CN1449566A - 采用脉宽调制技术的感应升压泵的调节器设计 - Google Patents
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Abstract
DC电压升压电路包括调节电路，产生脉宽调制控制信号，用于调节DC电压升压电路的输出。公开了调节电路的各种实施例。在一个实施例中，调节电路包括：用于产生三角波形的波形发生器；以及比较器，用于通过将三角波形与随升压器输出电压成比例变化的电压进行比较来产生脉宽调制控制信号。在另一实施例中，调节电路包括：波形发生器，用于产生锯齿波形，其上升时间与升压器输出电压相反地变化；以及比较器，用于通过将调制的锯齿波形与基本恒定的电压进行比较来产生脉宽调制控制信号。在另一实施例中，调节电路包括：计数器，用于产生计数，该计数响应时钟信号依次循环，其中响应升压器输出电压的变化而将计数器复位；以及逻辑电路，用于根据计数产生脉宽调制控制信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请与题为“提供可用于闪速存储器及其它应用的电压的封装内感应电荷泵电路(In-Package Inductive Charge Pump Circuit forProviding Voltages Useful for Flash Memory and Other Applicafion”而且与本申请同时提交的专利申请相关。
发明领域
一般来说，本发明涉及直流(DC)电压升压电路，具体地说，涉及一种DC电压升压电路，其中包括分解电路，用于产生升压电路的控制信号，该信号通过升压电路的输出电压进行脉宽调制。
发明背景
许多应用都需要能够将输入电源DC电压提升到用于指定操作的较高DC电压的电路。电压提升的原因在于：通常只有标准化的电源电压可用于对电子电路供电。但是存在一些情况，其中的电路需要高于可从相关电源获取的电压。这种电路的一个实例是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，在本领域通常称作“闪速存储器”。
闪速存储器一般包括存储单元阵列，每一个存储单元通常存储一位数字信息。存储单元通常只是场效应晶体管(FET)，其中包括保存对应于一位数字信息的电荷(本文中称作“位电荷”)的浮栅。更具体地说，存储单元FET包括漏极、栅极和源极，其中，栅极包括：控制栅，用于实现存储单元上的读、写及擦除操作；以及浮栅，用于存储数字信息的位电荷。除了这些栅极之外，某些存储单元还包括擦除栅，用于从浮栅中除去位电荷，从而擦除该存储单元。
数字信息的位电荷的写入(即编程)通常涉及从FET沟道通过薄的栅极氧化物穿透到或注入浮栅的电子。隧道效应或热电子注入一般需要较高能量使电子穿过栅极氧化层。同样，在擦除步骤中电子离开浮栅需要较高能量使电子穿过栅极氧化层或位于擦除栅和浮栅之间的氧化层。写入和擦除这两种操作的高能量源通常是较高的电压源，它高于用于存储控制操作的电源电压。例如，写入和读取操作所需的电压可能约为六(6)伏，而用于存储控制常规操作的电压可能约为1.5伏。
例如，在典型的闪速存储器电路中，大部分电路操作需要约为1.5伏的电压。因此，闪速存储器电路的电源设计包括1.5伏电源。不过，为了产生用于写入及擦除操作的较高电压，使用了DC电压升压电路，它采用常规的1.5伏电源电压，并将它提升到大约六伏，以便执行这些较高电压操作。但一般来说，DC电压升压电路可将任何输入电压转换为任何所需的输出电压。
这种DC电压升压电路的一个实例是电容器电荷泵电路，其中包括多个级联的级，每一级均包含一个开关和一个电容器。级联中的前一级向将输入电压提升到较高输出电压的下一级提供电荷。不过，由于各级之间传输电荷所引起的损耗以及每个电容器上引起的损耗，因此这种类型的升压电路通常是低效的。包括电容器电荷泵电路的DC电压升压电路的效率约为百分之五(5)至百分之十一(11)。
因此，需要一种DC电压升压电路，它在将较低输入电压转换到较高输入电压方面具有提高的效率。本发明的新的DC电压升压电路满足了这种需要，如下面所述。本发明的DC电压升压电路可用于闪速存储器、静态及动态随机存取存储器(RAM)应用中，或者其它任何可能与或者可能不与存储应用有关的应用中。总的来说，需要一种从输入电压产生输出电压的DC电压升压电路。
附图概述
图1说明根据本发明的一个示范存储电路的方框图；
图2说明根据本发明的一个示范DC电压升压电路的示意方框图；
图3说明根据本发明的一个产生多个输出电压的示范DC电压升压电路的示意方框图；
图4说明根据本发明的另一个产生多个输出电压的示范DC电压升压电路的示意方框图；
