CN112787504B - 电荷泵降压ic和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电荷泵降压IC和电子设备，电荷泵降压IC包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第七开关、处理单元、第一电容，第七开关、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关依次串联在电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端与第一接地端之间；第一电容的第一端连接在第一开关和第二开关之间，第一电容的第二端连接在第三开关和第四开关之间；第五开关的第一端连接在第二开关和第三开关之间，第五开关的第二端作为电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端；第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第七开关的控制端与处理单元连接。本电荷泵降压IC可解决在实现2次降压时降压成本高及占板面积大的问题。

Description

电荷泵降压IC和电子设备

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电荷泵降压IC和一种电子设备。

背景技术

随着科技的发展，手机等终端设备已经被越来越广泛的使用。目前，手机等终端设备上使用电荷泵降压IC实现直流-直流电压的转换。

在使用电荷泵降压IC实现直流-直流电压的转换时，通常仅可实现降压一次，即将直流电压降低为输入电压的1/2。例如，使用电荷泵降压IC可实现将16V的直流电压转换为8V的直流电压。

若需要2次降压，即将直流电压降低为输入电压的1/4，例如，将16V直流电压转换为4V直流电压，则需要两个电荷泵升压IC依次降压。具体的：需要使用电荷泵降压IC A先将16V直流电压转换为8V直流电压，再需要电荷泵降压IC B将电荷泵降压IC A转换得到的8V直流电压转换为4V直流电压。

由于在实现2次降压时需要两个电荷泵降压IC，因此，现有的降压成本高，且占板面积大。

发明内容

本申请旨在提供一种电荷泵降压IC和电子设备，至少解决了在实现2次降压时降压成本高以及占板面积大的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种电荷泵降压IC，包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第七开关、处理单元、第一电容，其中：

所述第七开关、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关依次串联在所述电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端与第一接地端之间；

所述第一电容的第一端连接在所述第一开关和所述第二开关之间，所述第一电容的第二端连接在所述第三开关和所述第四开关之间；

所述第五开关的第一端连接在所述第二开关和所述第三开关之间，所述第五开关的第二端作为所述电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端；

所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端、所述第五开关的控制端、所述第七开关的控制端与所述处理单元连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面所述的电荷泵降压IC。

本申请提供一种了电荷泵降压IC，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第七开关、处理单元、第一电容，其中：第七开关、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关依次串联在电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端与第一接地端之间；第一电容的第一端连接在第一开关和第二开关之间，第一电容的第二端连接在第三开关和第四开关之间；第五开关的第一端连接在第二开关和第三开关之间，第五开关的第二端作为电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端；第一开关的控制端、第二开关的控制端、第三开关的控制端、第四开关的控制端、第五开关的控制端、第七开关的控制端与处理单元连接。在本申请中，将电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端作为二次降压的电压输入端，处理单元通过控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关及第七开关的通断状态，实现二次降压，以将电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出的直流电压降至一半。这样，通过在传统的电荷泵降压IC上集成开关等元件便可实现2次降压。即仅需一个电荷泵降压IC即可实现2次降压，这降低了降压成本，同时降低了占板面积。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种电荷泵降压IC的结构示意图；

图2a是本申请实施例提供的一种电荷泵降压IC的等效电路示意图；

图2b是本申请实施例提供的另一种电荷泵降压IC的等效电路示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种电荷泵降压IC的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的电荷泵降压IC和电子设备进行详细地说明。

本申请实施例提供一种电荷泵降压IC，如图1所示，包括：第一开关101、第二开关102、第三开关103、第四开关104、第五开关105、第七开关107、处理单元109、第一电容110，其中：

第七开关107、第一开关101、第二开关102、第三开关103、第四开关104依次串联在电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端与第一接地端之间。

第一电容110的第一端连接在第一开关101和第二开关102之间，第一电容110的第二端连接在第三开关103和第四开关104之间。

第五开关105的第一端连接在第二开关102和第三开关103之间，第五开关105的第二端作为电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端。

