CN102217178A

CN102217178A - 一种具有电荷泵电路的电源

Info

Publication number: CN102217178A
Application number: CN2009801336267A
Authority: CN
Inventors: G·彼得里迪斯
Original assignee: Flextronics International Kft
Current assignee: Flextronics International Kft
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: WO2010023080A1; US8644040B2; JP5547193B2; US20110248776A1; DE102008046324A1; JP2012501158A; EP2319165A1; EP2319165B1; CN102217178B

Abstract

为了改进包括电压源和由该电压源供电以在输出端生成输出电压的电荷泵电路的电源，该电源包括并行运行的两个通路，每一通路具有电荷泵电路，且该通路交替地给所述输出端供电。

Description

一种具有电荷泵电路的电源

技术领域

本发明涉及一种电源，该电源包括电压源和由该电压源供电以在输出端生成输出电压的电荷泵电路。

背景技术

然而，这种具有电荷泵电路的电源是公知的，这些电源以有限的效率运行。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进具有电荷泵电路的电源，使得它能够更加高效地工作。

根据本发明，通过上述类型的电源而实现了该目的，所述电源包括两个并行运行的通路(channel)，每一通路具有电荷泵电路，该两个通路交替地给所述输出端供电。

从经济型电源的简单实现中，可以看出该解决方案的优势。

当所述电荷泵电路包括两个时钟状态，且一个通路的电荷泵电路总是处于时钟状态之一而另一个通路的电荷泵电路处于另一时钟状态时，这种电源工作起来效率特别高。

在两个通路的电荷泵电路运行期间，所述电荷泵电路优选时钟同步，因而他们可以同步地改变时钟状态。

这可以通过一个时钟生成器来对两个通路的电荷泵电路进行时钟控制而很方便地实现。

具体而言，根据上述内容并结合初次描述的本发明电源的各种实施例，配置电荷泵电路。

根据本发明，对于针对上述目的实施方式而言，通过电荷泵电路通过电压源来给第一电荷泵电容充电、并通过第一电荷泵电容和电压源的串联连接来给第二电荷泵电容充电，可选择性地或附带实现上述目的。

可看出该解决方案的优势在于：与电压供应所能够提供的输出电压相比，两个电荷泵电容能容易地生成更高的输出电压。

在此过程中，特别有利的是：如果电荷泵电路通过第二电荷泵电容和电压源的串联连接来提供输出，可获得总计达电压源的供电电压三倍的输出电压。

特别是，此高输出电压还允许电荷泵电容以简单方式和有限尺寸提供明显大的输出功率。

关于电荷泵电路的功能，之前未给出更多细节。

因而，对于电荷泵电路而言，有利的解决方案为，该电荷泵电路包括两个时钟状态，并在该时钟状态之一提供输出功率。

有利的是，两个时钟状态因此呈现出相同的时钟周期。

对于电荷泵电路而言，特别有利的解决方案为，在第一时钟状态，给第一电荷泵电容充电，并通过第二电荷泵电容和电压源的串联连接来生成输出电压；以及在第二时钟状态，通过电压源和第一电荷泵电容的串联连接来给第二电荷泵电容充电。

通过由电荷泵电路通过电压源经由与反向(inverted)第一电荷泵电容进行接地侧串联连接(ground-side series connection)而给第二电荷泵电容充电，可特别有效地实现在第二时钟状态给第二电荷泵电容充电。

通过由电荷泵电路利用两个开关将第一电荷泵电容的第一连接点的推拉级交替地连接到输电线(supply line)和地，可方便地实现与反向第一电荷泵电容的这种接地侧串联连接。

接地侧串联连接最好进一步地由电荷泵电路利用两个开关将第一电荷泵电容的第二连接点交替地连接到地或者串联连接的第二电荷泵电容来实现。

附图说明

本发明更多的特点和优点组成了几个实施例的如下描述和图示的主题。

附图显示：

图1示出了在第一时钟状态下根据本发明的电源的第一实施例；

图2示出了在第二时钟状态下根据本发明的电源的第一实施例；

图3为所述电源第一实施例的各个中心抽头(center tap)处的电位图示；

图4示出了根据本发明电源的第二实施例，其具有类似图1的两个通路，其中一个通路处于一个时钟状态而另一个通路处于另一时钟状态；

图5为第二实施例的类似于图3的电位图示；以及

图6示出了根据本发明的电源第三实施例，该电源第三实施例示出了第二实施例的电路实现。

具体实施方式

如图1和图2所示，被配置为电荷泵电路L的根据本发明的电源第一实施例包括电压源Q，该电压源Q为输电线VL提供供电电压Uv。

两个电控串联开关ST1和ST2被提供为输电线VL和地之间的推拉级，位于第一开关ST1和第二开关ST2之间的第一中心抽头(center tap)M1可通过该两个开关而被切换为连接至供电电压Uv或者地。