图5A说明结合了根据本发明的DC电压升压电路的一个示范集成电路的俯视图；
图5B说明结合了根据本发明的DC电压升压电路的另一个示范集成电路的俯视图；
图6说明根据本发明的一个示范电子部件的方框图；
图7A说明根据本发明的升压泵的一个示范调节电路的示意方框图；
图7B说明图7A所示脉宽调制器的脉宽调制过程中所涉及的波形；
图8A说明根据本发明的升压泵的另一个示范调节电路的示意方框图；
图8B说明图8A所示脉宽调制器的脉宽调制过程中所涉及的波形；
图9A说明根据本发明的升压泵的另一个示范调节电路的示意方框图；
图9B说明图9A所示脉宽调制器的脉宽调制过程中所涉及的二进制真值表；以及
图9C说明图9A所示脉宽调制器的脉宽调制过程中所涉及的波形。
发明的详细描述
图1说明根据本发明的一个示范存储电路100的方框图。存储电路100包括DC电压升压电路101、存储操作电路106以及一个或多个存储阵列130。DC电压升压电路101包括电荷泵102和泵控制器104。存储操作电路106包括读解码器112、写/擦除解码器114以及存储控制器116。
在操作中，DC电压升压电路101的电荷泵102接收较低的电源电压(Vcc)，并产生用于执行读、写、擦除以及存储控制器操作的电压。这些电压分别经过线路122、124及126耦合到存储操作电路106的读解码器112、写/擦除解码器114以及存储控制器116。泵控制器104调节提供给存储操作电路的电压，使它们基本保持在所需的恒定电压上。提供给写/擦除解码器114的电压通常高于电源电压Vcc(如1伏)，以便产生写入及擦除操作。例如，这个电压可以约为六(6)伏。而用于读取及存储控制操作的电压则低得多，例如约为1.5伏。
DC电压升压电路101以及本文所述的其它所有DC电压升压电路均不必限制于闪速存储器应用。本文所述的DC电压升压电路可用于其它应用中，其中包括静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)以及其它存储器应用。实际上，本文所述的DC电压升压电路不必限制于存储器应用，而是可用于其它需要不同于输入电压的输出电压的任何应用中，其中包括诸如个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、设备之类的无线、便携式计算装置。
图2说明根据本发明的一个示范DC电压升压电路200的示意方框图。DC电压升压电路200包括感应元件210、包含开关FET T1和二极管D1的电荷泵激励电路212以及输出充电电容器C2。DC电压升压电路200还包括调节电路222和电平移动器220。DC电压升压电路200还可包括：电容器C1，位于Vcc和地之间，用于滤除噪声、分支和/或其它存在于电源电压Vcc中的不必要信号；以及FET T2，位于Vcc和升压电路200的输出之间，保证输出在足够的电压上，以便在启动时激励电平移动器。
在操作中，振荡控制信号施加到开关晶体管T1的栅极上，使晶体管T1定期通断。晶体管T1的接通使电流从Vcc经感应电荷泵210流动，然后再经晶体管T1流入地。感应电荷泵210存储经过感应元件的电流所形成的能量。当振荡控制信号使晶体管T1断开时，晶体管T1的漏极上电压达到峰值，通过二极管D1传送给输出电容器C2。电压(即电荷)向输出电容器C2的传送提高了DC升压变换器的输出电压。
这样，控制信号的每个周期都使额外的电荷包传送给输出电容器C2。二极管D1防止这些电荷在晶体管T1的下一个接通周期经晶体管T1回流。通过连续循环控制信号，电荷的聚集出现在输出电容器C2中，直到升压电路200的输出上出现稳态电压。稳态电压取决于控制信号的特征，包括其频率和占空度。
DC电压升压电路200的输出施加到调节电路222上。调节电路222扩大用于激励开关晶体管T1的控制信号，以便在升压电路200的输出上保持所需的基本恒定电压。调节电路222可按照许多方式执行这个操作，其中包括通过产生频率调制控制信号或脉宽调制控制信号的方式。在最佳实施例中，脉宽调制控制信号是根据以下详细说明的各种调节电路来产生的。调制控制信号发送给电平移动器220，以便提高调制控制信号电压，使它能够使晶体管T1处于通和断状态。通过采用电平移动器220来提高对晶体管T1的激励，晶体管T1可制作得更小，从而节省了开模不动产。
这种情况针对产生频率调制控制信号的调节电路的控制操作。如果升压电路200的输出电压下降到低于所需的电平，调节电路222则检测这种降低。对检测输出电压的降低作出响应，调节电路222提高调制信号的频率，以便提高传递给输出电容器C2的电荷的速率。这个作用提高了升压电路200的输出上的电压，以便补偿输出电压中的初始压降。另一方面，如果升压电路200的输出电压上升到超过了所需电平，调节电路222则检测这种上升，并相应的降低调制信号的频率，以便降低传递给输出电容器C2的电荷的速率。这个作用降低了升压电路200的输出上的电压，以便补偿输出电压中的初始上升。
