一种提高输出电压纹波频率的开环电荷泵电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电子电路技术领域，尤指一种开环电荷泵电路。
【背景技术】
[0002]电荷泵型升压电路是便携式电子设备最常见的DC-DC (Direct Current，直流)升压供电电路，相比电感型Boost升压电路，电荷泵型升压电路的EMI (Electro MagneticInterference，电磁干扰)性能更好，其是采用升压的泵电容来储存能量，通过控制电路控制升压泵电容的充电/放电来达到升压并将能量转移输出的。
[0003]一般来说，电荷泵型升压电路分为闭环电荷泵电路和开环电荷泵电路，其中，闭环电荷泵电路通过环路控制，输出一个比升压倍数略低的恒定的输出电压，而恒定的输出电压是通过闭环的环路控制升压模块内部的开关管导通时的栅极电压来调整开关管的导通电阻实现的。这样闭环电荷泵电路在工作时升压模块内部的开关管并不能完全导通，所以闭环电荷泵电路最明显的缺点是转换效率和驱动能力都比较低，而且闭环电荷泵的控制电路也比较复杂，整个电路的功耗和集成电路的芯片面积也都比较大。
[0004]典型的开环电荷泵电路如图1所示，由工作时钟产生模块200、过压保护信号产生模块100、升压控制信号产生模块300以及升压模块400组成。其中，工作时钟产生模块200产生升压模块400所需要的开关时钟信号信号经升压控制信号产生模块300产生升压控制信号V。，升压模块400根据升压控制信号V。控制升压模块400内部的开关管的完全导通和截止，对升压的电荷泵电容C F_e2进行充放电，最终产生输出电压V ■。
[0005]相比较闭环电荷泵电路内部开关管导通时的栅极电压是受环路控制，开环电荷泵电路控制内部升压的开关管导通时栅极电压直接是最高电压(NM0S管)/最低电压(PM0S管)，开关管是充分导通的。充分导通的开关管导通电阻最小，所以开环电荷泵电路的驱动能力会发挥到极致，同时开关管导通电阻最小，在升压模块400内部消耗的功率也最小，效率也最高。所以相比闭环电荷泵电路，开环电荷泵电路的驱动能力和效率都大大提高。
[0006]从图1中还可以看出，为了限制开环电荷泵输出的最高电压，一般开环电荷泵电路都有过压保护功能。过压保护信号产生模块100检测输出电压VTOT，当输出电压Vot超过保护阈值电压Vwpi时，产生有效的过压保护信号V w，过压保护信号Vw经过升压控制信号产生模块300后，通过Vc控制升压模块400内部开关管停止升压工作，以限制输出电压Vtot继续升高而达到过压保护的目的，停止升压工作后，输出电压Vott由于负载R MAD会逐渐降低，但当Vtot降低至撤销过压保护阈值电压V WP2时，过压保护信号V w变为无效，升压控制信号V。控制升压模块400内部开关管重新工作，输出电压升尚。如果输出电压Vran^E V _和V _之间反复变化，则过压保护会反复被触发，过压保护反复触发时的输出电压Vott和过压保护信号Vw的波形如图2所示。
[0007]我们知道，开环电荷泵电路一般在应用中是给其他负载供电的，而负载的功耗是随时变化的，如果负载的功耗非常低，这样开环电荷泵电路的负载电流就很小，过压保护后输出电压要很长时间才能降下来撤销过压保护，这样过压保护时输出电压的纹波频率就会很低。输出电压纹波频率降低会对一些应用造成影响，比如开环电荷泵电路对音频器件供电的话，开环电荷泵电路的输出电压纹波频率降低到20kHz以下后，则会对音频信号造成干扰，产生可听见的杂音，降低音质；再有，开环电荷泵作为稳压电源，输出都会有一个稳压的输出电容，如果这个电容是MLCC(Mult1-layer ceramic capacitors，片式多层陶瓷电容器)电容，输出电压纹波频率落在音频范围内也会在这个输出电容上产生谐振，发出人耳能听到的嘯叫声，因此一种能够提高输出电压纹波频率的开环电荷泵电路成为了一种需求。
【实用新型内容】
[0008]针对上述问题，本实用新型旨在提供一种提高输出电压纹波频率的开环电荷泵电路，其在原有的开环电荷泵电路的基础上增加了输出电压纹波检测和控制模块，以解决因输出电压纹波频率过低造成的音质降低等问题。
