TWI819719B - 電荷泵及用在其中的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一種電荷泵及用在其中的方法。該電荷泵包括：第一電流源，用於在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內對第二功率電晶體的汲極與第二電容之間的第一電路節點進行放電；第二電流源，用於在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內對第三功率電晶體的源極與第二電容之間的第二電路節點進行放電；第一比較器，用於將第一電路節點處的電壓與第一電壓差值進行比較，該第一電壓差值是電荷泵的輸出電壓與第二閾值電壓之間的差值；以及第二比較器，用於將第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較。

Description

電荷泵及用在其中的方法
本發明涉及電路領域，更具體地涉及一種電荷泵及用在其中的方法。
電荷泵是利用電容存儲能量的開關變換器，其中利用開關使得電容在充電和放電狀態之間切換，從而可以升降供電電壓。在移動終端型電子設備中，供電電源的電壓可能高於或者低於電子設備的工作電壓，電荷泵可以通過將供電電源的電壓升降到合理的範圍內來滿足電子設備的正常工作需要。傳統交錯式架構的電荷泵如圖1所示，在處於導通狀態的八個功率電晶體Q1至Q8，所示VOUT引腳與PMID引腳之間在切換所述Q1/Q3/Q6/Q8到Q2/Q4/Q5/Q7或者從Q2/Q4/Q5/Q7到Q1/Q3/Q6/Q8的過程中，電壓的變化常造成不穩定狀態，而有待改善。
為達到上述目的，根據本發明實施例的電荷泵，包括第一電容、第二電容、以及串聯連接的第一、第二、第三、和第四功率電晶體，其中，第一電容連接在第一功率電晶體的汲極和源極之間，第二電容連接在第二功率電晶體的汲極和第三功率電晶體的源極之間，該電荷泵還包括：第一電流源，用於在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內對第二功率電晶體的汲極與第二電容之間的第一電路節點進行放電；第二電流源，用於在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內對第三功率電晶體的源極與第二電容之間的第二電路節點進行放電；第一比較器，用於將第一電路節點處的電壓與第一電壓差值進行 比較，該第一電壓差值是電荷泵的輸出電壓與第二閾值電壓之間的差值；以及第二比較器，用於將第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較，其中，在第一時段結束時第一電路節點處的電壓小於第一電壓差值且第二電路節點處的電壓小於第一電壓閾值，表示第一至第三功率電晶體和第二電容均不處於短路狀態。
根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法，該電荷泵包括第一電容、第二電容、以及串聯連接的第一、第二、第三、和第四功率電晶體，其中，第一電容連接在第一功率電晶體的汲極和源極之間，第二電容連接在第二功率電晶體的汲極和第三功率電晶體的源極之間，該方法包括：在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內利用第一電流對第二功率電晶體的汲極與第二電容之間的第一電路節點進行放電；在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內利用第二電流對第三功率電晶體的源極與第二電容之間的第二電路節點進行放電；將第一電路節點處的電壓與第一電壓差值進行比較，該第一電壓差值是電荷泵的輸出電壓與第二閾值電壓之間的差值；以及將第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較，其中，在第一時段結束時第一電路節點處的電壓小於第一電壓差值且第二電路節點處的電壓小於第一電壓閾值，表示第一至第三功率電晶體和第二電容均不處於短路狀態。
Cbst_self_ck,Cfly_prech_ck,Cfly_self_ck,Q1/Q3_gate,Q1_gate,Q2_gate,Q2Q3_self_ck,Q3_gate,Q4_gate,Q4_noshort_ck,Q4_self_ck:計時信號
