CN205160370U - 一种具有输出平均电流箝位功能的电荷泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电荷泵，由多个二极管链、多个飞电容、输出电容、多级切换信号发生器和输出电压箝位电路连接构成，其中输出电压箝位电路包括有多个MOS管，其中第一和第二MOS管组成一电流镜，第二MOS管的漏极作为输出电压箝位电路的输出端，分别与各切换信号发生器相连，其特征在于，还包括有输出电流箝位装置，其输入端连至输出电压箝位电路中的第二MOS管的漏极以及第二MOS管和第一MOS管的栅极，输出端连至输出电压箝位电路中的第二MOS管的漏极，用于监控第二MOS管的输出电流以实现对所述电荷泵的输出平均电流进行箝位。

Description

一种具有输出平均电流箝位功能的电荷泵

技术领域

本实用新型涉及一种电荷泵，尤其涉及一种具有输出平均电流箝位功能的电荷泵。

背景技术

电荷泵是汽车电子IC设计中常用的基础电路。图1示出了现有技术中的一种常规电荷泵，由二极管链D1、D2、D3；多个飞电容C1、C2；一输出电容Cout；多级切换信号发生器1-1、1-2和输出电压箝位电路2连接组成，其中外部输入电源Vs与二极管链中的二极管D1的正端相连，二极管D1的负端连至飞电容C1的正极板和二极管D2的正端，飞电容C1的负极板与第一级切换信号发生器1-1的输出相连。二极管D2的负端连至飞电容C2的正极板和二极管D3的正端，飞电容C2的负极板与第二级切换信号发生器1-2的输出相连。二极管D3的负端作为电荷泵的输出端连至输出电容Cout的正极板和输出电压箝位电路2的输入端。输出电容Cout的负极板接地。输出电压箝位电路2的输出端分别与两个切换信号发生器1-1和1-2相连，用于接收电荷泵的输出电压CP并向两个切换信号发生器1-1和1-2提供输出反馈信号。

图1所示的常规电荷泵的工作过程如下：各切换信号发生器1-1、1-2分别将外部提供的时钟信号CLK转换成具有驱动能力的电压信号C1N和C2N并分别输出给飞电容C1和C2，用于驱动飞电容C1和C2。电压信号C1N和C2N的高电平为外部输入电源的电压Vs，低电平由电压箝位电路2的输出反馈信号控制。电压信号C1N和C2N的相位相反，当电压信号C1N的相位由低变高时，电压信号C2N的相位由高变低。飞电容C1和C2配合二级管链D1、D2、D3依次将输入电压Vs逐级抬高至输出电压3Vs-3Vd，其中Vd为单个二极管上的压降。输出电压箝位电路2通过检测电荷泵的输出电压CP＝3Vs-3Vd，将其转化为电流从而提供输出反馈信号给各切换信号发生器1-1、1-2，以控制各切换信号发生器1-1、1-2的输出电压信号C1N和C2N，从而调整飞电容C1、C2负极板电压摆幅，进而调整并控制电荷泵的输出电压CP。

在图1所示的常规电荷泵中，各切换信号发生器1-1和1-2由电平移位器1A，高侧MOS管M1，低侧MOS管M2和非交叠时钟发生器1B连接构成。其中高侧MOS管M1采用PMOS管，低侧MOS管M2采用NMOS管。高侧PMOS管M1的源极与外部电源Vs相连，漏极与低侧NMOS管M2的漏极相连。电平移位器1A与外部电源Vs相连，且其输入端接收外部提供的时钟信号CLK，输出端与高侧PMOS管M1的栅极相连。非交叠时钟发生器1B的输入端接收外部提供的时钟信号CLK，输出端与低侧NMOS管M2的栅极相连。各切换信号发生器1-1和1-2中低侧NMOS管M2的源极分别与输出电压箝位电路2的输出端相连，用于接收输出电压箝位电路2提供的反馈信号。各切换信号发生器1-1和1-2中的电平移位器1A对自外部提供的低侧的时钟信号CLK进行电平移位以转换成高侧的时钟信号，用以驱动高侧PMOS管M1。由于电平移位器1A和低侧NMOS管的驱动电路(图中未示出)一般由开关晶体管实现，因此，高侧PMOS管M1和低侧NMOS管M2的充放电流通常不被控制，从而产生较大的电磁辐射。而且，为避免高侧PMOS管M1和低侧NMOS管M2在切换时产生横流，非交叠时钟发生器1B通常将外部提供的时钟信号CLK相移产生一个相位与时钟信号CLK有相位差的时钟以输出给低侧NMOS管M2，用于控制低侧NMOS管M2的开关。

