CN108762360A - 一种功率传输电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率传输电路，包括：第一场效应管、电荷泵、稳压模块和负载；第一场效应管的漏极与电压输入端连接，第一场效应管的源极与电压输出端连接，第一场效应管的栅极与电荷泵的第一端连接，电荷泵的第二端与电压输出端连接，负载的一端与电压输出端连接，负载的另一端接地连接，稳压模块的第一端与第一连接节点连接，稳压模块的第二端与第二连接节点连接，稳压模块的第三端接地连接，其中，第一连接节点为第一场效应管的源极和电压输出端的连接节点，第二连接节点为第一场效应管的栅极和电荷泵的第一端的连接节点；稳压模块用于使电压输出端的电压稳定输出。该功率传输电路是一种可以使电压稳定输出的功率传输电路。

Description

一种功率传输电路

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，更具体地说，尤其涉及一种功率传输电路。

背景技术

随着科学技术的不断发展，各种各样的电子设备已广泛应用于人们的日常生活以及工作中，为人们的生活以及工作带来了极大的便利。

N型功率传输电路作为集成电路中不可缺少的基本模块，广泛应用于功率传输电路、过压保护器和电源管理芯片中，N型功率传输电路通过NMOS功率管的漏源端传输能量，通过电荷泵模块抬升NMOS管的栅端电压，使其工作于线性区，以减小功率管上的传输损耗；当发生输入电压过压等异常状况时，关闭电荷泵，以使NMOS管的栅端电压被拉低，使其工作于截止区，此时关断了能量传输，起到了保护后级电路的作用，其中，NMOS管具有功率密度大、电源抑制比强和版图面积小等优点，得到了广泛应用。

如图1所示，该电路正常工作时，输入电压Vin通过NMOS管MN1后的输出电压为Vout，电荷泵用于将Vout升压至V_G1＝2Vout，V_G1即NMOS管MN1的栅极电压，进而NMOS管MN1的栅源电压V_GSMN1＝V_G1-Vout＝Vout，NMOS管工作于线性区，Vout＝Vin-I_负载*R_MN1，实现了Vin端到Vout端的能量传输。当芯片发生输入过压保护等异常时，通过CTR信号将V_G1下拉为0，NMOS管MN1工作于截止区，能量传输被隔断，以达到保护Vout端电路的作用。

但是，传统的功率传输电路在正常工作时，Vout≈Vin，这使得Vin变化时，Vout下系统负载的电源也会发生变化，这会导致Vout电源下电路的稳定性较差，且对电源抑制比要求较高，增加了系统电路的设计难度，另外当Vin接近保护电压Vinmax时，功率传输电路正常工作，此时虽然Vin没有达到保护点，但是长时间在接近于Vinmax的电压下工作，会对Vout下的系统负载电路造成器件损坏，使电路可靠性变差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种功率传输电路，该功率传输电路是一种可以使电压稳定输出的功率传输电路。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种功率传输电路，所述功率传输电路包括：第一场效应管、电荷泵、稳压模块和负载；

其中，所述第一场效应管的漏极与电压输入端连接，所述第一场效应管的源极与电压输出端连接，所述第一场效应管的栅极与所述电荷泵的第一端连接，所述电荷泵的第二端与所述电压输出端连接，所述负载的一端与所述电压输出端连接，所述负载的另一端接地连接，所述稳压模块的第一端与第一连接节点连接，所述稳压模块的第二端与第二连接节点连接，所述稳压模块的第三端接地连接，其中，所述第一连接节点为所述第一场效应管的源极和所述电压输出端的连接节点，所述第二连接节点为所述第一场效应管的栅极和所述电荷泵的第一端的连接节点；

所述稳压模块用于使所述电压输出端的电压稳定输出。

优选的，在上述功率传输电路中，所述功率传输电路还包括：第一电容；

其中，所述第一电容的一端与所述电压输出端连接，所述第一电容的另一端与所述负载的另一端连接。

优选的，在上述功率传输电路中，其特征在于，所述稳压模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容和运算放大器；

其中，所述第一电阻的一端与所述第一连接节点连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述负载的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端与第三连接节点连接，所述运算放大器的反相输入端与所述第三连接节点连接，所述运算放大器的同相输入端与预设的参考电压输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述第二连接节点连接；