COMP1,COMP2,COMP3,COMP4,COMP5,COMP6,COMP7,COMP8,COMP9,COMP10,COMP11:比較器
Ich_bst,Idis_cfl,Ich_cfh,Idis_cfh1,Idis_cfh2,Ich_cfl:電流源
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8:功率電晶體
R1,R2:電阻
SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6:開關
VPMID_DIV,VR1,VR2,VR3:基準電壓
VREG:電壓源
100,200:電荷泵
CBST1,CBST2,CBSTx,CFLY1,CFLY2,CFLYx,COUT:電容
S301,S302,S303,S304,S305,S306,S307,S308:步驟
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T9:計時時間
GND:接地腳
M1,M2:開關管
從下面結合圖式對本發明的具體實施方式的描述中可以更好地理解本發明，其中：圖1示出了傳統的交錯式架構的電荷泵的示意圖。
圖2示出了根據本發明實施例的交錯式架構的電荷泵的示意圖。
圖3示出了應用於圖2所示的電荷泵中的電容/功率電晶體自檢測和預啟動方法的流程圖。
圖4示出了圖2所示的電荷泵中的相關信號的工作波形圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本發明造成不必要的模糊。
圖1示出了傳統的交錯式架構的電荷泵100的示意圖。如圖1所示，電荷泵100包括相互對稱的第一側電路和第二側電路及位於它們之間的電容COUT，其中，第一側電路包括功率電晶體Q1至Q4和電容CBST1和CFLY1，第二側電路包括功率電晶體Q5至Q8和電容CBST2和CFLY2；PMID引腳接輸入電源，VOUT引腳接輸出負載；八個功率電晶體Q1至Q8分為兩個相位分別導通，其中，功率電晶體Q1、Q3、Q6、Q8在第一相位導通，功率電晶體Q2、Q4、Q5、Q7在第二相位導通；在處於導通狀態的功率電晶體從Q1/Q3/Q6/Q8切換到Q2/Q4/Q5/Q7或者從Q2/Q4/Q5/Q7切換到Q1/Q3/Q6/Q8的過程中，PMID引腳處的電能通過電容CFLYx(x=1或2)轉移到VOUT引腳處；在理想情況下，VOUT引腳處的電壓大約為PMID引腳處的電壓的一半。
在電荷泵100正常啟動前，需要檢查電容CFLYx/CBSTx(x=1或2)以及每個功率電晶體的開短路以確保安全，同時也需要預啟動將電容CFLYx和COUT上的電容電壓預充放到穩態值。
鑒於傳統的交錯式架構的電荷泵的上述需求，提出了根據本發明實施例的交錯式架構的電荷泵。
圖2示出了根據本發明實施例的交錯式架構的電荷泵200的示意圖。需要說明的是，由於電荷泵200的第一側電路和第二側電路相互對稱，所以圖2僅示出了其中的一側電路。
如圖2所示，電荷泵200包括PMID引腳、VOUT引腳、接地腳(Ground,GND)引腳相互連接的兩塊電荷泵晶片，功率電晶體Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8，電容CBST1、CBST2、CFLY1、CFLY2、COUT(圖2未示出)，以及開關管M1、M2，其中：功率電晶體Q1的源極與功率電晶體Q2的汲極相連，功率電晶體Q2的源極與功率Q3的汲極相連，功率電晶體Q3的源極與功率電晶體Q4的汲極相連；功率電晶體Q1的汲極與電荷泵晶片的PMID引腳相連，功率電晶體Q4的源極與電荷泵晶片的GND引腳相連，功率電晶體Q3的汲極與電荷泵晶片的VOUT引腳相連；電容CFLY1連接於電荷泵晶片的CFL1、CFH1引腳之間，電容CBST1連接於電荷泵晶片的BST1、CFH1引腳之間，開關管M1連接於電荷泵晶片的BST1、PMID引腳之間；功率電晶體Q5的源極與功率電晶體Q6的汲極相連，功率電晶體Q6的源極與功率電晶體Q7的汲極相連，功率電晶體Q7的源極與功率電晶體Q8的汲極相連；功率電晶體Q5的汲極與電荷泵晶片的PMID引腳相連，功率電晶體Q8的源極與電荷泵晶片的GND引腳相連，功率電晶體Q7的汲極與電荷泵晶片的VOUT引腳相連；電容CFLY2連接於電荷泵晶片的CFL2、CFH2引腳之間，電容CBST2連接於電荷泵晶片的BST2、CFH2引腳之間，開關管M2連接於電荷泵晶片的BST2、PMID引腳之間。
