CN110518795B - 一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统，包括：控制电路、升压电荷泵和反馈电路；控制电路接受外部信号后产生传递给升压电荷泵的控制信号；升压电荷泵接收到制信号周期性地对飞线电容和输出电容以及存储电容进行充放电并产生输出电压给反馈电路；反馈电路根据接收到输出电压后与所设定的电压值进行比较，通过比较结果产生反馈信号控制电荷泵系统的工作。当电荷泵使用较大的电容时，由于产生稳定电压过程中电容端的压差逐渐减小，产生稳定输出电压的时间会很缓慢。本发明能解决采用大电容电荷泵的电压建立时间较长的问题，从而能实现快速升压功能。

Description

一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术，尤其涉及一种快速升压的电荷泵系统。
背景技术
电荷泵结构被广泛的应用于显示屏或手持设备的电源管理系统设计中。电荷泵也被称为开关电容式电压变换器，是一种利用电容而非电感或变压器来储能的直流变换器。通过电荷泵能使输入电压升高或降低，甚至可以用来产生负电压，其利用内部的场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)开关阵列以一定的方式控制电容上电荷的传输，通常以时钟信号控制电荷泵中电容的充放电，从而使输入电压以一定的方式升高(或降低)，以达到所需要的输出电压。电荷泵的基本思想就是通过电容对电荷的积累效应而产生高压。当使用较大的电容时，由于产生稳定电压过程中电容端的压差逐渐减小，产生稳定输出电压的时间会很缓慢。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出了一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统，以期能解决采用大电容电荷泵的电压建立时间较长的问题，从而实现快速升压功能。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统的特点包括：控制电路、升压电荷泵和反馈电路；
所述控制电路接受外部信号后在当前周期内产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L并传递给升压电荷泵；
若所述电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H，则所述升压电荷泵内的电源对飞线电容Cfly和存储电容Cstore进行充电；
若所述电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L，则所述升压电荷泵内的飞线电容Cfly和存储电容Cstore对输出电容Cout充电并产生输出电压VOUT给反馈电路；
所述反馈电路接收到所述输出电压VOUT后与所设定的电压值VREF进行比较：
若输出电压VOUT高于所述电压值VREF，则反馈电路产生反馈信号FB_OFF并传递给控制电路，使控制电路在下一周期停止产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L，从而使升压电荷泵停止工作；
若输出电压VOUT不高于所述电压值VREF，则反馈电路不产生信号，所述控制模块在下一周期继续在所述外部信号的作用下产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L，使得所述升压电荷泵正常工作。
本发明所述的快速升压电荷泵系统的特点也在于，所述升压电荷泵是由飞线电容Cfly、存储电容Cstore、输出电容Cout和n个开关组成；
在所述电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H时，通过开关的连接使得所述飞线电容Cfly和存储电容Cstore并联设置在外部电源和接地线之间并形成通路；所述输出电容Cout通过开关的连接与所述飞线电容Cfly之间形成开路；
在所述电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L时，通过开关的连接使得所述飞线电容Cfly、存储电容Cstore和输出电容Cout在外部电源和接地线之间并形成通路，且所述存储电容Cstore串联在飞线电容Cfly和输出电容Cout之间，所述输出电容Cout的一端接地，另一端与飞线电容Cfly相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的电荷泵采用快速升压结构，在采用大电容的电荷泵系统中加入存储电容，克服了现有的大电容充电速度逐渐减缓的问题，在充电时利用存储电容提供的电压差，提升了电荷泵产生输出电压速度缓慢的问题，减小了输出电压的建立时间。
附图说明
图1为本发明快速升压电荷泵系统的整体框图；
图2为本发明升压电荷泵的一种实施电路图。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统包括：控制电路、升压电荷泵和反馈电路；
控制电路接受外部信号后在当前周期内产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L并传递给升压电荷泵；
若电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H，则升压电荷泵内的电源对飞线电容Cfly和存储电容Cstore进行充电；
若电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L，则升压电荷泵内的飞线电容Cfly和存储电容Cstore对输出电容Cout充电并产生输出电压VOUT给反馈电路；
反馈电路接收到输出电压VOUT后与所设定的电压值VREF进行比较：
若输出电压VOUT高于电压值VREF，则反馈电路产生反馈信号FB_OFF并传递给控制电路，使控制电路在下一周期停止产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L，从而使升压电荷泵停止工作；
若输出电压VOUT不高于电压值VREF，则反馈电路不产生信号，控制模块在下一周期继续在外部信号的作用下产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L，使得升压电荷泵正常工作。
其中，升压电荷泵是由飞线电容Cfly、存储电容Cstore、输出电容Cout和n个开关组成；
在电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H时，通过开关的连接使得飞线电容Cfly和存储电容Cstore并联设置在外部电源和接地线之间并形成通路；输出电容Cout通过开关的连接与飞线电容Cfly之间形成开路；
在电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L时，通过开关的连接使得飞线电容Cfly、存储电容Cstore和输出电容Cout在外部电源和接地线之间并形成通路，且存储电容Cstore串联在飞线电容Cfly和输出电容Cout之间，输出电容Cout的一端接地，另一端与飞线电容Cfly相连。具体的说，如图2所示，本实施例中采用7个开关；
开关S1连接飞线电容Cfly和电源，并与开关S6以及开关S2连接；
开关S2连接存储电容Cstore和电源，并与开关S1以及开关S3连接；
开关S3连接飞线电容Cfly和存储电容Cstore，并和开关S5连接；
开关S4连接存储电容Cstore和地，并与开关S5以及开关S7连接；
开关S5连接飞线电容Cfly和地，并与开关S3以及开关S4连接；
开关S6连接飞线电容Cfly与输出电容Cout，并与开关S1连接；
开关S7连接存储电容Cstore和电源，并与开关S4连接；
若快速升压电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H，开关S1、S2、S4、S5导通，开关S3、S6、S7关断，使内部电源对飞线电容Cfly和存储电容Cstore充电；
若快速升压电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L，开关S3、S6、S7导通，开关S1、S2、S4、S5关断，使飞线电容Cfly和存储电容Cstore对输出电容Cout进行充电，产生输出电压VOUT。

