CN101009464A - 电荷泵电路和具有该电路的电器设备 - Google Patents

Abstract

在一种电荷泵电路中，根据输出电压改变向电荷转移晶体管馈送时钟信号的转换速率(slew rate)。这种配置有助于减小启动时的突发电流，而不会不适当地降低效率。

Description

电荷泵电路和具有该电路的电器设备

技术领域

本发明涉及一种电荷泵电路，该电荷泵电路根据时钟信号使多个电荷转移晶体管周期性地导通和截止，从而对电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；本发明还涉及一种具有这种电荷泵电路的电器设备。

背景技术

图9是常规电荷泵电路的示例电路图。图中所示的电荷泵电路配置成根据时钟信号CLK(和反相时钟信号CLKB)使多个电荷转移晶体管Q1到Q4周期性地导通和截止，从而对电荷累积电容器C1充电和放电，以从输入电压Vi中产生所需输出电压Vo(≥Vi)。输出电压Vo可以在-Vi≤Vo≤0的范围内任意设定。

下面将具体描述该电路如何输出负电压。为了产生输出电压Vo，首先使晶体管Q1和Q3导通，而使晶体管Q2和Q4保持截止。由于这种开关，输入电压Vi通过晶体管Q1施加到电容器C1的一个端子(点A)；电容器C1的另一个端子通过晶体管Q3接地。这引起对电容器C1充电，直到电容器C1两端的电势差等于输入电压Vi。

在对电容器C1完全充电之后，使晶体管Q1和Q3截止，并使晶体管Q2和Q4导通。由于这种开关，点A通过晶体管Q2接地。这引起点A的电势从输入电压Vi下降到接地电压GND。这里，由于先前对电容器C1的充电，电容器C1的两端存在与输入电压Vi基本上相等的电势差，因此，当点A的电势发生上述下降时，点B的电势从接地电压GND下降到负电压-Vi。这里，点B通过晶体管Q4与输出电压引出端子导通，因此，电容器C1中的电荷移动到输出电容器Co，使输出电压引出端子的电势下降到负电压-Vi。

上述常规电荷泵电路的公认缺点是在启动时出现流入电容器C1的突发电流(见图10)。因此，在上述电荷泵电路中，需要用Q1到Q4之类的高容量晶体管来防止突发电流可能导致的器件击穿和过度发热。这被认为是妨碍芯片面积减小的因素。另一缺点在于需要通过其闩锁(latch-up)特性已受大电流验证的工艺来制造该电荷泵电路。这不必要地限制了对可行制造工艺的选择。另一缺点在于，在诸如硬盘驱动器中的负电源之类的包含高阻抗电源网络的系统中，突发电流的发生导致对目标设备的电源电压不足，使其操作不稳定。

作为这些缺点的解决方案，过去已提出了通过恒定电流电路来防止进入电容器的突发电流的电荷泵电路(例如，见JP-A-2005-057969)。

确实，JP-A-2005-057969公开的常规技术有助于减小启动时发生的突发电流。

但是，不利的是这种常规技术要求除了电荷转移晶体管Q1到Q4之外，还要在通过电荷泵电路的电流路径上提供恒定电流电路。这增大了电路整体的导通状态电阻，导致更低的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电荷泵电路和一种具有所述电荷泵电路的电器设备，所述电荷泵电路能够减小启动时发生的突发电流，而不会降低效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方案，电荷泵电路具有：多个电荷转移晶体管，根据时钟信号周期性地导通和截止；电荷累积电容器，随着电荷转移晶体管导通和截止，对所述电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；转换速率(slew rate)改变器部分，改变向电荷转移晶体管馈送时钟信号的转换速率；以及控制器部分，根据输出电压的电平，控制转换速率改变器部分改变转换速率。这里，当输出电压接近目标电压电平时，控制器部分向转换速率改变器部分发出指令来提高转换速率。

