[发明专利]一种微功率门电荷泵的功率场效应管

说明书

技术领域：

本发明涉及一种微功率的电荷泵电路，用于驱动场效应晶体管的栅极。

背景技术：

电荷泵电路用来驱动场效应晶体管的栅极，使其电压电平超过电源电压。通常情况下，这样的电路已被用于驱动MOSFET晶体管，开关电源控制电路负载。例如，在便携式计算机应用中，MOSFET功率晶体管被用于切换外围设备，如磁盘驱动器和显示器。在这种及其他应用中，上述外围设备被耦合到MOSFET开关的源，而在MOSFET的漏极耦合到电源。当一个MOSFET开关以这种方式被耦合（作为一个所谓的“高压侧”驱动程序），它理想地驱动开关的栅极使得电压超过电源电压，以便完全打开和加强切换。

电荷泵电路用于驱动MOSFET开关，通常使用有着少量的电容器的振荡器以升压电源电压到较高的栅极电压。在许多应用中，这种类型的电路所消耗的功率，通常是由负载消耗的功率或MOSFET开关本身降低。例如，一个电荷泵电路的工作电流，可能会在几毫安的范围内，同时切换的负载电流可能会在安培量级上。因此，该电荷泵电路本身的功率效率一般较少考虑。

但是，也有一些电池供电的应用程序（如手提电脑上的应用），该电荷泵电路的功率效率可以变得很重要。在这些应用中，该电荷泵电路的功率效率对于确定电池的消耗可能是一个重要的因素，因此，在电池的充电或更换之前电池的寿命变得重要。

鉴于上述情况，提供的功率效率的电荷泵电路将是可取的，它可以迅速增加电源电压，以便驱动一个MOSFET的栅极或其他开关使得电压超过电源电压。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种高效的电源电路，它可以迅速增加电源电压，以便驱动电压值超过电源电压的MOSFET的栅极或其他开关。

本发明的技术解决方案：

本发明中，提供一种实现高效电源电路的方法，用于对场效应晶体管（FET）的栅极充电，例如MOSFET使其电压升高超过电源电压。这个电路和这种方法使用的电容性电压倍增器电路，它由一个可变频率振荡器驱动，以产生超过电源电压的栅极电压。当FET被首次通电时（通过施加栅极电压），该振荡器驱动乘法器在一个选择第一频率使得晶体管的栅极电压以第一速度被增加，从而超出电源电压。FET的状态被监视（例如通过监视晶体管的栅极电压），当该状态或栅极电压达到一个频率切换状态或电压，振荡器的振荡频率相应减少到低于第一频率的第二频率。选择的第二频率足够以较低的速率继续提高栅极电压以维持栅极电压高于电源电压。振荡频率的减少，显着地降低了FET被驱动时的电路功率的消耗。

对比专利文献：CN202385071U新型功率场效应管驱动器201220004451.9，CN203086408U场效应管功率放大器及系统201220613193.4

附图说明：

在本发明的上述目的和其它目的以及优点是显而易见的，结合附图给出了下面的详细描述，其中相同的参考符号表示相同的部件，并且其中：

图1是本发明的电荷泵电路的方框图；

图2A-2C是图1的电荷泵电路中所有随时间变化的栅极电压、振荡器的频率和电流消耗；

图3是本发明的电荷泵电路的一个示例性实例的方框图和电路图；

图4是图3电路的更详细的电路图；

图5A-5C是一个示例性的p阱集成CMOS电路的简化电路图。

具体实施方式：

图1是本发明的电荷泵电路10的方框图。

在图1中所示，电荷泵电路10驱动MOS场效应管5的栅极5a，它被用来作为一个高侧开关，将电源提供给连接到MOS场效应管5的源极5b的负载4。例如在一个典型的手提电脑应用中，MOS场效应管5可以是一个开关，用于供电的一个磁盘驱动器或显示器的荧光灯照明电路。

电荷泵电路10包括：电压倍增器电路15，它控制晶体管5的MOSFET的栅极电压来开关晶体管。当栅极电压超过晶体管的栅极阈值电压时，MOSFET图5处于关闭状态。虽然大于阈值电压的栅极电压足以使MOSFET导通，导通晶体管使得栅极电压大于电源电压VS的方法是可取的。施加这样的高栅极电压将导致更难导通MOS场效应管5，这样操作将更有效，并且能够提供比其他可能情况下更大的电流。如下面进一步描述的那样，本发明允许产生这样的栅极电压，使得电荷泵电路在微功率的条件下得以工作。