[发明专利]一种闭环控制电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及功率转换电路，特别是涉及一种用于升高电压的闭环控制电荷泵 电路。

背景技术

电源是便携式电子设备的必备部分，通常电池是作为便携式电子设备的供 电电源的主要形式。但是，随着技术的发展，设备中元件日益多样，而各种不 同元件对于供电电压的需求往往不尽相同，因此，单凭电池本身无法满足供电 需求，这就需要功率变换器来提供各种不同的输出电压或电流。而电荷泵电路 是功率变换器中应用最广的形式之一，尤其是用于提升供电电压。例如，在 EPROM或者快闪存储器(Flash)的写入/擦除系统、液晶显示器(LCD)系统 以及驱动模拟开关系统等需要提供高于电源电压的场合，电荷泵电路都有着广 泛的应用。

电荷泵的基本思想是通过电容对电荷的积累效应而产生高电势，首先贮存 能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压，这种电荷泵也称为 开关电容式电压变换器，其利用电容的充放电来实现电压的转换，通过输入时 序信号控制输入回路和输出回路轮流导通，通过调节时序信号的频率来控制输 出功率。

常用的Dickson电荷泵的基本原理如图1A、1B所示，其包括N+1“级” (stage)，每一级用于实现一定数值的增压。单向二极管D(i)保证电荷只能 单向流动，各个充电电容C(i)的一端连接在二极管D(i)和D(i+1)之间， 另一端则通过反相器I(i)连接到时钟信号CLK1、CLK2，用于根据时钟信号 CLK1、CLK2进行电荷的存储与释放。其中，i＝1，2，...，N，时钟信号CLK1、 CLK2互为相反，反相器I(i)可以提高电荷泵的性能但并非必需。关于上述 Dickson电荷泵的稳态和动态性能分析可以参见文献a：Toru Tanzawa，Tomoharu Tanaka，“A DynamicAnalysis of the Dickson Charge Pump Circuit”，IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL.32，NO.8，pp1231-1240， AUGUST 1997。

由于实际应用中，被供电元件的工作功率并非恒定，因此，如果电荷泵始 终工作在同一状态，在负载电流减小时，输出端会出现电压“纹波”，同时也 会造成能量的浪费。

为解决这些问题，现有技术所采用的方式是引入电荷泵控制电路。例如现 有技术的一种电荷泵控制装置和方法是在电荷泵之前的电路中，包括一高频振 荡器以及一低频振荡器，分别用于输出不同频率的时钟信号；以及一电压检测 器，连接并检测电路电压，以及连接控制一频率选择开关；所述频率选择开关 用于在所述高频振荡器与低频振荡器之间选择。这种控制方法需两个振荡器， 且只能实现两种控制频率，无法满足对于电荷泵输出功率更精确的控制。

发明内容

本发明的目的在于解决电荷泵的输出功率控制问题，克服现有电荷泵电路 输出功率跟随性差的缺点，电荷泵供电能力与负载实际所需的驱动能力保持一 致，提供一种能动态调节电荷泵的输出功率的电荷泵控制电路。

为此，本发明提供的一种闭环控制电荷泵电路，包括基本电荷泵电路与控 制回路，其中，所述控制回路包括依次连接的下述电路：

采样电路，其连接到基本电荷泵的电压输出端，用于对其电压值Vout进行 采样，并按预定函数映射关系f生成与电压值Vout相应的采样电压值V1；

比较器，用于将电压值V1与预定参考电压Vref进行比较，并输出比较结 果V2；

振荡控制电路，接收所述比较结果V2，并根据V2值生成控制信号Ctrl；

振荡器，其振荡频率受所述控制信号Ctrl控制连续变化，并将振荡频率输 出作为所述基本电荷泵的工作频率；

电荷泄放支路，其一端连接电荷泵的电压输出端，另一端接地，用于释放 电压输出端的电荷，且其受所述比较结果V2的控制而导通或关断。

较佳地，所述比较器和所述振荡控制电路之间还连接一滤波电路，用于滤 除所述比较结果V2值的纹波。