根据本发明另一方案，电荷泵电路具有：多个电荷转移晶体管，根据时钟信号周期性地导通和截止；电荷累积电容器，随着电荷转移晶体管导通和截止，对所述电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；电流镜像电路，包括晶体管对，所述电流镜像电路对流经一个晶体管的恒定电流进行镜像，使另一个晶体管输出镜像电流；以及控制器部分，根据输出电压的电平，控制是否允许驱动电流镜像电路。这里，将连接在电荷累积电容器的一个端子与输入电压施加端子之间的、当对电荷累积电容器充电时进入导通状态的第一电荷转移晶体管用作电流镜像电路的镜像电流输出侧晶体管。此外，控制器部分允许驱动电流镜像电路，直到输出电压达到预定阈值电压，从而根据时钟信号使电流镜像电路周期性地导通和截止，在输出电压已达到预定阈值电压之后，控制器部分禁止电流镜像电路的驱动，从而直接根据时钟信号使第一晶体管导通和截止。

附图说明

图1是作为本发明第一实施例的电荷泵电路的电路图；

图2是示出了改变转换速率的控制示例的图；

图3是作为本发明第二实施例的电荷泵电路的电路图；

图4是作为本发明第三实施例的电荷泵电路的电路图；

图5是作为本发明第四实施例的电荷泵电路的电路图；

图6是示出了改变恒定电流和导通状态电阻的控制示例的图；

图7是作为本发明第五实施例的电荷泵电路的电路图；

图8是作为本发明第六实施例的电荷泵电路的电路图；

图9是常规电荷泵电路示例的电路图；以及

图10是示出了突发电流如何发生的图。

具体实施方式

图1是作为本发明第一实施例的电荷泵电路的电路图(部分是方框图)。

如图所示，本实施例的电荷泵电路包括作为电荷转移晶体管的P沟道场效应晶体管Q1和N沟道场效应晶体管Q2到Q4。电荷泵电路配置成为负电压输出电荷泵电路，根据时钟信号CLK(和反相时钟信号CLKB)使电荷转移晶体管Q1到Q4周期性地导通和截止，从而对电荷累积电容器C1充电和放电，以从输入电压Vi中产生所需输出电压Vo(≥-Vi)。可以通过未示出的反馈电路，在-Vi≤Vo≤0的范围内任意设定输出电压Vo。

时钟信号CLK和反相时钟信号CLKB并非彼此完全反相，而是设置成以彼此不同的定时来移动逻辑电平。这是为了防止将输入电压施加端子和输出电压引出端子短路接地(由于使晶体管Q1和Q2同时导通，或使晶体管Q3和Q4同时导通)。

晶体管Q1的源极与输入电压施加端子相连。晶体管Q1的漏极与电容器C1的一个端子(点A)相连。晶体管Q1的栅极通过转换速率(slew rate)改变器部分1(稍后描述)和驱动器DRV1与时钟信号CLK施加端子相连。因此，晶体管Q1用作根据时钟信号CLK来断开和闭合输入电压Vi施加端子与电容器C1的一个端子(点A)之间的连接路径的开关装置。

晶体管Q2的源极与电容器C1的一个端子(点A)相连。晶体管Q2的漏极与接地端子相连。晶体管Q2的栅极通过转换速率改变器部分1和驱动器DRV2与时钟信号CLK施加端子相连。因此，晶体管Q2用作根据时钟信号CLK来断开和闭合接地端子与电容器C1的一个端子(点A)之间的连接路径的开关装置。

晶体管Q3的源极与接地端子相连。晶体管Q3的漏极与电容器C1的另一个端子(点B)相连。晶体管Q3的栅极通过转换速率改变器部分1和驱动器DRV3与反相时钟信号CLKB施加端子相连。因此，晶体管Q3用作根据反相时钟信号CLKB来断开和闭合接地端子与电容器C1的另一个端子(点B)之间的连接路径的开关装置。