如圖2所示，電荷泵200還包括電荷泵充電模式下的自檢測和預啟動電路，具體包括正極輸入端接入電荷泵晶片的VOUT引腳、負極輸入端接入電荷泵晶片的CFHx(x=1或2)引腳的比較器COMP1和COMP7，串聯後一端與電荷泵晶片的CFHx引腳相連另一端與電荷泵晶片的GND引腳相連的電流源Idis_cfh1和開關SW1、電流源Idis_cfh2和開關SW6，串聯後一端與電荷泵晶片的PMID引腳相連另一端與電荷泵晶片的CFHx引腳相連的電流源Ich_cfh和開關SW5，正極輸入端接入基準電壓VR1、負極輸入端接入電荷泵晶片的CFLx引腳的比較器COMP2和COMP4，負極輸入端接入基準電壓VR1、正極輸入端接入電荷泵晶片的 CFLx引腳的比較器COMP3，串聯後一端與電荷泵晶片的CFLx引腳相連另一端與電荷泵晶片的GND引腳相連的電流源Idis_cf1和開關SW2，串聯後一端與電荷泵晶片的CFLx引腳相連另一端與晶片內部電壓源VREG相連的電流源Ich_cfl和開關SW3，正極輸入端接入電荷泵晶片的BSTx引腳、負極輸入端接入電荷泵晶片的CFHx引腳的比較器COMP5，正極輸入端接入電荷泵晶片的PMID引腳、負極輸入端接入電荷泵晶片的BSTx引腳的比較器COMP6，串聯後一端與電荷泵晶片的PMID引腳相連另一端與電荷泵晶片的BSTx引腳相連的電流源Ich_bst和開關SW4，正極輸入端接入電荷泵晶片的CFHx引腳、負極輸入端接入電荷泵晶片的VOUT引腳的比較器COMP8，正極輸入端接入電荷泵晶片的CFHx引腳、負極輸入端接入電荷泵晶片的PMID引腳的比較器COMP9，正極輸入端接入電荷泵晶片的VOUT引腳、負極輸入端接入電荷泵晶片的CFLx引腳的比較器COMP10，正極輸入端接入電荷泵晶片的PMID引腳電壓的二分之一分壓的基準電壓VPMID_DIV(由PMID引腳電壓通過電阻R1和R2分壓得到)、負極輸入端接入電荷泵晶片的CFHx引腳的比較器COMP11。
圖3示出了應用於圖2所示的電荷泵中的電容/功率電晶體自檢測和預啟動方法的流程圖。圖4示出了圖2所示的電荷泵中的相關信號的工作波形圖。需要說明的是，由於電荷泵200中的第一側電路和第二側電路相互對稱，以下僅描述第一側電路的功率電晶體Q1至Q4和電容CBST1和CFLY1的自檢測過程(第二側電路的功率電晶體Q5至Q8和電容CBST2和CFLY2的自檢測過程相同，所以不再贅述)。
如圖3和圖4所示，用於第一側電路的功率電晶體Q1至Q4和電容CBST1和CFLY1的自檢測過程包括如下步驟：
S301：在自檢測過程開始時，功率電晶體Q1至Q4處於關斷狀態，電荷泵晶片的計時信號Q2Q3_self_ck開始計時時間T1，用Idis_cfh1電流對CFH1節點進行放電，用Idis_cf1電流對CFL1節點進行放電，以對功率電晶體Q1至Q3和電容CFLY1進行短路檢測。在計時時間 T1結束時對比較器COMP1和COMP2的比較結果進行取樣，如果比較結果不滿足CFH1電壓小於VOUT-VR2且CFL1電壓小於VR1，則判斷功率電晶體Q1至Q3中的至少一個或者電容CFLY1處於短路狀態；如果比較結果滿足CFH1電壓小於VOUT-VR2且CFL電壓小於VR1，則判斷功率電晶體Q1至Q3和電容CFLY1不處於短路狀態，則進入步驟S302。
S302：電荷泵晶片的計時信號Q4_self_ck開始計時時間T2，計時信號Q4_noshort_ck開始計時時間T3，功率電晶體Q1至Q4處於關斷狀態，用Ich_cf1電流對CFL1節點進行充電，計時時間T3結束時對比較器COMP3的比較結果進行取樣，如果比較結果不滿足CFL1電壓大於VR1，則判斷功率電晶體Q4處於短路狀態，否則進入步驟S303。
S303：計時信號Q4_self_ck繼續計時時間T2，同時計時信號Q4_gate開始計時時間T4，功率電晶體Q1至Q3處於關斷狀態且功率電晶體Q4處於導通狀態，繼續用Ich_cfl電流對CFL1節點進行充電，計時時間T2結束時對比較器COMP4的比較結果進行取樣，如果比較結果不滿足CFL1電壓小於VR1，則判斷功率電晶體Q4處於開路狀態，否則進入步驟S304。
