[发明专利]功率电荷泵

说明书

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及一种功率电荷泵。

背景技术

基于开关电容的电荷泵电路被广泛应用于电压转换电路中，可以实现较高的电压转换效率。现有技术中的功率电荷泵，一般采用一个输入电压，产生比输入高的输出电压或者比输出低的输出电压，其效率高于线性调压器。

相比基于电感的直流-直流转换器相比，功率电荷泵无需体积较大的电感，其更适用于PCB空间较小的应用，且成本较低。对于理想的开关来说，其能量损耗可被忽略，在这种情况下，可以认为功率电荷泵电路的效率为100%。但功率电荷泵电路只能以某些固定的倍率转换电压时，其理想功率为100%。然而这样的固定倍率是有限的几种。现有技术中，对于仅采用两个飞电容(flying capacitor)的应用中，针对同一个输入电压源，可以产生的VO/VIN（其中VO为输出电压，VIN为输入电压）的倍率有：3倍、2倍、3/2倍、4/3倍、1倍、2/3倍、1/2倍、1/3倍。对于仅采用一个飞电容(flying capacitor)应用，现有技术中存在的VO/VIN倍率有：2倍、1倍、1/2倍。

采用增加飞电容的个数的方式，可以产生更多可能的倍率，但成本随之增加。增加更多可能的倍率，有利于优化功率电荷泵的实际工作效率。例如，输入电压为3.3V，输出电压目标值为1.7V，对于仅一个飞电容情形，只能采用1倍模式，产生3.3V电压，然后通过线性调压技术(线性调压技术只能降低电压)降为1.7V，其理想情况下的效率为1.7V/3.3V=51.5%。对于采用两个飞电容情形，则可以采用2/3倍模式，产生2.2V电压，然后通过线性调压技术降为1.7V，其理想情况下的效率为1.7V/2.2V=77.3%，这样就改善了效率。当输入电压在一定范围内变化时（例如电池供电时，随着电池放电或充电，其电压会不断变化），更多倍率模式有助于优化不同输入电压下的工作效率。飞电容越多，有助产生更多倍率模式，但成本更高。如何以较少的飞电容，产生更多可能的倍率，是本发明亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率电荷泵，以提高功率电荷泵中飞电容的利用效率。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种功率电荷泵，所述功率电荷泵包括一输出电容、至少一飞电容、第一电压源和第二电压源、以及第一组时钟开关和第二组时钟开关，所述第一、第二时钟开关各自包含至少两个时钟开关，所述第一组时钟开关和第二组时钟开关的导通时间不重叠；

所述第一组时钟开关导通时，控制所述至少一飞电容产生所述第一电压源的第一电压和第二电压源的第二电压之差的第三电压；

所述第二组时钟开关导通时，控制所述输出电容产生与第三电压成比例的输出电压。

基于第一方面，在第一种可能的实施方式中，所述功率电荷泵包含一个飞电容，所述第一组时钟开关包括第一时钟开关和第二时钟开关，所述第二组时钟开关包括第三时钟开关和第四时钟开关。

基于第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述第一时钟开关连接所述第一电压源的正极和所述飞电容的第一端，所述第二时钟开关连接所述飞电容的第二端和所述第二电压源的正极，所述第三时钟开关连接所述飞电容的第一段和所述输出电容的第一端，所述第四时钟开关连接所述飞电容的第二端、所述输出电容的第二端以及所述第一、第二电压源的负极。

基于第一方面，在第三种可能的实施方式中，所述功率电荷泵包含第一飞电容和第二飞电容，所述第一组时钟开关包括第一时钟开关、第二时钟开关和第五时钟开关，所述第二组时钟开关包括第三时钟开关、第四时钟开关、第六时钟开关以及第七时钟开关。

基于第一方面的第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述第一时钟开关连接所述第一电压源的正极和所述第一飞电容的第一端，所述第二时钟开关连接所述第二飞电容的第二端和所述第二电压源的正极，所述第三时钟开关连接所述第一飞电容的第一端和所述输出电容的第一端，所述第四时钟开关连接所述第二飞电容的第二端、所述输出电容的第二端以及所述第一、第二电压源的负极，所述第五时钟开关连接所述第一飞电容的第二端和所述第二飞电容的第一端，所述第六时钟开关连接所述第一飞电容的第二端、所述输出电容的第二端以及所述第一、第二电压源的负极；所述第七时钟开关连接所述第二飞电容的第一端和所述输出电容的第一端。

基于以上的任意一种可能的实施方式，所述第一电压源为电池，所述第二电压源为电路中的直流-直流转换器或线性调压器。