[发明专利]一种电荷泵控制电路

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电源芯片技术领域，具体涉及一种开关电容式电荷泵环路控制电路。

背景技术

随着电子便携式产品的飞速发展，电源管理芯片的需求量也急剧增加。电荷泵利用电容实现电荷和能量的转移，从而具备无电感元件、无电磁干扰、成本低、高效率等优点，因此这类电源管理芯片在手持电子设备中倍受欢迎。

目前，电荷泵主要有两种控制模式，一种是跳周期控制模式；另一种是线性调节控制模式。在跳周期模式下，首先根据电源电压值选定好合适的增益模式后，当输出电压大于预定值V_o时，输出电压经电阻分压与基准电压相比较，使比较器输出高电平，经逻辑控制电路产生相应的控制信号关断电荷泵；当下降到低于V_o时，比较器输出低电平，通过逻辑控制电路电荷泵开启。由于反馈回路存在延时，在跳周期模式下电荷泵不能在单周期内响应各开关的关断和开启。如果电荷泵关断N个周期后才开启电容C_L上的电荷，在此时间内负载电容流出电荷为NI_oT，那么输出电压的纹波的峰峰值就是：

式中N的值和比较器、逻辑电路的延时有关，当它们的延时越大，N越大，输出电压纹波V_p-p越大；同时当电荷泵的输出电流I_o越大，输出电压纹波Vp-p越大，输出纹波过大是跳周期的主要缺陷。专利200510090891.5提出的电荷泵控制电路就是上述的跳周期模式，其无法克服纹波较大的缺陷。

在线性调节模式下，其反馈网络由电阻R₁、R₂、运算放大器amp和PMOS管MP组成。当输出电压大于预定值V_o时，运算放大器的正输入端电位抬高，MOS管MP的栅电位也随之抬高，MP的导通电阻增加。电源向电荷泵充入的电量减少，减少驱动电流使输出电压下降。由于线性调节模式是通过调节MP的导通电阻来稳定输出电压，并没有关断电荷泵，因此这种模式下的电压输出在每个周期均响应控制信号，从而使纹波较小。

    在′1增益模式下，线性调节模式下的电荷泵电路类似于LDO，输出电压纹波很低。在′1.5/′2增益模式下，电荷泵在时钟第一相位内接受电荷，在时钟第二相位对负载提供电荷。负载电容电压的最大值出现在时钟第二相位的结束时刻，最小值出现在时钟第一相位结束时刻，因此可以推算出其纹波大小如下：

对比跳周期和线性调节两种控制模式，可以发现线性调节模式的输出电压纹波明显小于跳周期的输出电压纹波。但由于线性调节模式下增加了PMOS管MP，在输出最大400mA恒流电流的情况下，PMOS管的宽长比达到10⁶:1量级，而且由于MP的导通电阻，为获得跳周期模式下相同的驱动能力，就必须减少其它开关管的导通电阻，这样就不可避免的要增加其它开关管的宽长比，因此线性调节模式的版图面积需要大幅增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是跳周期模式纹波较大和线性调节模式的版图面积较大的缺陷。为解决所述问题，本发明提出如下的技术方案：该电荷泵控制电路包括电源检测电路、逻辑控制电路、电荷泵模块、振荡器、比较器、运算放大器amp、分压电阻R₁与R₂及负载电容C_L，其中，所述电源检测电路将电源分为低于2.7V、2.7V~4.6V、大于4.6V三个范围，电源检测电路检测出电源电压在某个范围之内后以数字信号的形式，将信息输入到逻辑控制模块，并以此确定电荷泵的增益模式，以得到最大的效率；所述比较器为COMP1和COMP2两个比较器，两者的负输入端连接运算放大器amp的输出端，两者的正输入端分别输入两个不同相位的锯齿波。

 

作为上述方案的优选方案，所述的电荷泵控制电路的特征在于所述振荡器占空比为50%，振荡器的高低电平信号以数字的形式输入到逻辑控制电路。

电荷泵控制电路的特征在于输出电压V_o经分压电阻R₁和R₂输入运算放大器amp的负输入端。

电荷泵控制电路的特征在于所述逻辑控制模块将电源检测信号、振荡器信号、比较器COMP1和COMP2信号，逻辑组合后输入到电荷泵模块，控制电荷泵模块中功率管的开启和关断。

电荷泵控制电路的特征在于所述电荷泵模块根据逻辑控制模块的输出而选择相应的增益模式，并控制相应功率管的开启和关断，从而实现输出电压的恒定。具体来说