[发明专利]一种适用于电荷泵电路的平均模型及其建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路分析和仿真领域，更具体的说，是涉及一种适用于Charge Pump(电荷泵)电路的平均模型及其建立方法。

背景技术

Charge Pump(电荷泵)也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)。在Charge Pump电路中电荷泵可以使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压，并且，由于其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)。

现有技术中，对于与Charge Pump电路相关的数模混合电路中环路的稳定性分析和模拟，目前的仿真和分析手段多是采用可以被仿真环境支持的高级语言来实现，例如MATLAB或VERILOG-A等。但是，采用上述方法存在以下局限性：

其一，稳定性分析通常需要通过高级语言描述的方式来建立行为级或频域模型，而高级语言的编译或解释必须可被软件环境所支持，不能支持高级语言编译或解释的传统仿真环境大多只能进行行为级的仿真分析，不能进行频域分析，所以此种技术的应用具有环境的依赖性。

其二，时域内的行为仿真和模拟与频域内的分析需建立不同的模型来解决，且应用两个不同模型产生的分析结果缺少一致性，即频域内的设计结果不能很好的反映到时域内的行为上。

其三，采用现有技术的方法搭建模型较复杂，且效率低。

由上可知，采用现有技术中的方法，与Charge Pump电路相关的数模混合电路中环路稳定性分析和模拟缺少通用性和有效性，以及分析和建模的过程也相当复杂的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于Charge Pump电路的平均模型及其建立方法，以克服现有技术中与Charge Pump电路相关的数模混合电路中环路稳定性分析和模拟缺少通用性和有效性，以及分析和建模过程较复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于Charge Pump电荷泵电路的平均模型建立方法，包括：

获取预定时间范围内Charge Pump电路的输入和输出状态变量；

获取所述Charge Pump电路的输出电压与平均输入电压的比值，所述比值为所述Charge Pump电路的升压比；

分析并建立所述Charge Pump电路的平均输入电压与输出电压之间的关系；

分析并建立所述Charge Pump电路的平均输入电流和输出负载电流之间的关系；

依据上述获取的所述关系，利用理想受控元件、直流电压源和寄生电阻建立与所述Charge Pump电路对应的平均模型。

优选的，所述在预定时间范围内设定所述电路的输入和输出状态变量之前，包括：

确定电路中与Charge Pump电路相关的结构和电路单元。

优选的，所述建立与所述Charge Pump电路对应的平均模型之后，包括：利用所述平均模型代替所述电路中的所述Charge Pump电路。

优选的，所述Charge Pump电路的平均输入电压与输出电压之间的关系为：

所述输出电压为所述Charge Pump电路的平均输入电压乘以升压比，再减去所述输出负载电流通过寄生电阻时的电压所获取的值；

所述寄生电阻与所述电路中功率开关和振荡器频率相关。

优选的，所述平均输入电流和所述输出负载电流之间的关系为：

所述平均输入电流的值为所述输出负载电流与所述升压比的乘积。

优选的，所述理想受控元件为受控电压源和受控电流源。

优选的，所述Charge Pump电路的升压比取2。

优选的，所述Charge Pump电路的升压比取4。

一种适用于Charge Pump电荷泵电路的平均模型，包括：

第一受控电流源，两端分别与所述第一受控电流源两端连接的第一受控电压源；

一端与所述第一受控电压源正极连接，另一端与第二受控电流源相连的寄生电阻；

未连接所述寄生电阻的所述第二受控电流源的一端与所述第一受控电压源负极连接；

正极与连接所述寄生电阻的所述第二受控电流源一端相连的直流电压源；