这种情况针对产生脉宽调制控制信号的调节电路的控制操作。如果升压电路200的输出电压下降到低于所需的电平，调节电路222则检测这种降低。对检测输出电压的降低作出响应，调节电路222增加调制信号的占空度，以便增加传递给输出电容器C2的电荷包大小。这个作用提高了升压电路200的输出上的电压，以便补偿输出电压中的初始压降。另一方面，如果升压电路200的输出电压上升到超过了所需电平，调节电路222则检测这种上升，并相应的减少调制信号的占空度，以便减少传递给输出电容器C2的电荷包大小。这个作用降低了升压电路200的输出上的电压，以便补偿输出电压中的初始上升。
已经确定，如果脉宽调制控制信号的占空度约为75％，DC电压升压电路200则最有效地工作。如果占空度远低于75％，则由于允许电流经过电感器的时间更短，因而使较少的能量存储在电感器中。如果占空度远高于75％，则没有足够的时间使所存储的能量传送给输出电容器。对于控制信号的最佳占空度，DC电压升压电路200能够获得约为70％的效率，它大大高于先有技术升压电路中所见到的5％至11％的效率。
图3说明根据本发明的一个产生多个输出电压的示范DC电压升压电路300的示意方框图。升压电路300包括第一升压电路，用于产生第一输出电压(即输出1，例如6伏)，其中包含开关晶体管T1、二极管D1、输出电容器C2、晶体管T2以及调节电路322。升压电路300还包括第二升压电路，用于产生第二输出电压(即输出2，例如1.55伏)，其中包含开关晶体管T2、开关344、二极管D2、输出电容器C3、调节电路342以及电平移动器340。另外，升压电路300还包括感应电荷泵310和电容器C1，它们为第一和第二升压电路所共用。
第一和第二升压电路以类似于以上参照图2所示DC升压电路200所述的方式进行工作。开关344提供给较低的电压升压电路，以便在晶体管T1接通时隔离输出2。也就是说，开关344在晶体管T1接通时是断开的。另外，晶体管T2在晶体管T1断开的时间内是接通的。
图4说明根据本发明的另一个产生多个输出电压的示范DC电压升压电路400的示意方框图。升压电路400包括第一升压电路，用于产生第一输出电压(即输出1，例如6伏)，其中包含二极管D1、输出电容器C1、晶体管T2以及调节电路422。升压电路400还包括第二升压电路，用于产生第二输出电压(即输出2，例如1.55伏)，其中包含开关444、二极管D2、输出电容器C2以及调节电路442。另外，升压电路400还包括输入电容器C、感应电荷泵L、开关晶体管T1以及时钟逻辑462，它们为第一和第二升压电路所共用。
第一和第二升压电路以类似于以上参照图2所示DC升压电路200所述的方式进行工作。6伏调节电路422和1.55伏调节电路442的输出提供给时钟逻辑462。时钟逻辑462产生时分复用控制信号，其中包含在不同时隙来自调节电路422和442的两个脉宽调制控制信号。时分复用控制信号激励公共开关晶体管T1。时钟逻辑462还可包括电平移动器，它采用输出1上的电压，以便提高对开关晶体管T1的激励，从而使开关晶体管T1能够制作得更小，如上所述。
在操作中，在时分复用控制信号的第一相位期间，输出1调节电路422所产生的脉宽调制控制信号激励开关晶体管T1，以便在输出1上产生所需的电压(例如6伏)。同样在时分复用控制信号的第一相位，开关444断开，从而隔开较低电压输出2与晶体管T1上所产生的较高电压。在时分复用控制信号的第二相位期间，输出2调节电路442所产生的脉宽调制控制信号激励开关晶体管T1，以便在输出2上产生所需的电压(例如1.55伏)。同样在时分复用控制信号的第二相位，开关444接通，以便将感应泵和开关晶体管T1与输出2连接。
调节电路422和442接收时钟Clk2，以便从中产生其相应的脉宽调制控制信号。由于开关444仅在脉宽调制信号的一个周期内接通，并在其它周期内断开，因此能够采用具有Clk2一半频率的时钟Clk1来定时。同样，由于时钟逻辑462必需在两个脉宽调制信号之间切换，因此也能够采用时钟Clk1来定时。