第一开关101的控制端、第二开关102的控制端、第三开关103的控制端、第四开关104的控制端、第五开关105的控制端、第七开关107的控制端与处理单元109连接。

在本申请实施例中，电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端为传统的电荷泵降压IC的电压输出端。在一个示例中，若传统的电荷泵降压IC为将16V直流电压转换为8V直流电压的电荷泵降压IC时，电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出的直流电压为8V。

在本申请实施例中，将电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端作为二次降压的电压输入端。处理单元109通过控制第一开关101、第二开关102、第三开关103、第四开关104、第五开关105及第七开关107的通断状态，实现二次降压，以将电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出的直流电压降至一半，例如将8V的电压降至4V。

在本申请实施例提供的电荷泵降压IC实现二次降压的原理为：处理单元109控制第五开关105和第七开关107导通；在一个降压周期的前一半时间t1内，控制第一开关101和第三开关103导通，以及第二开关102和第四开关104断开，以向第一电容110充电，等效电路图如图2a所示；在该降压周期的后一半时间t2内，控制第一开关101和第三开关103断开，以及第二开关102和第四开关104导通，以实现第一电容110的放电，等效电路图如图2b所示。

对于图2a，在t1时间段内，Vin＝Vfly+Vout，进一步的，Vout＝Vin-Vout；对于图2b，在t2时间段内，Vfly＝Vout。由于t1＝t2，因此，Vfly＝Vout＝1/2Vin。

其中，Vin为电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出的直流电压，Vfly为第一电容110两端的电压，Vout为电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端输出的直流电压。

在本申请实施例中，上述的第一开关101、第二开关102、第三开关103、第四开关104、第五开关105以及第七开关107均可通过NMOS(N channel Metal OxideSemiconductor，N沟道金属氧化物半导体)管来实现。当然，还可通过其他形式的开关器件，例如PMOS(P channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)管来实现。

本申请提供一种了电荷泵降压IC，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第七开关、处理单元、第一电容，其中：第七开关、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关依次串联在电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端与第一接地端之间；第一电容的第一端连接在第一开关和第二开关之间，第一电容的第二端连接在第三开关和第四开关之间；第五开关的第一端连接在第二开关和第三开关之间，第五开关的第二端作为电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端；第一开关的控制端、第二开关的控制端、第三开关的控制端、第四开关的控制端、第五开关的控制端、第七开关的控制端与处理单元连接。在本申请中，将电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端作为二次降压的电压输入端，处理单元通过控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关及第七开关的通断状态，实现二次降压，以将电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出的直流电压降至一半。这样，通过在传统的电荷泵降压IC上集成开关等元件便可实现2次降压。即仅需一个电荷泵降压IC即可实现2次降压，这降低了降压成本，同时降低了占板面积。

在上述任一实施例的基础上，如图3所示，本申请实施例提供的电荷泵降压IC还包括第六开关106和第八开关108，其中：

第六开关106的第一端连接在第二开关102与第三开关103之间，第六开关106的第二端与电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端连接；第八开关108的第一端连接在第一开关101与第七开关107之间。第八开关108的第二端作为电荷泵降压IC的电压输入端；第六开关106的控制端、第八开关108的控制端与处理单元109连接。

在本申请实施例中，上述的第六开关106和第八开关108均可通过NMOS管来实现。当然，还可通过其他形式的开关器件，例如PMOS管来实现。另外，电荷泵降压IC的电压输入端可以为USB接口的电源针脚。

在本申请实施例中，处理单元109可通过控制第一开关101、第二开关102、第三开关103、第四开关104、第五开关105、第六开关106、第七开关107以及第八开关108的通断状态，实现电荷泵降压IC的一次降压，即实现电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出电荷泵降压IC的电压输入端输入直流电压的一半。具体的：