晶体管Q4的漏极与电容器C1的另一个端子(点B)相连。晶体管Q4的源极通过输出电容器Co与接地端子相连，并与输出电压引出端子相连。晶体管Q4的栅极通过转换速率改变器部分1和驱动器DRV4与时钟信号CLK施加端子相连。因此，晶体管Q4用作根据时钟信号CLK来断开和闭合输出电压引出端子与电容器C1的另一个端子(点B)之间的连接路径的开关装置。

现在将具体描述如上配置的电荷泵电路如何输出负电压。为了输出输出电压Vo，首先使晶体管Q1和Q3导通，同时使晶体管Q2和Q4保持截止。由于这种开关，输入电压Vi通过晶体管Q1施加到电容器C1的一个端子(点A)；电容器C1的另一个端子通过晶体管Q3接地。这引起对电容器C1充电，直到电容器C1两端的电势差等于输出电压Vi。

在对电容器C1完全充电之后，使晶体管Q1和Q3截止，并使晶体管Q2和Q4导通。由于这种开关，点A通过晶体管Q2接地。这引起点A的电势从输入电压Vi下降到接地电压GND。这里，由于先前对电容器C1的充电，电容器C1的两端存在与输入电压Vi基本上相等的电势差，因此，当点A的电势发生上述下降时，点B的电势从接地电压GND下降到负电压-Vi。这里，点B通过晶体管Q4与输出电压引出端子导通，因此，电容器C1中的电荷移动到输出电容器Co，使输出电压引出端子的电势下降到负电压-Vi。

这样，本实施例的电荷泵电路通过对电容器C1反复地充电和放电，从输入电压Vi产生所需输出电压Vo(≥-Vi)。

除了电荷转移晶体管Q1到Q4和电容器C1之外，本实施例的电荷泵电路还包括：转换速率改变器部分1，改变向电荷转移晶体管Q1到Q4馈送时钟信号CLK(和反相时钟信号CLKB)的转换速率；以及控制器部分2，根据输出电压Vo的电平来控制转换速率。

转换速率改变器部分1具有与电荷转移晶体管Q1到Q4的各个栅极相连的可变电阻装置，其电阻根据来自控制器部分2的指令而变化。可变电阻装置具有彼此并联的多个串联电路，每个电路包括电阻器和开关，所述开关根据来自控制器部分2的指令而断开和闭合。

更具体地，在驱动器DRV1的输出端子与晶体管Q1的栅极之间彼此并联有包括电阻器R11和开关SW11的第一串联电路、包括电阻器R12和开关SW12的第二串联电路、以及包括电阻器R13和开关SW13的第三串联电路，作为属于转换速率改变器部分1的对应可变电阻装置。

类似地，对于晶体管Q2到Q4，如图所示地连接有电阻器和开关，作为属于转换速率改变器部分1的对应可变电阻装置。具体地，对于晶体管Q2，连接有电阻器R21到R23和开关SW21到SW23，作为对应可变电阻装置；对于晶体管Q3，连接有电阻器R31到R33和开关SW31到SW33，作为对应可变电阻装置；以及对于晶体管Q4，连接有电阻器R41到R43和开关SW41到SW43，作为对应可变电阻装置。

现在，将参考图2和图1，具体描述如上配置的电荷泵电路如何改变转换速率。

图2是示出了改变转换速率的控制示例的图。在图中，符号“CLK”、“Vo”和“i”分别指示时钟信号CLK、输出电压Vo和流入电容器C1的电流i的行为。图2中还一起示出了转换速率改变器部分1的操作状态。

如图2所示，紧接在供电之后，根据来自控制器部分2的指令，使转换速率改变器部分1具有的所有开关中的开关SW11、SW21、SW31和SW41接通，而所有的其他开关保持断开。这使电荷转移晶体管Q1到Q4的栅极电阻最大，使转换速率设定到其最低值。因此，可以有效地减小启动时的突发电流。

