【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路驱动系统中的高侧栅极驱动技术，尤其涉及一种高侧栅极驱动的电荷泵技术。
技术介绍
1、基于开关电容技术的电荷泵以其低成本、低电磁干扰和高功率效率的优良特性，广泛用于各种芯片中的升压电路模块。例如步进电机驱动芯片驱动h桥高端功率管，当h桥中的高端功率管导通时，源端电压与漏端电压接近，此时为了使功率管能够充分导通，需要产生一个高于系统功率电源的电压接入功率管的栅极，就需要应用电荷泵电路来实现电路需求；在高边功率开关芯片驱动高边功率管时，电荷泵可以将栅极电压抬升至电源电压以上，确保功率开关管可以正常导通；在三相桥驱动芯片驱动无刷电机时，为了确保高侧功率开关管充分导通，也需要电荷泵产生一个高于系统电源的电压。因此电荷泵电路应用非常广泛，但设计一款转换效率高、功耗低、输出纹波小的高性能电荷泵电路仍然是有价值的。
2、如图1所示为传统的振荡器和电荷泵电路结构。如图1a所示，三级环形振荡器虽然结构非常简单，但是其性能大大降低，不仅功耗增多，而且电路的抗噪声能力差，常常伴有很多的毛刺，而且脉冲的频率是受到反相器的延迟控制，所以频率很大；如图1b所示为dickson电荷泵的等效模型，传统dickson电荷泵的弊端就是避免不了阈值电压的损耗问题，随着级数的增加阈值电压损耗越来越严重，因此随着级数的增加，转换效率也在大幅度下降。另一个弊端是用时钟直接驱动电容，电荷泵电路一般都会有很大的输出电流，为了减小输出纹波一般采用较大的电容，这样直接用时钟驱动就会对时钟的驱动能力有一定的限制。
技术实现
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路。
2、本专利技术中的振荡器将时钟频率控制在4mhz，能较快地使电荷泵输出到高压，且不致使功耗过大，同时减小纹波，达到稳定输出；死区产生电路的引入保证了开关管不会同时导通从而导致电荷回流的现象产生，大大增加了电荷泵的转换效率。
3、本专利技术采用的技术方案具体如下：
4、一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，包括振荡器电路、死区产生电路和电荷泵电路；所述的振荡器电路用于产生周期性变化的方波信号，作为死区产生电路的时钟信号clk；所述的死区产生电路对clk信号进行处理，产生两两有一定死区时间的时钟信号；所述的电荷泵电路通过死区产生电路产生的信号控制开关管的开启与关闭来控制电容的充电或者放电，对电荷进行积累，实现电压泵升。
5、进一步的，所述的振荡器电路，包括第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4、第五pmos管mp5、第六pmos管mp6；第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第六nmos管mn6、第七nmos管mn7；第一稳压二极管z1；第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4；第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3和第一可变电容器c1。
6、所述的第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三nmos管mn3和第四nmos管mn4的衬底端接地gnd；第五pmos管mp5和第六pmos管mp6的衬底端接电源vdd。第一电阻r1的一端、第一pmos管mp1的源端、第二pmos管mp2的源端、第三pmos管mp3的源端和第四pmos管mp4的源端连接电源vdd；第一稳压二极管z1的正极、第二电阻r2的一端、第三电阻r3的一端、第五nmos管mn5的源端、第一可变电容器c1的一端、第六nmos管mn6的源端和第七nmos管mn7的源端接地gnd。第一nmos管mn1的栅端和漏端连接第二nmos管mn2的栅端和第一电阻r1的另一端；第一nmos管mn1的源端连接第一稳压二极管z1的负极；第二nmos管mn2的源端连接第二电阻r2的另一端；第一nmos管mn1和第二nmos管mn2构成电流镜链路。第一pmos管mp1的漏端和栅端连接第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4的栅端和第二nmos管mn2的漏端；第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4构成电流镜链路。
7、第二pmos管mp2的漏端连接第三nmos管mn3的漏端和第四nmos管mn4的栅端。第三pmos管mp3的漏端连接第四nmos管mn4的漏端和第一反相器inv1的输入端。第四pmos管mp4的漏端连接第五pmos管mp5、第六pmos管mp6的源端。第三nmos管mn3的源端连接第四nmos管mn4的源端和第三电阻r3的另一端。第三nmos管mn3的栅端连接第五nmos管mn5的漏端、第一可变电容器c1的另一端、第五pmos管mp5的漏端和第六nmos管mn6的漏端。第三反相器inv3的输入端连接en端；第三反相器inv3的输出端连接第五nmos管mn5的栅端。第一反相器inv1的输出端连接第二反相器inv2的输入端和第六pmos管mp6的栅端；第二反相器inv2的输出端即clk端连接第五pmos管mp5的栅端。第六pmos管mp6的漏端连接第四电阻r4的一端；第四电阻r4的另一端连接第七nmos管mn7的栅端和漏端以及第六nmos管mn6的栅端；第六nmos管mn6、第七nmos管mn7构成电流镜链路。
8、进一步的，所述的死区产生电路，包括第一与非门nand1、第二与非门nand2、第三与非门nand3，第四反相器inv4、第五反相器inv5、第六反相器inv6和第七反相器inv7。
9、所述的第四反相器inv4的输入端为电荷泵控制信号in端，第四反相器inv4的输出端连接第一与非门nand1的输入端，第一与非门nand1的另一输入端连接振荡器输出时钟信号clk端。第一与非门nand1的输出端连接第五反相器inv5的输入端和第二与非门nand2的输入端；第三与非门nand3的输出端连接第二与非门nand2的另一输入端和第七反相器inv7的输入端。第五反相器inv5的输出端连接第三与非门nand3的输入端；第二与非门nand2的输出端连接第三与非门nand3的另一输入端和第六反相器inv6的输入端。第三与非门nand3的输出端为clk1端，第六反相器inv6的输出端为clk2端，第二与非门nand2的输出端为clk3端，第七反相器inv7的输出端为clk4端。