处理单元109控制第五开关105和第七开关107断开，第六开关106和第八开关108导通；在一个降压周期的前一半时间t3内，控制第一开关101和第三开关103导通，以及第二开关102和第四开关104断开，以向第一电容110充电；在该降压周期的后一半时间t4内，控制第一开关101和第三开关103断开，以及第二开关102和第四开关104导通，以实现第一电容110的放电。

需要说明的是，上述的实现控制电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出电荷泵降压IC的电压输入端输出直流电压的一半的电路原理与上图2a和图2b类似，这里不再赘述。

在本申请实施例中，提供了一种实现电荷泵降压IC的一次降压的电路结构。同时，基于上述内容可知，本申请实施例提供的电荷泵降压IC在实现一次降压和二次降压时，共用第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及处理单元，这样，减少了电荷泵降压IC中的电子元器件个数，进一步降低了电荷泵降压IC的占板面积。另外，由于一次降压的电压输出端和二次降压的电压输出端为并联关系，因此，电荷泵降压IC的通路阻抗降低，这将减少通路损耗，进一步的提高电荷泵降压IC的使用时长。由于电荷泵降压IC的使用时长增加，因此可进一步的提高用户的使用体验。

在上述内容的基础上，在本申请的一个实施例中，处理单元109在确定降压一次的情况下，控制第五开关105与第七开关107断开；

控制第六开关106和第八开关108导通；

在第一时间段内控制第一开关101和第三开关103在第一时间段内导通，且控制第二开关102和第四开关104断开；

在第二时间段内控制第一开关101和第三开关103断开，且第二开关102和第四开关104导通；

其中，第一时间段的时长等于第二时间段的时长。

在本申请的一个实施例中，处理单元在检测到电荷泵降压IC的电压输入端从未存在电压信号状态切换为存在电压信号状态的情况，确定降压一次。

在本申请的另一个实施例中，处理单元在接收到用户输入的降压一次的指示时，处理单元确定降压一次。

基于上述内容可知，在本申请的一个实施例中，处理单元109在确定降压两次的情况下，控制第六开关106、第八开关108断开；

控制第五开关105和第七开关107导通；

在第三时间段内控制第一开关101和第三开关103导通，且控制第二开关102和第四开关104断开；

在第四时间段内控制第一开关101和第三开关103断开，且控制第二开关102和第四开关104导通；

其中，第三时间段的时长等于第四时间段的时长。

在本申请的一个实施例中，处理单元在检测到电荷泵降压IC的电压输入端从存在电压信号状态切换为未存在电压信号状态的情况下，确定降压两次。

在本申请的另一个实施例中，处理单元在接收到用户输入的降压两次的指示时，处理单元确定降压两次。

在上述任一实施例的基础上，可将两个如图3所示的电荷泵降压IC(分别记为电荷泵降压IC 1和电荷泵降压IC 2)集成为同一个IC。在此基础上，在一个降压周期的前一半时间段内，处理单元控制电荷泵降压IC 1降压一次，在该降压周期的后一半时间段内，控制电荷泵降压IC 2降压一次，这样，该集成的IC可在整个降压周期内持续实现一次降压。进一步的，在一个降压周期的前一半时间段内，处理单元控制电荷泵降压IC 2降压两次，这样，集成IC可实现进行一次降压的同时，还可进行两次降压。

在上述任一实施例的基础上，如图3所示，本申请实施例提供的电荷泵降压IC还包括第二电容111，第二电容111的第一端连接在第一开关101与第七开关107之间，第二电容111的第二端与第二接地端连接。

在本申请实施例中，第二电容111可对输入电压中的高频干扰信号进行滤除，从而实现稳波的效果。其中，输入电压可以为如图1中的电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出的电压，还可以为如图3中的电荷泵降压IC的电压输入端输入的电压。

在上述任一实施例的基础上，如图3所示，本申请实施例提供的电荷泵降压IC还包括第三电容112，第三电容112的第一端与第五开关105的第二端连接，第三电容112的第二端与第三接地端连接。