图5A说明结合了根据本发明的DC电压升压电路500的示范集成电路500的俯视图。集成电路500包括集成电路封装502，其中包含多条用于与外部电路连接的引线。集成电路500还包括集成电路芯片506，它位于集成电路封装502的封装内边框504内。本例中的芯片506结合了上述DC升压电路510的一部分。多个有线结合或其它适当的连接方法将芯片电路与封装引线电连接。上述DC升压电路的输入电容器512、电感器514和/或输出电容器516位于封装内边框504内芯片506的外部。这些元件可放在封装内边框504内芯片506的一侧附近，如图5A所示，或者也可放在芯片506的顶部。多个有线结合或其它适当的连接方式将DC升压电路的输入电容器512、电感器514和/或输出电容器516与升压电路510的其余部分电连接。
将DC升压电路的输入电容器512、电感器514和/或输出电容器516结合在集成电路封装500中、但在芯片506的外部的方式有若干优点。首先，芯片大小的极大节省是芯片504外部的这三个元件512、514以及516结合的结果。其次，通过结合芯片506外部的电感器514，可实现DC电压升压电路的效率的极大提高。原因在于：外部电感器514可采用具有能实现较高电感及较高载流能力的三维导电螺线的磁性基片来制作。这两个特征改善了DC升压电路的效率。第三，通过将输入电容器512、电感器514和/或输出电容器516结合在封装502内，DC升压电路本身包含在集成电路封装502内，不需要到这些元件的外部连接。
图5B说明结合了根据本发明的DC电压升压电路的另一个示范集成电路550的俯视图。集成电路550与集成电路500(图5A)相似之处在于：它包括集成电路封装552以及集成电路芯片556，其中包含位于封装552的内框554内的DC电压升压电路560的一部分。集成电路550与集成电路500的不同之处在于：输入电容器、电感器以及输出电容器中至少两个可结合到集成基片558中，而不是将它们作为如图5A所示的三个分立元件。这个特征可使集成电路550的安装极为便利，并可能大大降低制作成本和时间。
图6说明根据本发明的一个示范电子部件600的方框图。电子部件600可以是任何电子部件，例如包括集成电路、电路板、模块和/或子模块，其中包括多个电路、如电路1-3(602、604及606)，每个电路都在该部件中执行特定任务。电路1-3(602、604及606)需要专门的电源电压来工作，例如5伏用于电路1(602)，3伏用于电路2(604)，1伏用于电路3(606)。电子部件600还包括多个DC电压升压电路，例如DC电压升压电路1-3(608、610及612)，用于分别向电路1-3(602、604及606)提供适当的电源电压输出1-3(如5伏、3伏及1伏)。DC电压升压1-3(608、610及612)接收公共输入电压，用于产生其相应的输出1-3。
电子部件600的优点在于：该部件的输入电压可以改变，但通过采用根据本发明的DC电压升压电路1-3(608、610及612)，将该部件的各个电路1-3的适当电压基本保持恒定。例如，输入电压可在最低1伏至最高3伏之间变化。这种变化可能是由于电池在低功率状态下运行，或者由于诸如线路变化等其它因素。虽然电子部件600的输入电压可能变化，但DC电压升压电路1-3(608、610及612)仍将加给相应电路1-3(602、604及606)的电源电压输出1-3保持基本恒定，以便于这些电路的正确操作。
图7A说明根据本发明的感应升压泵702的一个示范调节电路700的示意方框图。调节电路700接收升压泵702的输出电压，并提供脉宽调制控制信号，用于驱动升压泵702的开关晶体管，如以上参照DC电压升压电路200、300及400所述。在本示范实施例中，调节电路700包括：分压器704，包含电阻器R1和R2；差分放大器706；第一比较器708；复用器710；锯齿波发生器714；脉宽调制器716；第二比较器718；反相器720；“与”门722；以及高电压电平移动器724。
在操作中，升压泵702的输出电压施加到分压器704上，以便产生较低比例的反馈电压Vf。反馈电压Vf施加到差分放大器706上，以便产生与电压Vf和基准电压ref12之差成比例的调制电压refbias。电压refbias用作脉宽调制器716的调制信号。基准电压ref12设置升压泵的输出电压。
调制电压refbias施加到第一比较器708上，用于与另一个基准电压ref675进行比较。第一比较器708产生复用器710的输入选择信号compoutl。如果调制电压refbias高于基准电压ref675，选择信号compoutl则使复用器710输出调制电压refbias。另一方面，如果调制电压refbias低于基准电压ref675，选择信号compoutl则使复用器710输出电压ref675，用作调制信号。这确保了施加到脉宽调制器716上的调制信号不会低于脉宽调制器716的阈值电压。
