多级电荷泵电路的制作方法

1.本公开涉及电荷泵电路。


背景技术：

2.电荷泵电路用于各种直流电源设置以提供升压电压。电荷泵电路的一种特定用途是提供高于直流电源的栅极驱动器电压。例如，由电荷泵电路产生的栅极驱动器电压可以用在栅极驱动器电路中，以控制nmos功率晶体管的开/关切换。这仅仅是电荷泵电路的一个示例使用，并且电荷泵电路可以在多种其他情况或设置中有用。


技术实现要素：

3.本公开描述了一种多级电荷泵电路，其包括多个级，每一级均包括浮动电容器。电荷泵电路可以消除对在不同电荷泵级之间耦合到地电压的所谓“缓冲电容器”的需要，并且可以减少电荷泵电路中所需的引脚数目(例如，减少到七个或更少)。电荷泵电路可以根据特定的占空比控制每级中的每个浮动电容器的电容充电。电荷泵电路可用于任何需要或有用电荷泵的地方，并且对于用于控制汽车设置中的nmos电源开关的栅极驱动器电路可能特别有用。
4.多个开关可以被配置为控制电荷泵电路的n级，每个都包括一个浮动电容器，其中n是大于1的正整数。每个浮动电容器都是“浮动”的，即电容器并不永久耦合到地电压或输入电压。电荷泵电路的输出可能为输入电压的大约2^n倍。电荷泵电路的第一级可以根据50％的占空比对其浮动电容器进行充电，并且第二级可以根据25％的占空比对其浮动电容器进行充电。在某些情况下，电荷泵电路可以包括第三级，第三级可以根据12.5％的占空比对其浮动电容器进行充电。此外，电荷泵电路包括第四级，并且第三级可以根据6.25％的占空比对其浮动电容器进行充电。可以使用任何数目(n)的级，其中n是大于1的整数。n级中的每一级的浮动电容器可以根据与所有n级相关联的总占空比的1/2^n的占空比进行充电，其中n代表与所述n级中的每一级相关联的每个整数。
5.在一个示例中，本公开描述了一种电荷泵电路，该电荷泵电路包括多个开关，这些开关被配置为控制电荷泵电路对第一电容器、第二电容器和第三电容器进行充电的阶段。所述阶段可以包括：第一阶段，基于输入电压将第一电容器充电至第一电压；第二阶段，基于第一电压和输入电压将第二电容器充电至第二电压；第三阶段，基于输入电压将第一电容器充电至第三电压；和第四阶段，基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器充电至第四电压。
6.在另一个示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括控制多个开关以控制电荷泵电路对第一电容器、第二电容器和第三电容器进行充电的阶段。控制这些阶段可以包括：基于输入电压控制第一阶段，以将第一电容器充电到第一电压；基于第一电压和输入电压控制第二阶段，以将第二电容器充电至第二电压；基于输入电压控制第三阶段，以将第一电容器充电至第三电压；基于第二电压、第三电压和输入电压控制第四阶段，以将第三电容器
充电至第四电压。
7.在另一个示例中，电荷泵电路包括第一电容器、第二电容器、第三电容和多个开关，这些开关被配置为控制电荷泵电路对第一电容器、第二电容器和第三电容器进行充电的阶段。所述阶段可以包括：第一阶段，基于输入电压将第一电容器充电至第一电压；第二阶段，基于第一电压和输入电压将第二电容器充电至第二电压；第三阶段，基于输入电压将第一电容器充电至第三电压；以及第四阶段，基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器充电至第四电压。
8.这些和其他示例的细节在附图和以下描述中阐述。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
9.图1是使用多级电荷泵电路的示例系统的框图。
10.图2是示出根据本公开的示例二级电荷泵电路的框图。
11.图3是示出根据本公开的示例n级电荷泵电路的框图，其中n表示大于1的正整数。
12.图4a-图4d示出了在四个充电阶段中操作的示例两级电荷泵电路。
13.图5是说明图4a-图4d中所示不同开关在四个阶段上的时序和控制的时序图。
14.图6是示出根据本公开的另一示例二级电荷泵电路的电路图。
15.图7a-图7d是示出图6中所示电路的示例操作的曲线图。
16.图8是示出与本公开一致的方法的流程图。
具体实施方式