第一电荷泵电容C1位于第一中心抽头M1和第二中心抽头M2之间，其中进一步提供有第三电子开关ST3，第二中心抽头M2可通过该第三电子开关ST3而接地。

第二电荷泵电容C2位于第三中心抽头M3和第四中心抽头M4之间，其中第三中心抽头M3可通过第四电子开关ST4连接到输电线VL，而第四中心抽头M4可通过第五电子开关M5连接到第二中心抽头M2。

第三中心抽头M3可进一步通过第六电子开关ST6连接到输出线AL上，而第四中心抽头M4可通过第七电子开关ST7连接到输电线VL上。通向输出端AG的输出线AL通过输出侧电容Ca而接地，输出电压Ua施加到输出侧电容Ca上。

图1和图2绘示了两个不同的时钟状态A(图1)和时钟状态B(图2)利用不同的开关ST1到ST7来生成输出电压Ua。

在图1所示的第一时钟状态A中，第一开关ST1闭合，而第二开关ST2打开，以使得供电电压Uv被施加到第一中心抽头M1上，其中第三开关ST3闭合，因此第二中心抽头M2接地，以使得位于中心抽头M1和M2之间的第一电荷泵电容C1被充电到供电电压Uv。

此时，第四和第五开关ST4和ST5打开，以使得到第二电荷泵电容C2没有连接，另外，第六开关ST6和第七开关ST7闭合，以使得输出电压Ua被施加到输出线AL上，该输出电压Ua通过供电电压Uv加电荷泵电容C2的电压(在此情况下，该电压对应于供电电压Uv近似两倍，这将在下面进行详细描述)而产生(yield)，这样以至于输出端AG处的输出电压Ua合计相当于供电电压的近似三倍。该电压通过输出电容Ca来稳压。

在图2所示的第二时钟状态B中，第一开关ST1打开，以使得第一电荷泵电容C1不连接到输电线VL上。相反，第二开关ST2闭合，以使得第一中心抽头M1接地。

另外，第三开关ST3打开，而第五开关ST5闭合；另外，第四开关ST4也闭合。

因此，第一电荷泵电容C1和第二电荷泵电容C2串联连接，其中第一电荷泵电容C1的连接到第一中心抽头M1上且在第一时钟状态A正充电(positively charged)的连接点接地，而第一电荷泵电容C1的连接到第二中心抽头M2上且在第一时钟状态A负充电(negatively charged)的连接点现在与地相比，呈现出负电位-Uv。

在第二时钟状态B，第二电荷泵电容C2此时位于中心抽头M2处的负电位-Uv与电位Uv之间，以使得第二电荷泵电容C2被充电至大约等于供电电压Uv二倍的电压。

因为开关ST6和ST7打开，因此第三中心抽头M3和输出线AL之间没有连接，从而，电压源Q通过输电线VL来给第四中心抽头M4和位于其间的第二电荷泵电容C2非常快地进行充电，电位通过第一电荷泵电容C1而达到供电电压Uv的两倍。

之后，下一时钟状态再次对应于图1所示的第一时钟状态A，该状态中，第二电荷泵电容C2串接于输出线AL和地之间，且连接到电压源Q上，以使得输出电压Ua近似等于供电电压Uv的三倍。

如果现在根据各自相同的时钟周期，对依照图1所示的第一时钟状态A中开关ST1到ST7的位置以及依照图2所示的第二时钟状态B中开关ST1到ST7的位置进行交替，则图3所示的在第一时钟状态A和第二时钟状态B中的电压被施加到中心抽头M1到M4上，这样导致在各种无负载的情况下，输出电压Ua均可通过输出电容Ca保持稳定。

图1到图3所示以及结合这些附图所描述的根据本发明的电源的第一实施例，可通过使两个根据图1到图3所示的此类电荷泵电路L在两个通路中互联而得到改进，即一个电荷泵电路处于通路K1中，而另一个电荷泵电路处于通路K2中，其中通路K1和通路K2时钟反相。

因此，通路K1的电子开关ST11到ST71对应于第一实施例的电子开关ST1到ST7，且以与结合图1到图3所示的第一实施例相同的方式，在两个时钟状态A和B下对该电子开关ST1到ST7进行时钟控制。

另外，通路K2的电子开关ST12到ST72对应于根据图1到图3所示的第一实施例的电子开关ST1到ST7，虽然与通路1相反，但这些与结合图1到图3所示的第一实施例所描述的是相同的，均在两个时钟状态A和B下对该电子开关ST12到ST72进行时钟控制，以使得当通路K1的开关ST11和ST71处于时钟状态A时，通路K2的开关ST12到ST72处于时钟状态B，反之亦然。

