[发明专利]一种应用于电荷泵的软启动电路

说明书

本发明公开了一种应用于电荷泵的软启动电路，包括电流源、缓冲驱动单元、第一控制开关、第二控制开关、晶体管。晶体管的栅极与漏极相互连接。在电荷泵的软启动阶段，第二控制开关关断驱动模块的上拉功能，驱动模块用于驱动电荷泵的功率管的栅极。在第一控制开关处于开启状态下，电流源的电流流入晶体管，晶体管的栅极产生栅极电压，栅极电压通过缓冲驱动单元送到功率管的栅极，开启功率管。在第一控制开关处于关断状态下，晶体管的栅极产生栅极电压被截止，驱动模块将功率管的栅极电位拉至低电位，关断功率管。该电路的晶体管采用二极管连接形式接收电流源的电流，产生栅极电压，在电流源电流过小的状态下，可有效软启动电荷泵。

技术领域

本发明涉及电荷泵驱动技术领域，尤其涉及一种应用于电荷泵的软启动电路。

背景技术

电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用自举电容来储能的DC-DC变换器。电荷泵能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。

参见图1，其中电荷泵3为现有技术中电荷泵的结构示意图，包含S1、S2、S3和S4为四个功率管（开关管），及电容Cfly、电容Cout。

Q1和Q2为两相互不交叠时钟信号，其中，时钟信号Q1控制功率管S1和S3的导通和关断；时钟信号Q2控制功率管S2和S4的导通和关断。

当时钟信号Q1为高时，即Q2为低时，功率管S1和S3导通，功率管S2和S4关断。此时，电源VIN给电容Cfly充电。

当时钟信号Q2为高时，即Q1为低时，功率管S2和S4导通，功率管S1和S3关断，此时，电容Cfly给电容Cout充电。

电容Cout两端并联负载，负载两端的电压就是电容Cout两端的电压VO。

软启动电路广泛运用于电荷泵等开关电容式电压变换器中，用以限制上电过程中的充电电流，减小浪涌电流，避免了对电荷泵中的元器件造成损害，因此如何设计软启动电路使其能有效并可控地限制上电过程中的浪涌电流变得至关重要。

常见的运用于电荷泵中的软启动电路是通过在充电路径增加可变电阻或控制功率管的导通电阻实现的，在充电路径中增加可变电阻的方法原理是在系统启动时，可变电阻的阻抗较大，限制了电源对自举电容的充电电流，从而减小了浪涌电流。随着输出电压的增大，可变电阻的阻抗逐渐减少，在系统正常工作以后，可变电阻的阻抗最终稳定在一个最小值上。这种软启动方式，虽然可以很好的起动抑制浪涌电流的效果，但是由于可变电阻处在自举电容的充电路径上，即使在系统正常工作以后，可变电阻上仍要消耗一定的功率，从而降低了系统的效率。

为了解决自举电容的充电路径上可变电阻对系统效率的影响，现有的电荷泵软启动电路如图1所示。当电荷泵软启动时，控制开关ST1断开，功率管S1的栅极通过驱动模块和电流源I1连接电源。电源以电流源I1的电流为功率管S1的栅极充电。此时，功率管S1的导通电阻由高阻态逐渐减少，这样可以抑制软启动时的浪涌电流。当电荷泵软启动结束后，控制开关ST1闭合，功率管S1的栅极通过驱动模块的晶体管M7进行充电。因此，功率管S1的栅极又恢复为驱动模块的驱动信号方波。

电流源的电流受功率管的栅极电容的导通时间和阈值电压的影响较大，无法达到对浪涌电流的有效限制。若电流源电流较小，可能在功率管导通阶段内功率管的栅极电压没有充到其阈值电压或放电到其阈值电压，则功率管无法开启；若电流源电流较大，则在功率管导通阶段内功率管的栅极电压被充到很高电压或放电到很低电压，使功率管进入低阻态，则无法有效限制充电电流。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种应用于电荷泵的软启动电路，该电路的晶体管采用二极管连接形式接收电流源的电流，然后产生用于控制电荷泵中功率管S1栅极的栅极电压，栅极电压仅与晶体管内的电流相关，解决了现有软启动电路在电流源电流过小的状态下，无法有效启动功率管的问题。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：