S304：計時信號Q4_gate繼續計時時間T4，同時計時信號Cbst_self_ck開始計時時間T5，功率電晶體Q1至Q3處於關斷狀態且功率電晶體Q4處於導通狀態，用Ich_bst電流對BST1節點進行充電，計時時間T5結束時對比較器COMP5和比較器COMP6的比較結果進行取樣，如果比較器COMP5的比較結果不滿足CFH1電壓小於BST1-VR1，則判斷電容CBST1處於短路狀態，如果比較器COMP6的比較結果不滿足BST1電壓小於PMID-VR2，則判斷電容CBST1處於開路狀態，否則進入步驟S305。
S305，計時信號Q4_gate繼續計時時間T4，同時計時信號Cfly_self_ck開始計時時間T6，功率電晶體Q1至Q3處於關斷狀態且功率電晶體Q4處於導通狀態，用Ich_cfh電流對CFH1節點進行充電，計時時間T6結束時對比較器COMP7的比較結果進行取樣，如果比較結果不滿足 電壓VOUT大於CFH1-VR3，則判斷電容CFLY1處於開路狀態，否則進入步驟S306。
S306，計時信號Q4_gate繼續計時時間T4，同時計時信號Q2_gate開始計時時間T7，功率電晶體Q1和Q3處於關斷狀態且功率電晶體Q2和Q4處限定電流導通狀態，計時時間T7結束時對比較器COMP8的比較結果進行取樣，如果比較結果不滿足CFH1電壓大於VOUT-VR1，則判斷功率電晶體Q2處於開路狀態，否則進入步驟S307。
S307，計時信號Q1/Q3_gate開始計時時間T8，功率電晶體Q1和Q3處於限定電流導通狀態且功率電晶體Q2和Q4處於關斷狀態，計時時間T8結束時對比較器COMP9和COMP10的比較結果進行取樣，如果比較器COMP9的比較結果不滿足CFH1電壓大於PMID-VR1，則判斷功率電晶體Q1處於開路狀態，如果比較器COMP10的比較結果不滿足VOUT電壓大於CFL1-VR1，則判斷功率電晶體Q3處於開路狀態，否則判斷功率電晶體Q1和Q3處於正常狀態。這時，功率電晶體Q1至Q4和電容CBST1、CFLY1已完成自檢，但電容CFLY1上的電壓可能過高，如果即刻導通功率電晶體Q1、Q2、Q3、Q4開始工作，則功率電晶體導通瞬間會產生很大的電流燒壞器件，為了保障系統工作安全，需要進入預啟動步驟S308。
S308，預啟動計時信號Cfly_prech_ck開始計時時間T9，功率電晶體Q1至Q3處於關斷狀態且功率電晶體Q4處於導通狀態，用Idis_cfh2電流對CFH1節點進行放電，直到CFH1電壓低於PMID電壓的一半，預啟動計時信號Cfly_prech_ck計時時間T9結束，電容CFLY1預啟動完成即刻導通Q1、Q2、Q3、Q4開始正常工作。
圖2所示的電荷泵及圖3和圖4所示的自檢測和預啟動過程，能夠實現電容和功率電晶體的自檢測並實現電荷泵的預啟動，從而能夠保證電荷泵安全可靠地工作。
綜上所述，本發明提供了一種用在電荷泵中的方法。具體地，電荷泵包括第一電容、第二電容、以及串聯連接的第一、第二、第三、和 第四功率電晶體，其中，第一電容連接在第一功率電晶體的汲極和源極之間，第二電容連接在第二功率電晶體的汲極和第三功率電晶體的源極之間，該方法包括：在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內利用第一電流對第二功率電晶體的汲極與第二電容之間的第一電路節點進行放電；在第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內利用第二電流對第三功率電晶體的源極與第二電容之間的第二電路節點進行放電；將第一電路節點處的電壓與第一電壓差值進行比較，第一電壓差值是電荷泵的輸出電壓與第二閾值電壓之間的差值；以及將第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較，其中，在第一時段結束時第一電路節點處的電壓小於第一電壓差值且第二電路節點處的電壓小於第一電壓閾值，表示第一至第三功率電晶體和第二電容均不處於短路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一至第四功率開關處於關斷狀態的情況下，在第二時段內利用第三電流對第二電路節點進行充電；以及將第二電路節點處的電壓與第一電壓閾值進行比較，其中，在第二時段結束時第二電路節點處的電壓不大於第一閾值電壓，表示第四功率電晶體處於短路