因此，采用本实施例的电荷泵电路，无需不必要地增加电荷转移晶体管Q1到Q4的电流容量，这可以减小芯片面积。此外，采用本实施例的电荷泵电路，例如，可以在对于大电流的闩锁特性中确保裕度，这拓宽了对可行的制造工艺的选择范围。此外，在电器设备(例如，硬盘驱动器)中结合本实施例的电荷泵电路作为负电源，有助于增强电器设备在启动时的操作稳定性。

但是，从电荷泵电路的特性方面来看，转换速率应该尽可能地高，从而电荷转移晶体管Q1到Q4的栅极电阻应该在正常操作中保持较低。但是，突然减小电荷转移晶体管Q1到Q4的栅极电阻会引起进入电容器C1的电流i的突然上升，抑制了减小突发电流的重要意义。

为了避免这种情况，在本实施例的电荷泵电路中，当输出电压Vo接近目标电压电平时，控制器部分2向转换速率改变器部分1发出指令，使其提高转换速率。

更具体地，当输出电压Vo下降到第一预定阈值电压Vth1时，控制器部分2指示转换速率改变器部分1使其具有的所有开关中的开关SW11和SW12、SW21和SW22、SW31和SW32、以及SW41和SW42接通，而所有的其他开关断开。当输出电压Vo进一步下降到第一预定阈值电压之下的第二预定阈值电压时，控制器部分2指示转换速率改变器部分1使所有开关闭合。

这样，当监视输出电压Vo的电平时，逐步降低电荷转移晶体管Q1到Q4的栅极电阻，即，逐步提高转换速率。采用这种配置，可以减小通过电荷泵电路的电流的最大值，而不会改变其正常操作时的特性。

采用本发明精神范围之内的多种修改和变化，可以如上所述的实施例之外的方式实现本发明。

例如，如图3所示，可以用二极管D1和D2替代晶体管Q3和Q4(第二实施例)。

可选地使用开关电容器等来实现转换速率改变器部分1中的可变电阻装置。

上述实施例说明了将本发明应用于负电压输出电荷泵电路的情况。但是，本发明可以应用于任何其他配置，例如图4所示的正升压电荷泵电路(第三实施例)。

图5是作为本发明第四实施例的电荷泵电路的电路图(部分是方框图)。

如图所示，本实施例的电荷泵电路包括作为电荷转移晶体管的P沟道场效应晶体管Q1a到Q1c和N沟道场效应晶体管Q2到Q4。电荷泵电路配置成为负电压输出电荷泵电路，根据时钟信号CLK(和反相时钟信号CLKB)使电荷转移晶体管Q1a到Q1c和Q2到Q4周期性地导通和截止，从而对电荷累积电容器C1充电和放电，以从输入电压Vi中产生所需输出电压Vo(≥-Vi)。可以通过未示出的反馈电路，在-Vi≤Vo≤0的范围内任意设定输出电压Vo。

时钟信号CLK和反相时钟信号CLKB并非彼此完全反相，而是设置成以彼此不同的定时来移动逻辑电平。这是为了防止将输入电压施加端子和输出电压引出端子短路接地(由于使晶体管Q1a到Q1c和Q2同时导通，或使晶体管Q3和Q4同时导通)。

晶体管Q1a到Q1c的源极都与输入电压Vi施加端子相连。晶体管Q1a到Q1c的漏极都与电容器C1的一个端子(点A)相连。晶体管Q1a到Q1c的栅极都通过驱动器DRV1与时钟信号CLK施加端子相连。因此，晶体管Q1a到Q1c每个用作根据时钟信号CLK来断开和闭合输入电压Vi施加端子与电容器C1的一个端子(点A)之间的连接路径的开关装置。换言之，将在电容器C1充电时进入导通状态的开关装置划分为彼此并联的晶体管(划分晶体管)Q1a到Q1c。换言之，彼此并联在一起的晶体管Q1a到Q1c构成一个多栅极晶体管。在以下描述中，在适宜时将Q1a到Q1c共同称作晶体管Q1。