Claims (1)

1.一种适用于大电容的快速升压电荷泵系统，其特征包括：控制电路、升压电荷泵和反馈电路；
所述控制电路接受外部信号后在当前周期内产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L并传递给升压电荷泵；
若所述电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H，则所述升压电荷泵内的电源对飞线电容Cfly和存储电容Cstore进行充电；
若所述电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L，则所述升压电荷泵内的飞线电容Cfly和存储电容Cstore对输出电容Cout充电并产生输出电压VOUT给反馈电路；
所述反馈电路接收到所述输出电压VOUT后与所设定的电压值VREF进行比较：
若输出电压VOUT高于所述电压值VREF，则反馈电路产生反馈信号FB_OFF并传递给控制电路，使控制电路在下一周期停止产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L，从而使升压电荷泵停止工作；
若输出电压VOUT不高于所述电压值VREF，则反馈电路不产生信号，控制模块在下一周期继续在所述外部信号的作用下产生高电平控制信号CTL_H或低电平控制信号CTL_L，使得所述升压电荷泵正常工作；
所述升压电荷泵是由飞线电容Cfly、存储电容Cstore、输出电容Cout和n个开关组成；
在所述电荷泵接收到高电平控制信号CTL_H时，通过开关的连接使得所述飞线电容Cfly和存储电容Cstore并联设置在外部电源和接地线之间并形成通路；所述输出电容Cout通过开关的连接与所述飞线电容Cfly之间形成开路；
在所述电荷泵接收到低电平控制信号CTL_L时，通过开关的连接使得所述飞线电容Cfly、存储电容Cstore和输出电容Cout在外部电源和接地线之间并形成通路，且所述存储电容Cstore串联在飞线电容Cfly和输出电容Cout之间，所述输出电容Cout的一端接地，另一端与飞线电容Cfly相连。
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