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第三時段內利用第三電流對第二電路節點進行充電；以及將第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較，其中，在第三時段結束時第三電路節點處的電壓不小於第一閾值電壓，表示第四功率電晶體處於開路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第四時段內利用第四電流對第一功率電晶體的汲極與第一電容之間的第三電路節點進行充電；將第一電路節點處的電壓與第二電壓差值進行比較，其中，第二電壓差值是第三電路節點處的電壓與第一 電壓閾值之間的差值，在第四時段結束時第一電壓節點處的電壓不小於第二電壓差值時，表示第一電容處於短路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：將第三電路節點處的電壓與第三電壓差值進行比較，其中，第三電壓差值是電荷泵的輸入電壓與第二電壓閾值之間的差值，在第四時段結束時第三電壓節點處的電壓不小於第三電壓差值，表示第一電容處於開路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第五時段內利用第五電流源對第一電路節點進行充電；以及將電荷泵的輸出電壓與第四電壓差值進行比較，其中，第四電壓差值是第一電路節點處的電壓與第三電壓閾值之間的差值，在第五時段結束時電荷泵的輸出電壓不大於第四電壓差值，表示第二電容處於開路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一和第三功率電晶體處於關斷狀態且第二和第四功率電晶體處於限定電流導通狀態的情況下，將第一電路節點處的電壓與第五電壓差值進行比較，其中，第五電壓差值是電荷泵的輸出電壓與第一電壓閾值之間的差值，在第六時段結束時第一電路節點處的電壓不大於第五電壓差值，表示第二功率電晶體處於開路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一和第三功率電晶體處於限電流導通狀態且第二和第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，將第一電路節點處的電壓與第六電壓差值進行比較，其中，第六電壓差值是電荷泵的輸入電壓與第一電壓閾值之間的差值，在第七時段結束時第一電路節點處的電壓不大於第六電壓差值，表示第一功率電晶體處於開路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括：在第一和第三功率電晶體處於限電流導通狀態且第二和第四功率 電晶體處於關斷狀態的情況下，將電荷泵的輸出電壓與第七電壓差值進行比較，其中，第七電壓差值是第二電路節點處的電壓與第一電壓閾值之間的差值，在第七時段結束時電荷泵的輸出電壓不大於第七電壓差值，表示第三功率電晶體處於開路狀態。
在一些實施例中，根據本發明實施例的用在電荷泵中的方法還包括:在第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，利用第六電流對第一電路節點進行放電，直到第一電路節點處的電壓低於電荷泵的輸入電壓的一半為止，其中，當第一電路節點處的電壓低於電荷泵的輸入電壓的一半時，第一至第三功率電晶體從關斷狀態變為導通狀態。
本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。例如，特定實施例中所描述的演算法可以被修改，而系統體系結構並不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的範圍由所附請求項而非上述描述定義，並且，落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本發明的範圍之中。
Cbst_self_ck,Cfly_prech_ck,Cfly_self_ck,Q1/Q3_gate,Q1_gate,Q2_gate,Q2Q3_self_ck,Q3_gate,Q4_gate,Q4_noshort_ck,Q4_self_ck:計時信號
COMP1,COMP2,COMP3,COMP4,COMP5,COMP6,COMP7,COMP8,COMP9,COMP10,COMP11:比較器
