一种微功率门电荷泵的功率场效应管制造技术

一种微功率门电荷泵的功率场效应管，一个高效电源电路对一个晶体管开关的栅极充电，其中电荷泵浦的电压超过提供的电源电压。该电路包括一个电流控制振荡器，该振荡器产生振荡的波形来驱动一个电容的充电泵电路。该电路监测该晶体管开关的栅极电压，并降低摆动波形的频率，从而降低功耗，此时栅极电压超过一个频率交换值，该值指示晶体管开关已被充分打开，从而允许电路进入微模式。

【技术实现步骤摘要】
一种微功率门电荷泵的功率场效应管
:本专利技术涉及一种微功率的电荷泵电路，用于驱动场效应晶体管的栅极。
技术介绍
:电荷泵电路用来驱动场效应晶体管的栅极，使其电压电平超过电源电压。通常情况下，这样的电路已被用于驱动MOSFET晶体管，开关电源控制电路负载。例如，在便携式计算机应用中，MOSFET功率晶体管被用于切换外围设备，如磁盘驱动器和显示器。在这种及其他应用中，上述外围设备被耦合到MOSFET开关的源，而在MOSFET的漏极耦合到电源。当一个MOSFET开关以这种方式被耦合(作为一个所谓的“高压侧”驱动程序)，它理想地驱动开关的栅极使得电压超过电源电压，以便完全打开和加强切换。电荷泵电路用于驱动MOSFET开关，通常使用有着少量的电容器的振荡器以升压电源电压到较高的栅极电压。在许多应用中，这种类型的电路所消耗的功率，通常是由负载消耗的功率或MOSFET开关本身降低。例如，一个电荷泵电路的工作电流，可能会在几毫安的范围内，同时切换的负载电流可能会在安培量级上。因此，该电荷泵电路本身的功率效率一般较少考虑。但是，也有一些电池供电的应用程序(如手提电脑上的应用)，该电荷泵电路的功率效率可以变得很重要。在这些应用中，该电荷泵电路的功率效率对于确定电池的消耗可能是一个重要的因素，因此，在电池的充电或更换之前电池的寿命变得重要。鉴于上述情况，提供的功率效率的电荷泵电路将是可取的，它可以迅速增加电源电压，以便驱动一个MOSFET的栅极或其他开关使得电压超过电源电压。
技术实现思路
:本专利技术的一个目的是提供一种高效的电源电路，它可以迅速增加电源电压，以便驱动电压值超过电源电压的MOSFET的栅极或其他开关。本专利技术的技术解决方案:本专利技术中，提供一种实现高效电源电路的方法，用于对场效应晶体管(FET)的栅极充电，例如MOSFET使其电压升高超过电源电压。这个电路和这种方法使用的电容性电压倍增器电路，它由一个可变频率振荡器驱动，以产生超过电源电压的栅极电压。当FET被首次通电时(通过施加栅极电压)，该振荡器驱动乘法器在一个选择第一频率使得晶体管的栅极电压以第一速度被增加，从而超出电源电压。FET的状态被监视(例如通过监视晶体管的栅极电压)，当该状态或栅极电压达到一个频率切换状态或电压，振荡器的振荡频率相应减少到低于第一频率的第二频率。选择的第二频率足够以较低的速率继续提高栅极电压以维持栅极电压高于电源电压。振荡频率的减少，显着地降低了 FET被驱动时的电路功率的消耗。对比专利文献:CN202385071U新型功率场效应管驱动器201220004451.9，CN203086408U场效应管功率放大器及系统201220613193.4【附图说明】:在本专利技术的上述目的和其它目的以及优点是显而易见的，结合附图给出了下面的详细描述,其中相同的参考符号表不相同的部件,并且其中:图1是本专利技术的电荷泵电路的方框图；图2A-2C是图1的电荷泵电路中所有随时间变化的栅极电压、振荡器的频率和电流消耗；图3是本专利技术的电荷泵电路的一个示例性实例的方框图和电路图；图4是图3电路的更详细的电路图；图5A-5C是一个示例性的p阱集成CMOS电路的简化电路图。【具体实施方式】:图1是本专利技术的电荷泵电路10的方框图。在图1中所不，电荷泵电路10驱动MOS场效应管5的栅极5a,它被用来作为一个高侧开关，将电源提供给连接到MOS场效应管5的源极5b的负载4。例如在一个典型的手提电脑应用中，MOS场效应管5可以是一个开关，用于供电的一个磁盘驱动器或显示器的荧光灯照明电路。电荷泵电路10包括:电压倍增器电路15，它控制晶体管5的MOSFET的栅极电压来开关晶体管。当栅极电压超过晶体管的栅极阈值电压时，MOSFET图5处于关闭状态。虽然大于阈值电压的栅极电压足以使MOSFET导通，导通晶体管使得栅极电压大于电源电压VS的方法是可取的。施加这样的高栅极电压将导致更难导通MOS场效应管5，这样操作将更有效，并且能够提供比其他可能情况下更大的电流。如下面进一步描述的那样，本专利技术允许产生这样的栅极电压，使得电荷泵电路在微功率的条件下得以工作。在图1中的电压倍增器电路15由振荡器20驱动。振荡器20产生的振荡的波形导致倍增器电路15产生一个电压VG，这超过了该电源电压VS。振荡器20的输出频率，反过来被频率控制电路25控制，通过端子21，为振荡器20提供频率控制信号SC0N。对于在图1所示实例的电路中，控制信号SCON由频率控制电路25、模式开关30和栅极电压检测器电路35的组合产生。