[发明专利]一种高效双电容电荷泵

说明书

本发明公开了一种高效双电容电荷泵，其特征在于：包括低压差线性稳压电路、模拟开关及其控制信号、电流镜和电容；所述模拟开关的控制信号包括S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8；所述模拟开关包括S2控制的MP1，S6控制的MP2，S1控制的MP6，S5控制的MP5，S3控制的MP3，S7控制的MP4，S4控制的MN1，S8控制的MN2；所述电容包括C1和C2。本发明一种高效双电容电荷泵具有输出电流能力强的优点；电荷泵采用双电容交替工作的方式，提高了输出电流的能力并减小了输出电压纹波；采用本发明中的电荷泵的功率放大器性能得到很大的改善。

技术领域

本发明涉及一种开关电源，尤其是一种高效双电容电荷泵。

背景技术

电荷泵电路是一种通过电容上电荷积累效应来产生高于电源电压或负电压的电路。电荷泵的工作过程为首先存储能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。电荷泵采用电容器来存储能量，并通过开关阵列和振荡器等实现电压提升。电荷泵非常适用于小巧型便携式电压产品，如手机、笔记本电脑、医疗仪器等。其中最常用的电荷泵结构是倍压电荷泵，采用单个泵电容进行充电。

传统的倍压电荷泵电压由振荡器、多个模拟开关(或模拟开关阵列)、控制电路、外界泵电容CF及输出电容CR组成。如图1所示，在充电阶段，开关S1/S3导通，S2/S4关断。电容CF被充电，CF两端的电压被充电到输入电压VIN，并存储能量，存储的能量将在下一个放电阶段被转移。储能电容CR，在上一个放电周期就已经被从CF转移过来的能量充电到2VIN电压，并为负载提供电流。在放电阶段，开关S1/S3关断，S2/S4导通。电容CF两端的电平被上移了VIN，而CF在上一充电阶段已经充电至VIN，因此，CR两端的总电压现在成为2VIN。然后，电容CF放电将充电阶段存储的能量转移到CR，并且为负载提供电流。

充放电周期的频率取决于时钟频率；通常采用较高的时钟频率来降低对电容CF和CR容值的要求。电荷泵最主要的性能指标有三个：功耗效率、输出电压纹波幅度和面积。可以看出传统的倍压电荷泵功率较低，且输出电压的纹波幅度较大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种双电容电荷泵，在上电初期采用软启动的方式，有效地防止输出电压的过冲，同时采用双电容交替工作的方式，提高了输出电流的能力并减小了输出电压纹波。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种高效双电容电荷泵，包括低压差线性稳压电路、模拟开关及其控制信号、电流镜和电容；所述模拟开关的控制信号包括S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8；所述模拟开关包括S2控制的MP1，S6控制的MP2，S1控制的MP6，S5控制的MP5，S3控制的MP3，S7控制的MP4，S4控制的MN1，S8控制的MN2；所述电容包括C1和C2；

所述电流镜分别串联有C1和C2，C1另一端与MP3的漏极、MN1漏极相较于节点CN1，C2另一端与MP4的漏极、MN2漏极相较于节点CN2；所述MP3与MN1的串联电路，以及MP4与MN2的串联电路，处于并联状态；所述MP1、MP2、MP6、MP5并联，其并联电路一端连接功率电源PVDD，MP1和MP6的另一端，以及MP2和MP5的另一端分别连接C1和C2；所述电流镜分别与MP1和MP2相交于节点CP1和节点CP2。

进一步，所述电流镜包括电流镜1和电流镜2；所述电流镜1包括电流I1，以及与其连接的MOS管A和MOS管B；所述MOS管A和MOS管B的源极和栅极分别连接，所述电流I1连接MOS管A和MOS管B的栅极；所述电流镜2包括与电流I2，以及与其连接的MOS管C和MOS管D；所述MOS管C和MOS管D的源极和栅极分别连接，所述电流I2连接MOS管C和MOS管D的栅极；所述电流I1与电流I2相等。