在图1所示的常规电荷泵中，输出电压箝位电路2由一个ESD电阻R1，两个齐纳(Zener)二极管D4、D5，多个MOS管M3-M6和Msink以及一恒流源I1连接构成，其中所述ESD电阻R1作为输出电压箝位电路2的输入端，与二极管D3的负端和输出电容Cout的正极板相连，且和所述两个齐纳(Zener)二极管D4、D5依序串联，所述二极管D5的正端与所述PMOS管M3的源极相连，所述MOS管M3的栅极与外部电源电压Vs相连，其漏极连至所述MOS管M4的漏极和所述MOS管M4和M5的栅极，从而将电荷泵的输出电压箝位在比外部电源电压Vs高约12v的位置。所述MOS管M4的源极和M5的源极相连并接地，所述MOS管M5的漏极连至所述MOS管M6的漏极和所述MOS管M6及所述MOS管Msink的栅极，所述MOS管M4、M5组成一电流镜。所述MOS管M6的源极和所述MOS管Msink的源极相连并接地，所述MOS管Msink的漏极作为所述输出电压箝位电路2的输出端连至所述各切换信号发生器1-1和1-2中低侧NMOS管M2的源极，所述MOS管M6和所述MOS管Msink组成一电流镜。所述恒流源I1连至所述MOS管M6的漏极和栅极以及所述MOS管Msink的栅极。当所述电荷泵输出电压CP变化时，流过所述MOS管M3的电流也随之变化，该电流被由MOS管M4、M5组成的电流镜镜像至MOS管M5。由于流过MOS管M5和M6的电流之和等于恒流源I1的值，所以MOS管M5电流的增加/减小等于MOS管M6电流的减小/增大。MOS管M6电流的变化通过MOS管M6和MOS管Msink组成的电流镜被镜像至MOS管Msink。各切换信号发生器1-1和1-2通过MOS管Msink的漏极传递的作为所述反馈信号的电流来控制所述飞电容C1、C2负极板的电压，从而达到调控电荷泵输出电压CP的目的。

在一些应用中，图1所示的常规电荷泵的负载电流(即输出电流)会在极短的时间内浪涌式增大或者电荷泵负载电流被短路接地，从而有大电流流过电荷泵中的二极管链，造成对二极管链的损坏，而在大部分时间内，电荷泵的负载电流并不这样严重。例如，在该电荷泵被用作为无刷直流(BLDC)电机驱动器中的栅极驱动器的电源时，在该栅极驱动器瞬态开启期间，电荷泵的负载电流可在几十纳秒内达到数百毫mA，而在大部分时间里，由于该栅极驱动器处于开通或关断状态，电荷泵的负载电流仅有数百μA。

而且，图1所示的常规电荷泵的各切换信号发生器1-1和1-2中的高侧MOS管M1采用PMOS管，其尺寸较大，且导致电荷泵的输出电流较小。再者，为消除各切换信号发生器1-1和1-2中高侧PMOS管M1和低侧NMOS管M2所产生的横流，需要在各切换信号发生器1-1和1-2中设置非交叠时钟电路1B，导致电荷泵的结构复杂，成本高昂。

发明内容

本实用新型的一个目的在于提供一种电荷泵，其具有输出电流箝位装置，可实现对电荷泵的输出平均电流进行箝位，以控制电荷泵的输出电流不超过设定的阈值，从而在电荷泵的负载电流产生短路或者电荷泵负载电流浪涌式增大的情况下，有效地保护电荷泵中的二极管链免收损坏。

本实用新型的另一个目的在于提供一种电荷泵，其可提供受控电流来开通和关断切换信号发生器的高侧MOS管和低侧MOS管以对该两侧MOS管的栅极进行充电和放电，从而减少了电磁辐射(EME)，且采用使栅极充电电流明显小于栅极放电电流的方法避免横流，从而不再需要设置非交叠时钟电路。

本实用新型的再另一个目的在于提供一种电荷泵，其使用NMOS管作为切换信号发生器中的高侧MOS管，有效地增大了电荷泵的输出电流。

根据本实用新型的一方面，提供了一种电荷泵，由多个二极管链；多个飞电容；一输出电容；多级切换信号发生器和输出电压箝位电路连接构成，其中所述输出电压箝位电路包括有一电阻，多个齐纳二极管，多个MOS管，和一恒流源，其中第一MOS管和第二MOS管组成一电流镜，所述第二MOS管的漏极作为所述输出电压箝位电路的输出端，分别与各所述切换信号发生器相连，其特征在于，还包括有输出电流箝位装置，其输入端连至所述输出电压箝位电路中的所述第一MOS管的漏极以及所述第二MOS管和所述第一MOS管的栅极，输出端连至所述输出电压箝位电路中的所述第二MOS管的漏极，用于监控所述第二MOS管的输出电流，据此调整所述第二MOS管的栅极电压，进而控制所述第二MOS管的输出电流以实现对所述电荷泵的输出平均电流进行箝位。