这样，在本实施例的电荷泵电路中，晶体管Q1划分为彼此并联的晶体管(划分晶体管)Q1a到Q1c。采用这种配置，根据在电容器C1充电时驱动晶体管Q1a到Q1c中的哪个，可以适当地改变晶体管Q1在电容器C1充电时表现的导通状态电阻。以下将具体描述如何改变晶体管Q1的导通状态电阻。

晶体管Q2的源极与电容器C1的一个端子(点A)相连。晶体管Q2的漏极与接地端子相连。晶体管Q2的栅极通过驱动器DRV2与时钟信号CLK施加端子相连。因此，晶体管Q2用作根据时钟信号CLK来断开和闭合接地端子与电容器C1的一个端子(点A)之间的连接路径的开关装置。

晶体管Q3的源极与接地端子相连。晶体管Q3的漏极与电容器C1的另一个端子(点B)相连。晶体管Q3的栅极通过驱动器DRV3与反相时钟信号CLKB施加端子相连。因此，晶体管Q3用作根据反相时钟信号CLKB来断开和闭合接地端子与电容器C1的另一个端子(点B)之间的连接路径的开关装置。

晶体管Q4的漏极与电容器C1的另一个端子(点B)相连。晶体管Q4的源极通过输出电容器Co与接地端子相连，并与输出电压引出端子相连。晶体管Q4的栅极通过驱动器DRV4与时钟信号CLK施加端子相连。因此，晶体管Q4用作根据时钟信号CLK来断开和闭合输出电压引出端子与电容器C1的另一个端子(点B)之间的连接路径的开关装置。

现在将具体描述如上配置的电荷泵电路如何输出负电压。为了输出输出电压Vo，首先使晶体管Q1和Q3导通，同时使晶体管Q2和Q4保持截止。由于这种开关，输入电压Vi通过晶体管Q1施加到电容器C1的一个端子(点A)；电容器C1的另一个端子(点B)通过晶体管Q3接地。这引起对电容器C1充电，直到电容器C1两端的电势差等于输出电压Vi。

在对电容器C1完全充电之后，使晶体管Q1和Q3截止，并使晶体管Q2和Q4导通。由于这种开关，点A通过晶体管Q2接地。这引起点A的电势从输入电压Vi下降到接地电压GND。这里，由于先前对电容器C1的充电，电容器C1的两端存在与输入电压Vi基本上相等的电势差，因此，当点A的电势发生上述下降时，点B的电势从接地电压GND下降到负电压-Vi。这里，点B通过晶体管Q4与输出电压引出端子导通，因此，电容器C1中的电荷移动到输出电容器Co，使输出电压引出端子的电势下降到负电压-Vi。

这样，本实施例的电荷泵电路通过对电容器C1反复地充电和放电，从输入电压Vi产生所需输出电压Vo(≥-Vi)。

如图所示，在本实施例的电荷泵电路中，向晶体管Q1馈送时钟信号CLK的驱动器DRV1包括P沟道场效应晶体管Q5、恒定电流源I1、控制部分CNT和开关SW1到SW5。

晶体管Q5的源极与输入电压施加端子相连。晶体管Q5的漏极通过恒定电流源I1与接地端子相连。晶体管Q5的栅极与晶体管Q1a的栅极相连。

开关SW1的一个端子与晶体管Q1a和Q5的栅极相连。开关SW1的另一个端子与晶体管Q5的漏极相连。开关SW2的一个端子与输入电压施加端子相连。开关SW2的另一个端子与晶体管Q1a和Q5的栅极相连。开关SW3的一个端子与晶体管Q1a和Q5的栅极相连。开关SW3的另一个端子与接地端子相连。开关SW4的一个端子与晶体管Q1a和Q5的栅极相连。开关SW4的另一个端子与晶体管Q1b的栅极相连。开关SW5的一个端子与晶体管Q1a和Q5的栅极相连。开关SW5的另一个端子与晶体管Q1c的栅极相连。

