CN210041647U - 双电荷泵并行的升压电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双电荷泵并行的升压电路，包括两个级联的第一电荷泵电路，第一电荷泵电路的输入端设有第二电荷泵电路，第二电荷泵电路包括四个开关管M5‑M8，开关管M5经电容C2P连接开关管M6，开关管M5与电容C2P的公共端连接开关管M7，开关管M6和电容C2P的公共端连接开关管M8，开关管M6和M7均连接电平VCI，开关管M5连接电平VSSA，开关管M8输出端连接稳压电容C2，稳压电容C2输出升压电压至一个第一电荷泵电路。本实用新型采用双电荷泵并行的结构，无需级联较多的电荷泵电路也可升到比较高的电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及电荷泵电路领域，特别是指一种双电荷泵并行的升压电路。
背景技术
电荷泵电路由于具有升压和降压的特点，广泛被应用于液晶显示屏的驱动电路中。一般为了节省芯片成本，芯片只会外接一个3v左右的主电源。而显示屏的驱动电路，由于要驱动TFT(薄膜晶体管)的栅极并进行数据传输，需要栅极驱动电路(gate电路)和源极驱动电路(source和gamma电路)，为了保证较好的显示画面，一般数据的范围会比较宽，3v的电源是不够的。所以需要电荷泵电路，给gate电路提供±12V左右的电源电压，同时给source和gamma电路提供±6V左右的电源电压。而且为了继续降低成本，甚至电荷泵的充放电电容(fly cap)和稳压电容，都会内置在芯片中。
针对以上的应用环境，对于内置电容的电荷泵，由于fly cap电容和稳压电容都不可能做的很大，同时为了近一步节省面积，对于高压的电荷泵结构，一般不会使用高压管，因此如何提高电荷泵的效率，并且时钟控制信号的电源范围如何处理，才能避免不用高压的电平转换，变得十分重要。
以往电荷泵的主要架构如图1所示：这种电荷泵是由N级CELL1级连的一种结构。图中给出了三级级连升压到4倍VCI的一种电路图。在CELL1中时钟控制输出的信号CK1P与CK1N是一对反相的信号，如图2所示。信号的电平在0～3v(VCI电平)之间切换，是一个方波。电容C1P与C1N是充放电电容，电容C1是稳压电容。NMOS管M1与M2，PMOS管M3与M4是开关管。在 CK1P为VCI电平，CK1N为0电平的时候，B点的电压为VCI，A点的电压为 2*VCI。此时M3打开，V1的输出为2*VCI。在下一时刻，在CK1P为0电平， CK1N为VCI电平的时候，由于电容两边的电荷保持不变的特性，B点的电压为2*VCI，A点的电压为VCI。此时M4打开，V1的输出为2*VCI，每个CELL 的工作原理相同，因此，要想升到更高的电压，就需要更多的CELL1级连。
这种电路的主要缺点是：如果要升到比较高的电压，就需要更多的CELL1 级连，因此效率比较低，所占的面积也比较大。
实用新型内容
本实用新型提出一种双电荷泵并行的升压电路，解决了现有技术中如果要升到比较高的电压，就需要更多的CELL1级连，因此效率比较低，所占的面积也比较大的问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种双电荷泵并行的升压电路，包括两个级联的第一电荷泵电路，所述第一电荷泵电路的输入端设有第二电荷泵电路，所述第二电荷泵电路包括四个开关管M5-M8，所述开关管M5经电容C2P连接开关管M6，所述开关管M5与电容C2P的公共端连接开关管M7，所述开关管M6和电容C2P的公共端连接开关管M8，所述开关管M6和M7均连接电平VCI，所述开关管M5连接电平 VSSA，所述开关管M8输出端连接稳压电容C2，稳压电容C2输出升压电压至一个所述第一电荷泵电路。
作为本实用新型的一个优选实施例，所述第二电荷泵电路的个数为2，两个第二电荷泵电路采用镜像对称结构，两个第二电荷泵电路的输出端均连接稳压电容C2。
作为本实用新型的一个优选实施例，所述第一电荷泵电路包括开关管 M1-M4，所述稳压电容C2分别连接所述开关管M1和开关管M2，所述开关管 M1连接开关管M4和电容C1P，所述开关管M2连接开关管M3和电容C1N，所述开关管M3连接电容C1N，所述开关管M4连接电容C1P，所述电容C1P 的输入端连接控制时序CK2P，所述电容C1N的输入端连接控制时序CK2N，所述开关管M3-M4输出端连接稳压电容，输出稳定的升压电压。
作为本实用新型的一个优选实施例，所述控制时序CK2N和CK2P为两相的方波。
一种双电荷泵并行的升压电路，包括一个第一电荷泵电路和两个第二电荷泵电路，一个第二电荷泵电路包括开关管M1-M4，另一第二电荷泵电路包括开关管M5-M8，所述开关管M1经电容C1与开关管M2连接，所述开关管M1与电容C1的公共端连接开关管M3，所述开关管M2与电容C1的公共端连接开关管M4，所述开关管M2和M3均连接电平VCI，所述开关管M1连接电平VSSA，开关管M4的输出端连接稳压电容C11，稳压电容C11连接开关管M7；开关管M7经电容C2连接开关管M8，开关管M7与电容C2的公共端连接开关管M5，开关管M5连接电平VSSA，开关管M8与电容C2的公共端连接开关管M6，开关管M8的输出端连接稳压电容C22，稳压电容C22的输出端连接第一电荷泵电路，第一电荷泵电路输出升压电平。
