[发明专利]电荷泵

说明书

本发明涉及利用电容来提升电压的电荷泵电路，更具体地说，涉及易于进行开关控制的电荷泵电路。

诸如日本专利公开第Hei5-244766号中所公开的利用电容和开关来提升电压的电荷泵电路是众所周知的。

图1是描述这种电荷泵的电路图，其中，电源电压(+VCC)加到端子(10)。电容器C1和C2被该电源电压充电。开关S1、S2、S3、和S4按照控制信号PA和PD而断开和闭合、从而控制电容器C1和C2的充电和放电。控制信号PA和PD是由包括振荡器(16)、除法器(20)以及反相器(18)和(22)的控制电路(14)产生的。

图2(A)、(B)、(C)和(D)描述开关S1、S2、S3、和S4的断开和闭合状态。这里，所述开关断开时处在“H”状态，而闭合时处在“L”状态。

在时间T1，如图中所描述的，开关S1和S4处在断开-闭合状态。这时，电容器C1被来自端子(10)的电源电压(+VCC)充电。电容器C2已经早一个周期被+2VCC充电。

接着，开关S1和S4处在时间t2所描述的断开-闭合状态，这时，电容器C1和C2的再充电电压的和在电容器C2的正端产生+3VCC的电压。

此外，开关S1和S4接着处在时间t3所描述的断开-闭合状态。这时，电容器C1的正端的电压是+2VCC。因此，电容器C2被充电到+2VCC。

接着，开关S1和S4处在时间t4所描述的断开-闭合状态。这时，电容器C2的正端的电压是+4VCC，并且，电容器C0的正端的电压电容器C2的正端的电压是+4VCC，并且，电容器C0的正端的电压是+4VCC。

结果，电容器C1的正端和负端电压具有图2(E)中所示的状态，电容器C2的正端和负端电压具有图2(F)中所示的状态以及电容器C0的正端电压具有图2(G)中所示的状态。

因此，可以利用图1中的电路按照倍数4增加电源电压(+VCC)。

但是，图1的电路存在开关S1和S4的断开-闭合操作复杂的缺点。在图1的电路中，加到电容器C1的控制信号(PA，PB)的频率是加到电容器C2的控制信号(PC，PD)的频率的一半，如图2(A)-(D)所示，因此，对于开关S1和S2的每次动作，开关S3和S4的断开-闭合动作必须进行两次。结果，不但开关操作是复杂的，而且存在附加的问题：图1中所示的控制电路(14)还需要振荡器(16)和除法器(20)，这需要大大地增加元件的数目。

因此，已经提出了对于这样一种装置的需求，这种装置在把电源电压(+VCC)倍增4倍时能够方便地控制用来操作电容器充电-放电的开关。

因此，本发明的目的是提供一种需要比较少的开关操作次数的电荷泵。

本发明还有一个目的是提供一种能够用少量元件进行控制的电荷泵。

此外，本发明还有一个目的是提供一种具有高的电压提升效率的电荷泵。

本发明的电荷泵至少有两个电容器。在把第一电容器的正端连接到电源并且对该电容器进行再充电之后，通过把该电容器的负端连接到电源而获得两倍于电源电压的电压。用相同的方法连接下一个电容器，从第一电容器获得的电压被加倍，从而获得4倍于电源电压的电压。

为了达到这些目的，本发明的电荷泵包括：

第一电容器，其中一个电极经整流元件连接到电压源，而另一个电极经由第一开关连接到基准电位并且还经由第二开关连接到所述电压源。

第二电容器，其中一个电极经整流元件连接到第一电容器的各电极中的一个，而另一个电极经由第三开关连接到基准电位并且还经由第四开关连接到第一电容器的所述电极。

控制电路，用来使第一和第二开关以指定的周期、互补的形式重复地轮流接通和断开、从而控制第一电容器的充电和放电，并且，用来使第三和第四开关以指定的周期、互补的形式重复地轮流接通和断开、从而控制第二电容器的充电和放电。

当第二开关断开时，第三和第四开关保持固定的状态，并且

当第二开关接通时，第三和第四开关以互补的形式接通和断开。

结果，不再需要使第三和第四开关的接通/断开周期大于第一和第二开关的接通/断开周期。

因此，简化了所述开关操作，并且，能够用少量元件来控制所述开关操作。

此外，所述电荷泵可以包括：锯齿波发生器，用来产生控制所述各开关的开关过程的控制信号；两个比较器，用来将来自锯齿波发生器的输出信号与第一和第二基准电压相比较。在这种配置的情况下，不需要高频振荡器和除法器等等，从而减少了元件的数目。