在本申请实施例中，第三电容112可对电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端输出电压中的高频干扰信号进行滤除，从而实现稳波的效果。

在上述任一实施例的基础上，如图3所示，本申请实施例提供的电荷泵降压IC还包括第四电容113，所述第四电容113的第一端与所述电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端连接，所述第四电容113的第二端与第四接地端连接。

在本申请实施例中，第四电容113可对电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端输出电压中的高频干扰信号进行滤除，从而实现稳波的效果。

在一个示例中，上述第一接地端、第二接地端、第三接地端、第四接地端可为同一接地端。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括如上述任一实施例提供的电荷泵降压IC。

在一个示例中，电子设备可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personal computer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，对此，本申请实施例不作具体限定。

以上各实施例重点描述对应实施例与其他实施例间的不同之处，各实施例可以单独使用，也可以相互结合使用，在此不做限定，各实施例的相同或者相似部分可以相互参见。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电荷泵降压IC，其特征在于，包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第七开关、处理单元、第一电容，其中：

所述第七开关、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关依次串联在所述电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端与第一接地端之间；

所述第一电容的第一端连接在所述第一开关和所述第二开关之间，所述第一电容的第二端连接在所述第三开关和所述第四开关之间；

所述第五开关的第一端连接在所述第二开关和所述第三开关之间，所述第五开关的第二端作为所述电荷泵降压IC的二次降压的电压输出端；

所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端、所述第四开关的控制端、所述第五开关的控制端、所述第七开关的控制端与所述处理单元连接，

其中，所述电荷泵降压IC还包括：第六开关和第八开关；

所述第六开关的第一端连接在所述第二开关与所述第三开关之间，所述第六开关的第二端与所述电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端连接；

所述第八开关的第一端连接在所述第一开关与所述第七开关之间，所述第八开关的第二端作为所述电荷泵降压IC的电压输入端；

所述第六开关的控制端、所述第八开关的控制端与所述处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述电荷泵降压IC还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接在所述第一开关与所述第七开关之间，所述第二电容的第二端与第二接地端连接。

3.根据权利要求1所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述电荷泵降压IC还包括第三电容，所述第三电容的第一端与所述第五开关的第二端连接，所述第三电容的第二端与第三接地端连接。

4.根据权利要求1所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述电荷泵降压IC还包括第四电容，所述第四电容的第一端与所述电荷泵降压IC的一次降压的电压输出端连接，所述第四电容的第二端与第四接地端连接。

5.根据权利要求1所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述处理单元在确定降压一次的情况下，控制所述第五开关与所述第七开关断开；

控制所述第六开关和所述第八开关导通；

在第一时间段内控制所述第一开关和所述第三开关在第一时间段内导通，且控制所述第二开关和所述第四开关断开；

在第二时间段内控制所述第一开关和所述第三开关断开，且所述第二开关和所述第四开关导通；

其中，所述第一时间段的时长等于所述第二时间段的时长。

6.根据权利要求1所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述处理单元在确定降压两次的情况下，控制所述第六开关、所述第八开关断开；

控制所述第五开关和所述第七开关导通；

在第三时间段内控制所述第一开关和所述第三开关导通，且控制所述第二开关和所述第四开关断开；

在第四时间段内控制所述第一开关和所述第三开关断开，且控制所述第二开关和所述第四开关导通；

其中，所述第三时间段的时长等于所述第四时间段的时长。

7.根据权利要求5所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述处理单元在检测到所述电荷泵降压IC的电压输入端从未存在电压信号状态切换为存在电压信号状态的情况，确定降压一次。

8.根据权利要求6所述的电荷泵降压IC，其特征在于，所述处理单元在检测到所述电荷泵降压IC的电压输入端从存在电压信号状态切换为未存在电压信号状态的情况下，确定降压两次。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-8任一项所述的电荷泵降压IC。

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