Ich_bst,Idis_cfl,Ich_cfh,Idis_cfh1,Idis_cfh2,Ich_cfl:電流源
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8:功率電晶體
R1,R2:電阻
SW1,SW2,SW3,SW4,SW5,SW6:開關
VPMID_DIV,VR1,VR2,VR3:基準電壓
VREG:電壓源
GND:接地腳

Claims (20)

  1. 一種電荷泵，包括第一電容、第二電容、以及串聯連接的第一、第二、第三、和第四功率電晶體，其中，所述第一電容連接在所述第一功率電晶體的汲極和源極之間，所述第二電容連接在所述第二功率電晶體的汲極和所述第三功率電晶體的源極之間，其特徵在於，所述電荷泵還包括：第一電流源，用於在所述第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內對所述第二功率電晶體的汲極與所述第二電容之間的第一電路節點進行放電；第二電流源，用於在所述第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在所述第一時段內對所述第三功率電晶體的源極與所述第二電容之間的第二電路節點進行放電；第一比較器，用於將所述第一電路節點處的電壓與第一電壓差值進行比較，所述第一電壓差值是所述電荷泵的輸出電壓與第二閾值電壓之間的差值；以及第二比較器，用於將所述第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較，其中在所述第一時段結束時所述第一電路節點處的電壓小於所述第一電壓差值且所述第二電路節點處的電壓小於所述第一電壓閾值，表示所述第一至第三功率電晶體和所述第二電容均不處於短路狀態。
  2. 如請求項1所述的電荷泵，其中，還包括：第三電流源，用於在所述第一至第四功率開關處於關斷狀態的情況下，在第二時段內對所述第二電路節點進行充電；以及第三比較器，用於將所述第二電路節點處的電壓與所述第一電壓閾值進行比較，其中，在所述第二時段結束時所述第二電路節點處的電壓不大於所述第一閾值電壓，表示所述第四功率電晶體處於短路狀態。
  3. 如請求項2所述的電荷泵，其中，所述第三電流源還用 於在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第三時段內對所述第二電路節點進行充電，並且所述電荷泵還包括：第四比較器，用於將所述第二電路節點處的電壓與所述第一閾值電壓進行比較，其中，在所述第三時段結束時第三電路節點處的電壓不小於所述第一閾值電壓，表示所述第四功率電晶體處於開路狀態。
  4. 如請求項3所述的電荷泵，其中，還包括：第四電流源，用於在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第四時段內對所述第一功率電晶體的汲極與所述第一電容之間的第三電路節點進行充電；第五比較器，用於將所述第一電路節點處的電壓與第二電壓差值進行比較，其中，所述第二電壓差值是所述第三電路節點處的電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在所述第四時段結束時所述第一電壓節點處的電壓不小於所述第二電壓差值時，表示所述第一電容處於短路狀態。
  5. 如請求項4所述的電荷泵，其中，還包括：第六比較器，用於將所述第三電路節點處的電壓與第三電壓差值進行比較，其中，所述第三電壓差值是所述電荷泵的輸入電壓與所述第二電壓閾值之間的差值，在所述第四時段結束時所述第三電壓節點處的電壓不小於所述第三電壓差值，表示所述第一電容處於開路狀態。
  6. 如請求項5所述的電荷泵，其中，還包括：第五電流源，用於在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第五時段內對所述第一電路節點進行充電；以及第七比較器，用於將所述電荷泵的輸出電壓與第四電壓差值進行比較，其中，所述第四電壓差值是所述第一電路節點處的電壓與第三電壓閾值之間的差值，在所述第五時段結束時所述電荷泵的輸出電壓不大於所述第四電壓差值，表示所述第二電容處於開路狀態。