在一实施例中，所述输出电流箝位装置由多个第三至第十MOS管、一运算放大器、一比较器、一电容和一电流源连接组成，其中第三MOS管是所述输出电压箝位电路中的所述第二MOS管的镜像管，其栅极与所述第二MOS管的栅极相连，其源极与所述第二MOS管的源极相连且均接地，其漏极与所述第二MOS管的漏极分别接至所述运算放大器的反相和同相输入端；所述运算放大器的输出端与第四MOS管的栅极相连；所述第四MOS管的源极和所述第三MOS管的漏极相连；第五MOS管和第六MOS管组成一电流镜像管，第四MOS管的漏极连接至第五MOS管和第六MOS管的栅极以及第五MOS管的漏极，第五MOS管和第六MOS管的源极相互连接，第六MOS管的漏极分别连接至第七MOS管的漏极、所述电容的正极板和所述比较器的正输入端；第七MOS管的栅极连接至外部的复位信号源，其源极接地；所述电容的负极板接地；所述比较器的负输入端连接至外部的参考电压源，输出端连接至第八MOS管的栅极；第八MOS管的漏极连接至所述电流源；第九MOS管和第十MOS管组成为一电流镜像管，第八MOS管的源极连接至第九MOS管和第十MOS管的栅极以及第九MOS管的漏极，第九MOS管的源极和第十MOS管的源极相互连接且接地，第十MOS管的漏极连接至第三MOS管的栅极。

在一实施例中，各切换信号发生器由多个第一至第三齐纳二极管、多个第十一至第二十四MOS管和一电流源连接构成，其中，第十一MOS管和第十二MOS管组成一电流镜，第十一MOS管和第十二MOS管的栅极相连且作为各切换信号发生器的输入端接收外部时钟信号，第十一MOS管和第十二MOS管的源极相连且连至所述电流源，第十一MOS管的漏极连至第十三MOS管的漏极，第十二MOS管的漏极连至第十四MOS管的漏极；第十三MOS管和第十六MOS管组成一电流镜，第十三MOS管的栅极与第十六至第十八MOS管的栅极相连，第十三MOS管的源极与第十六MOS管的源极相连且连至所述电荷泵的输出端CP，第十三MOS管的栅极与漏极相连，第十六MOS管的漏极与第二十三MOS管的栅极及第二十MOS管的漏极相连；第十四MOS管及第十五MOS管组成一电流镜，第十四MOS管的栅极与第十五MOS管的栅极相连，第十四MOS管的栅极与漏极相连，第十四MOS管的源极连至第十三和第十五至第十七MOS管的源极且连至所述电荷泵的输出端CP，第十五MOS管的漏极与第十九MOS管的漏极相连；第十九MOS管及第二十MOS管组成一电流镜，第十九MOS管的栅极与第二十MOS管的栅极相连，第十九MOS管的源极与第二十MOS管的源极相连，且作为各切换信号发生器的输出端分别连至各所述飞电容的负极板，第十九MOS管的栅极与漏极相连且连至第十五MOS管的漏极，第二十MOS管的漏极与第二十三MOS管的栅极和第十六MOS管的漏极相连；第十三MOS管和第十七MOS管组成一电流镜，第十三MOS管的栅极与第十七MOS管的栅极相连，第十七MOS管的漏极与第二十四MOS管的栅极和第二十二MOS管的漏极相连；第十三MOS管与第十八MOS管组成一电流镜，第十三MOS管的栅极与第十八MOS管的栅极相连，第十八MOS管的漏极与第二十一MOS管的漏极相连，第十八MOS管的源极连至所述电荷泵的输出端CP；第二十一MOS管及第二十二MOS管组成一电流镜，第二十一MOS管的栅极与第二十二MOS管的栅极相连，第二十一MOS管的栅极与漏极相连；第二十二MOS管的漏极与第二十四MOS管的栅极相连，第二十一MOS管的源极与第二十二MOS管的源极相连；电流源还被连至第二十一MOS管和第二十二MOS管的源极以及第一和第三二极管的正端且连至地；第一二极管的负端连至第二十四MOS管的源极，所述第三二极管的负端连至第二十四MOS管的栅极、第十七MOS管的漏极以及第二十二MOS管的漏极；所述第二二极管的正端与第十九MOS管的源极及第二十MOS管的源极相连，其负端与第二十三MOS管的栅极、第十六MOS管的漏极以及第二十MOS管的漏极相连；第二十四MOS管为各所述切换信号发生器的低侧MOS管，其源极作为各所述切换信号发生器的输入端连至所述输出电压箝位装置的输出端和所述输出电流箝位装置的输出端；第二十三MOS管为各所述切换信号发生器的高侧MOS管，且其源极作为各所述切换信号发生器的输出端分别连至各所述飞电容的负极板。