所述第三连接节点为所述第一电阻和所述第二电阻的连接节点。

优选的，在上述功率传输电路中，所述功率传输电路还包括：第二电容；

其中，所述第二电容的一端与所述电压输出端连接，所述第二电容的另一端与所述负载的另一端连接。

优选的，在上述功率传输电路中，所述稳压模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管和第八场效应管；

其中，所述第一电阻的一端与所述第一连接节点连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述负载的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端与第三连接节点连接，所述第三连接节点为所述第一电阻和所述第二电阻的连接节点；

所述第二场效应管的漏极与所述第二连接节点连接，所述第二场效应管的源极与所述第三场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极连接，所述第四场效应管的栅极与所述第四场效应管的漏极连接，所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的栅极与所述第六场效应管的栅极连接，所述第六场效应管的栅极与所述第六场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极与所述第七场效应管的漏极连接，所述第七场效应管的栅极与所述第三连接节点连接，所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的源极连接，所述第八场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极连接，所述第八场效应管的栅极与预设的参考电压输入端连接，所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的源极的连接节点通过所述电流源与所述电压输出端连接，所述第二场效应管的栅极与所述电压输出端连接，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的源极、所述五场效应管的源极和所述第六场效应管的源极均与所述第二电阻的另一端连接。

优选的，在上述功率传输电路中，所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管和所述第六场效应管均为N型场效应管；

所述第七场效应管和所述第八场效应管均为P型场效应管。

优选的，在上述功率传输电路中，所述功率传输电路还包括：第二电容；

其中，所述第二电容的一端与所述电压输出端连接，所述第二电容的另一端与所述负载的另一端连接。

通过上述描述可知，本发明提供的一种功率传输电路包括：第一场效应管、电荷泵、稳压模块和负载；其中，所述第一场效应管的漏极与电压输入端连接，所述第一场效应管的源极与电压输出端连接，所述第一场效应管的栅极与所述电荷泵的第一端连接，所述电荷泵的第二端与所述电压输出端连接，所述负载的一端与所述电压输出端连接，所述负载的另一端接地连接，所述稳压模块的第一端与第一连接节点连接，所述稳压模块的第二端与第二连接节点连接，所述稳压模块的第三端接地连接，其中，所述第一连接节点为所述第一场效应管的源极和所述电压输出端的连接节点，所述第二连接节点为所述第一场效应管的栅极和所述电荷泵的第一端的连接节点；所述稳压模块用于使所述电压输出端的电压稳定输出。

由此可知，通过设置稳压模块，以使电压输出端的电压稳定输出至负载，提高了电路稳定性，进一步保护负载电路不会受到损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为传统的功率传输电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种功率传输电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种功率传输电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种功率传输电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种功率传输电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种功率传输电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种功率传输电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种功率传输电路的结构示意图，所述功率传输电路包括：第一场效应管MN1、电荷泵21、稳压模块22和负载23。

其中，所述第一场效应管MN1的漏极与电压输入端Vin连接，所述第一场效应管MN1的源极与电压输出端Vout连接，所述第一场效应管MN1的栅极与所述电荷泵21的第一端连接，所述电荷泵21的第二端与所述电压输出端Vout连接，所述负载23的一端与所述电压输出端Vout连接，所述负载23的另一端接地连接，所述稳压模块22的第一端与第一连接节点A连接，所述稳压模块22的第二端与第二连接节点B连接，所述稳压模块22的第三端接地连接，其中，所述第一连接节点A为所述第一场效应管MN1的源极和所述电压输出端Vout的连接节点，所述第二连接节点B为所述第一场效应管MN1的栅极和所述电荷泵21的第一端的连接节点。

具体的，所述稳压模块22用于使所述电压输出端Vout的电压稳定输出。

也就是说，所述稳压模块22基于负载23的工作电压预先设定一个基准电压，当输入电压Vin小于预设基准电压时，所述稳压模块22处于不工作状态，此时所述功率输出电路的输出电压Vout约等于输入电压Vin，当输入电压Vin大于预设基准电压时，所述稳压模块22处于工作状态，所述功率输出电路的输出电压为基准电压，因此，该功率传输电路对负载具有很好的抗压保护功能。