  7. 如請求項6所述的電荷泵，其中，還包括：第八比較器，用於在所述第一和第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第二和第四功率電晶體處於限定電流導通狀態的情況下，將所述第一電路節點處的電壓與第五電壓差值進行比較，其中，所述第五電壓差值是所述電荷泵的輸出電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在第六時段結束時所述第一電路節點處的電壓不大於所述第五電壓差值，表示所述第二功率電晶體處於開路狀態。
  8. 如請求項7所述的電荷泵，其中，還包括：第九比較器，用於在所述第一和第三功率電晶體處於限電流導通狀態且所述第二和第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，將所述第一電路節點處的電壓與第六電壓差值進行比較，其中，所述第六電壓差值是所述電荷泵的輸入電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在第七時段結束時所述第一電路節點處的電壓不大於所述第六電壓差值，表示所述第一功率電晶體處於開路狀態。
  9. 如請求項8所述的電荷泵，其中，還包括：第十比較器，用於在所述第一和第三功率電晶體處於限電流導通狀態且所述第二和第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，將所述電荷泵的輸出電壓與第七電壓差值進行比較，其中，所述第七電壓差值是所述第二電路節點處的電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在所述第七時段結束時所述電荷泵的輸出電壓不大於所述第七電壓差值，表示所述第三功率電晶體處於開路狀態。
  10. 如請求項9所述的電荷泵，其中，還包括：第六電流源，用於在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，對所述第一電路節點進行放電，直到所述第一電路節點處的電壓低於所述電荷泵的輸入電壓的一半為止，其中，當所述第一電路節點處的電壓低於所述電荷泵的輸入電壓的一半時，所述第一至第三功率電晶體從關斷狀態變為導通狀態。
  11. 一種用在電荷泵中的方法，該電荷泵包括第一電容、第二電容、以及串聯連接的第一、第二、第三、和第四功率電晶體，其中，所述第一電容連接在所述第一功率電晶體的汲極和源極之間，所述第二電容連接在所述第二功率電晶體的汲極和所述第三功率電晶體的源極之間，其特徵在於，所述方法包括：在所述第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在第一時段內利用第一電流對所述第二功率電晶體的汲極與所述第二電容之間的第一電路節點進行放電；在所述第一至第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，在所述第一時段內利用第二電流對所述第三功率電晶體的源極與所述第二電容之間的第二電路節點進行放電；將所述第一電路節點處的電壓與第一電壓差值進行比較，所述第一電壓差值是所述電荷泵的輸出電壓與第二閾值電壓之間的差值；以及將所述第二電路節點處的電壓與第一閾值電壓進行比較，其中在所述第一時段結束時所述第一電路節點處的電壓小於所述第一電壓差值且所述第二電路節點處的電壓小於所述第一電壓閾值，表示所述第一至第三功率電晶體和所述第二電容均不處於短路狀態。
  12. 如請求項11所述的方法，其中，還包括：在所述第一至第四功率開關處於關斷狀態的情況下，在第二時段內利用第三電流對所述第二電路節點進行充電；以及將所述第二電路節點處的電壓與所述第一電壓閾值進行比較，其中，在所述第二時段結束時所述第二電路節點處的電壓不大於所述第一閾值電壓，表示所述第四功率電晶體處於短路狀態。
  13. 如請求項12所述的方法，其中，還包括：在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第三時段內利用所述第三電流對所述第二電路節點進行充電；以及 將所述第二電路節點處的電壓與所述第一閾值電壓進行比較，其中，在所述第三時段結束時第三電路節點處的電壓不小於所述第一閾值電壓，表示所述第四功率電晶體處於開路狀態。
