用于驱动N型开关的电荷泵电路的制作方法

本发明涉及电荷泵电路（charge pump circuit）。具体地，本发明涉及一种可用于驱动n型开关且功耗较低的电荷泵电路。

背景技术：

1、n型开关被用于多种应用领域。例如，n型开关在充电器（charger）、过电压保护ic（ovp ic）、功率ic（power ic）等领域中大量使用。或者，将直流电压转换为其他大小的直流电压的降压（buck）转换器、升压（boost）转换器、降压-升压（buck-boost）转换器等功率转换器可以作为使用n型开关的领域的一例。n型开关的代表性示例可以例如为n沟道场效应晶体管（n-channel fet）。

2、为了驱动n型开关，需在开关的栅极端子上施加比源极端子更高的电压。例如，需在栅极端子施加比将开关的源极端子所连接的节点的电压与用于该开关的导通（turn-on）的阈值电压（vth）相加所得的值更大的电压，开关才能导通。相比连接于基准电压（gnd）的情形，开关的源极端子往往连接于具有既定电压的节点或者交替具有多个电压的节点。例如，在开关的源极端子连接到输入电源的正极端子的情况下，需在栅极端子上施加比输入电源的电压更高的电压，因此需要用于生成比输入电源电压更高的电压的升压功能。电荷泵电路因这种升压功能优异而被大量用于驱动n型开关。

3、然而，n型开关需处于随时可工作的状态，因此用于驱动开关的电荷泵电路通常始终保持使能（enable）状态。因此，存在电荷泵电路持续发生功耗的问题。电荷泵电路的功耗占使用电荷泵电路的ic整体功耗的大部分，其比重较大，因此有必要减少电荷泵电路的功耗。

技术实现思路

1、技术课题

2、本发明的技术课题之一是减少用于驱动n型开关的电荷泵电路的功耗。

3、本发明的技术课题之一是，即使输入至电荷泵功率电路的开关工作电压（vsop）发生变化，也使电荷泵使能控制器的比较器第1输入电压（vref）随着开关工作电压（vsop）一同变化，从而减少电荷泵功率电路的功耗。

4、本发明的技术课题之一是，通过将生成电荷泵使能信号（cp_en）时所使用的偏移电压（vofs）设置得大于电压损失（vl），从而减少电荷泵功率电路的功耗。

5、本发明的技术课题之一是，通过在生成电荷泵使能信号（cp_en）时使用电流求和器，从而使得能够进行精确的运算。

6、本发明的技术课题之一是，通过在生成电荷泵使能信号（cp_en）时使用电压分压器，从而使得即使输入信号的电压较高也能够进行精确的运算。

7、本发明的技术课题之一是，使得能够利用生成电荷泵使能信号（cp_en）时所使用的偏移电压（vofs）来调节电荷泵输出电压（vcpout）。

8、本发明的技术课题不限于上述技术课题，此处未提及的多种技术课题可以包含在本说明书中。

9、技术方案

10、为了实现上述目的，本发明的一个方面是一种用于驱动n型开关的电荷泵电路，其特征在于，包括：电荷泵功率电路，其接收开关工作电压（vsop）并生成比所述开关工作电压（vsop）高的电荷泵输出电压（vcpout）；及电荷泵使能控制器，其生成电荷泵使能信号（cp_en）；其中，所述电荷泵功率电路根据所述电荷泵使能控制器所生成的所述电荷泵使能信号（cp_en）来确定是否工作，所述电荷泵输出电压（vcpout）用于驱动所述n型开关。

11、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵使能控制器包括比较器，所述比较器可对基于输入至所述电荷泵功率电路的所述开关工作电压（vsop）而生成的比较器第1输入电压（vref）与基于与所述电荷泵输出电压（vcpout）关联的电荷泵反馈电压（vcpfb）而生成的比较器第2输入电压（v-）进行比较，以生成所述电荷泵使能信号（cp_en）。

12、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述比较器第1输入电压（vref）可基于从所述开关工作电压（vsop）与控制电源电压（vdd）之和中减去偏移电压（vofs）所得的值而生成。

13、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，当所述比较器第2输入电压（v-）变得高于或等于所述比较器第1输入电压（vref）时，所述电荷泵使能信号（cp_en）可以切换为指示禁用（disable）的信号，所述电荷泵功率电路可停止工作；当所述比较器第2输入电压（v-）变得低于或等于从所述比较器第1输入电压（vref）减去迟滞电压（vhys）所得的值时，所述电荷泵使能信号（cp_en）可切换为指示使能（enable）的信号，所述电荷泵功率电路可重新开始工作。

