[发明专利]一种电荷泵装置及使用该装置的电源管理电路

说明书

【技术领域】

本发明涉及电压转换的技术领域，特别涉及一种电荷泵装置及使用该装置的电源管理电路。

【背景技术】

目前，有两种经典电路都被称为电荷泵(Charge Pump)。一种是应用于锁相环电路中，连接于鉴频鉴相器后级，通过对电容充放电产生较为稳定的电压，以便用于控制压控振荡器的频率；另一种是通过开关电容，用于电压转换，能提供较大输出电流的功率输出电路，其可称为功率电荷泵。现有技术中的功率电荷泵一般采用一个输入电压，可以产生比输入高的输出电压，也可以产生比输入低的输出电压，另外其效率高于线性调压器。

基于开关电容的电荷泵电路被广泛应用于电压转换电路中，可以实现较高的电压转换效率。对于理想的开关来说，其能量损耗可被忽略，在这种情况下，可以认为功率电荷泵电路的效率为100%，但是功率电荷泵电路只有在以某些固定的倍率转换电压时，其理想功率才为100%，然而固定的倍率只有有限的几种。现有技术中，对于仅采用两个飞电容(flying capacitor)的功率电荷泵电路，主要针对同一个输入电压源，已有文献探讨过的VO/VIN（其中VO为输出电压，VIN为输入电压）的倍率有：3倍、2倍、3/2倍、4/3倍、1倍、2/3倍、1/2倍、1/3倍；对于仅采用一个飞电容的功率电荷泵电路，现有技术中存在的VO/VIN倍率有：2倍、1倍、1/2倍。通过增加飞电容的个数，可以产生更多可能的倍率，而增加更多可能的倍率，有利于优化功率电荷泵的实际工作效率。例如，输入电压VIN为3.3V，输出电压VO的目标值为3.4V，对于仅一个飞电容的情形，只能采用2倍模式，产生6.6V电压，然后通过线性调压技术(线性调压技术只能降低电压)降为3.4V，其理想情况下的效率为3.4V/6.6V=51.5%；对于采用两个飞电容情形，可采用4/3倍模式，产生4.4V电压，然后通过线性调压技术降为3.4V，其理想情况下的效率为3.4V/4.4V=77.3%，这样就改善了工作效率。当输入电压VIN在一定范围内变化时（例如电池供电时，随着电池放电或充电，其输入电压会不断变化），更多倍率模式有助于优化不同输入电压下的工作效率。

虽然，通过增加飞电容的个数，可以产生更多可能的倍率，有利于优化功率电荷泵的实际工作效率，但成本随之增加，因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电荷泵装置及使用该装置的电源管理电路，其可以实现使用较少的飞电容产生更多可能的倍率转换电压，从而优化功率电荷泵的实际工作效率。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种电荷泵装置，其包括第一电压源、第二电压源、电压转换模块、输出模块和驱动模块。所述电压转换模块包括第一电容、第二电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述输出模块包括输出电容，所述输出电容连接于电压输出端和地节点之间；其中，第一电压源的负极和第二电压源的负极接地；第一开关、第一电容、第五开关、第二电容、第二开关依次串联于第一电压源的正极与第二电压源的正极之间；第四开关连接于第一电压源的正极和第一开关之间的连接节点与第二电容和第二开关之间的连接节点之间；第八开关连接于第一开关和第一电容之间的连接节点与第五开关和第二电容之间的连接节点之间；第六开关连接于第一电压源的正极和第一开关之间的连接节点与第一电容和第五开关之间的连接节点之间；第七开关连接于第一电容和第五开关之间的连接节点与电压输出端之间；第三开关连接于第一开关和第一电容之间的连接节点和电压输出端之间。所述驱动模块输出驱动信号以控制各个开关的导通或关断，其中，在控制第一开关、第二开关、第五开关导通时，控制第三开关、第四开关、第六开关、第七开关和第八开关关断；在控制第三开关和第六开关导通时，控制开关第一开关、第二开关、第四开关、第五开关、第七开关和第八开关关断；在控制第四开关、第七开关和第八开关导通时，控制第一开关、第二开关、第三开关、第五开关和第六开关关断。

进一步的，所述驱动模块输出的驱动信号包括第一驱动信号，第二驱动信号和第三驱动信号，其中第一驱动信号与第一开关、第二开关和第五开关的控制端相连，以控制第一开关、第二开关和第五开关的导通或者关断；第二驱动信号与第三开关和第六开关的控制端相连，以控制第三开关和第六开关的导通或者关断；第三驱动信号与第四开关、第七开关和第八开关的控制端相连，以控制第四开关、第七开关和第八开关的导通或者关断。