在一实施例中，所述切换信号发生器中的第二十三MOS管采用NMOS管。

根据本实用新型的电荷泵实现了以下有益技术效果：可实现对电荷泵的输出平均电流进行箝位，以控制电荷泵的输出电流不超过设定的阈值，从而在电荷泵的负载电流产生短路或者电荷泵负载电流浪涌式增大的情况下，有效地保护电荷泵中的二极管链免收损坏。提供受控电流来开通和关断切换信号发生器的高侧MOS管和低侧MOS管以对该两侧MOS管的栅极进行充电和放电，从而减少了电磁辐射(EME)，且采用使栅极充电电流明显小于栅极放电电流的方法避免横流，从而不再需要设置非交叠时钟电路。使用NMOS管作为切换信号发生器中的高侧MOS管，由于与相同尺寸的PMOS管相比，NMOS管的导通电阻较小，因此在使用与原PMOS管尺寸相同的NMOS管作为高侧MOS管的情况下，有效地增大了电荷泵的输出电流。

附图说明

参照以下附图，可以更好地理解本实用新型。附图中的组件并非按比例绘出，重点在于清楚说明本实用新型的原理。在附图中，同样的附图标记在整个视图中表示对应的部件。

图1是现有技术中常规电荷泵的电路结构图。

图2是根据本实用新型的一实施例的电荷泵的电路结构图。

图3是图2所示的电荷泵中的输出电流箝位电路的电路结构图。

图4是图2所示的电荷泵中的切换信号发生器的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的电荷泵的具体实施方式进行详细说明。

参见图2至4，示出了根据本实用新型的一实施例的电荷泵的具体电路结构。

参见图2，所述电荷泵包括二极管链D1、D2、D3，多个飞电容C1、C2，一输出电容Cout、多极切换信号发生器1-1、1-2，输出电压箝位电路2和输出电流箝位装置3。其中外部输入电源Vs与二极管链中的二极管D1的正端相连，二极管D1的负端连至飞电容C1的正极板和二极管D2的正端，飞电容C1的负极板与第一级切换信号发生器1-1的输出端相连。二极管D2的负端连至飞电容C2的正极板和二极管D3的正端，飞电容C2的负极板与第二级切换信号发生器1-2的输出端相连。二极管D3的负端作为电荷泵的输出端连至输出电容Cout的正极板和输出电压箝位电路2的输入端。输出电容Cout的负极板接地。输出电压箝位电路2的输入端接收电荷泵的输出电压CP，且其输出端分别与两个切换信号发生器1-1和1-2相连，用于向两个切换信号发生器1-1和1-2提供输出反馈信号。输出电流箝位装置3监控输出电压箝位电路2的输出端的输出电流以实现对所述电荷泵的输出平均电流进行箝位。

参见图2，输出电压箝位电路2由一个ESD电阻R1，两个齐纳(Zener)二极管D4、D5，多个MOS管M3-M6和Msink以及一恒流源I1连接构成，其中所述ESD电阻R1作为输出电压箝位电路2的输入端，与二极管D3的负端和输出电容Cout的正极板相连，且和所述两个齐纳(Zener)二极管D4、D5依序串联，所述二极管D5的正端与所述MOS管M3的源极相连，所述MOS管M3的栅极与外部电源电压Vs相连，其漏极连至所述MOS管M4的漏极和所述MOS管M4和M5的栅极，从而将电荷泵的输出电压箝位在比外部电源电压Vs高约12v的位置。所述MOS管M4的源极和M5的源极相连并接地，所述MOS管M5的漏极连至所述MOS管M6的漏极和所述MOS管M6及所述MOS管Msink的栅极，所述MOS管M4、M5组成一电流镜。所述MOS管M6的源极和所述MOS管Msink的源极相连并接地，所述MOS管Msink的漏极作为所述输出电压箝位电路2的输出端连至所述各切换信号发生器1-1和1-2的输入端VF，所述MOS管M6和所述MOS管Msink组成一电流镜。所述恒流源I1连至所述MOS管M6的漏极和栅极以及所述MOS管Msink的栅极。当所述电荷泵输出电压CP变化时，流过所述MOS管M3的电流也随之变化，该电流被由MOS管M4、M5组成的电流镜镜像至MOS管M5。由于流过MOS管M5和M6的电流之和等于恒流源I1的值，所以MOS管M5电流的增加/减小等于MOS管M6电流的减小/增大。MOS管M6电流的变化通过MOS管M6和MOS管Msink组成的电流镜被镜像至MOS管Msink。各切换信号发生器装置1-1、1-2通过MOS管Msink的漏极所传递的作为输出反馈信号的电流来控制所述飞电容C1、C2负极板的电压，从而达到调控电荷泵输出电压的目的。

