[发明专利]一种高效率电荷泵

说明书

【技术领域】

本发明涉及电压转换的技术领域，特别涉及一种高效率电荷泵。

【背景技术】

在一个系统中，通常会包括不同功能的IC(集成电路)，有些IC会需要一个比外部电源更高的电压才能正常工作，因此，通常系统会使用电荷泵电路来将外部电源的电压提升至这些IC需要的电压，以使这些IC能够正常工作。

请参考图1所示，其为一种传统电荷泵电路的电路示意图，其包括倍压电路110和电压稳压器120。倍压电路110包括开关SW1、SW2、SW3和SW4，电容C1和电容C2，具体连接方式如图1所示。

请参考图2所示，其为图1中倍压电路110各开关的时序图，其中，高电平表示开关导通，低电平表示开关关断。在stage1中，开关SW1和SW2导通，开关SW3和SW4关断，外部电源VDD对电容C1充电，等电容C1的正端电压被冲至等于外部电源VDD的电压时，对电容C1的充电完成；然后进入stage2，此时，开关SW1和SW2关断，并且开关SW4先导通，然后开关SW3再导通，此时，电容C1的正端电压等于2*VDD(VDD为外部电源VDD的电压值)，并且会充电至电容C2，其实是电容C1和C2进行电荷分配；stage1+stage2为一个充电周期，等经过若干次充电周期后，最终，电容C2的正端电压会达到2*VDD。此即为倍压电路110的工作模式。

接着，可以由倍压电路110得到的2*VDD的电压作为后级电压稳压器120的电源VP。电压稳压器120包括运算放大器OP2，电阻R4和R5，电容C3，具体连接关系如图1所示。稳压器120的输出电压VOUT＝VREF/R5*(R4+R5)，其中，VREF为运算放大器OP2的正向输入端连接的参考电压VREF的电压值，R4为电阻R4的电阻值，R5为电阻R5的电阻值。可见，通过调整电阻R4和电阻R5的比值即可得到我们最终需要的输出电压VOUT，其中，输出电压VOUT的电压范围是0～VDD*2，从而通过图1所示的电荷泵，我们可以得到低于VDD*2的任意电压。

图1所示的传统电荷泵称为稳压式电荷泵，稳压式电荷泵因为电压稳压器110的存在，导致其工作效率最高只能达到VOUT/(VDD*2)*100％，这是由电压稳压器的特性决定的。这样对于一些电池作为外部电源应用的情况，就会缩短电池的使用寿命。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种高效率电荷泵，其不需要经过电压转换器即可在输出端得到目标电压，从而提高电荷泵的工作效率，进而达到延长电池寿命的目的。

为了解决上述问题，本发明提供一种高效率电荷泵，其包括电压源、倍压电路、电压差产生电路和驱动模块。所述倍压电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电容和第二电容，其中，第一开关管、第三开关和第二电容依次串联于所述倍压电路的第一电源端和地节点之间；第四开关和第二开关依次串联于所述倍压电路的第二电源端和地节点之间；第一电容的正端与第一开关和第三开关之间的连接节点相连，其负端与第二开关和第四开关之间的连接节点相连；第三开关和第二电容之间的连接节点作为所述倍压电路的输出端与高效率电荷泵的输出端相连；所述倍压电路的第一电源端与电压源相连。所述电压差产生电路基于电压源产生并输出差值电压给所述倍压电路的第二电源端，所述驱动模块输出驱动信号以控制各个开关的导通或者关断，其中，在控制第一开关和第二开关导通时，控制第三开关和第四开关关断；在控制第一开关和和第二开关关断时，先控制第四开关导通，再控制第三开关导通。

进一步的，所述驱动信号包括第一驱动信号、第二驱动信号和第三驱动信号，其中，第一驱动信号与第一开关和第二开关的控制端相连，以控制第一开关和第二开关的导通或者关断；所述第二驱动信号与第四开关的控制端相连，以控制第四开关的导通或者关断，所述第三驱动信号与第三开关的控制端相连，以控制第三开关的导通或者关断。

进一步的，所述电压差产生电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器。所述运算放大器的正向输入端与参考电压相连，其负向输入端经第二电阻与地节点相连，其输出端与所述电压差产生电路的输出端相连；所述第一电阻和第三电阻依次串联于所述电压源和所述电压差产生电路的输出端之间，所述第一电阻和第三电阻之间的连接节点与所述运算放大器的负向输入端相连；所述电压差产生电路的输出端与所述倍压电路的第二电源端相连。