进一步的，如图3所示，所述功率传输电路还包括：第一电容C1。

其中，所述第一电容C1的一端与所述电压输出端Vout连接，所述第一电容C1的另一端与所述负载23的另一端连接。

具体的，所述第一电容C1和负载23并联连接，该第一电容C1具有稳压滤波的功能。

基于本发明上述实施例，如图4所示，所述稳压模块22包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C2和运算放大器OP1。

其中，所述第一电阻R1的一端与所述第一连接节点A连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述负载23的另一端连接，所述第一电容C2的一端与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电容C2的另一端与第三连接节点C连接，所述运算放大器OP1的反相输入端与所述第三连接节点C连接，所述运算放大器OP1的同相输入端与预设的参考电压输入端Vref连接，所述运算放大器OP1的输出端与所述第二连接节点B连接。

其中，所述第三连接节点C为所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的连接节点。

具体的，当稳压模块22处于工作状态时，通过所述运算放大器OP1调制第一场效应管MN1的栅极电压V_G1，以使Vfb＝Vref，Vout＝Vref*(R1+R2)/R2，其中，Vref为预设基准电压的参考电压，通过设置Vref、R1和R2的值，可以改变负载的电源电压Vref*(R1+R2)/R2，进而保证功率传输电路的输出电压稳定。

也就是说，当Vin小于Vref*(R1+R2)/R2时，所述稳压模块22处于不工作状态，此时所述功率输出电路的输出电压Vin约等于输入电压Vout；当Vin大于Vref*(R1+R2)/R2，且小于最大保护电压Vinmax时，所述稳压模块22处于工作状态，所述功率输出电路的输出电压为基准电压，即Vout＝Vref*(R1+R2)/R2，以保证电压输出端的电压稳定输出。

进一步的，如图5所示，所述功率传输电路还包括：第二电容C3。

其中，所述第二电容C3的一端与所述电压输出端Vout连接，所述第二电容C3的另一端与所述负载23的另一端连接。

具体的，所述第二电容C3和负载23并联连接，该第二电容C3具有稳压滤波的功能。

基于本发明上述实施例，如图6所示，所述稳压模块22包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C2、第二场效应管MN2、第三场效应管MN3、第四场效应管MN4、第五场效应管MN5、第六场效应管MN6、第七场效应管MP1和第八场效应管MP2。

其中，所述第一电阻R1的一端与所述第一连接节点A连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述负载23的另一端连接，所述第一电容C2的一端与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电容C3的另一端与第三连接节点C连接，所述第三连接节点C为所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的连接节点。

所述第二场效应管MN2的漏极与所述第二连接节点B连接，所述第二场效应管MN2的源极与所述第三场效应管MN3的漏极连接，所述第三场效应管MN3的栅极与所述第四场效应管MN4的栅极连接，所述第四场效应管MN4的栅极与所述第四场效应管MN4的漏极连接，所述第四场效应管MN4的漏极与所述第五场效应管MN5的漏极连接，所述第五场效应管MN5的栅极与所述第六场效应管MN6的栅极连接，所述第六场效应管MN6的栅极与所述第六场效应管MN6的漏极连接，所述第五场效应管MN5的漏极与所述第七场效应管MP1的漏极连接，所述第七场效应管MP1的栅极与所述第三连接节点C连接，所述第七场效应管MP1的源极与所述第八场效应管MP2的源极连接，所述第八场效应管MP2的漏极与所述第六场效应管MN6的漏极连接，所述第八场效应管MP2的栅极与预设的参考电压输入端Vref连接，所述第七场效应管MP1的源极与所述第八场效应管MP2的源极的连接节点通过所述电流源IB1与所述电压输出端Vout连接，所述第二场效应管MN2的栅极与所述电压输出端Vout连接，所述第三场效应管MN3的源极、所述第四场效应管MN4的源极、所述五场效应管MN5的源极和所述第六场效应管MN6的源极均与所述第二电阻R2的另一端连接。

其中，所述第二场效应管MN2、所述第三场效应管MN3、所述第四场效应管MN4、所述第五场效应管MN5和所述第六场效应管MN6均为N型场效应管；所述第七场效应管MP1和所述第八场效应管MP2均为P型场效应管。