其中所述输出电压箝位电路2中的电阻R1连至二极管D3的负端，用于接收电荷泵的输出电压CP；MOS管Msink的漏极分别与各切换信号发生器1-1和1-2的输入端VF(即图4中所示的各切换信号发生器1-1和1-2中的低侧MOS管M27的源极端)相连，用于向两个切换信号发生器1-1和1-2提供所述输出反馈信号。

参见图3，所述输出电流箝位装置3包括有多个MOS管Msense、M7-M13、一运算放大器3A、一比较器3B、一电容Cint和一电流源I2组成，其中所述MOS管Msense是所述输出电压箝位电路2中的所述MOS管Msink的镜像管，镜像比为1:40000，其栅极与所述MOS管Msink的栅极相连，其源极和所述MOS管Msink的源极均接地，其漏极与所述MOS管Msink的漏极分别接至所述运算放大器3A的反相和同相输入端；所述运算放大器3A的输出端与所述MOS管M7的栅极相连；所述MOS管M7为NMOS管，其源极和所述MOS管Msense的漏极相连；所述MOS管M8和M9为电流镜像管，镜像比为1:1，所述MOS管M7的漏极连接至所述MOS管M8和M9的栅极以及所述MOS管M8的漏极，所述MOS管M8和M9的源极相互连接，所述MOS管M9的漏极分别连接至所述MOS管M10的漏极、所述电容Cint的正极板和所述比较器3B的正输入端Vramp；所述MOS管M10的栅极连接至外部的复位信号源Reset，源极接地；所述电容Cint的负极板接地；所述比较器3B的负输入端连接至外部的参考电压源Vref，输出端连接至所述MOS管M11的栅极；所述MOS管M11的漏极连接至所述电流源I2；所述MOS管M12和M13为电流镜像管，镜像比为1:1，所述MOS管M11的源极连接至所述MOS管M12和M13的栅极以及所述MOS管M12的漏极，所述MOS管M12的源极和M13的源极相互连接且接地，所述MOS管M13的漏极连接至所述MOS管Msense的栅极。

其中作为所述输出电流箝位装置3的输入端的所述运算放大器3A的同相输入端连至所述输出电压箝位电路2中的所述MOS管Msink的漏极，且连接至各切换信号发生器1-1和1-2的输入端VF；作为所述输出电流箝位装置3的输出端的所述MOS管M13的漏极连至所述MOS管Msink和Msense的栅极，从而监控所述输出电压箝位电路2中的所述MOS管Msink的输出电流，据此调整所述MOS管Msink和Msense的栅极电压Vgate，进而控制作为所述输出电压箝位电路2提供的输出反馈信号的所述MOS管Msink的输出电流，以实现对所述电荷泵的输出平均电流进行箝位，使得所述电荷泵的输出平均电流低于预定的阈值。显然，本领域技术人员能够理解，基于不同的应用情况，可以将所述阈值设为不同的数值。

具体而言，所述电流箝位装置3通过调节所述输出电压箝位电路2中所述MOS管Msink的输出电流来间接调控电荷泵的输出电流。本领域技术人员公知，所述输出电压箝位电路2中的所述MOS管Msink中流过的电流约为电荷泵输出电流的两倍。具体调控过程如下：电流泵输出电流的公式为：

Icp＝(Vref×Cint×Ratio)/2T

其中：Icp为电荷泵输出端CP的输出电流；Vref为比较器3B负输入端的端电压；Cint为电容Cint的电容值；Ratio为MOS管Msense和MOS管Msink的镜像比；T为外部复位信号源Reset提供的复位信号的时间周期。

当电荷泵输出电流由于短路或输出负载的阻值减小而增大时，所述MOS管Msink中的电流也随之增大，由于所述MOS管Msense是所述MOS管Msink的镜像管，镜像比为1:40000，因此，所述MOS管Msense管中的电流也等比例地增大。所述MOS管Msense管的电流由连接为电流镜像管的所述MOS管M8和所述MOS管M9以镜像比1:1对电流镜像后对所述电容Cint充电，从而所述比较器3B的正输入端的端电压Vramp升高。所述外部复位信号源Reset提供的复位信号用来控制所述MOS开关管M10的导通和关断。在下一个周期开始时，所述外部复位信号源Reset提供的复位信号变高，所述电容Cint上存储的电荷被清零。当所述比较器3B的正输入端的端电压Vramp升高至大于比较器负输入端的端电压Vref时，所述比较器3B的输出为高，从而所述电流源I2对所述MOS管Msink和Msense的栅极电压Vgate进行放电，由于所述电流源I2输出的电流大于所述输出电压箝位电路2中电流源I1输出的电流，所以所述MOS管Msink和Msense的栅极电压Vgate被拉低至地电平，所述MOS管Msink中的电流变为零，直至下一个周期(所述外部复位信号源Reset提供的复位信号变高)开始，从而实现在一个周期内将所述电流泵的输出平均电流箝位为恒定值。