来自复用器710的调制信号refbias与锯齿波发生器714所产生的三角波信号一起加到脉宽调制器716上。锯齿波发生器714主要对矩形波时钟信号进行积分，以便产生三角波信号。脉宽调制器716是一种比较器，它将调制信号refbias与三角波信号进行比较。脉宽调制器716的输出是脉冲调制信号Pwm，它通过与升压器输出电压成比例变化的调制信号refbias进行调制。
图7B说明根据本发明的调节电路700的脉宽调制过程中所涉及的波形。所示波形是对锯齿波发生器714的时钟输入、叠加了三个示例调制信号refbias的电压电平的三角波形以及与三个示例调制信号电平对应的相应输出脉冲调制信号。
如上所述，矩形波时钟信号由锯齿波发生器714进行积分，以便形成图7B所示的三角波形。三角波形加到脉宽调制比较器716的正输入端，调制信号refbias加到比较器716的负输入端。如果在三角波形的任何时刻的电压大于调制信号refbias，比较器716则产生基本恒定的较高电压。另一方面，如果在三角波形的任何时刻的电压小于调制信号refbias，则比较器716产生基本恒定的较低电压，最好是接近于零(0)伏。
这样，如图7B所示，调制电压refbias越高，脉宽调制信号Pwm的脉宽就越窄。相反，调制电压refbias越低，脉宽调制信号Pwm的脉宽就越宽。这样，调制信号Pwm的占空度通过随升压器输出电压变化的调制信号refbias进行调制。因此，当升压器输出电压下降时，脉冲调制信号的占空度增加。这个作用使开关晶体管“接通”更长时间，使更多能量传递给升压器702的输出电容器。这提高了升压器输出电压，以便补偿其初始压降。相反，当升压器输出电压上升时，脉冲调制信号的占空度减小。这个作用使下拉晶体管“接通”更短时间，使较少的能量被传递给升压器702的输出电容器。这降低了升压器输出电压，以便补偿其初始上升。
再参照图7A，来自脉宽调制器716的脉宽调制信号Pwm加到“与”门722的输入端。第二比较器718将调制电压refbias与基准电压ref12进行比较，并且在基准电压ref12大于调制电压refbias时，通过反相器720产生“与”门722的启用信号。或者相反，它在调制电压refbias大于基准电压ref12时，产生“与”门722的禁用信号。这就在调制电压refbias大于基准电压ref12时禁用调节电路700。这样做是防止升压输出电压在所有过程偏离及温度角上比所需升压电压(如6伏)高出150毫伏。脉宽调制电压refbias加到高电压电平移动器724上(当“与”门722启用时)，以便将它提高到所需电平，从而驱动升压泵702的开关晶体管。电平移动器724采用升压器输出电压来完成这个操作。
图8A说明根据本发明、可用于调节感应升压泵802的输出电压的另一个示范调节电路800的示意方框图。调节电路800接收升压泵802的输出电压，并提供脉宽调制控制信号，用于驱动升压泵802的开关晶体管，如以上参照DC电压升压电路200、300及400所述。在本示范实施例中，调节电路800包括分压器804、偏置发生器806、锯齿波发生器808、脉宽调制比较器810以及高电压电平移动器812。锯齿波发生器808又包括传输门814、电容器816、反相器818以及晶体管820。
在操作中，升压泵802的输出电压加到分压器804上，产生较低比例的反馈电压Vfb。反馈电压Vfb加到属于低增益差分放大器的偏置发生器806上。偏置发生器806产生随反馈电压Vfb和基准电压Ref1之差而变化的互补正输出(pbias)和负输出(nbias)。基准电压ref1用来将升压泵802的输出设置为所需的电压电平。
互补正输出(pbias)和负输出(nbias)分别加到传输门814的p器件和n器件的栅极上。具有大约75％的占空度的时钟信号加到传输门814上。传输门814与电容器816配合工作，以便将时钟信号积分而形成锯齿波形Ramp。锯齿波形Ramp的上升时间与传输门814导通的程度成反比地变化，它是升压泵802的输出电压的函数。反相器818与晶体管820配合，在时钟呈低电平时对电容器816放电。
锯齿波形Ramp加到脉宽调制比较器810的正输入端。比较器810将锯齿波Ramp与基本恒定的基准电压Ref2进行比较。根据比较器810所进行的比较，比较器810产生具有与升压泵802的输出电压成反比地变化的占空度的脉冲调制控制信号Pwm_clk。脉冲调制控制信号驱动升压泵802的开关晶体管。
图8B说明根据本发明的调节电路800的脉宽调制过程中所涉及的波形。所示波形是对锯齿波发生器808的时钟输入、与叠加了基本恒定的基准电压Ref2的升压泵的三个不同输出电压相对应的三个锯齿波形Ramp以及所产生的脉宽调制控制信号Pwm_clk。由于锯齿波形Ramp加到比较器的正输入端，而基准电压Ref2加到比较器810的负输入端，因此，比较器810在锯齿波形Ramp大于基准电压Ref2时产生较高的输出电压，而在锯齿波形Ramp低于基准电压Ref2时产生较低的输出电压。
