CN113489302B - 一种电荷泵的软启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，具体公开了一种电荷泵的软启动电路，包括软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路，软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路连接，软启动电路包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R11、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一二极管D0、第一电容C1、第四电容C11、第一互补开关S1以及第二互补开关S2，一阶Dickson电荷泵电路包括振荡电路、第二二极管D1、第三二极管D2、第二电容C2、第三电容C3以及负载电阻RL。本发明提供的电荷泵的软启动电路，易于控制，并易于芯片集成，芯片集成后通过***配置单个电阻的阻值或电容的容值可配置不同的电荷泵软启动的时间，便于兼容不同的应用需求。

Description

一种电荷泵的软启动电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，更具体地，涉及一种电荷泵的软启动电路。
背景技术
电荷泵电路是电子领域一种常见的升压电路，其输出常用来作为电源电压使用，为了保护负载器件，通常不希望该电源电压在启动时有过高的尖峰或者有很大的电压摆率，该电源电压在启动时，需要软启动电路，让其缓慢上升。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电荷泵的软启动电路，易于控制，并易于芯片集成，芯片集成后通过***配置单个电阻的阻值或电容的容值可配置不同的电荷泵软启动的时间，便于兼容不同的应用需求。
作为本发明的第一个方面，提供一种电荷泵的软启动电路，包括软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路，所述软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路连接，所述软启动电路包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R11、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一二极管D0、第一电容C1、第四电容C11、第一互补开关S1以及第二互补开关S2，所述一阶Dickson电荷泵电路包括振荡电路、第二二极管D1、第三二极管D2、第二电容C2、第三电容C3以及负载电阻RL，其中，
参考电压V2接到所述第二运算放大器OP2的正输入端，所述第二运算放大器OP2的输出端接到所述第二MOS管M2的栅极，所述第二MOS管M2的源极分别接到所述第二运算放大器OP2的负输入端和所述第三电阻R11的一端，所述第三电阻R11的另一端接到电源地GND，所述第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极接在一起同时又接到电源电压VDD上，所述第三MOS管M3的栅极和第四MOS管M4的栅极接在一起同时又分别接到所述第三MOS管M3和第二MOS管M2的漏极，所述第四MOS管M4的漏极接到所述第一互补开关S1的一端，所述第一运算放大器OP1的第一负输入端接到参考电压V1，第二负输入端分别接到所述第一互补开关S1的另一端和第一二极管D0的阳极，所述第一二极管D0的阴极分别接到所述第二互补开关S2的一端和电容C11的一端，所述第二互补开关S2的另一端和电容C11的另一端接在一起同时又接到电源地GND，所述第一运算放大器OP1的输出端接到所述第一MOS管M1的栅极，所述第一MOS管M1的源极接到所述电源电压VDD，第一MOS管M1的漏极分别接到所述软启动电路的输出端、第一电阻R1的一端和第一电容C1的一端，第一电阻R1的另一端分别接到所述第一运算放大器OP1的正输入端和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端和第一电容C1的另一端接在一起同时又接到所述电源地GND；
所述软启动电路的输出端接到所述振荡电路的输入端，所述振荡电路的第一电源端和第二电源端分别对应接到所述电源电压VDD和电源地GND，所述振荡电路的输出端接到所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端分别接到所述第二二极管D1的阴极和第三二极管D2的阳极，所述第二二极管D1的阳极接到所述电源电压VDD，所述第三二极管D2的阴极分别接到所述第三电容C3的一端、负载电阻RL的一端以及所述电荷泵的软启动电路的输出电压Vout，所述第三电容C3的另一端和负载电阻RL的另一端接在一起同时又接到所述电源地GND。
进一步地，所述第一MOS管M1、第三MOS管M3以及第四MOS管M4均为PMOS管。
进一步地，所述第二MOS管M2为NMOS管。
进一步地，所述第一二极管D0为做偏置用二极管。