参见图4，各切换信号发生器1-1、1-2由多个齐纳二极管D6-D8、多个MOS管M14-M27和一电流源I3连接构成，其中，MOS管M14和MOS管M15组成一电流镜，镜像比为1:1，MOS管M14和MOS管M15的栅极相连且作为各切换信号发生器1-1、1-2的输入端接收外部时钟信号CLK，MOS管M14和MOS管M15的源极相连且连至电流源I3，MOS管M14的漏极连至MOS管M16的漏极，MOS管M15的漏极连至MOS管M17的漏极；MOS管M16和MOS管M19组成一电流镜，镜像比为1:1，MOS管M16的栅极与MOS管M19-M21的栅极相连，MOS管M16的源极与MOS管M19的源极相连且连至所述电荷泵的输出端CP，MOS管M16的栅极与漏极相连，MOS管M19的漏极与MOS管M26的栅极及MOS管M23的漏极相连；MOS管M17及MOS管M18组成一电流镜，镜像比为1：1，MOS管M17的栅极与MOS管M18的栅极相连，MOS管M17的栅极与漏极相连，MOS管M17的源极连至MOS管M16和M18-M20的源极且连至所述电荷泵的输出端CP，MOS管M18的漏极与MOS管M22的漏极相连；MOS管M22及MOS管M23组成一电流镜，镜像比为1：30，MOS管M22的栅极与MOS管M23的栅极相连，MOS管M22的源极与MOS管M23的源极相连，且作为各切换信号发生器1-1、1-2的输出端Vsw分别连至飞电容C1或C2的负极板，MOS管M22的栅极与漏极相连且连至MOS管M18的漏极，MOS管M23的漏极与MOS管M26的栅极和MOS管M19的漏极相连；MOS管M16和MOS管M20组成一电流镜，镜像比为1：1，MOS管M16的栅极与MOS管M20的栅极相连，MOS管M20的漏极与MOS管M27的栅极和MOS管M25的漏极相连；MOS管M16与MOS管M21组成一电流镜，镜像比为1：1，MOS管M16的栅极与MOS管M21的栅极相连，MOS管M21的漏极与MOS管M24的漏极相连，MOS管M16-M21的源极连接至电荷泵的输出端CP(即二极管D3的负端)；MOS管M24及MOS管M25组成一电流镜，镜像比为1：30，MOS管M24的栅极与MOS管M25的栅极相连，MOS管M24的栅极与漏极相连，MOS管M25的漏极与MOS管M27的栅极相连，MOS管M24的源极和MOS管M25的源极相连；电流源I3还被连至MOS管M24和MOS管M25的源极以及二极管D6和D8的正端且连至地；二极管D6的负端连至MOS管M27的源极，所述二极管D8的负端连至MOS管M27的栅极、MOS管M20的漏极以及MOS管M25的漏极；二极管D7的正端与MOS管M22的源极及MOS管M23的源极相连，其负端与MOS管M26的栅极、MOS管M19的漏极以及MOS管M23的漏极相连；MOS管M27为各所述切换信号发生器1-1、1-2的低侧MOS管，其源极作为各所述切换信号发生器1-1、1-2的输入端VF被连至所述输出电压箝位装置2的输出端和所述输出电流箝位装置3的输出端；MOS管M26为各所述切换信号发生器1-1、1-2的高侧MOS管，采用NMOS管，且其源极作为各所述切换信号发生器1-1、1-2的输出端Vsw分别连至各所述飞电容C1和C2的负极板。

其中在各切换信号发生器1-1、1-2中，MOS管M26，M27的导通和关断都是通过受控电流对其栅极进行充放电，而非由电流不受控的单纯的开关来控制，从而可以有效的减小电磁辐射(EME)，避免出现横流。具体而言，各切换信号发生器1-1、1-2中的高侧MOS管M26的导通是通过由MOS管M16和MOS管M19组成的镜像比为1:1的电流镜对MOS管M26的栅极充电完成。MOS管M26的关断是通过MOS管M17及MOS管M18组成的比例为1:1的电流镜和MOS管M22及MOS管M23组成的比例为1:30的电流镜对MOS管M26的栅极放电来完成。低侧MOS管M27的导通是通过由MOS管M16和MOS管M20组成的比例为1:1的电流镜对MOS管M27的栅极充电完成。MOS管M27的关断是通过MOS管M16及MOS管M21组成的比例为1:1的电流镜和MOS管M24及MOS管M25组成的比例为1:30的电流镜对MOS管M27的栅极放电来完成。