这样，如图8B所示，脉冲调制信号的脉宽是锯齿波形Ramp大于基准电压Ref2的时间的函数。由于锯齿波形Ramp的坡度与升压泵802的输出电压成反比地变化，所以升压输出电压越高，锯齿波形Ramp高于基准电压Ref2的时间就越少，因而所产生的脉冲调制信号的脉宽也就越小。相反，升压输出电压越低，锯齿波形Ramp高于基准电压Ref2的时间就越多，因而脉冲调制信号的脉宽也就越大。这样，脉宽调制信号的占空度与升压输出电压成反比地变化。
脉宽调制信号Pwm_clk加到高电压电平移动器上，以便将脉冲调制信号电压提高到足够的电平以驱动升压泵802的开关晶体管。脉宽调制信号Pwm_clk调节升压泵802，使它产生所需的基本恒定输出电压。调节如下所述。当升压器输出电压下降时，脉冲调制信号Pwm_clk的占空度增加。这个作用使开关晶体管“接通”更长时间，使更多能量被传递给升压器802的输出电容器。这提高升压器输出电压，以便补偿其初始压降。相反，当升压器输出电压上升时，脉冲调制信号Pwm_clk的占空度减小。这个作用使开关晶体管“接通”更短时间，使较少的能量被传递给升压器802的输出电容器。这降低升压器输出电压，以便补偿其初始上升。
图9A说明根据本发明、可用于调节感应升压泵902的输出电压的另一个示范调节电路900的示意方框图。调节电路900接收升压泵902的输出电压，并提供脉宽调制控制信号，用于驱动升压泵902的开关晶体管，如以上参照DC升压电路200、300及400所述。在本示范实施例中，调节电路900包括分压器904、比较器906、3位计数器908、逻辑电路910以及高电压电平移动器912。
在操作中，升压泵902的输出电压加到分压器904上，以便产生较低比例的反馈电压Vfb。反馈电压Vfb加到比较器906的正输入端。比较器906将反馈电压Vfb与基准电压Ref进行比较，并在反馈电压Vfb高于基准电压Ref时产生较高的电压，而在反馈电压Vfb低于基准电压Ref时产生较低的电压。基准电压Ref用来将升压泵902的输出设置为所需的电压电平。
比较器输出加到3位计数器908的复位输入端。时钟信号驱动3位计数器908从二进制0到二进制7反复计数，并在输出位0、1、2(位2是该计数的最低有效位，位0是最高有效位)上产生计数。计数器输出加到逻辑电路上，根据图9B所示的真值表产生脉宽调制信号pwm_clk。也就是说，它对计数1-6产生高电平，而对计数0和7则产生低电平。
图9C说明根据本发明的调节电路900的脉宽调制过程中所涉及的波形。计数从二进制0到二进制7周期性地循环。时钟使3位计数器908按照时钟的每个脉冲(前沿或后沿)增加计数。由逻辑电路910产生的脉宽调制信号对于二进制输入1-6是高电平，而对于二进制输入0和7则是低电平。加到3位计数器的复位输入端的信号使计数器在复位信号是高电平时产生计数0，从而使脉冲调制信号pwm_clk变为低电平，或者说在复位信号保持高电平时保持低电平。脉冲调制信号pwm_clk加到高电压电平移动器912上，将其功率提高到所需电平，从而驱动升压泵902的开关晶体管。
升压泵902的调节如下所述地进行。在输出电压基本处于所需的输出电压的常规操作中，复位信号保持低电平，也就是说，反馈电压Vfb低于基准电压Ref。由于已经确定升压泵902在大约75％的占空度上最有效地工作，因此，仅3位计数器的循环便产生具有75％的占空度的脉冲调制信号pwm_clk。这是因为当计数器从二进制0至二进制7循环时有6个高电平状态和两个低电平状态(参见图9B)。如果升压器输出电压提升到高于所需的输出电压，反馈电压Vfb则提升到高于基准电压Ref，从而使比较器906产生高复位信号。高复位信号使计数器908复位，这又过早地使脉冲调制信号变低。这减小了脉冲调制信号pwm_clk的占空度，从而使输出升压器电压下降，以便补偿其初始上升。
所述调节电路可用来调节本文所述的感应DC升压电路的输出电压。另外，它们还可用来调节其它DC升压电路的输出电压，例如前面所述的电容电荷泵升压电路。
在以上说明中，参照特定实施例对本发明进行描述。但是显然，只要不背离本发明的广义精神及范围，可进行各种修改和变更。因此，详细说明和附图应看作是说明性的而不是限定性的。
Claims (40)
1.一种直流电压升压电路，它包括：
升压泵，用于响应输入直流电压和脉宽调制控制信号而产生直流输出电压；以及
调节电路，用于产生所述脉宽调制控制信号，所述脉宽调制控制信号的占空度与所述直流输出电压成反比地变化。
2.如权利要求1所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
