CN207051758U - 一种利用开关电容预先存储电荷的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用开关电容预先存储电荷的系统。所述系统包括：电源模块、电压检测及控制模块、电压变换器模块、储能电容模块和受控开关模块；所述电压变换器模块是指一个单向电荷泵；所述储能电容模块由储能电容C2和储能电容C3组成。本实用新型设置电压变换器模块，可以用较小的电容面积，来获得大电容的补偿效果；本实用新型中设置电压检测及控制模块检测电源输出电压，及电荷泵抽取端和泵出端间的电压差，并根据其状态控制开关的开启与关断，以及电荷泵的启停；本实用新型将多余的电荷进行回收存储并转移，待负载加大时重新补充回去利用，显著增加了电池的工作时间。

Description

一种利用开关电容预先存储电荷的系统

技术领域

本实用新型涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种利用开关电容预先存储电荷的系统。

背景技术

随着便携式及手持电子设备的迅速普及，电源管理技术的研究急剧增加。电源管理的主要目的是提高功率器件的效率，从而延长电池寿命和设备的使用时间。电源管理系统一般包含多个子系统，包括线性稳压器，开关稳压器，以及控制逻辑单元等。其中控制逻辑单元可以控制各子系统的工作状态，例如开启和关闭，以及改变输出电压电平，从而优化整个系统的功耗。

LDO(Low Dropout Regulator)是用于提供一个恒定的电压，属于一类线性稳压器，具有改善电源效率的特点。LDO的主要优点有：电路简单，输出噪声低，低功耗。非常适合RF电路，音频放大器以及锂电池等应用环境。另外，由于LDO易于片上集成，使得它更适合于片上电源管理系统。因此，LDO在现代各类电子设备中应用广泛。

电路通过反馈电阻R1和R2检测输出电压VOUT的变化，然后利用一个误差放大器对VFB与参考电压Vref进行比较，之后进行误差放大，然后控制调整管的栅极电压，从而形成了负反馈路径，实时调整LDO的输出电压。由调整管，电阻反馈网络和控制电路构成的负反馈环路使得当VIN>VOUT时，根据电流的大小改变调整管的导通能力，使VOUT在一定负载范围内保持恒定输出。LDO通常应用于需要低噪声，高精度供电的应用场合。为在不同的负载条件下提供恒定的输出电压，LDO必须具备包括应对不同瞬态电流和负载阻抗快速调整的能力。

对于传统LDO来说，当负载电流突然增大时，由于环路带宽限制，调整管还来不及产生相应大小的电流，此时输出端大电容迅速对输出放电，为负载提供电流。随着电容放电，LDO输出电压迅速降低。当调整管栅极电压降到最低值时LDO的输出电压停止降低，此时输出电压达到最小值Vout-Vdip。当Vdip过大，导致LDO的输出电压Vout波动超出后端电路的允许波动范围，会导致后端电路出现不稳定甚至异常，所以必须避免这种情况出现。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种利用开关电容预先存储电荷的系统，用较小的电容面积，来获得大电容一样的补偿效果，减少电荷流经开关时的损耗，降低芯片的发热，获得更好的稳定性，提升了电池的续航能力。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种利用开关电容预先存储电荷的系统，所述系统包括：电源模块、电压检测及控制模块、电压变换器模块、储能电容模块和受控开关模块；

所述电压变换器模块是指一个单向电荷泵；

所述储能电容模块由储能电容C2和储能电容C3组成；

所述受控开关模块是由受控开关S1、受控开关S2、受控开关S3和受控开关S4组成；

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述电源模块采用LDO电路或其他直流线性稳压电路。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述储能电容C2和储能电容C3均可集成在芯片内。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述电压检测及控制模块与电源模块、电压变换器模块和受控开关模块相连。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述储能电容C2与受控开关S1和受控开关S2相连，储能电容C3与受控开关S3和受控开关S4相连。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型设置电压变换器模块，可以将电容C3上的电压提升到高于LDO输入电压VDD的值，可以用较小的电容面积，来获得大电容的补偿效果。