[0009]本实用新型提供的技术方案如下:
[0010]一种提高输出电压纹波频率的开环电荷泵电路，所述开环电荷泵电路包括:用于根据所述开环电荷泵电路的输出电压信号生成过压保护信号的过压保护信号产生模块、用于产生开关时钟信号的工作时钟产生模块、用于根据所述开关时钟信号和所述过压保护信号生成升压控制信号的升压控制信号产生模块、用于根据所述升压控制信号实现对所述输出电压信号控制的升压模块、以及用于根据所述过压保护信号控制所述输出电压信号纹波频率的输出电压纹波检测和控制模块，其中，所述过压保护信号产生模块的输入端与所述升压模块的输出端连接、输出端与所述升压控制信号产生模块的输入端连接；所述工作时钟产生模块的输出端与所述升压控制信号产生模块的输入端连接；所述升压控制信号产生模块的输出端与所述升压模块的输入端连接；所述输出电压纹波检测和控制模块的输入端与所述过压保护信号产生模块的输出端连接、输出端与升压模块的输出端连接；
[0011]所述输出电压纹波检测和控制模块包括:用于接收所述过压保护信号并检测所述输出电压信号下降时间的下降时间检测单元、用于生成时间阈值的时间阈值生成单元、用于将所述输出电压信号的下降时间和所述时间阈值进行比对并根据所述比对结果输出下拉信号的时间比对单元、以及用于根据所述下拉信号输出下拉负载的下拉负载单元，其中，所述下降时间检测单元的输入端与所述过压保护信号产生模块的输出端连接，所述时间阈值生成单元的输入端与所述过压保护信号产生模块的输出端连接，所述时间比对单元的输入端分别与所述下降时间检测单元、时间阈值生成单元、以及过压保护信号产生模块的输出端连接，所述下拉负载单元的输入端与所述时间比对单元的输出端连接、输出端与升压模块的输出端连接。
[0012]在本技术方案中，通过输出电压纹波检测和控制模块中的时间比对单元对输出电压信号的下降时间和生成的时间阈值进行比对，实现对下拉负载单元的控制，从而实现对输出电压信号纹波频率的控制，只有当输出电压信号的下降时间大于时间阈值时，时间比对单元才会输出有效的下拉信号，此时下拉负载单元才会相应的输出一个下拉负载，加快输出电压信号的纹波频率，即缩短了输出电压信号电压下降的时间。
[0013]优选地，所述时间阈值生成单元生成多个时间阈值，所述时间比对单元接收所述多个时间阈值并把每个所述时间阈值分别与所述输出电压信号的下降时间进行比对，且每次比对之后输出一个下拉信号。
[0014]在本技术方案中，可以通过调整时间阈值调整下拉能力。
[0015]优选地，所述下拉负载单元中包括多级下拉负载，所述时间比对单元每输出一个有效下拉信号，所述下拉负载单元叠加一级下拉负载进行输出。
[0016]在本发明中，如果一味增加下拉负载能力，因为这个下拉负载是在芯片内部的，会增加芯片的整体功耗，降低效率，所以从效率的角度来讲，这个下拉负载越小越好，所以为了能在提高输出电压纹波频率的同时尽可能减小芯片功耗，提高开环电荷泵效率，在本技术方案中，我们将下拉负载设置成多级下拉负载的形式，其随着对输出电压信号下降时间的需求进行变化。如果在第一级下拉负载输出后，输出电压纹波频率已经能满足最低纹波频率要求了，下拉负载就不再增加；如果第一级下拉负载后输出电压信号的下降时间还是比较慢，则叠加一级下拉负载(第二级下拉负载)进行输出；如果叠加的两级下拉负载(第一级下拉负载和第二级下拉负载)后输出电压信号的下降时间还是比较慢，即输出电压信号下降速度还是不够，则继续叠加下一级下拉负载，增加下拉能力。这样在提高输出电压纹波频率的同时不会过度影响电荷泵的效率。
[0017]优选地，所述下拉负载为纯电阻或纯电流源。
[0018]在本技术方案中，可以通过调整下拉负载来调整下拉能力。
[0019]优选地，所述开环电荷泵电路中还包括至少一个用于稳定所述输出电压信号的纹波的输出电容，所述输出电容的一端与所述升压模块的输出端连接、另一端接地。
[0020]优选地，所述开环电荷泵电路中还包括分别并联在所述升压模块两端的第一电荷泵电容和第二电荷泵电容，所述升压模块通过所述第一电荷泵电容和所述第二电荷泵电容的充放电控制所述输出