CN112636586A - 一种n型开关管电源转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型开关管电源转换电路，包括：电荷泵时钟电路、电荷泵、第一反相器、第二反相器和N型开关管，其中，电荷泵时钟电路输入脉冲信号，输出时钟信号；电荷泵接收所述时钟信号，输出第一电压，所述第一电压高于一倍电源电压，但不会高于两倍电源电压；第一反相器输入N型开关管电源转换电路输入信号，输出第一输出信号；第二反相器输入第一输出信号，输出第二输出信号；N型开关管输入第二输出信号，作为N型开关管栅极的控制信号，输出N型开关管电源转换电路输出信号。本发明带有片内时钟自举的电荷泵，很好地适用于N型开关管的栅压自举，该款N型开关管电压转换电路具有驱动力大，速度快等特点。
Description
技术领域
本发明涉及开关转换电路领域，更具体地，涉及一种N型开关管电源转换电路。
背景技术
该技术广泛应用于高频和高功率的放大器驱动开关控制电路，传统硅基技术解决方案已经不再能够满足设计需求。目前三五族功率放大器具有高电子迁移率、反向恢复效应消失、耐高压等特点，在高频、高功率方面变现优异。
功率放大器需要一个大驱动能力的控制电路控制其工作状态，传统P型开关管的控制电路虽然具有结构简单，其栅极控制电路结构简单等特点，但相比于PMOS管的空穴迁移率，NMOS管的电子迁移率更大，在同等面积下能够驱动更大功率的放大器，在低功耗、高集成度需求日益增长的今天，具有更大驱动力的N型开关管电源转换电路的研制显得尤为重要。
采用NMOS作为开关管的电路，其栅极驱动电路需要采用自举结构，使得栅极电压高于源极电压，故本发明将采用电荷泵的方式将NMOS开关管的栅极电压抬升和源极形成电压差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N型开关管电源转换电路，能够在相同芯片面积的情况下提供更大的驱动力。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种N型开关管电源转换电路，包括：电荷泵时钟电路、电荷泵、第一反相器、第二反相器和N型开关管，
其中，
电荷泵时钟电路输入脉冲信号，输出时钟信号；
电荷泵接收所述时钟信号，输出第一电压，所述第一电压高于一倍电源电压，但不会高于两倍电源电压；
第一反相器输入N型开关管电源转换电路输入信号，输出第一输出信号；
第二反相器输入第一输出信号，输出第二输出信号；
N型开关管输入第二输出信号，作为N型开关管栅极的控制信号，输出N型开关管电源转换电路输出信号。
在一个具体实施例中，所述电荷泵时钟电路包括：第十八高压场效应管、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和第七反相器，其中，
第三反相器包括第八高压场效应管和第九高压场效应管，第八高压场效应管和第九高压场效应管的栅极作为第三反相器的输入并与第十八高压场效应管的漏极连接，第八高压场效应管和第九高压场效应管的漏极相连作为第三反相器的输出，第八高压场效应管的源极和电源相连，第九高压场效应管的源极接地；
第四反相器包括第十高压场效应管和第十一高压场效应管，第五反相器包括第十二高压场效应管和第十三高压场效应管，第六反相器包括第十四高压场效应管和第十五高压场效应管，第七反相器包括第十六高压场效应管和第十七高压场效应管，上述第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和第七反相器采用每一个反相器的输出与下一个反相器的输入相连，第三反向器的输入和第七反相器的输出连接，最终上述五个反相器首尾相连的方式构成一个环路，第六反相器的输出为电荷泵时钟信号，第十八高压场效应管的栅极接脉冲信号，源极接地。
在一个具体实施例中，所述电荷泵包括：第一高压场效应管、第一电容器、第二高压场效应管和第二电容器，
其中，
电源电压连接第一高压场效应管的漏极，第一高压场效应管的栅极和源极连接后同第一电容器的第一端和第二高压场效应管的漏极相连，第一电容器的第二端与电荷泵时钟电路的输出的时钟信号相连，第二高压场效应管的栅极和源极连接后同第二电容器的第一端、第一反相器和第二反相器相连，第二电容器的第二端接地，所述电荷泵输出第一电压。
在一个具体实施例中，所述第一反相器包括：第三高压场效应管和第四高压场效应管，所述N型开关管转换电路输入信号经第三高压场效应管和第四高压场效应管的栅极输入，第三高压场效应管和第四高压场效应管的漏极相连作为第一反相器的输出，第一反相器输出第一输出信号，第四高压场效应管的源极接地；第二反相器包括：第五高压场效应管和第六高压场效应管，第一输出信号输入第五高压场效应管和第六高压场效应管的栅极，第五高压场效应管和第六高压场效应管的栅极连接，第五高压场效应管和第六高压场效应管的漏极相连作为第二反相器的输出，第六高压场效应管的源极接地，第五高压场效应管和第三高压场效应管的源极连接第一电压，第二反相器输出第二输出信号。