  14. 如請求項13所述的方法，其中，還包括：在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第四時段內利用第四電流對所述第一功率電晶體的汲極與所述第一電容之間的第三電路節點進行充電；將所述第一電路節點處的電壓與第二電壓差值進行比較，其中，所述第二電壓差值是所述第三電路節點處的電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在所述第四時段結束時所述第一電壓節點處的電壓不小於所述第二電壓差值時，表示所述第一電容處於短路狀態。
  15. 如請求項14所述的方法，其中，還包括：將所述第三電路節點處的電壓與第三電壓差值進行比較，其中，所述第三電壓差值是所述電荷泵的輸入電壓與所述第二電壓閾值之間的差值，在所述第四時段結束時所述第三電壓節點處的電壓不小於所述第三電壓差值，表示所述第一電容處於開路狀態。
  16. 如請求項15所述的方法，其中，還包括：在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，在第五時段內利用第五電流源對所述第一電路節點進行充電；以及將所述電荷泵的輸出電壓與第四電壓差值進行比較，其中，所述第四電壓差值是所述第一電路節點處的電壓與第三電壓閾值之間的差值，在所述第五時段結束時所述電荷泵的輸出電壓不大於所述第四電壓差值，表示所述第二電容處於開路狀態。
  17. 如請求項16所述的方法，其中，還包括：在所述第一和第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第二和第四功率電晶體處於限定電流導通狀態的情況下，將所述第一電路節點處的電壓與第 五電壓差值進行比較，其中，所述第五電壓差值是所述電荷泵的輸出電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在第六時段結束時所述第一電路節點處的電壓不大於所述第五電壓差值，表示所述第二功率電晶體處於開路狀態。
  18. 如請求項17所述的方法，其中，還包括：在所述第一和第三功率電晶體處於限電流導通狀態且所述第二和第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，將所述第一電路節點處的電壓與第六電壓差值進行比較，其中，所述第六電壓差值是所述電荷泵的輸入電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在第七時段結束時所述第一電路節點處的電壓不大於所述第六電壓差值，表示所述第一功率電晶體處於開路狀態。
  19. 如請求項18所述的方法，其中，還包括：在所述第一和第三功率電晶體處於限電流導通狀態且所述第二和第四功率電晶體處於關斷狀態的情況下，將所述電荷泵的輸出電壓與第七電壓差值進行比較，其中，所述第七電壓差值是所述第二電路節點處的電壓與所述第一電壓閾值之間的差值，在所述第七時段結束時所述電荷泵的輸出電壓不大於所述第七電壓差值，表示所述第三功率電晶體處於開路狀態。
  20. 如請求項19所述的方法，其中，還包括：在所述第一至第三功率電晶體處於關斷狀態且所述第四功率電晶體處於導通狀態的情況下，利用第六電流對所述第一電路節點進行放電，直到所述第一電路節點處的電壓低於所述電荷泵的輸入電壓的一半為止，其中，當所述第一電路節點處的電壓低於所述電荷泵的輸入電壓的一半時，所述第一至第三功率電晶體從關斷狀態變為導通狀態。
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CN102684163A (zh) * 2012-06-07 2012-09-19 无锡市晶源微电子有限公司 一种全负载自检测电荷泵保护模块
CN109565240A (zh) * 2016-07-15 2019-04-02 凌力尔特科技有限责任公司 平衡电荷泵电路
US20210203223A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-01 Silego Technology Inc. Pfm controller for a multi-level converter utilizing flying capacitor voltage monitors

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