如上所述，在本实施例中，驱动器DRV1具有电流镜像电路，该电流镜像电路包括一对晶体管Q5和Q1，以对流经晶体管Q5的恒定电流进行镜像，使晶体管Q1输出镜像电流。即，在电荷转移晶体管Q1到Q4中，连接在电荷累积电容器C1的一个端子与输入电压施加端子之间的、在对电荷累积电容器C1充电时进入导通状态的一个晶体管(即晶体管Q1)用作电流镜像电路的镜像电流输出侧晶体管。

采用这种配置，在启动时的恒定电流控制期间(如稍后所述地实现)，除了电荷转移晶体管Q1到Q4之外，通过电荷泵电路的电流路径中没有分离的恒定电流电路。这有助于避免不适当的效率降低，而不会引起电路整体的导通状态电阻的不适当增加。

另一方面，控制部分CNT用于控制是否允许电流镜像电路的驱动(以改变恒定电流)，以及是否改变晶体管Q1的导通状态电阻。

现在，将参考图6和图5，具体描述如上所述配置的电荷泵电路如何改变恒定电流和导通状态电阻。

图6是示出了改变恒定电流和导通状态电阻的控制示例的图。在图中，符号“CLK”、“Vo”和“i”分别指示时钟信号CLK、输出电压Vo和流入电容器C1的电流i的行为。图中还一起示出了开关SW1到SW5分别处于断开还是闭合状态、恒定电流控制是否在操作中、以及晶体管Q1具有什么导通状态电阻。

如图6所示，在从启动直到输出电压Vo达到第一预定阈值电压Vthl的时间段期间，控制部分CNT允许电流镜像电路的驱动，从而使其根据时钟信号CLK周期性地导通和截止。同时，为了最大化晶体管Q1的导通状态电阻，控制部分CNT只允许晶体管Q1a的驱动，并禁止其他晶体管Q1b和Q1c的驱动。

更具体地，在该时间段期间，控制部分CNT保持驱动器DRV1具有的所有开关中的开关SW3到SW5断开，并根据时钟信号CLK，使开关SW1和SW2互补地闭合和断开。

这样，通过电流镜像电路的恒定电流控制，将电容器C1充电期间经由输入电压施加端子流入的电流i限制在预定上限(电流镜像电路的镜像电流)之内。这有效地减小了启动时的突发电流。

因此，采用本实施例的电荷泵电路，无需不必要地增加电荷转移晶体管Q1到Q4的电流容量，这可以减小芯片面积。此外，采用本实施例的电荷泵电路，例如，可以在对于大电流的闩锁特性中确保裕度，这拓宽了对可行的制造工艺的选择范围。此外，在电器设备(例如，硬盘驱动器)中结合本实施例的电荷泵电路作为负电源，有助于增强电器设备在启动时的操作稳定性。

仅通过下述对晶体管Q1的导通状态电阻的控制可以减小启动时的突发电流。但是，晶体管Q1a到Q1c的导通状态电阻含有其制造工艺导致的不同之处，因此，建议不要只依赖于对晶体管Q1的导通状态电阻的控制，而至少在紧接启动之后突发电流发生风险较高时，将对晶体管Q1的导通状态电阻的控制与上述恒定电流控制相组合。

但是，从充分利用晶体管Q1的电流容量的方面来看，最好不要执行上述恒定电流控制。因此，一旦确定突发电流发生风险已下降到特定水平之下，就应该停止恒定电流控制，从而此后只执行对晶体管Q1的导通状态电阻的控制。