因此，控制信号SCON的值或者状态，振荡器20的振荡频率由转换开关30的状态决定。当模式开关30是在第一状态时，控制信号SCON假定为第一值SCONl。当模式开关30处于第二状态时，控制信号SCON假定为第二值SC0N2。反过来，模式开关30的状态由栅极电压检测器电路35决定，正如下面进一步的描述，它监视MOS场效应管5的操作状态。图1电路的操作如下。当电路10被首次通电时，MOS场效应管5的栅极电压最初是低的。这是由栅极电压检测器35检测的，反过来，这将导致频率控制电路25生成控制信号SCONl，使振荡器20最初工作在第一高频率H。频率H是一个非常高的频率(例如:400-600千赫)，选择电压倍增器电路15，使得MOSFET的栅极电压最初以第一速率迅速增强，从而超出电源电压。迅速提高的栅极电压使MOSFET 5迅速打开。因为振荡器20刚开始工作在高频率fl，以产生一个迅速升压的栅极电压VG，电压倍增器电路15和振荡器20产生相对较大的功率。根据本专利技术，为了减少这种功耗，栅极电压检测器电路35、模式开关30和频率控制电路25工作以切换振荡器20的频率为第二频率f2，此时栅极电压VG达到频率切换电压(“VFSW”)。VFSW需要足够高，以确保MOS场效应管5已经足够硬驱动和足够快速地进入增强阶段。当栅极电压VS达到VFSW时，栅极电压检测器10产生一个信号，使转换开关30进入切换状态。反过来，模式开关30引起频率控制电路25产生第二控制信号SC0N2导致振荡器20的振荡频率为f2。频率f2的选择低于频率fl (例如100-200千赫)，但仍然足以使栅极电压VG增加超过NS。振荡器20振荡的频率，可以用电压或电流信号来控制，或基本上任何其它类型的控制信号，该信号能够修改振荡器20的工作频率。因此，振荡器20可以是一个电流控制振荡器或电压控制振荡器，或一些其他类型的振荡器能够提供多个频率给电压倍增器电路15。图2A-2C示出图1的电路10中栅极电压VG在栅极5a的说明图(图2A)，振荡器20的振荡频率f (图2B)和电荷泵电流消耗(图2C)所有的随时间变化的情况。正如在图2A中所示，电路10中的栅极电压VG在时间Tl (一般为几微秒后第一次接通电路10)达到的电源电压VS，然后在时间Tl到T2间(区域31b)迅速增加超过这个电压，其速率至少部分地由振荡器20的振荡频率确定(在图2B中示出，fl为时间T2之前的频率)。栅极电压Vs在时刻T2 (参见图2A)达到的频率切换电压VFSW，栅极电压检测器电路35检测到并发送一个信号到模式开关30，指示振荡器20的频率应当降低到值f2。振荡器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微功率门电荷泵的功率场效应管，其特征是：电路对场效应晶体管的栅极进行充电，直至升压电压超过电源电压，该电路包括：一个电容具有一个输入端，用于接收振荡信号，以及一个输出端，用于产生升压后电压的电压倍增器，乘法器作用后引起的升压电压，以一定的速率增加从而超出了电源电压，该速率至少有一部分是由振荡信号的频率决定的；耦合到乘法器的振荡器产生的振荡信号，在第一频率或第二个较低的频率中选择以响应收到的控制信号，第一频率或第二频率使升压电压分别以第一速率和第二速率增加从而超出了电源电压；装置耦合于在场效应晶体管的栅极感测的电压，并做出响应产生控制信号，使得振荡器产生在第一频率下的振荡信号，当栅极电压小于的频率切换电压，振荡器产生在第二频率的振荡信号，此时栅极电压超过频率切换电压；由此当栅极电压超过频率切换电压时，该电路的功率消耗减少。

【技术特征摘要】
1.一种微功率门电荷泵的功率场效应管，其特征是:电路对场效应晶体管的栅极进行充电，直至升压电压超过电源电压，该电路包括:一个电容具有一个输入端，用于接收振荡信号，以及一个输出端，用于产生升压后电压的电压倍增器，乘法器作用后引起的升压电压，以一定的速率增加从而超出了电源电压，该速率至少有一部分是由振荡信号的频率决定的；耦合到乘法器的振荡器产生的振荡信号，在第一频率或第二个较低的频率中选择以响应收到的控制信号，第一频率或第二频率使升压电压分别以第一速率和第二速率增加从而超出了电源电压；装置耦合于在场效应晶体管的栅极感测的电压，并做出响应产生控制信号，使得振荡器产生在第一频率下的振荡信号，当栅极电压小于的频率切换电压，振荡器产生在第二频率的振荡信号，此时栅极电压超过频率切换电压；由此当栅极电压超过频率切换电压时，该电路的功率消耗减少。2.根据权利要求1所述的一种微功率门电荷泵的功率场效应管，其特征是:振荡器包括一个电流控制振荡器，该控制信号是一个电流；电压检测装置包括一个电压比较器。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州贝克微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：