10、进一步的，所述的电荷泵电路中，包括第二电容c2、第三电容c3、输出电容cout，第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10，第一npn管q1、第二npn管q2、第三npn管q3，第二稳压二极管z2、第三稳压二极管z3、第四稳压二极管z4，第七pmos管mp7、第八pmos管mp8，第八nmos管mn8和第九nmos管mn9。
11、所述的第七pmos管mp7、第八nmos管mn8、第八pmos管mp8和第九nmos管mn9的栅端分别连接死区产生电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，包括振荡器电路、死区产生电路和电荷泵电路；所述的振荡器电路用于产生周期性变化的方波信号，作为死区产生电路的时钟信号CLK；所述的死区产生电路对CLK信号进行处理，产生两两有一定死区时间的时钟信号；所述的电荷泵电路通过死区产生电路产生的信号控制开关管的开启与关闭来控制电容的充电或者放电，对电荷进行积累，实现电压泵升。
2.根据权利要求1所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，所述的振荡器电路，包括第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6；第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7；第一稳压二极管Z1；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；第一反相器INV1、第二反相器INV2、第三反相器INV3和第一可变电容器C1；
3.根据权利要求2所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其
4.根据权利要求1或2所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，所述的死区产生电路，包括第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第三与非门NAND3，第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6和第七反相器INV7；
5.根据权利要求4所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，所述的电荷泵电路中，包括第二电容C2、第三电容C3、输出电容Cout，第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10，第一NPN管Q1、第二NPN管Q2、第三NPN管Q3，第二稳压二极管Z2、第三稳压二极管Z3、第四稳压二极管Z4，第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8，第八NMOS管MN8和第九NMOS管MN9；
6.根据权利要求5所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，当IN端为高电平时，第四反相器INV4输出低电平，不论CLK如何变化，第一与非门NAND1的输出始终为高电平，第五反相器INV5的输出为低电平，第三与非门NAND3的输出为高电平，第七反相器INV7的输出为低电平，则第二与非门NAND2的输出为低电平，第六反相器INV6输出为高电平；CLK1至CLK4的输出分别是：高、高、低、低；则第七PMOS管MP7截止，第八NMOS管MN8导通，第三电容C3一端拉低至地；第八PMOS管MP8导通，第九NMOS管MN9截止，第二电容C2一端抬升至电源电压，电荷泵不工作；
7.根据权利要求6所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，死区产生电路的工作原理如下：
...【技术特征摘要】
1.一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，包括振荡器电路、死区产生电路和电荷泵电路；所述的振荡器电路用于产生周期性变化的方波信号，作为死区产生电路的时钟信号clk；所述的死区产生电路对clk信号进行处理，产生两两有一定死区时间的时钟信号；所述的电荷泵电路通过死区产生电路产生的信号控制开关管的开启与关闭来控制电容的充电或者放电，对电荷进行积累，实现电压泵升。
2.根据权利要求1所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，所述的振荡器电路，包括第一pmos管mp1、第二pmos管mp2、第三pmos管mp3、第四pmos管mp4、第五pmos管mp5、第六pmos管mp6；第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第五nmos管mn5、第六nmos管mn6、第七nmos管mn7；第一稳压二极管z1；第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4；第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3和第一可变电容器c1；
3.根据权利要求2所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，在振荡器电路中，en端为使能信号，en端高电平时有效，即en端高电平时振荡器工作；clk端为振荡器输出信号；通过改变第一可变电容器c1的容值，改变clk振荡频率；
4.根据权利要求1或2所述的一种用于高侧驱动的高性能电荷泵电路，其特征在于，所述的死区产生电路，包括第一与非门...
【专利技术属性】
技术研发人员：董先润，喻明艳，岑启锋，樊弢，王传政，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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