波形发生器，用于产生三角波形；以及
比较器，用于通过将所述三角波形与随所述直流输出电压成反比地变化的调制电压进行比较，产生所述脉宽调制控制信号。
3.如权利要求2所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括门电路，用于在所述输出电压超过预定阈值时，阻止向所述升压泵传送所述脉宽调制控制信号。
4.如权利要求2所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括复用器，用于在所述输出电压高于预定阈值时向所述比较器选择输出所述调制电压，或者在所述输出电压低于所述预定阈值时向所述比较器选择输出基本恒定的电压。
5.如权利要求1所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括电压电平移动器，用于提高所述脉宽调制控制信号的电压电平。
6.如权利要求1所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
波形发生器，用于产生锯齿波形，所述锯齿波形的上升时间与所述输出电压成反比地变化；以及
比较器，用于通过将所述锯齿波形与基本恒定的电压进行比较，产生所述脉宽调制控制信号。
7.如权利要求6所述的直流电压升压电路，其特征在于包括积分器，用于对基本上为矩形波形的时钟进行积分而形成所述锯齿波形。
8.如权利要求7所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述积分器包括：
可变电阻器，其电阻随所述输出电压而变化；以及
积分电容器。
9.如权利要求8所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述可变电阻器包括传输门。
10.如权利要求8所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路还包括放电晶体管，用于在时钟变为低电平时将积分电容器放电。
11.如权利要求1所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
计数器，用于产生计数，所述计数在小数和大数之间依次循环，其中所述计数响应所述输出电压的变化而复位；
逻辑电路，用于根据所述计数产生所述脉宽调制控制信号。
12.如权利要求11所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括比较器，用于在所述输出电压超过预定电平时产生复位信号来使所述计数器复位。
13.一种感应电压升压电路，它包括：
感应升压泵，用于响应输入感应电压和脉宽调制控制信号而产生输出电压；以及
调节电路，用于产生所述脉宽调制控制信号，所述脉宽调制控制信号的占空度与所述输出电压成反比地变化。
14.如权利要求13所述的感应电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
波形发生器，用于产生三角波形；以及
比较器，用于通过将所述三角波形与随所述感应输出电压成比例变化的调制电压进行比较，产生所述脉宽调制控制信号。
15.如权利要求14所述的感应电压升压电路，其特征在于还包括门电路，用于在所述输出电压超过预定阈值时，阻止向所述升压泵传送所述脉宽调制控制信号。
16.如权利要求14所述的感应电压升压电路，其特征在于还包括复用器，用于在所述输出电压高于预定阈值时向所述比较器选择输出所述调制电压，或者在所述输出电压低于所述预定阈值时向所述比较器选择输出基本恒定的电压。
17.如权利要求13所述的感应电压升压电路，其特征在于还包括电压电平移动器，用于提高所述脉宽调制控制信号的电压电平。
18.如权利要求13所述的感应电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
波形发生器，用于产生锯齿波形，所述锯齿波形的上升时间与所述输出电压成反比地变化；以及
比较器，用于通过将所述锯齿波形与基本恒定的电压进行比较，产生所述脉宽调制控制信号。
19.如权利要求18所述的感应电压升压电路，其特征在于包括积分器，用于对基本上为矩形波形的时钟进行积分，从而形成所述锯齿波形。
20.如权利要求19所述的感应电压升压电路，其特征在于，所述积分器包括：
可变电阻器，其电阻与所述输出电压成反比地变化；以及
积分电容器。
21.如权利要求20所述的感应电压升压电路，其特征在于，所述可变电阻器包括传输门。