17.本公开描述了一种包括多级的电荷泵电路。电荷泵电路的多级中的每一级均可以包括浮动电容器，该浮动电容器并不永久耦合到地电压或输入电压。电荷泵电路可以包括多个开关(例如，晶体管或可能的二极管)，它们可在电荷泵电路中在四个或更多阶段中操作以对不同的电容器充电。电荷泵电路可用于任何需要或有用电荷泵的地方，并且对于用于控制汽车设置中的nmos电源开关的栅极驱动器电路可能特别有用。
18.例如，nmos功率晶体管通常需要相当大的栅极到源极电压，以便控制这种功率晶体管的开/关切换。在某些情况下(有时称为“冷启动”情况)，由于大规模电池消耗(例如通过车辆的电动启动马达引起)，电池电压本身可能不足以控制nmos电源开关。在这些或其他情况或设置中，电荷泵电路可用于提供升压电压。
19.本公开的电路设计和技术可以消除在电荷泵级之间对所谓“缓冲电容器”的需要，并且在这样做时，设计和技术可以减少电荷泵电路中所需的引脚数目(例如，到七个或更少的引脚)。所描述的电荷泵电路可以根据特定的占空比控制每个阶段的电容器充电。电荷泵的一个或多个级的占空比可以小于50％占空比，例如，小于多级电荷泵的总占空比的50％。
20.电荷泵电路可以包括多个开关(例如，晶体管或可能的二极管)，它们可以在电荷泵电路中在四个或更多个阶段中操作以对不同的电容器充电。根据本公开，多个开关可以被配置为控制电荷泵电路的n级，每级都包括浮动电容器，其中n是大于1的正整数。电荷泵电路的输出可以是提供给电荷泵电路的输入电压的大约2^n倍。
21.电荷泵电路的第一级可以包括根据50％占空比充电的第一浮动电容器，并且第二
级可以包括根据25％占空比充电的第二浮动电容器。在某些情况下，电荷泵电路可以包括第三级，第三级的第三浮动电容器根据12.5％占空比被充电。此外在一些示例中，电荷泵电路包括第四级，并且可以根据6.25％占空比对第四级的第四浮动电容器进行充电。可以使用任何数目(n)的级，其中n是大于1的整数。n级中的每一级的浮动电容器根据一占空比充电，该占空比是与所有n个阶段相关联的总占空比的1/2^n，其中n表示与n级中的每一级相关联的每个整数。
22.图1是使用多级电荷泵电路102的示例系统100的框图。系统100仅仅是电荷泵电路的一个示例使用，并且还有许多其他设备和系统可以受益于这里描述的电荷泵电路。系统100可以包括用于控制功率晶体管106以便向负载112输送功率的控制系统。在一些示例中，功率晶体管106可以包括用于向负载112输送功率的nmos功率模块。在这种情况下，功率晶体管为了将功率晶体管106转为导通状态，功率晶体管106可能需要相当大的栅极到源极电压。
23.驱动器电路104可以在控制器110的方向上控制功率晶体管106的开/关切换。控制器110可以包括向驱动器电路104发送控制信号的微控制器。基于控制信号，驱动器电路104发送调制信号(例如，脉宽调制信号pwm、脉冲持续时间调制信号、脉冲密度调制信号或其他类型的调制信号)来控制功率晶体管106的开/关切换。
24.在某些情况下，由电池108提供的dc电压可能不足以允许驱动器电路104将功率晶体管106转为导通状态。例如，在汽车设置中，由于由电池108供电的启动电机的电流消耗，诸如所谓的“冷启动”情况会显着耗尽电池108。出于这些或其他原因，多级电荷泵电路102可用于提升电池108的电压以确保驱动电路104具有足够的输入电源来控制功率晶体管106。同样，这仅仅是多级电荷泵电路102的一个示例使用，并且有还有许多其中电荷泵电路可能有用的其他设置。在不同的示例中，电荷泵电路102可以形成同一集成电路(ic)内的驱动器电路104的一部分，或者这些电路可以形成在单独的ic芯片上。在一些示例中，部分电路(或整个电路)也可以使用分立电路组件来实现。
25.图2是示出根据本公开的示例二级电荷泵电路200的框图。级(例如，图2示例中的两个)对应于电路中“浮动电容器”的数目。根据本公开，浮动电容器指的是并不永久耦合到任何定义的电路节点、例如地电压节点或输入电压节点的电容器。在图2的示例中，第一电容器(cap1')和第二电容器(cap2')都是“浮动的”，因为第一电容器(cap1')和第二电容器(cap2')都不是永久耦合到地电压(gnd)或由电池(dc)或其他直流(dc)电压电源定义的输入电压。相反，输出电容器(cap out')永久耦合到地电压(gnd)，因此并不浮动。