具体的，结合图4和图6可知，所述第二场效应管MN2、所述第三场效应管MN3、所述第四场效应管MN4、所述第五场效应管MN5、所述第六场效应管MN6、所述第七场效应管MP1和所述第八场效应管MP2组成的电路结构的功能相当于运算放大器OP1，当电荷泵21和稳压模块22开始工作后，稳压模块22会采样电压输出端的电压Vout，并通过所述第三场效应管MN3和所述第四场效应管MN4下拉电流以拉低第一场效应管MN1的栅极电压V_G1，使得电压输出端Vout的电压在不同的负载电流下都稳定输出在Vref*(R1+R2)/R2，其中，第二场效应管MN2起到高压钳位保护的作用，防止高压节点V_G1损坏第三场效应管MN3。

进一步的，如图7所示，所述功率传输电路还包括：第二电容C4。

其中，所述第二电容C4的一端与所述电压输出端Vout连接，所述第二电容C4的另一端与所述负载23的另一端连接。

具体的，所述第二电容C4和负载23并联连接，该第二电容C4具有稳压滤波的功能。

通过上述描述可知，本发明提供的一种功率传输电路对负载电路具有很好的抗压保护功能，该功率传输电路具有钳位稳压、分段保护和可靠性高等特点，可以广泛应用于功率传输器、过压保护器和电源管理芯片中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种功率传输电路，其特征在于，所述功率传输电路包括：第一场效应管、电荷泵、稳压模块和负载；

其中，所述第一场效应管的漏极与电压输入端连接，所述第一场效应管的源极与电压输出端连接，所述第一场效应管的栅极与所述电荷泵的第一端连接，所述电荷泵的第二端与所述电压输出端连接，所述负载的一端与所述电压输出端连接，所述负载的另一端接地连接，所述稳压模块的第一端与第一连接节点连接，所述稳压模块的第二端与第二连接节点连接，所述稳压模块的第三端接地连接，其中，所述第一连接节点为所述第一场效应管的源极和所述电压输出端的连接节点，所述第二连接节点为所述第一场效应管的栅极和所述电荷泵的第一端的连接节点；

所述稳压模块用于使所述电压输出端的电压稳定输出。

2.根据权利要求1所述的功率传输电路，其特征在于，所述功率传输电路还包括：第一电容；

其中，所述第一电容的一端与所述电压输出端连接，所述第一电容的另一端与所述负载的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的功率传输电路，其特征在于，所述稳压模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容和运算放大器；

其中，所述第一电阻的一端与所述第一连接节点连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述负载的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端与第三连接节点连接，所述运算放大器的反相输入端与所述第三连接节点连接，所述运算放大器的同相输入端与预设的参考电压输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述第二连接节点连接；

所述第三连接节点为所述第一电阻和所述第二电阻的连接节点。

4.根据权利要求3所述的功率传输电路，其特征在于，所述功率传输电路还包括：第二电容；

其中，所述第二电容的一端与所述电压输出端连接，所述第二电容的另一端与所述负载的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的功率传输电路，其特征在于，所述稳压模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管和电流源；

其中，所述第一电阻的一端与所述第一连接节点连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述负载的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电容的另一端与第三连接节点连接，所述第三连接节点为所述第一电阻和所述第二电阻的连接节点；

所述第二场效应管的漏极与所述第二连接节点连接，所述第二场效应管的源极与所述第三场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极连接，所述第四场效应管的栅极与所述第四场效应管的漏极连接，所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的栅极与所述第六场效应管的栅极连接，所述第六场效应管的栅极与所述第六场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的漏极与所述第七场效应管的漏极连接，所述第七场效应管的栅极与所述第三连接节点连接，所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的源极连接，所述第八场效应管的漏极与所述第六场效应管的漏极连接，所述第八场效应管的栅极与预设的参考电压输入端连接，所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的源极的连接节点通过所述电流源与所述电压输出端连接，所述第二场效应管的栅极与所述电压输出端连接，所述第三场效应管的源极、所述第四场效应管的源极、所述五场效应管的源极和所述第六场效应管的源极均与所述第二电阻的另一端连接。

6.根据权利要求5所述的功率传输电路，其特征在于，所述第二场效应管、所述第三场效应管、所述第四场效应管、所述第五场效应管和所述第六场效应管均为N型场效应管；

所述第七场效应管和所述第八场效应管均为P型场效应管。

7.根据权利要求5所述的功率传输电路，其特征在于，所述功率传输电路还包括：第二电容；

其中，所述第二电容的一端与所述电压输出端连接，所述第二电容的另一端与所述负载的另一端连接。