[发明专利]一种无阈值电压损失的可重构型升压电荷泵

说明书

本发明公开了一种无阈值电压损失的可重构型升压电荷泵，涉及电源技术领域，包括：功率级电路、时钟增压电路、电平转换器、逻辑控制模块，时钟增压电路的输出端与电平转换器的第一输入端连接，电平转换器的输出端与功率级电路连接，逻辑控制模块的输出端与功率级电路连接，通过功率开关管组、浮置电容组以及所述电平转换器之间相互连接形成多级电平转换器，实现电荷泵工作在不同的电压倍率下。本发明优点在于：有效解决了可重构电荷泵中存在的器件浪费问题，消除了阈值电压损失、电荷泵内部的反向电流，使得该电荷实际空载输出接近理想值，允许电荷泵以较少的级数输出预期电压提高了功率密度及整体转换效率。

技术领域

本发明涉及电源技术领域，更具体涉及一种无阈值电压损失的可重构型升压电荷泵。

背景技术

开关电容电压变换器相对低压差线性稳压器而言具有工作在高电压转换倍率下仍能维持较高转换效率的特点，而开关电容电压变换器和DC-DC开关电源相比则具有体积小，无需电感元件易于集成的优势。以上特性使得开关电容电压变换器广泛应用在便携性电子设备、单电源供电的数模混合电路以及能量采集系统中并引起了工程师和学者越来越多的关注。

传统的可重构升压电荷泵结构如图1所示，为了实现电荷泵电压转换倍率的改变，通常选择短路部分电荷泵电路以变更实际串联在输出端和输入端之间的电荷泵阶级数，这样的方案需要配置大量的开关通路且电荷泵在低于最高电压转换倍率工作时部分浮置电容因被短路而闲置，存在较严重的器件浪费问题，同时现有的技术中还存在阈值损失的问题，这意味传统的可重构升压电荷泵存在着芯片面积较大和功率密度较低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何避免可重构升压电荷泵中存在的器件浪费、阈值电压损失的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：

一种无阈值电压损失的可重构型升压电荷泵，包括：功率级电路、时钟增压电路、电平转换器、逻辑控制模块；

所述功率级电路包括n+1个NMOS管M1、M2、……Mn+1，n个浮置电容C1、C2、……、Cn，去耦电容Cout，并将n+1个NMOS管进行级联，NMOS管M1、M2、……、Mn的源极分别与浮置电容C1、C2、……、Cn的上极板连接，NMOS管M1的漏极与输入电源Vin连接，NMOS管Mn+1的源极与去耦电容Cout的上极板连接，去耦电容Cout的下极板接地，NMOS管Mn+1的源极作为电荷泵的输出端与负载进行连接，负载与去耦电容并联，浮置电容C1、C2、……、Cn的下极板与时钟电路连接或者接地，时钟电路输出第一时钟信号CLK1、第二时钟信号CLK2，其中，n为电荷泵级数；

所述时钟增压电路的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别与输入电源Vin、第一时钟信号CLK1、第二时钟信号CLK2连接，时钟增压电路的输出端与电平转换器的第四输入端连接；

所述电平转换器的第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端分别与电荷泵的输入电源Vin、前级浮置电容的上极板、前级电平转换器的输出端、时钟增压电路的输出信号连接，电平转换器的输出端与下一级电平转换器的第三输入端相连；若干个电平转换器进行级联构成了至少一条电平转换器链；

至少一条电平转换器链中的每级输出端分别与对应的功率级电路中的NMOS管M1、M2、……、Mn+1的栅极连接；

所述逻辑控制模块的输出端与功率级电路中的控制输入端连接。