在一个具体实施例中，所述N型开关管包括第七高压场效应管，其中，
第七高压场效应管的漏极和电源连接，第七高压场效应管的栅极和第二反相器的输出相连，源极作为N型开关管电源转换电路的输出。
在一个具体实施例中，所述高压场效应管采用DMOS管。
本发明的有益效果如下：
本发明带有片内时钟自举的电荷泵，能够很好地适用于N型开关管的栅压自举，该款N型开关管电源转换电路具有驱动力大，速度快等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明一个实施例一种N型开关管电源转换电路示意图。
图2示出本发明一个实施例电荷泵时钟电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的一个实施例提供一种N型开关管电源转换电路1，如图1所示，包括：电荷泵时钟电路、电荷泵2、第一反相器4、第二反相器5和N型开关管3，
其中，
电荷泵时钟电路，如图2所示，输入脉冲信号K，输出时钟信号CLK；
电荷泵2接收所述时钟信号，输出第一电压pump_VDD，所述第一电压高于一倍电源电压，但不会高于两倍电源电压；
第一反相器4输入N型开关管电源转换电路输入信号VIN，输出第一输出信号；
第二反相器5输入第一输出信号，输出第二输出信号VG；
N型开关管输入第二输出信号VG，作为N型开关管栅极的控制信号，输出N型开关管电源转换电路输出信号VOUT。
在一个具体实施例中，所述电荷泵时钟电路包括：第十八高压场效应管M18、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和第七反相器，其中，
第三反相器包括第八高压场效应管M8和第九高压场效应管M9，第八高压场效应管M8和第九高压场效应管M9的栅极作为第三反相器的输入并与第十八高压场效应管M18的漏极连接，第八高压场效应管和第九高压场效应管的漏极相连作为第三反相器的输出，第八高压场效应管的源极和电源电压VDD相连，第九高压场效应管的源极接地；
第四反相器包括第十高压场效应管M10和第十一高压场效应管M11，第五反相器包括第十二高压场效应管M12和第十三高压场效应管M13，第六反相器包括第十四高压场效应管M14和第十五高压场效应管M15，第七反相器包括第十六高压场效应管M16和第十七高压场效应管M17，所述第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和第七反相器采用每一个反相器的输出与下一个反相器的输入相连，第三反向器的输入和第七反相器的输出连接，最终上述五个反相器首尾相连的方式构成一个环路，第六反相器的输出为电荷泵时钟信号CLK，第十八高压场效应管的栅极接脉冲信号K，源极接地。
在一个具体实施例中，所述电荷泵2包括：第一高压场效应管M1、第一电容器C1、第二高压场效应管M2和第二电容器C2，
其中，
电源电压VDD连接第一高压场效应管的漏极，第一高压场效应管的栅极和源极连接后同第一电容器的第一端和第二高压场效应管的漏极相连，第一电容器的第二端与电荷泵时钟电路的输出的时钟信号CLK相连，第二高压场效应管的栅极和源极连接后同第二电容器的第一端、第一反相器和第二反相器相连，第二电容器的第二端接地，所述电荷泵输出第一电压pump_VDD。
在一个具体实施例中，所述第一反相器包括：第三高压场效应管M3和第四高压场效应管M4，所述N型开关管转换电路输入信号VIN经第三高压场效应管和第四高压场效应管的栅极输入，第三高压场效应管和第四高压场效应管的漏极相连作为第一反相器的输出，第一反相器输出第一输出信号，第四高压场效应管的源极接地；第二反相器包括：第五高压场效应管M5和第六高压场效应管M6，第一输出信号输入第五高压场效应管和第六高压场效应管的栅极，第五高压场效应管和第六高压场效应管的栅极连接，第五高压场效应管和第六高压场效应管的漏极相连作为第二反相器的输出，第六高压场效应管的源极接地，第五高压场效应管和第三高压场效应管的源极连接第一电压pump_VDD，第二反相器输出第二输出信号VG。
在一个具体实施例中，所述N型开关管3包括第七高压场效应管M7，其中，
第七高压场效应管的漏极和电源电压VDD连接，第七高压场效应管的栅极和第二反相器的输出相连，源极作为N型开关管电源转换电路的输出。
在一个具体实施例中，所述高压场效应管采用DMOS管，所述高压范围为电压绝对值大于5V，但具体的电压上限值由不同的工艺决定。
在一个具体实施例中，所述转换电路进行工作的方法：所述转换电路1接通电源后，电荷泵时钟电路的第十八高压场效应管的栅极接收到一个窄脉冲高电平信号，第十八高压场效应管的漏极为低电平，第三反相器的输入为低电平，输出为高电平，依次实现电平的跳转，其第六反相器的输出作为所述电荷泵时钟电路的输出时钟信号,为电荷泵提供时钟信号。
