[发明专利]用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路及其实现方法

权利要求书

1.一种用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路，包括电荷泵芯片，连接于电荷泵芯片上的四个NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4、电容CFLY；NMOS管Q1的源极与NMOS管Q2的漏极相连，NMOS管Q2的源极与NMOS管Q3的漏极相连，NMOS管Q3的源极与NMOS管Q4的漏极相连，NMOS管Q1的漏极接电荷泵芯片的VOUT引脚，NMOS管Q3的漏极还与电荷泵芯片的VIN引脚相连，NMOS管Q4的漏极还与电荷泵芯片的CFL引脚相连，电容CFLY连接于电荷泵芯片的CFH、CFL引脚之间；其特征在于，还包括均与电荷泵芯片的VOUT引脚相连的分压电阻RF1、MOS管开关S和钳压电路A3，一个输入端均与电荷泵芯片的BT引脚相连的钳压电路A1、钳压电路A2，负极与分压电阻RF1相连的减法器SUB，电压输入端与减法器SUB的输出端相连的乘法器MUL，反相输入端与乘法器MUL的输出端相连且输出端与乘法器MUL的输出端相连的运算放大器OP，与减法器SUB的负极相连的电阻RF2，一个输入端与运算放大器OP的输出端相连且另一输入端与电阻RF2一端相连的钳压电路A4，连接于钳压电路A3与电荷泵电路中的NMOS管Q3的栅极G之间的开关S1，一端与钳压电路A4的输出端相连的开关S2，栅极G和漏极D均与开关S2另一端相连且源极S与钳压电路A4的输入端和电阻RF2相连的公共端相连的NMOS管Q，与电荷泵芯片上的NMOS管Q3 的漏极、NMOS管Q4的漏极均相连的无源限流电路，以及连接于电荷泵芯片的BT引脚和CFH引脚之间的片外电容CBT；其中，MOS管开关S与电荷泵芯片的BT引脚相连，运算放大器OP的正向输入端连接参考电压P_REF，减法器SUB的正极与电荷泵芯片的VIN引脚相连，钳压电路A1、A2、A3、A4的输出端还分别对应连接NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极G。

2.根据权利要求1所述的用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路，其特征在于，所述钳压电路A1包括漏极D与电荷泵芯片的BT引脚相连的NMOS钳压管Q_clamp1，负极与NMOS钳压管Q_clamp1的栅极G相连的寄生二极管D1，以及正相输入端与NMOS钳压管Q_clamp1的源极S相连且负相输入端与二极管D1的正极相连的输入缓冲器BUF1；其中，输入缓冲器BUF1的输出端与电荷泵芯片上的NMOS管Q1的栅极G相连。

3.根据权利要求2所述的用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路，其特征在于，所述钳压电路A2、钳压电路A3与钳压电路A1的电路结构相同；其中，输入缓冲器BUF2、BUF3的输出端分别对应与电荷泵芯片上的NMOS管Q2、Q3的栅极G相连。

4.根据权利要求3所述的用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路，其特征在于，所述钳压电路A4包括漏极D与电荷泵芯片的VIN引脚相连的NMOS钳压管Q_clamp4，负极与NMOS钳压管Q_clamp4的栅极G相连的寄生二极管D4，与NMOS钳压管Q_clamp4的源极S均相连的电流源Is1、开关S3，正相输入端与开关S3另一端相连且负相输入端与二极管D4的正极相连的输入缓冲器BUF4；其中，寄生二极管D4的正极与电阻RF2和NMOS管Q的公共端相连，电流源Is1的控制端还与运算放大器OP的输出端相连，电流源Is1的输出端和输入缓冲器BUF4的输入端相连。

5.根据权利要求4所述的用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路，其特征在于，所述无源限流电路包括源极S与电荷泵芯片的NMOS管Q3的漏极D和NMOS管Q2的源极S相连的PMOS管Q3b，源极S与PMOS管Q3b的源极S相连且栅极G与PMOS管Q3b的栅极G相连的PMOS管Q3c，输出端与PMOS管Q3c的栅极G、漏极D均相连的输入缓冲器BUF5，输入端与输入缓冲器BUF5的负相输入端相连的电流源Is2，源极S与电流源Is2的输出端相连且漏极D与NMOS管Q的源极S相连的NMOS钳压管Q_clamp5，以及负极与电荷泵芯片的VIN引脚相连的且正极与NMOS钳压管Q_clamp5的栅极G相连的寄生二极管D5；其中，PMOS管Q3b、PMOS管Q3c的源极S均与电荷泵芯片的VIN引脚相连，PMOS管Q3b的漏极D与电荷泵芯片的CFL引脚相连，电流源Is2的控制端还与运算放大器OP的输出端相连。

6.如权利要求5所述的一种用于1：2反向电荷泵的软启电和驱动电路的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）始终关断NMOS管Q1、Q2、Q3 ，使开关S2保持导通，开关S1、S3保持关断；VIN电源使NMOS管Q4和PMOS管Q3b被正常驱动；

（2）利用NMOS管Q1、Q2本身具有的体二极管为CFLY/CBT电容充电，减去体二极管的压降得到最终的稳态电压，并使PMOS管Q3b和NMOS管Q4工作在饱和区以限制导通电流；

（3）整个电路进入稳态，NMOS管Q1、Q2、Q3的驱动电路正常工作，NMOS管Q1和NMOS管Q2正常导通，NMOS管Q3保持关断，稳态破坏；

（4）PMOS管Q3b和NMOS管Q4保持电流镜限流，NMOS管Q1、Q2分别与PMOS管Q3b和NMOS管Q4同相位导通和关断；

（5）整个电路再次进入稳态，VOUT电压、CFLY电容电压和CBT电容电压的空载稳态值分别为2*VIN、VIN和VIN，软启电过程结束，电荷泵芯片正常反向1:2导通。