22.如权利要求20所述的感应电压升压电路，其特征在于，所述调节电路还包括放电晶体管，用于在时钟变为低电平时将所述积分电容器放电。
23.如权利要求13所述的感应电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
计数器，用于产生计数，所述计数在小数和大数之间依次循环，其中所述计数响应所述输出电压的变化而复位；
逻辑电路，用于根据所述计数产生所述脉宽调制控制信号。
24.如权利要求23所述的感应电压升压电路，其特征在于还包括比较器，用于在所述输出电压超过预定电平时产生复位信号来使所述计数器复位。
25.一种直流电压升压电路，它包括：
感应元件；
开关器件，响应脉宽调制控制信号，采用输入电压来定期使电流流经所述感应元件，其中所述感应元件在每次电流经过其中时存储有限量的能量；
电容元件，将存储在所述感应元件中的多个所述有限能量以输出电压的形式累积；以及
调节电路，产生所述脉宽调制控制信号，该信号的占空度与所述输出电压成反比地变化。
26.如权利要求25所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
波形发生器，产生三角波形；以及
比较器，通过将所述三角波形与随所述直流输出电压成反比地变化的调制电压进行比较，产生所述脉宽调制控制信号。
27.如权利要求26所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括门电路，用于在所述输出电压超过预定阈值时，阻止向所述升压泵传送所述脉宽调制控制信号。
28.如权利要求26所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括复用器，用于在所述输出电压高于预定阈值时向所述比较器选择输出所述调制电压，或者在所述输出电压低于所述预定阈值时向所述比较器选择输出基本恒定的电压。
29.如权利要求25所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括电压电平移动器，用于提高所述脉宽调制控制信号的电压电平。
30.如权利要求25所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
波形发生器，用于产生锯齿波形，其上升时间与所述输出电压成反比地变化；以及
比较器，用于通过将所述锯齿波形与基本恒定的电压进行比较，产生所述脉宽调制控制信号。
31.如权利要求30所述的直流电压升压电路，其特征在于包括积分器，用于对基本上为矩形波形的时钟进行积分，从而形成所述锯齿波形。
32.如权利要求3 1所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述积分器包括：
可变电阻器，其电阻随所述输出电压而变化；以及
积分电容器。
33.如权利要求32所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述可变电阻器包括传输门。
34.如权利要求32所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路还包括放电晶体管，用于在时钟变为低电平时对所述积分电容器放电。
35.如权利要求25所述的直流电压升压电路，其特征在于，所述调节电路包括：
计数器，用于产生计数，所述计数在小数和大数之间依次循环，其中所述计数响应所述输出电压的变化而复位；以及
逻辑电路，用于根据所述计数产生所述脉宽调制控制信号。
36.如权利要求35所述的直流电压升压电路，其特征在于还包括比较器，用于在所述输出电压超过预定电平时产生复位信号来使所述计数器复位。
37.一种方法，它包括：
对输出电压进行抽样；以及
产生以与所述输出电压成反比地变化的占空度循环的控制信号，其中所述控制信号调节所述输出电压。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述产生所述控制信号包括将随所述输出电压变化的电压与三角波形进行比较。
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述产生所述控制信号包括调制锯齿波形的上升时间，并将所述调制的锯齿波形与基本恒定的电压进行比较。
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述产生包括：产生计数，所述计数在小数和大数之间循环；以及在所述输出电压超过阈值电压时将所述计数复位。
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