2、本实用新型中设置电压检测及控制模块检测电源输出电压，及电荷泵抽取端和泵出端间的电压差，并根据其状态控制开关的开启与关断，以及电荷泵的启停。

3、本实用新型将多余的电荷进行回收存储并转移，待负载加大时重新补充回去利用，提升了电池的续航能力。

附图说明

图1为一种利用开关电容预先存储电荷的系统结构示意图；

图中：1-电源模块、2-电压检测及控制模块、3-电压变换器模块、4-储能电容模块、5-受控开关模块。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种利用开关电容预先存储电荷的系统，所述系统包括：电源模块1、电压检测及控制模块2、电压变换器模块3、储能电容模块4和受控开关模块5；

所述电压变换器模块3是指一个单向电荷泵；

所述储能电容模块4由储能电容C2和储能电容C3组成；

所述受控开关模块5是由受控开关S1、受控开关S2、受控开关S3和受控开关S4组成。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述电源模块1采用LDO电路或其他直流线性稳压电路。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述储能电容C2和储能电容C3均可集成在芯片内。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述电压检测及控制模块2与电源模块、电压变换器模块和受控开关模块相连。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述储能电容C2与受控开关S1和受控开关S2相连，储能电容C3与受控开关S3和受控开关S4相连。

工作原理：本实用新型实际操作时，先设定输出电压Vout的工作设定值为Va，可接受电压变化差值为Vb；然后记电容C2和C3的电压差为VΔ＝VC3-VC2，设定启停设定值为Vset。当输出电压Vout>Va+Vb时，说明输出端电压过高，需要释放电荷；当输出电压Vout<Va-Vb时，说明输出端电压过低，需要补充电荷；当Va+Vb>Vout>Va-Vb时，说明输出电压Vout处于正常工作范围。当需要释放电荷时，控制开关S1闭合，让多余的电荷通过开关S1进入电容C2；当电压差VΔ<启停设定值Vset时，电荷泵启动，开关S2和开关S3闭合，将电荷由电容C2抽取至电容C3，通过此控制回路，保证电容C2和电容C3始终处于合适的电压。当需要补充电荷时，控制开关S4闭合，让存储在电容C3中的电荷通过开关S4补充给输出端，使电压不再继续下降；当电压差VΔ>启停设定值Vset时，电荷泵停止工作，减小功耗，开关S2和开关S3断开，电容C2和电容C3进行存贮电荷。输出电压Vout处于正常工作范围时，开关S1和开关S4断开，此时，补偿系统不工作。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种利用开关电容预先存储电荷的系统，其特征在于，所述系统包括：电源模块(1)、电压检测及控制模块(2)、电压变换器模块(3)、储能电容模块(4)和受控开关模块(5)；

所述电压变换器模块(3)是指一个单向电荷泵；

所述储能电容模块(4)由储能电容C2和储能电容C3组成；

所述受控开关模块(5)是由受控开关S1、受控开关S2、受控开关S3和受控开关S4组成。

2.根据权利要求1所述的一种利用开关电容预先存储电荷的系统，其特征在于，所述电源模块(1)采用LDO电路或其他直流线性稳压电路。

3.根据权利要求1所述的一种利用开关电容预先存储电荷的系统，其特征在于，所述储能电容C2和储能电容C3均可集成在芯片内。

4.根据权利要求1所述的一种利用开关电容预先存储电荷的系统，其特征在于，所述电压检测及控制模块(2)与电源模块、电压变换器模块和受控开关模块相连。

5.根据权利要求1所述的一种利用开关电容预先存储电荷的系统，其特征在于，所述储能电容C2与受控开关S1和受控开关S2相连，储能电容C3与受控开关S3和受控开关S4相连。