作为本实用新型的一个优选实施例，还包括用于给开关管M6/M8提供栅极控制信号的第一电荷泵电路。
作为本实用新型的一个优选实施例，所述第一电荷泵电路为中压MOS管升高压电荷泵。
本实用新型的有益效果在于：采用双电荷泵并行的结构，无需级联较多的电荷泵电路也可升到比较高的电压。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中电荷泵升压电路的原理图；
图2为电荷泵升压电路的信号时序图；
图3为本实用新型一种双电荷泵并行的升压电路实施例一的电路图；
图4为本实用新型一种双电荷泵并行的升压电路实施例二的电路图；
图5为本实用新型一种双电荷泵并行的升压电路实施例三的电路图；
图6为提供栅极控制信号的第一电荷泵电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
如图3所示，本实用新型提出了一种双电荷泵并行的升压电路，包括两个级联的第一电荷泵电路(CELL1)，第一电荷泵电路的输入端设有第二电荷泵电路(CELL2)，第二电荷泵电路包括四个开关管M5-M8，开关管M5经电容C2P 连接开关管M6，开关管M5与电容C2P的公共端连接开关管M7，开关管M6 和电容C2P的公共端连接开关管M8，开关管M6和M7均连接电平VCI，开关管M5连接电平VSSA，开关管M8输出端连接稳压电容C2，稳压电容C2输出升压电压至一个第一电荷泵电路。
时钟控制信号C2P/C2N与图2中时序一致，只是电平的范围不同：假设在TI时刻，CELL2单元中的M5与M6打开，此时电容C2P两端的电压分别为 VSSA(0V)/VCI(3V)。在T2时刻，开关管M7与M8打开，此时M5与M6关闭。 C2P左边的电压由VSSA切换到VCI，由于电容两边的电荷保持不变的特性， C2P右侧的电压由VCI升压到2倍VCI。当M8打开的时候，VH1点的电压为 2*VCI。由于存在稳压电容C2，所以VH1的电压不会在CELL1工作的时候被拉的很低，只要CELL2可以及时补充电荷给稳压电容C2，就能保证整个电荷泵正常工作。为了提高整个电荷泵的带负载能力，CELL2也可以并行，时钟是两相，即保证在T1或者T2时候，总有开关导通给稳压电容C2充电。
实施例二
第二电荷泵电路的个数为2，两个第二电荷泵电路采用镜像对称结构(乒乓结构)，两个第二电荷泵电路的输出端均连接稳压电容C2。
在上述两个实施例中，第一电荷泵的电路结构均相同，第一电荷泵电路包括开关管M1-M4，稳压电容C2分别连接开关管M1和开关管M2，开关管M1 连接开关管M4和电容C1P，开关管M2连接开关管M3和电容C1N，开关管 M3连接电容C1N，开关管M4连接电容C1P，电容C1P的输入端连接控制时序 CK2P，电容C1N的输入端连接控制时序CK2N，开关管M3-M4输出端连接稳压电容，输出稳定的升压电压。控制时序CK2N和CK2P为两相的方波。
在M5/M6打开的时候，M11与M12打开，电容C3P上面的电荷转移到C2 上面。当M7/M8打开的时候，M9与M10打开给C3P充电。此时C2P上的电荷转移到C2上面。这种CELL2的乒乓结构，可以保证稳压电容C2的电荷得到及时的补充，使得后面CELL1的输入电压尽量高，以便电荷泵输出电压值可以接近理论值，尽量减少电荷损失。由于CELL1的输入电压VH1理论上可以达到2*VCI，图3和图4中的时钟CK2P与CK2N，可以经过电平转换(level_shift) 变成0～VH1电压范围的时钟信号，所以经过CELL1输出的电压VH2理论上就可以达到4*VCI，而第二级CELL1的输出电压VH3就可以达到6*VCI。相比于图1中的电荷泵结构，用三级的CELL1级联，输出电压只能达到4*VCI。而图 3和图4，由于采用了CELL1与CELL2的并行的结构，只用三级就可以把电压升到6*VCI，效率提高了30％。
实施例三
如图5所示，本实用新型还提出了一种双电荷泵并行的升压电路，包括一个第一电荷泵电路和两个第二电荷泵电路，一个第二电荷泵电路包括开关管 M1-M4，另一第二电荷泵电路包括开关管M5-M8，开关管M1经电容C1与开关管M2连接，开关管M1与电容C1的公共端连接开关管M3，开关管M2与电容C1的公共端连接开关管M4，开关管M2和M3均连接电平VCI，开关管 M1连接电平VSSA，开关管M4的输出端连接稳压电容C11，稳压电容C11连接开关管M7；开关管M7经电容C2连接开关管M8，开关管M7与电容C2的公共端连接开关管M5，开关管M5连接电平VSSA，开关管M8与电容C2的公共端连接开关管M6，开关管M8的输出端连接稳压电容C22，稳压电容C22的输出端连接第一电荷泵电路，第一电荷泵电路输出升压电平。还包括用于给开关管M6/M8提供栅极控制信号的第一电荷泵电路。第一电荷泵电路为中压MOS 管升高压电荷泵。