由此，在本实施例的电荷泵电路中，在输出电压Vo已达到第一阈值电压Vthl之后，控制部分CNT禁止电流镜像电路的驱动，从而直接根据时钟信号CLK使晶体管Q1导通和截止。这里，在直到输出电压Vo进一步下降到第一阈值电压Vth1之下的第二预定阈值电压Vth2的时间段期间，为了最大化晶体管Q1的导通状态电阻，如前所述，控制部分CNT允许仅驱动晶体管Q1a，并禁止其他晶体管Q1b和Q1c的驱动。

更具体地，在这个时间段期间，控制部分CNT保持驱动器DRV1具有的所有开关中的开关SW1、SW4和SW5断开，并根据时钟信号CLK，使开关SW2和SW3互补地闭合和断开。

这样，一旦突发电流发生风险已下降到特定水平之下，就去除由于恒定电流控制导致的前述限制，这可以充分利用晶体管Q1的电流容量。

从电荷泵电路的特性方面来看，晶体管Q1的导通状态电阻应该尽可能地低。因此，在正常操作中，晶体管Q1的导通状态电阻应该保持较低。但是，突然减小晶体管Q1的导通状态电阻会引起进入电容器C1的电流i的突然上升，抑制了减小突发电流的重要意义。

为了避免这种情况，在本实施例的电荷泵电路中，当输出电压Vo接近目标电压电平时，控制器部分2分别控制是否允许驱动晶体管Q1a到Q1c，从而增加晶体管Q1a到Q1c中被驱动的晶体管的数目，并因此降低晶体管Q1的导通状态电阻。

更具体地，当输出电压Vo下降到第二阈值电压Vth2时，控制器部分2使开关SW4闭合，此后，当输出电压Vo进一步下降到低于第二阈值电压Vth2的第三阈值电压Vth3时，控制器部分2使开关SW5闭合。

这样，当监视输出电压Vo的电平时，逐步增加被驱动的晶体管Q1a到Q1c的数目，即，逐步减小晶体管Q1的导通状态电阻。采用这种配置，可以减小通过电荷泵电路的电流的最大值，而不会改变其正常操作时的特性。

采用本发明精神范围之内的多种修改和变化，可以如上所述的实施例之外的方式实现本发明。

例如，如图7所示，可以用二极管D1和D2替代晶体管Q3和Q4(第五实施例)。

上述实施例说明了将本发明应用于负电压输出电荷泵电路的情况。但是，本发明可以应用于任何其他配置，例如图8所示的正升压电荷泵电路(第六实施例)。

如上所述，采用根据本发明的电荷泵电路，可以减小启动时的突发电流，并可以在不降低效率的情况下实现。因此，无需不必要地增加电荷转移晶体管的电流容量，这可以减小芯片面积。此外，采用根据本发明的电荷泵电路，例如，可以在对于大电流的闩锁特性确保裕度，这拓宽了对可行的制造工艺的选择范围。此外，在电器设备(例如，硬盘驱动器)中结合本实施例的电荷泵电路作为负电源，有助于增强电器设备在启动时的操作稳定性。

因此，证明了本发明可用于防止电荷泵电路中的突发电流。

Claims (10)

1.一种电荷泵电路，包括：

多个电荷转移晶体管，根据时钟信号周期性地导通和截止；

电荷累积电容器，当使电荷转移晶体管导通和截止时，对所述电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；

转换速率改变器部分，用于改变向电荷转移晶体管馈送时钟信号的转换速率；以及

控制器部分，用于根据输出电压的电平，控制转换速率改变器部分改变转换速率，

其中，随着输出电压接近目标电压电平，控制器部分向转换速率改变器部分发出指令来提高转换速率。

2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，

其中转换速率改变器部分具有与每个电荷转移晶体管的时钟信号输入端子相连的可变电阻部分，所述可变电阻部分的电阻根据来自控制器部分的指令而改变。

3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，

其中可变电阻部分具有彼此并联的多个串联电路，每个串联电路包括电阻器和开关，根据来自控制器部分的指令使所述开关断开和闭合。

4.一种电荷泵电路，包括：

多个电荷转移晶体管，根据时钟信号周期性地导通和截止；

电荷累积电容器，当使电荷转移晶体管导通和截止时，对所述电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；

