一種提高輸出電壓紋波頻率的開環電荷泵電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電子電路技術領域，尤指一種開環電荷泵電路。
【背景技術】
[0002]電荷泵型升壓電路是便攜式電子設備最常見的DC-DC (Direct Current，直流)升壓供電電路，相比電感型Boost升壓電路，電荷泵型升壓電路的EMI (Electro MagneticInterference，電磁干擾)性能更好，其是采用升壓的泵電容來儲存能量，通過控制電路控制升壓泵電容的充電/放電來達到升壓并將能量轉移輸出的。
[0003]一般來說，電荷泵型升壓電路分為閉環電荷泵電路和開環電荷泵電路，其中，閉環電荷泵電路通過環路控制，輸出一個比升壓倍數略低的恒定的輸出電壓，而恒定的輸出電壓是通過閉環的環路控制升壓模塊內部的開關管導通時的柵極電壓來調整開關管的導通電阻實現的。這樣閉環電荷泵電路在工作時升壓模塊內部的開關管并不能完全導通，所以閉環電荷泵電路最明顯的缺點是轉換效率和驅動能力都比較低，而且閉環電荷泵的控制電路也比較復雜，整個電路的功耗和集成電路的芯片面積也都比較大。
[0004]典型的開環電荷泵電路如圖1所示，由工作時鐘產生模塊200、過壓保護信號產生模塊100、升壓控制信號產生模塊300以及升壓模塊400組成。其中，工作時鐘產生模塊200產生升壓模塊400所需要的開關時鐘信號信號經升壓控制信號產生模塊300產生升壓控制信號V。，升壓模塊400根據升壓控制信號V。控制升壓模塊400內部的開關管的完全導通和截止，對升壓的電荷泵電容C F_e2進行充放電，最終產生輸出電壓V ■。
[0005]相比較閉環電荷泵電路內部開關管導通時的柵極電壓是受環路控制，開環電荷泵電路控制內部升壓的開關管導通時柵極電壓直接是最高電壓(NM0S管)/最低電壓(PM0S管)，開關管是充分導通的。充分導通的開關管導通電阻最小，所以開環電荷泵電路的驅動能力會發揮到極致，同時開關管導通電阻最小，在升壓模塊400內部消耗的功率也最小，效率也最高。所以相比閉環電荷泵電路，開環電荷泵電路的驅動能力和效率都大大提高。
[0006]從圖1中還可以看出，為了限制開環電荷泵輸出的最高電壓，一般開環電荷泵電路都有過壓保護功能。過壓保護信號產生模塊100檢測輸出電壓VTOT，當輸出電壓Vot超過保護閾值電壓Vwpi時，產生有效的過壓保護信號V w，過壓保護信號Vw經過升壓控制信號產生模塊300后，通過Vc控制升壓模塊400內部開關管停止升壓工作，以限制輸出電壓Vtot繼續升高而達到過壓保護的目的，停止升壓工作后，輸出電壓Vott由于負載R MAD會逐漸降低，但當Vtot降低至撤銷過壓保護閾值電壓V WP2時，過壓保護信號V w變為無效，升壓控制信號V。控制升壓模塊400內部開關管重新工作，輸出電壓升尚。如果輸出電壓Vran^E V _和V _之間反復變化，則過壓保護會反復被觸發，過壓保護反復觸發時的輸出電壓Vott和過壓保護信號Vw的波形如圖2所示。
[0007]我們知道，開環電荷泵電路一般在應用中是給其他負載供電的，而負載的功耗是隨時變化的，如果負載的功耗非常低，這樣開環電荷泵電路的負載電流就很小，過壓保護后輸出電壓要很長時間才能降下來撤銷過壓保護，這樣過壓保護時輸出電壓的紋波頻率就會很低。輸出電壓紋波頻率降低會對一些應用造成影響，比如開環電荷泵電路對音頻器件供電的話，開環電荷泵電路的輸出電壓紋波頻率降低到20kHz以下后，則會對音頻信號造成干擾，產生可聽見的雜音，降低音質；再有，開環電荷泵作為穩壓電源，輸出都會有一個穩壓的輸出電容，如果這個電容是MLCC(Mult1-layer ceramic capacitors，片式多層陶瓷電容器)電容，輸出電壓紋波頻率落在音頻范圍內也會在這個輸出電容上產生諧振，發出人耳能聽到的嘯叫聲，因此一種能夠提高輸出電壓紋波頻率的開環電荷泵電路成為了一種需求。
【實用新型內容】
[0008]針對上述問題，本實用新型旨在提供一種提高輸出電壓紋波頻率的開環電荷泵電路，其在原有的開環電荷泵電路的基礎上增加了輸出電壓紋波檢測和控制模塊，以解決因輸出電壓紋波頻率過低造成的音質降低等問題。