显然，以上实施例仅为示例，根据不同的具体应用情况，本领域的普通技术人员可以将所述输出电压箝位装置、所述输出电流箝位装置和所述切换信号发生器中的各电流镜的镜像比设定为不同的数值。

根据本发明的上述实施例，实现了以下有益技术效果：可实现对电荷泵的输出平均电流进行箝位，以控制电荷泵的输出电流不超过设定的阈值，从而在电荷泵的负载电流产生短路或者电荷泵负载电流浪涌式增大的情况下，有效地保护电荷泵中的二极管链免收损坏。提供受控电流来开通和关断切换信号发生器的高侧MOS管和低侧MOS管以对该两侧MOS管的栅极进行充电和放电，从而减少了电磁辐射(EME)，又采用使栅极充电电流明显小于栅极放电电流的方法避免横流，从而不再需要设置非交叠时钟电路，简化了电荷泵的结构，降低了电荷泵的成本。使用NMOS管作为切换信号发生器中的高侧MOS管，由于与相同尺寸的PMOS管相比，NMOS管的导通电阻较小，因此在使用与原PMOS管尺寸相同的NMOS管作为高侧MOS管的情况下，有效地增大了电荷泵的输出电流。

在基本不脱离本实用新型的精神和原理的情况下，可以对本实用新型的优选实施例进行多种变形和修改。在此所有的这种变形和修改均旨在包含在本实用新型的如由权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种电荷泵，由多个二极管链(D1、D2、D3)；多个飞电容(C1、C2)；一输出电容(Cout)；多级切换信号发生器(1-1、1-2)和输出电压箝位电路(2)连接构成，其中所述输出电压箝位电路(2)包括有一电阻(R1)，多个齐纳二极管(D4、D5)，多个MOS管(Msink、M3-M6)，和一恒流源(I1)，其中第一MOS管(M6)和第二MOS管(Msink)组成一电流镜，所述第二MOS管(Msink)的漏极作为所述输出电压箝位电路(2)的输出端，分别与各所述切换信号发生器(1-1、1-2)相连，其特征在于，还包括有输出电流箝位装置(3)，其输入端连至所述输出电压箝位电路(2)中的所述第一MOS管(M6)的漏极以及所述第二MOS管(Msink)和所述第一MOS管(M6)的栅极，输出端连至所述输出电压箝位电路(2)中的所述第二MOS管(Msink)的漏极，用于监控所述第二MOS管(Msink)的输出电流，以实现对所述电荷泵的输出平均电流进行箝位。

2.根据权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述输出电流箝位装置(3)由第三至第十MOS管(Msense、M7-M13)、一运算放大器(3A)、一比较器(3B)、一电容(Cint)和一电流源(I2)连接组成，其中第三MOS管(Msense)是所述输出电压箝位电路(2)中的所述第二MOS管(Msink)的镜像管，其栅极与所述第二MOS管(Msink)的栅极相连，其源极与所述第二MOS管(Msink)的源极相连且接地，其漏极与所述第二MOS管(Msink)的漏极分别接至所述运算放大器(3A)的反相和同相输入端；所述运算放大器(3A)的输出端与第四MOS管(M7)的栅极相连；所述第四MOS管(M7)的源极和所述第三MOS管(Msense)的漏极相连；第五MOS管(M8)和第六MOS管(M9)组成一电流镜像管，第四MOS管(M7)的漏极连接至第五MOS管(M8)和第六MOS管(M9)的栅极以及第五MOS管(M8)的漏极，第五MOS管(M8)和第六MOS管(M9)的源极相互连接，第六MOS管(M9)的漏极分别连接至第七MOS管(M10)的漏极、所述电容的正极板和所述比较器(3B)的正输入端(Vramp)；第七MOS管(M10)的栅极连接至外部的复位信号源(reset)，其源极接地；所述电容(Cint)的负极板接地；所述比较器(3B)的负输入端连接至外部的参考电压源(Vref)，输出端连接至第八MOS管(M11)的栅极；第八MOS管(M11)的漏极连接至所述电流源(I2)；第九MOS管(M12)和第十MOS管(M13)组成为一电流镜像管，第八MOS管(M11)的源极连接至第九MOS管(M12)和第十MOS管(M13)的栅极以及第九MOS管(M12)的漏极，第九MOS管(M12)的源极和第十MOS管(M13)的源极相互连接且接地，第十MOS管(M13)的漏极连接至第三MOS管(Msense)的栅极。