本发明提供的电荷泵的软启动电路具有以下优点：易于控制，并易于芯片集成，芯片集成后通过***配置单个电阻的阻值或电容的容值可配置不同的电荷泵软启动的时间，便于兼容不同的应用需求。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的电荷泵的软启动电路的结构框图。
图2为本发明提供的软启动电路的等效电路图。
图3为本发明提供的一阶Dickson电荷泵电路的等效电路图。
图4为本发明提供的第一运算放大器OP1的第二负输入端133电压的时序图。
图5为本发明提供的软启动电路的输出端135电压的时序图。
图6为本发明提供的电荷泵的软启动电路的输出电压Vout的时序图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电荷泵的软启动电路其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本实施例中提供了一种电荷泵的软启动电路，如图1-3所示，所述电荷泵的软启动电路包括软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路，所述软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路连接，所述软启动电路包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R11、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一二极管D0、第一电容C1、第四电容C11、第一互补开关S1以及第二互补开关S2，所述一阶Dickson电荷泵电路包括振荡电路、第二二极管D1、第三二极管D2、第二电容C2、第三电容C3以及负载电阻RL，其中，
参考电压V2接到所述第二运算放大器OP2的正输入端138，所述第二运算放大器OP2的输出端132接到所述第二MOS管M2的栅极，所述第二MOS管M2的源极分别接到所述第二运算放大器OP2的负输入端131和所述第三电阻R11的一端，所述第三电阻R11的另一端接到电源地GND，所述第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极接在一起同时又接到电源电压VDD上，所述第三MOS管M3的栅极和第四MOS管M4的栅极接在一起同时又分别接到所述第三MOS管M3和第二MOS管M2的漏极，所述第四MOS管M4的漏极接到所述第一互补开关S1的一端，所述第一运算放大器OP1的第一负输入端137接到参考电压V1，第二负输入端133分别接到所述第一互补开关S1的另一端和第一二极管D0的阳极，所述第一二极管D0的阴极分别接到所述第二互补开关S2的一端和电容C11的一端，所述第二互补开关S2的另一端和电容C11的另一端接在一起同时又接到电源地GND，所述第一运算放大器OP1的输出端136接到所述第一MOS管M1的栅极，所述第一MOS管M1的源极接到所述电源电压VDD，第一MOS管M1的漏极分别接到所述软启动电路的输出端135、第一电阻R1的一端和第一电容C1的一端，第一电阻R1的另一端分别接到所述第一运算放大器OP1的正输入端134和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端和第一电容C1的另一端接在一起同时又接到所述电源地GND；
所述软启动电路的输出端135接到所述振荡电路的输入端，所述振荡电路的第一电源端143和第二电源端144分别对应接到所述电源电压VDD和电源地GND，所述振荡电路的输出端142接到所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端分别接到所述第二二极管D1的阴极和第三二极管D2的阳极，所述第二二极管D1的阳极接到所述电源电压VDD，所述第三二极管D2的阴极分别接到所述第三电容C3的一端、负载电阻RL的一端以及所述电荷泵的软启动电路的输出电压Vout，所述第三电容C3的另一端和负载电阻RL的另一端接在一起同时又接到所述电源地GND。
优选地，所述第一MOS管M1、第三MOS管M3以及第四MOS管M4均为PMOS管。
优选地，所述第二MOS管M2为NMOS管。
优选地，所述第一二极管D0为做偏置用二极管。
具体地，所述第三电阻R11为外置电阻。
如图1-6所示，本发明提供的电荷泵的软启动电路是利用设置电阻R11的阻值产生可调的恒流源，恒流源给电容C11充电，电容C11的电压线性增大的原理而设计的。具体工作原理如下：
参考电压V2、第二运算放大器OP2、NMOS管M2以及电阻R11构成可控恒流源，由电阻R11控制的可控恒流源产生可控恒定电流I10＝V2/R11，PMOS管M3和PMOS管M4组成电流镜，因此可控恒定电流I11＝I10，当开关S1关闭同时开关S2打开时，可控恒定电流I11给电容C11充电，电容C11电压值随时间线性增大，因此第一运算放大器OP1的输入端133电压值V133如图4所示，V133电压值从二极管D0的正向压降Vd0一直线性增大到VDD，在这个过程中，电压V133的上升时间为T133，T133＝(C11*(VDD-Vd0)*R11)/V2，其中V2，VDD，Vd0是固定电压值，所以T133的值由电阻R11的阻值和电容C11的容值决定；