[0009]本實用新型提供的技術方案如下:
[0010]一種提高輸出電壓紋波頻率的開環電荷泵電路，所述開環電荷泵電路包括:用于根據所述開環電荷泵電路的輸出電壓信號生成過壓保護信號的過壓保護信號產生模塊、用于產生開關時鐘信號的工作時鐘產生模塊、用于根據所述開關時鐘信號和所述過壓保護信號生成升壓控制信號的升壓控制信號產生模塊、用于根據所述升壓控制信號實現對所述輸出電壓信號控制的升壓模塊、以及用于根據所述過壓保護信號控制所述輸出電壓信號紋波頻率的輸出電壓紋波檢測和控制模塊，其中，所述過壓保護信號產生模塊的輸入端與所述升壓模塊的輸出端連接、輸出端與所述升壓控制信號產生模塊的輸入端連接；所述工作時鐘產生模塊的輸出端與所述升壓控制信號產生模塊的輸入端連接；所述升壓控制信號產生模塊的輸出端與所述升壓模塊的輸入端連接；所述輸出電壓紋波檢測和控制模塊的輸入端與所述過壓保護信號產生模塊的輸出端連接、輸出端與升壓模塊的輸出端連接；
[0011]所述輸出電壓紋波檢測和控制模塊包括:用于接收所述過壓保護信號并檢測所述輸出電壓信號下降時間的下降時間檢測單元、用于生成時間閾值的時間閾值生成單元、用于將所述輸出電壓信號的下降時間和所述時間閾值進行比對并根據所述比對結果輸出下拉信號的時間比對單元、以及用于根據所述下拉信號輸出下拉負載的下拉負載單元，其中，所述下降時間檢測單元的輸入端與所述過壓保護信號產生模塊的輸出端連接，所述時間閾值生成單元的輸入端與所述過壓保護信號產生模塊的輸出端連接，所述時間比對單元的輸入端分別與所述下降時間檢測單元、時間閾值生成單元、以及過壓保護信號產生模塊的輸出端連接，所述下拉負載單元的輸入端與所述時間比對單元的輸出端連接、輸出端與升壓模塊的輸出端連接。
[0012]在本技術方案中，通過輸出電壓紋波檢測和控制模塊中的時間比對單元對輸出電壓信號的下降時間和生成的時間閾值進行比對，實現對下拉負載單元的控制，從而實現對輸出電壓信號紋波頻率的控制，只有當輸出電壓信號的下降時間大于時間閾值時，時間比對單元才會輸出有效的下拉信號，此時下拉負載單元才會相應的輸出一個下拉負載，加快輸出電壓信號的紋波頻率，即縮短了輸出電壓信號電壓下降的時間。
[0013]優選地，所述時間閾值生成單元生成多個時間閾值，所述時間比對單元接收所述多個時間閾值并把每個所述時間閾值分別與所述輸出電壓信號的下降時間進行比對，且每次比對之后輸出一個下拉信號。
[0014]在本技術方案中，可以通過調整時間閾值調整下拉能力。
[0015]優選地，所述下拉負載單元中包括多級下拉負載，所述時間比對單元每輸出一個有效下拉信號，所述下拉負載單元疊加一級下拉負載進行輸出。
[0016]在本發明中，如果一味增加下拉負載能力，因為這個下拉負載是在芯片內部的，會增加芯片的整體功耗，降低效率，所以從效率的角度來講，這個下拉負載越小越好，所以為了能在提高輸出電壓紋波頻率的同時盡可能減小芯片功耗，提高開環電荷泵效率，在本技術方案中，我們將下拉負載設置成多級下拉負載的形式，其隨著對輸出電壓信號下降時間的需求進行變化。如果在第一級下拉負載輸出后，輸出電壓紋波頻率已經能滿足最低紋波頻率要求了，下拉負載就不再增加；如果第一級下拉負載后輸出電壓信號的下降時間還是比較慢，則疊加一級下拉負載(第二級下拉負載)進行輸出；如果疊加的兩級下拉負載(第一級下拉負載和第二級下拉負載)后輸出電壓信號的下降時間還是比較慢，即輸出電壓信號下降速度還是不夠，則繼續疊加下一級下拉負載，增加下拉能力。這樣在提高輸出電壓紋波頻率的同時不會過度影響電荷泵的效率。
[0017]優選地，所述下拉負載為純電阻或純電流源。
[0018]在本技術方案中，可以通過調整下拉負載來調整下拉能力。
[0019]優選地，所述開環電荷泵電路中還包括至少一個用于穩定所述輸出電壓信號的紋波的輸出電容，所述輸出電容的一端與所述升壓模塊的輸出端連接、另一端接地。
[0020]優選地，所述開環電荷泵電路中還包括分別并聯在所述升壓模塊兩端的第一電荷泵電容和第二電荷泵電容，所述升壓模塊通過所述第一電荷泵電容和所述第二電荷泵電容的充放電控制所述輸出