[发明专利]具有个体化切换控制的电荷泵

说明书

本发明题为“具有个体化切换控制的电荷泵”。本发明公开了用于DC电压转换的电路、方法和系统。描述了一种电荷泵电路，其包括输入开关和输出开关，该输入开关和输出开关由不同时钟信号单独控制，以交替地将储能电容器耦接到输入端和输出端。个体化的切换控制允许使用具有无重叠转变的时钟信号来提高转换效率。另外，输入开关由相对于输入电压电平移位的时钟信号控制。电平移位的切换控制还提高了效率，并允许适应输入电压的范围以进行DC电压转换。

技术领域

本公开涉及电压转换器，并且更具体地，涉及具有个体化切换控制的电荷泵电路。

背景技术

电荷泵通常可以用于将输入端处的直流(DC)电压提升(例如，加倍)到输出端处的更高DC电压。电荷泵可以通过交替地在用于接收能量的输入和低时钟信号之间配置电容器以及在用于提供能量的高时钟信号和输出之间配置电容器来实现这种升压。电荷泵可以包括以互补方式操作的两个对称部分。特别地，在第一部分接收能量(即充电)的同时，第二部分提供能量(即放电)，反之亦然。这样，输出端处的最终结果是比输入端处高的DC电压，并且来自切换的任何噪声(例如尖峰)可以被输出端处的电容器抑制。

在电荷泵中的切换可以使用二极管来完成，但是随着电压降低，这些器件的功率转换效率(即效率)越来越差，因为二极管两端的电压降变得越来越与电荷泵的输入电压相当。另外，在一些电荷泵电路拓扑中，电荷泵的效率在切换期间受到电流串扰的影响。因此，需要新的电荷泵电路来提供高效的操作，尤其是在低电压状态下。

发明内容

因此，在一个方面，本公开描述了电荷泵电路。该电荷泵电路包括两个对称部分：第一部分和第二部分。第一部分包括第一储能电容器。第一部分还包括第一输出晶体管，其由泵出时钟控制，以将第一储能电容器耦接到电荷泵的输出端和从电荷泵的输出端解耦。第一部分还包括第一输入晶体管，其可配置为将第一储能电容器耦接到电荷泵的输入端和从电荷泵的输入端解耦。第一部分还包括第一调节电路，其耦接在泵入时钟和第一输入晶体管的栅极之间。第一调节电路将泵入时钟电平移位到相对于电荷泵电路的输入电压的电压。电荷泵电路的第二部分是对称的(即，包括以与第一部分相同的方式布置的相同元件)，并且操作是互补的(即，基于反相时钟信号)。

在一个可能的实施方案中，每个部分的输入和输出晶体管各自由不同的时钟信号单独驱动，并且不同的时钟信号被配置为使得没有时钟转变在时间上重叠。

在另一方面，本公开描述了用于转换DC电压的系统。该系统包括第一电荷泵电路，该第一电荷泵电路包括两个对称部分(即，第一部分和第二部分)。每个对称部分包括耦接在输入开关和输出开关之间的储能电容器。输入开关和输出开关由不同的时钟信号单独控制，以交替地将储能电容器耦接到输入端和输出端。每个对称部分还包括调节电路。对于每个对称部分，调节电路将控制输入开关的时钟信号电平移位到相对于输入端处的电压的电压。

在至少一个可能的实施方案中，该系统包括与第一电荷泵电路串联连接的至少一个附加电荷泵电路，以将第一电荷泵电路的输入端处的DC电压转换到更高的电压。例如，如果第一和第二电荷泵电路各自将输入电压加倍，则包括串联连接的第一和第二电荷泵电路的系统提供四倍于输入DC电压的输出DC电压。

在另一方面，本公开描述了用于控制DC-DC转换器中的切换的方法。该方法包括接收泵出时钟信号，以及根据泵出时钟信号控制输出开关以将储能电容器耦接到输出端。该方法还包括接收泵入时钟信号。泵入时钟信号被电平移位到相对于输入电压(即，DC-DC转换器的输入端的电压)的电压，并用于控制输入开关以将储能电容器耦接到输入端。

在以下具体实施方式及其附图内进一步解释了前述说明性发明内容，以及本公开的其他示例性目标和/或优点、以及实现方式。

附图说明

图1A示意性地描绘了处于第一相位的交叉耦接切换电容器电荷泵。

图1B示意性地描绘了处于第二相位的交叉耦接切换电容器电荷泵。