3.根据权利要求1或2所述的电荷泵，其特征在于，各所述切换信号发生器(1-1、1-2)由第一至第三齐纳二极管(D6-D8)、第十一至第二十四MOS管(M14-M27)和一电流源(I3)连接构成，其中，第十一MOS管(M14)和第十二MOS管(M15)组成一电流镜，第十一MOS管(M14)和第十二MOS管(M15)的栅极相连且作为所述各切换信号发生器的输入端接收外部时钟信号(CLK)，第十一MOS管(M14)和第十二MOS管(M15)的源极相连且连至所述电流源(I3)，第十一MOS管(M14)的漏极连至第十三MOS管(M16)的漏极，第十二MOS管(M15)的漏极连至第十四MOS(M17)管的漏极；第十三MOS管(M16)和第十六MOS管(M19)组成一电流镜，第十三MOS管(M16)的栅极与第十六至第十八MOS管(M19-M21)的栅极相连，第十三MOS管(M16)的源极与第十六MOS管(M19)的源极相连且连至所述电荷泵的输出端(CP)，第十三MOS管(M16)的栅极与漏极相连，第十六MOS管(M19)的漏极与第二十三MOS管(M26)的栅极第二十MOS管(M23)的漏极相连；第十四MOS管(M17)及第十五MOS管(M18)组成一电流镜，第十四MOS管(M17)的栅极与第十五MOS管(M18)的栅极相连，第十四MOS管(M17)的栅极与漏极相连，第十四MOS管(M17)的源极连至第十三和第十五至第十七MOS管(M16、M18-M20)的源极连至所述电荷泵的输出端(CP)，第十五MOS管(M18)的漏极与第十九MOS管(M22)的漏极相连；第十九MOS管(M22)及第二十MOS管(M23)组成一电流镜，第十九MOS管(M22)的栅极与第二十MOS管(M23)的栅极相连，第十九MOS管(M22)的源极与第二十MOS管(M23)的源极相连，且作为各切换信号发生器(1-1、1-2)的输出端(Vsw)分别连至各所述飞电容(C1、C2)的负极板，第十九MOS管(M22)的栅极与漏极相连且连至第十五MOS管(M18)的漏极，第二十MOS管(M23)的漏极与第二十三MOS管(M26)的栅极和第十六MOS管(M19)的漏极相连；第十三MOS管(M16)和第十七MOS管(M20)组成一电流镜，第十三MOS管(M16)的栅极与第十七MOS管(M20)的栅极相连，第十七MOS管(M20)的漏极与第二十四MOS管(M27)的栅极和第二十二MOS(M25)管的漏极相连；第十三MOS管(M16)与第十八MOS管(M21)组成一电流镜，第十三MOS管(M16)的栅极与第十八MOS管(M21)的栅极相连，第十八MOS管(M21)的漏极与第二十一MOS管(M24)的漏极相连，第十八MOS管(M21)的源极连至所述电荷泵的输出端(CP)；第二十一MOS管(M24)及第二十二MOS管(M25)组成一电流镜，第二十一MOS管(M24)的栅极与第二十二MOS管(M25)的栅极相连，第二十一MOS管(M24)的栅极与漏极相连；第二十二MOS管(M25)的漏极与第二十四MOS管(M27)的栅极相连，第二十一MOS管(M24)的源极与第二十二MOS管(M25)的源极相连；电流源(I3)还被连至第二十一MOS管(M24)和第二十二MOS管(M25)的源极以及第一和第三二极管(D6、D8)的正端且连至地；所述第一二极管(D6)的负端连至第二十四MOS管(M27)的源极，所述第三二极管(D8)的负端连至第二十四MOS管(M27)的栅极、第十七MOS管(M20)的漏极以及第二十二MOS管(M25)的漏极；所述第二二极管(D7)的正端与第十九MOS管(M22)的源极及第二十MOS管(M23)的源极相连，其负端与第二十三MOS管(M26)的栅极、第十六MOS管(M19)的漏极以及第二十MOS管(M23)的漏极相连；第二十四MOS管(M27)为各所述切换信号发生器(1-1、1-2)的低侧MOS管，其源极作为各所述切换信号发生器的输入端(VF)连至所述输出电压箝位电路(2)的输出端和所述输出电流箝位装置的输出端；第二十三MOS管(M26)为各所述切换信号发生器(1-1、1-2)的高侧MOS管，且其源极作为各所述切换信号发生器(1-1、1-2)的输出端分别连至各所述飞电容(C1、C2)的负极板。

4.根据权利要求3所述的电荷泵，其特征在于，所述切换信号发生器(1-1、1-2)中的第二十三MOS管(M26)采用NMOS管。