[发明专利]一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器

说明书

本发明提供一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器，包括：提供输入电压及参考电压的带隙基准单元；用于调整导通电流的调整管；用于将输出电压调整为输入电压的1.5倍的电荷泵单元；用于比较所述参考电压及所述输出电压，进而产生控制所述调整管的控制信号的误差放大单元。本发明的基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换器通过电荷泵单元将输入电压升压1.5倍后进行调整得到输出电压，可有效减小输出电压的纹波，提高直流转换器的工作性能。

技术领域

本发明涉及电源管理领域，特别是涉及一种基于电容阵列变换的预调制电容型直流转换 器。

背景技术

开关电容转换器又常称为电荷泵(Charge Pump)。它是通过电容上电荷周期性的搬运实现 能量的转移。早在1976年，Dickson首先提出了片上电荷泵的概念，随后应用于存储器电路 实现升压功能以读写数据。在随后的几十年中，开关电容DC-DC转换器有了很大的发展，其 实现的功能不仅仅局限于实现升压功能，利用拓扑结构的变换可以实现降压，甚至反相功能。 开关电容转换器也由负载驱动能力小于10mA片上电荷泵发展至驱动能力超过300mA片外电 容实现的电荷泵。近年来，穿戴式设备，物联网，VR的兴起，带动了集成电路的飞速发展， 人们追求小型化，低功耗的要求也迫使集成电路朝SOC(片上系统)方向不断的迈进。对于电 源管理而言，开关电容型的DC-DC转换器恰恰非常有利于实现全集成,尤其是在低功耗的应 用场合，开关电容DC-DC转换器已经占据了明显优势。

可是很多时候，我们想要得到的输出电压并不正好是输入电压的整数或者分数倍。即使 输出输入转换比是整数或者分数，由于负载的变化也会导致输出电压不稳定。在这个时候就 需要电压的整流(Regulation)。所谓的整流就是，从输出端引一条负反馈回路到输入控制端， 根据输出电压或者负载电流的大小及时地控制输入量的改变，从而达到稳定输出电压或者输 出电流的目的。

现有的几种调制方式如下所述：

1、脉冲宽度调制(PWM)

PWM调制方式是在时钟周期不变的情况下，通过调节开关时钟的占空比，也是就是通过 调节时钟的脉冲宽度的方式来稳定输出电压的。这种调制方法常见于电感型DC-DC转换器 中。其优点由于时钟周期比较固定，也就是有固定的开关频率，可以得到较低开关噪声输出 电压。其缺点是，由于受到开关功率管最小导通时间的限制，输出电压很难做到宽范围的调 节。

2、脉冲频率调制(PFM)

PFM调制方式是通过改变时钟的频率来整流输出电压。当输出电压过高时，时钟关断， 负载电容放电，输出电压降低。当输出电压过低时，时钟开启，电源对负载电容充电，输出 电压升高。这样就可以将输出电压控制在一个接受的范围之内。输出电压等比例缩小后与参 考电压通过比较器做比较，得到数字码，这个数字码控制时钟脉冲，然后再经过两相非交叠 时钟产生电路，驱动电路控制功率开关管导通与关断，从而达到整流输出电压的目的。PFM 调制方式的优点是，可以在很宽的输入电压范围内调制电压，还可以在很宽的负载电流范围 内维持较高的转换效率。另外它的反馈环路几乎都是数字电路，所以响应速度很快。还有这 种非线性控制的数字反馈环路，不会有稳定性问题，因而不需要进行环路补偿。但是PFM控 制也有很大的缺点，最主要的是，它是通过改变时钟的频率来整流输出电压的，输出电压的 频谱很宽，并且不可以预测，这样就限制了这种调制方式在噪声敏感场合中的应用。

AMOLED驱动芯片中的灰阶产生电路需要供电5V，对于常规的具有256个灰阶的电路 而言，每一阶的电压约为20mV，因此，当输入电压的纹波大于20mV或者有较大噪声时，AMOLED显示面板很容易出现显示偏差或噪点。我们知道，相对于线性整流器(LDO)和电感型的开关电源DC-DC转换器而言，开关电容DC-DC转换器的输出电压纹波较大，如果采用 常用的PFM调制方法，输出电压纹波一般在30mV以上，并且开关噪声不可预测和消除。因 而传统开关电容DC-DC转换器很难在噪声敏感的场合有所应用。