个公共节点之间，该控制方法包括：将电荷泵电路的输出电压同第一阈值电压和第二阈值电
压进行迟滞比较，产生模式信号；响应于模式信号的上升沿，触发第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态翻转，其中第一控制信号和第二控制信号控制每个开关对互补工作，第一控制信号与第二控制信号的逻辑状态相反；以及响应于模式信号的下降沿，保持第一控制信号与第二控制信号的逻辑状态不变。
[0008]根据本专利技术的实施例，电荷泵电路提供状态互补的第一控制信号和第二控制信号来控制2个开关桥臂的8个开关。在检测到轻载运行时，仅在输出电压小于第一阈值电压时翻转第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态，否则，一直保持第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态不变。这样的轻载控制策略使得在轻载运行时电荷泵电路的输出电压的峰值大于输入电压的一半，提高了整机的效率。
附图说明
[0009]图1为电荷泵电路100的电路结构示意图；
[0010]图2a～图2c为电荷泵电路100在轻载工作时的电流流动路径；
[0011]图3为电荷泵电路100轻载工作时的时序图；
[0012]图4为根据本专利技术一实施例的电荷泵电路200的电路原理图；
[0013]图5a和5b为根据本专利技术一实施例的电荷泵电路200工作的电流流动路径；
[0014]图6为根据本专利技术一实施例的电荷泵电路200轻载工作时的时序图；
[0015]图7为根据本专利技术一实施例的轻载工作时电荷泵电路200的控制方法300的流程图；
[0016]图8为根据本专利技术一实施例的图4所示控制电路203A的电路原理图；
[0017]图9为根据本专利技术一实施例的电荷泵电路200非轻载和轻载运行下的时序图；
[0018]图10为根据本专利技术一实施例的用于电荷泵电路的控制方法500的流程图。
具体实施方式
[0019]下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0020]在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0021]图1为电荷泵电路100的电路结构示意图。如图1所示，电荷泵电路100为两相交错
型电荷泵电路，包括由开关QA1、QB1、QC1、QD1构成的左开关桥臂和由QA2、QB2、QC2、QD2构成的右开关桥臂。飞跨电容器CFLY1和CFLY2分别耦接至电荷泵电路100的左开关桥臂和右开关桥臂。电荷泵电路100通过控制左开关桥臂与右开关桥臂的开关管切换，将两节电池的输入电压V
BATT
转换为输出电压V
OUT
提供至负载。
[0022]图2a～图2c为电荷泵电路100在轻载工作时的电流流动路径。轻载工作时电荷泵电路100将经历包括操作阶段10A
‑
>10B
‑
>10A
‑
>10C的多个循环周期。
[0023]图3为电荷泵电路100轻载工作时的时序图。如图3所示，当输出电压V
OUT
减小至间隔阈值电压V
SKIP_L
时，即在时刻121，电荷泵电路100进入操作阶段10A。
[0024]在操作阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电荷泵电路的控制电路，该电荷泵电路包括耦接在输入节点与参考地之间的两个开关桥臂和两个对应的电容器，每个开关桥臂具有通过输出节点串联连接的两个开关对，每个开关对具有通过公共节点串联彼此的两个开关，每个电容器分别连接在对应开关桥臂的两个公共节点之间，该控制电路包括：判断电路，将电荷泵电路的输出电压同第一阈值电压和第二阈值电压进行迟滞比较，产生模式信号；以及逻辑电路，基于模式信号提供逻辑状态相反的第一控制信号和第二控制信号以控制每个开关对互补工作，其中响应于模式信号的上升沿，逻辑电路触发第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态翻转，响应于模式信号的下降沿，逻辑电路保持第一控制信号与第二控制信号的逻辑状态不变。2.如权利要求1所述的控制电路，其中两个电容器中的一个电耦接在输入节点与输出节点之间，两个电容器中的另一个电耦接在输出节点与地之间。3.如权利要求2所述的控制电路，进一步包括：时钟脉冲产生电路，基于高电平的模式信号，产生时钟脉冲信号；以及响应于模式信号的上升沿或时钟脉冲信号，逻辑电路改变第一控制信号和第二控制信号的逻辑状态。4.如权利要求3所述的控制电路，其中逻辑电路包括：上升沿检测电路，具有输入端和输出端，其中输入端接收模式信号，对模式信号的上升沿进行检测；或门电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至上升沿检测电路的输出端，第二输入端接收所述时钟脉冲信号；以及D触发器，具有输入端、时钟端、输出端以及反相输出端，其中输入端耦接至反相输出端，时钟端耦接至或门电路的输出端，D触发器在输出端提供所述第一控制信号，并经第一反相器提供所述第二控制信号。5.如权利要求2所述的控制电路，其中判断电路包括：电阻器，具有第一端和第二端，其中第一端接收电荷泵电路输入电压的一半与偏置电压的差值；迟滞比较器，具有同相输入端、反相输入端以及输出端，其中同相输入端连接至电阻器的第二端，反相输入端接收输出电压，在输出端提供所述模式信号；电流源，具有供电端和输出端，其中供电端耦接至电阻器的第二端；以及第一开关，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至电流源...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振亚，杜磊，王锐，徐赏林，杜月英，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：