电流镜像电路，包括晶体管对，所述电流镜像电路对流经一个晶体管的恒定电流进行镜像，使另一个晶体管输出镜像电流；以及

控制器部分，根据输出电压的电平，控制是否允许电流镜像电路的驱动，

其中将连接在电荷累积电容器的一个端子与输入电压施加端子之间的、当对电荷累积电容器充电时导通的第一电荷转移晶体管用作电流镜像电路的镜像电流输出侧晶体管，以及

其中控制器部分允许电流镜像电路的驱动，直到输出电压达到预定阈值电压，从而根据时钟信号使电流镜像电路周期性地导通和截止，并且在输出电压已达到预定阈值电压之后，控制器部分禁止电流镜像电路的驱动，从而直接根据时钟信号使第一晶体管导通和截止。

5.根据权利要求4所述的电荷泵电路，

其中将第一晶体管划分为彼此并联的多个划分晶体管，以及在输出电压已达到预定阈值电压之后，随着输出电压接近目标电压电平，控制器部分不但控制是否允许电流镜像电路的驱动，而且控制是否单独允许划分晶体管的驱动，以增加划分晶体管的驱动数目。

6.一种电器设备，包括电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：

多个电荷转移晶体管，根据时钟信号周期性地导通和截止；

电荷累积电容器，当使电荷转移晶体管导通和截止时，对所述电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；

转换速率改变器部分，用于改变向电荷转移晶体管馈送时钟信号的转换速率；以及

控制器部分，用于根据输出电压的电平，控制转换速率改变器部分改变转换速率，

其中，随着输出电压接近目标电压电平，控制器部分向转换速率改变器部分发出指令来提高转换速率。

7.根据权利要求6所述的电器设备，

其中转换速率改变器部分具有与每个电荷转移晶体管的时钟信号输入端子相连的可变电阻部分，所述可变电阻部分的电阻根据来自控制器部分的指令而改变。

8.根据权利要求7所述的电器设备，

其中可变电阻部分具有彼此并联的多个串联电路，每个串联电路包括电阻器和开关，根据来自控制器部分的指令使所述开关断开和闭合。

9.一种电器设备，包括电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：

多个电荷转移晶体管，根据时钟信号周期性地导通和截止；

电荷累积电容器，当使电荷转移晶体管导通和截止时，对所述电荷累积电容器充电和放电，以从输入电压中产生所需输出电压；

电流镜像电路，包括晶体管对，所述电流镜像电路对流经一个晶体管的恒定电流进行镜像，使另一个晶体管输出镜像电流；以及

控制器部分，根据输出电压的电平，控制是否允许电流镜像电路的驱动，

其中将连接在电荷累积电容器的一个端子与输入电压施加端子之间的、当对电荷累积电容器充电时导通的第一电荷转移晶体管用作电流镜像电路的镜像电流输出侧晶体管，以及

其中控制器部分允许电流镜像电路的驱动，直到输出电压达到预定阈值电压，从而根据时钟信号使电流镜像电路周期性地导通和截止，并且在输出电压已达到预定阈值电压之后，控制器部分禁止电流镜像电路的驱动，从而直接根据时钟信号使第一晶体管导通和截止。

10.根据权利要求9所述的电器设备，

其中将第一晶体管划分为彼此并联的多个划分晶体管，以及在输出电压已达到预定阈值电压之后，随着输出电压接近目标电压电平，控制器部分不但控制是否允许电流镜像电路的驱动，而且控制是否单独允许划分晶体管的驱动，以增加划分晶体管的驱动数目。

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