该实施例中，电路是由一个CELL1单元和两个CELL2单元组成的，图中 VH1的电压等于2*VCI，VH2的电压等于4*VCI，当图5中的CK2P与CK2N 的信号电平范围为0～VH1的时候，VH3的电压等于6*VCI。和图3图4达到相同的效果。在图5中开关管M1/M2/M3的栅极电压范围0～VCI，开关管 M4/M5/M7的栅极电压范围0～VH1。M6和M8的栅极电压范围为了不出现过压的问题，只能控制在VH1～VH2之间，所以开关管M6/M8的栅极控制信号不能通过level_shift实现。CELL1单元可以充当level_shift的作用，图6中VH1与 VH2，与图5中的VH1与VH2相连。CK2P与CK2N是经过level_shift转换之后电平为0～VH1的信号，所以开关管M6/M8的栅极控制信号CK2P_VH1_VH2 与CK2N_VH1_VH2的电平范围是VH1～VH2，差值只有2*VCI，不会出现过压的问题。
上述实施例一～实施例三的公共技术特征为电荷泵电路并行，在实施例一～实施例二中，为第一电荷泵电路级联，在实施例三种级联的是第二电荷泵电路。
本实用新型采用双电荷泵并行的结构，无需级联较多的电荷泵电路也可升到比较高的电压。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：包括两个级联的第一电荷泵电路，所述第一电荷泵电路的输入端设有第二电荷泵电路，所述第二电荷泵电路包括四个开关管M5-M8，所述开关管M5经电容C2P连接开关管M6，所述开关管M5与电容C2P的公共端连接开关管M7，所述开关管M6和电容C2P的公共端连接开关管M8，所述开关管M6和M7均连接电平VCI，所述开关管M5连接电平VSSA，所述开关管M8输出端连接稳压电容C2，稳压电容C2输出升压电压至一个所述第一电荷泵电路。
2.根据权利要求1所述的双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：所述第二电荷泵电路的个数为2，两个第二电荷泵电路采用镜像对称结构，两个第二电荷泵电路的输出端均连接稳压电容C2。
3.根据权利要求1所述的双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：所述第一电荷泵电路包括开关管M1-M4，所述稳压电容C2分别连接所述开关管M1和开关管M2，所述开关管M1连接开关管M4和电容C1P，所述开关管M2连接开关管M3和电容C1N，所述开关管M3连接电容C1N，所述开关管M4连接电容C1P，所述电容C1P的输入端连接控制时序CK2P，所述电容C1N的输入端连接控制时序CK2N，所述开关管M3-M4输出端连接稳压电容，输出稳定的升压电压。
4.根据权利要求3所述的双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：所述控制时序CK2N和CK2P为两相的方波。
5.一种双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：包括一个第一电荷泵电路和两个第二电荷泵电路，一个第二电荷泵电路包括开关管M1-M4，另一第二电荷泵电路包括开关管M5-M8，所述开关管M1经电容C1与开关管M2连接，所述开关管M1与电容C1的公共端连接开关管M3，所述开关管M2与电容C1的公共端连接开关管M4，所述开关管M2和M3均连接电平VCI，所述开关管M1连接电平VSSA，开关管M4的输出端连接稳压电容C11，稳压电容C11连接开关管M7；开关管M7经电容C2连接开关管M8，开关管M7与电容C2的公共端连接开关管M5，开关管M5连接电平VSSA，开关管M8与电容C2的公共端连接开关管M6，开关管M8的输出端连接稳压电容C22，稳压电容C22的输出端连接第一电荷泵电路，第一电荷泵电路输出升压电平。
6.根据权利要求5所述的双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：还包括用于给开关管M6/M8提供栅极控制信号的第一电荷泵电路。
7.根据权利要求6所述的双电荷泵并行的升压电路，其特征在于：所述第一电荷泵电路为中压MOS管升高压电荷泵。
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| CN110401343B (zh) * | 2019-07-05 | 2024-04-02 | 深圳市爱协生科技股份有限公司 | 双电荷泵并行的升压电路 |
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