14、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵使能控制器可还包括第1-1电压求和器（即，第一电压求和器），其中，所述第1-1电压求和器可将从所述控制电源电压（vdd）减去所述偏移电压（vofs）所得的值与所述开关工作电压（vsop）相加，以生成所述比较器第1输入电压（vref）。

15、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵使能控制器可还包括：第2-1电压-电流转换器（即，第一电压-电流转换器），其将所述开关工作电压（vsop）转换为电流信号；第2-2电压-电流转换器（即，第二电压-电流转换器），其将从所述控制电源电压（vdd）减去所述偏移电压（vofs）所得的值转换为电流信号；第2-1电流求和器（即，第一电流求和器），其将所述第2-1电压-电流转换器的输出电流与所述第2-2电压-电流转换器的输出电流相加；及第2-1电流-电压转换器（即，第一电流-电压转换器），其将所述第2-1电流求和器的输出电流转换为电压信号，以生成所述比较器第1输入电压（vref）。

16、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵使能控制器可还包括：第3-1电压分压器（即，第一电压分压器），其将所述开关工作电压（vsop）转换为除以既定值n所得的值；第3-2电压分压器（即，第二电压分压器），其将从所述控制电源电压（vdd）减去所述偏移电压（vofs）所得的值转换为除以n所得的值；第3-1电压求和器（即，第二电压求和器），其将所述第3-1电压分压器的输出与所述第3-2电压分压器的输出相加，以生成所述比较器第1输入电压（vref）；及第3-3电压分压器（即，第三电压分压器），其将所述电荷泵反馈电压（vcpfb）转换为除以n所得的值，以生成所述比较器第2输入电压（v-）。

17、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵使能控制器可还包括：第4-1电压分压器（即，第四电压分压器），其将所述开关工作电压（vsop）转换为除以既定值n所得的值；第4-1电压-电流转换器（即，第三电压-电流转换器），其将所述第4-1电压分压器的输出电压转换为电流信号；第4-2电压分压器（即，第五电压分压器），其将从所述控制电源电压（vdd）减去所述偏移电压（vofs）所得的值转换为除以n所得的值；第4-2电压-电流转换器（即，第四电压-电流转换器），其将所述第4-2电压分压器的输出电压转换为电流信号；第4-1电流求和器（即，第二电流求和器），其将所述第4-1电压-电流转换器的输出电流与所述第4-2电压-电流转换器的输出电流相加；第4-1电流-电压转换器（即，第二电流-电压转换器），其将所述第4-1电流求和器的输出电流转换为电压信号，以生成所述比较器第1输入电压（vref）；及第4-3电压分压器（即，第六电压分压器），其将所述电荷泵反馈电压（vcpfb）转换为除以n所得的值，以生成所述比较器第2输入电压（v-）。

18、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述偏移电压（vofs）可设置为大于电压损失（vl）的值，所述电压损失（vl）可包括因所述电荷泵功率电路中所使用的元件并非理想元件而产生的电压降。

19、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，可通过调节所述偏移电压（vofs）来调节所述电荷泵输出电压（vcpout）。

20、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述开关工作电压（vsop）可为连接于所述开关的漏极端子的节点的电压或者连接于所述开关的源极端子的节点的电压。

21、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵反馈电压（vcpfb）可为所述电荷泵输出电压（vcpout）。

22、作为一实施例，在所述电荷泵电路中，所述电荷泵电路可还包括：驱动器，其接收所述电荷泵输出电压（vcpout）并生成用于驱动所述开关的开关驱动电压（vdrv）；其中，所述电荷泵反馈电压（vcpfb）可为所述开关驱动电压（vdrv）。

23、发明效果

24、根据一实施例，能够减少用于驱动n型开关的电荷泵电路的功耗。

25、根据一实施例，即使输入至电荷泵功率电路的开关工作电压（vsop）发生变化，也使电荷泵使能控制器的比较器第1输入电压（vref）随着开关工作电压（vsop）一同变化，从而能够减少电荷泵功率电路的功耗。

26、根据一实施例，通过将生成电荷泵使能信号（cp_en）时所使用的偏移电压（vofs）设置得大于电压损失（vl），从而能够减少电荷泵功率电路的功耗。

27、根据一实施例，通过在生成电荷泵使能信号（cp_en）时使用电流求和器，从而能够实现准确运算。

28、根据一实施例，通过在生成电荷泵使能信号（cp_en）时使用电压分压器，从而即使输入信号电压较高也能够实现准确运算。

29、根据一实施例，能够利用生成电荷泵使能信号（cp_en）时所使用的偏移电压（vofs）来调节电荷泵输出电压（vcpout）。

30、本发明的效果不限于上述效果，此处未提及的多种效果可以包含在本说明书中。