进一步地，第一电容器的第二端连接电荷泵时钟电路输出的时钟信号，第一电容器的第一端连接第一高压场效应管的栅极和源极，通过时钟信号不断地对电容器充电使得第一高压场效应管的电压在电源电压到第一电压之间变化，由于第一高压场效应管的源极与第二高压场效应管的漏极连接，通过第二高压场效应管对第二电容器的第一端不断充电，使得其电压稳定在电荷泵产生的第一电压。
进一步地，当N型开关管电源转换电路输入信号VIN为低电平时，第三高压场效应管和第四高压场效应管的栅极为低电平，第三高压场效应管开启，第四高压场效应管截止；第一反相器的输出为高电平,即第二反相器的输入为高电平，第二反相器的输出为低电平，即第七高压场效应管的栅极电压为低电平，第七高压场效应管截止，所述N型开关管电源转换电路的输出为低电平。
进一步地，当N型开关管电源转换电路输入信号VIN输入信号为高电平时，即电源电压，第三高压场效应管和第四高压场效应管的栅极为高电平,第三高压场效应管截止，第四高压场效应管开启；第一反相器的输出为低电平，即第二反相器的输入为低电平，第二反相器的输出为高电平,即第七高压场效应管的栅极电压为高电平,第七高压场效应管开启，N型开关管电源转换电路的输出为高电平，即电源电压VDD。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种N型开关管电源转换电路，其特征在于，包括：电荷泵时钟电路、电荷泵、第一反相器、第二反相器和N型开关管，
其中，
电荷泵时钟电路输入脉冲信号，输出时钟信号；
电荷泵接收所述时钟信号，输出第一电压，所述第一电压高于一倍电源电压，但不会高于两倍电源电压；
第一反相器输入N型开关管电源转换电路输入信号，输出第一输出信号；
第二反相器输入第一输出信号，输出第二输出信号；
N型开关管输入第二输出信号，作为N型开关管栅极的控制信号，输出N型开关管电源转换电路输出信号。
2.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述电荷泵时钟电路包括：第十八高压场效应管、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和第七反相器，其中，
第三反相器包括第八高压场效应管和第九高压场效应管，第八高压场效应管和第九高压场效应管的栅极作为第三反相器的输入并与第十八高压场效应管的漏极连接，第八高压场效应管和第九高压场效应管的漏极相连作为第三反相器的输出，第八高压场效应管的源极和电源相连，第九高压场效应管的源极接地；
第四反相器包括第十高压场效应管和第十一高压场效应管，第五反相器包括第十二高压场效应管和第十三高压场效应管，第六反相器包括第十四高压场效应管和第十五高压场效应管，第七反相器包括第十六高压场效应管和第十七高压场效应管，上述第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和第七反相器采用每一个反相器的输出与下一个反相器的输入相连，第三反向器的输入和第七反相器的输出连接，最终上述五个反相器首尾相连的方式构成一个环路，第六反相器的输出为电荷泵时钟信号，第十八高压场效应管的栅极接脉冲信号，源极接地。
3.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述电荷泵包括：第一高压场效应管、第一电容器、第二高压场效应管和第二电容器，
其中，
电源电压连接第一高压场效应管的漏极，第一高压场效应管的栅极和源极连接后同第一电容器的第一端和第二高压场效应管的漏极相连，第一电容器的第二端与电荷泵时钟电路的输出的时钟信号相连，第二高压场效应管的栅极和源极连接后同第二电容器的第一端、第一反相器和第二反相器相连，第二电容器的第二端接地，所述电荷泵输出第一电压。
4.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述第一反相器包括：第三高压场效应管和第四高压场效应管，所述N型开关管转换电路输入信号经第三高压场效应管和第四高压场效应管的栅极输入，第三高压场效应管和第四高压场效应管的漏极相连作为第一反相器的输出，第一反相器输出第一输出信号，第四高压场效应管的源极接地；第二反相器包括：第五高压场效应管和第六高压场效应管，第一输出信号输入第五高压场效应管和第六高压场效应管的栅极，第五高压场效应管和第六高压场效应管的栅极连接，第五高压场效应管和第六高压场效应管的漏极相连作为第二反相器的输出，第六高压场效应管的源极接地，第五高压场效应管和第三高压场效应管的源极连接第一电压，第二反相器输出第二输出信号。
5.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述N型开关管包括第七高压场效应管，其中，
第七高压场效应管的漏极和电源连接，第七高压场效应管的栅极和第二反相器的输出相连，源极作为N型开关管电源转换电路的输出。
6.根据权利要求1-5任一项所述的转换电路，其特征在于，所述高压场效应管采用DMOS管。
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