当133端口的电压值V133小于参考电压V1时，根据运算放大器“虚短”原理，133端口的电压值V133就等于134端口的电压值V134，于是输出端135的电压值V135＝V133*(R1+R2)/R2；当133端口的电压值V133大于参考电压V1时，134端口电压V134始终等于参考电压V1，则V135＝V1*(R1+R2)/R2，如图5所示，V135电压值从Vd0*(R1+R2)/R2线性增大到V1*(R1+R2)/R2，在这个过程中，电压V135线性上升的时间即为软启动时间TSS，TSS＝(C11*(V1-Vd0)*R11)/V2，其中V1，V2，Vd0是固定电压值，所以软启动时间TSS值由电阻R11的阻值和电容C11的容值决定；
软启动电路输出端135作为振荡电路(OSC)的输入端，135端口的电压值V135作为振荡电路(OSC)的振荡参考电压值，控制电容C2的充放时间和电容C2两端的电压值，振荡电路、电容C2、二极管D1、二极管D2以及电容C3组成一阶Dickson电荷泵电路，因此根据一阶Dickson电荷泵电路原理，电荷泵电路的输出电压(Vd为二极管D1和D2的正向压降，FOSC是振荡电路(OSC)的振荡频率，RL为电荷泵电路负载电阻)，Vout电压从/>线性增大到/>Vout输出波形如图6所示。
本发明提供的电荷泵的软启动电路，易于控制，并易于芯片集成，芯片集成后通过***配置单个电阻的阻值或电容的容值可配置不同的电荷泵软启动的时间，便于兼容不同的应用需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种电荷泵的软启动电路，其特征在于，包括软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路，所述软启动电路和一阶Dickson电荷泵电路连接，所述软启动电路包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R11、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一二极管D0、第一电容C1、第四电容C11、第一互补开关S1以及第二互补开关S2，所述一阶Dickson电荷泵电路包括振荡电路、第二二极管D1、第三二极管D2、第二电容C2、第三电容C3以及负载电阻RL，其中，
参考电压V2接到所述第二运算放大器OP2的正输入端（138），所述第二运算放大器OP2的输出端（132）接到所述第二MOS管M2的栅极，所述第二MOS管M2的源极分别接到所述第二运算放大器OP2的负输入端（131）和所述第三电阻R11的一端，所述第三电阻R11的另一端接到电源地GND，所述第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极接在一起同时又接到电源电压VDD上，所述第三MOS管M3的栅极和第四MOS管M4的栅极接在一起同时又分别接到所述第三MOS管M3和第二MOS管M2的漏极，所述第四MOS管M4的漏极接到所述第一互补开关S1的一端，所述第一运算放大器OP1的第一负输入端（137）接到参考电压V1，第二负输入端（133）分别接到所述第一互补开关S1的另一端和第一二极管D0的阳极，所述第一二极管D0的阴极分别接到所述第二互补开关S2的一端和电容C11的一端，所述第二互补开关S2的另一端和电容C11的另一端接在一起同时又接到电源地GND，所述第一运算放大器OP1的输出端（136）接到所述第一MOS管M1的栅极，所述第一MOS管M1的源极接到所述电源电压VDD，第一MOS管M1的漏极分别接到所述软启动电路的输出端（135）、第一电阻R1的一端和第一电容C1的一端，第一电阻R1的另一端分别接到所述第一运算放大器OP1的正输入端（134）和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端和第一电容C1的另一端接在一起同时又接到所述电源地GND；
所述软启动电路的输出端（135）接到所述振荡电路的输入端，所述振荡电路的第一电源端（143）和第二电源端（144）分别对应接到所述电源电压VDD和电源地GND，所述振荡电路的输出端（142）接到所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端分别接到所述第二二极管D1的阴极和第三二极管D2的阳极，所述第二二极管D1的阳极接到所述电源电压VDD，所述第三二极管D2的阴极分别接到所述第三电容C3的一端、负载电阻RL的一端以及所述电荷泵的软启动电路的输出电压Vout，所述第三电容C3的另一端和负载电阻RL的另一端接在一起同时又接到所述电源地GND；
其中，所述第一MOS管M1、第三MOS管M3以及第四MOS管M4均为PMOS管，所述第二MOS管M2为NMOS管。
2.根据权利要求1所述的一种电荷泵的软启动电路，其特征在于，所述第一二极管D0为做偏置用二极管。
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