因此，图5所示的电压出现在通路K1的中心抽头M11到M14、以及通路K2的中心抽头M12到M42处，其中图5揭示了以下内容：因为通路K1和通路K2并行工作且时钟反相，在任何情况下，均有通路之一处于时钟状态A(其中存在对输出线AL的供电)，以使得电荷泵电容C2和电压源Q串联于输出线AL和地之间，因此生成了总计近似为供电电压Uv三倍的输出电压Ua。

在图6所示的根据本发明的电源的第三实施例中，图4所图示的第二实施例被配置成了实际电路，其中除了通路K1的开关ST11到ST71外，还提供了驱动器级TR，该驱动器级TR被提供有时钟信号TS。

另外描述的是对通路K1的开关晶体管ST11到ST71以及通路K2的ST12到ST72的控制，其中该控制被分别实现，以使得通路K1中第一时钟状态A的开关位置与通路K2中第二时钟状态B的开关位置、或者通路K1中第二时钟状态B的开关位置与通路K2中第一时钟状态A的开关位置互换。

此外，时钟信号TS由时钟生成器TG所产生，该时钟生成器TG可同步地延长或缩短时钟状态A和时钟状态B的时钟周期，以使得能够将由输出线AL和地之间的负载所产生的电压Ua设定至位于供电电压Uv与三倍电压Uv之间的最佳水平。因此，改变第一和第二时钟状态A和B的时钟周期，对于第一电荷泵电容C11和C12、以及第二电荷泵电容C21和C22来说将将必然伴有不同的充电时间，从而导致针对各个中心抽头M，调节成较低电压。

如果根据输出电压Ua来控制时钟生成器TG的时钟状态A和B的时钟周期，则有可能将输出电压Ua保持在恒定值，该恒定值介于电压0以及近似等于电压Uv三倍的最大电压Ua之间。

此外，第三实施例中的开关晶体管ST41和ST61以及ST42和ST62可由二极管所替换，该二极管具有与结合开关晶体管ST41、ST42、ST61以及ST62所描述的功能相同的功能。

就第三实施例中电荷泵电路L1和L2的功能而言，可参照针对第二和第一实施例所提供的全部论述。

Claims

1.一种电源，该电源包括电压源(Q)和由该电压源(Q)供电以在输出端(AG)处生成输出电压(Ua)的电荷泵电路(L)，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)的第二电荷泵电容(C2)经由与反向第一电荷泵电容(C1)进行接地侧串联连接而被所述电压源(Q)充电。

2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)呈现两个时钟状态(A，B)，一个通路(K1)的电荷泵电路(L1)总是处于所述时钟状态(A，B)之一，而另一个通路(K2)的电荷泵电路(L2)总是处于另一时钟状态(B，A)。

3.根据权利要求1或2所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)时钟同步。

4.根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

两个通路(K1，K2)的电荷泵电路(L1，L2)由一个时钟生成器(TG)来进行时钟控制。

5.根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L1，L2)根据权利要求1到8中任一权利要求而被配置。

6.根据权利要求1的前序部分、或根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

所述电源包括至少两个并行运行的通路(K1，K2)，每一通路具有至少一个电荷泵电路(L)，且所述通路(K1，K2)交替地给所述输出端(AG)供电。

7.根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)通过所述第二电荷泵电容(C2)与所述电压源(Q)的串联连接来给输出端(AG)供电。

8.根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)包括两个时钟状态(A，B)，且在该时钟状态(A，B)中的一个时钟状态(A)给所述输出端(AG)供电。

9.根据权利要求8所述的电源，其特征在于，

所述时钟状态(A，B)具有相同的时钟周期。

10.根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

在第一时钟状态(A)，所述第一电荷泵电容(C1)被充电，且输出电压(Ua)由所述第二电荷泵电容(C2)与所述电压源(Q)的串联连接而被生成；在第二时钟状态(B)，所述第二电荷泵电容(C2)通过所述电压源(Q)与所述第一电荷泵电容(C1)的串联连接而被充电。

11.根据权利要求1的前序部分、或根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)通过所述电压源(Q)来给第一电荷泵电容(C1)充电，并通过该第一电荷泵电容(C1)与所述电压源(Q)的串联连接来给第二电荷泵电容(C2)充电。

12.根据之前任一权利要求所述的电源，其特征在于，

所述电荷泵电路(L)利用两个开关(ST1，ST2)来交替地将所述第一电荷泵电容(C1)的第一连接点(M1)的推拉级连接到输电线(VL)和地。

13.根据权利要求12所述的电源，其特征在于，

具有两个开关(ST3，ST5)的电荷泵电路(L)交替地将所述第一电荷泵电容(C1)的第二连接点(M2)接地，或者串联连接到所述第二电荷泵电容(C2)。