26.电荷泵电路200可以在充电阶段操作。特别地，电荷泵电路200包括多个开关(s1'-s7')，这些开关被配置为控制电荷泵电路200对第一电容器(cap 1')、第二电容器(cap 2')和第三电容器(cap out')进行充电的阶段。如下文更详细描述的，这些阶段可以包括第一阶段，其基于由电池(dc)定义的输入电压将第一电容器(cap 1')充电到第一电压。这些阶段还可以包括第二阶段，其基于第一电压和输入电压将第二电容器(cap 2')充电到第二电压。此外，这些阶段可以包括第三阶段，其基于输入电压将第一电容器(cap 1')充电到第三电压。此外，这些阶段可以包括第四阶段，其基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器(cap out')充电到第四电压。
27.在图2的示例中，多个开关(s1'-s7')包括：第一开关(s1')，连接在第一电容器
(cap1')的第一极板和与电池(dc)的输入电压相关联的输入节点之间；第二开关(s2')，连接在第一电容器(cap1')的第二极板和输入节点之间；第三开关(s3')，连接在第一电容器(cap 1')的第二极板和接地节点(gnd)之间。第一电容器(cap1')和开关s1'、s2'和s3'可以被视为形成电荷泵电路200的第一级。
28.同样在图2的示例中，多个开关(s1'-s7')包括：第四开关(s4')，连接在第二电容器(cap 2')的第一极板和第一电容器(cap 1')的第一极板之间；第五开关(s5')，连接在第二电容器(cap2')的第二极板和第一电容器(cap1')的第一极板之间；第六开关(s6')，连接在第二电容器(cap 2')的第二极板和接地节点(gnd)之间。第二电容器(cap 2')和开关s4'、s5'和s6'可以被视为形成电荷泵电路200的第二级。
29.在图2中，多个开关(s1'-s7')包括第七开关s7'，其连接在第二电容器的第一极板(cap 2')和第三电容器的第一极板(cap out')之间。多个开关(s1'-s7')可以包括晶体管，尽管二极管可以用于一些开关。在一个示例中，第一开关(s1')、第二开关(s2')、第四开关(s4')、第五开关(s5')和第七开关(s7')各自包括pmos晶体管，并且第三开关(s3')和第六开关(s6)各自包括nmos晶体管。在另一示例中，第一开关(s1')、第四开关(s4')和第七开关(s7')各自包括pmos晶体管，并且第二开关(s2')、第三开关(s3')、第五开关(s5')和第六开关(s6')各自包括nmos晶体管。“pmos”是指p沟道金属氧化物半导体，“nmos”是指n沟道金属氧化物半导体。在其他示例中，第一开关(s1')、第四开关(s4')和第七开关(s7')各自包括二极管，并且第二开关(s2')、第三开关(s3')、第五开关(s5')和第六开关(s6')各自包括晶体管。
30.在图2所示示例中，在四个操作阶段上，第一电容器(cap 1')可以根据50％占空比充电。然而，在四个操作阶段上，第二电容器(cap2')可以根据25％占空比充电。在四个阶段之后，第三电容器(cap out')可以充电到电池输入电压(dc)的大约4倍。如此一来，第三电容(cap out')可储存升压电压，其可被输入至另一电路(例如栅极驱动电路)以控制nmos功率模块。
31.在一些示例中，类似于图2中所示的电荷泵电路200可以使用外部电容器和具有7个或更少引脚的ic来实现。例如，这些引脚可以包括：被配置为连接到第一电容器(cap 1')的两个引脚；被配置为连接到第二电容器(cap 2')的两个引脚；输入引脚，连接到电池(dc)或另一个输入电压源；接地引脚(或参考引脚)，被配置为连接到接地电位(gnd)或另一个参考电位；以及输出引脚，被配置为连接到第三电容器(cap out')。在本公开中，接地或接地电位通常可以指任何接地或定义的参考电位，例如实际接地或任何其他已知或固定的受控参考电位。
32.图2的电荷泵电路200是具有两个浮动电容器的两级电荷泵。然而，本公开的原理可以扩展到任意数目级。
33.图3是示出根据本公开的示例性n级电荷泵电路300的框图，其中n表示大于1的正整数。级(例如，n)对应于电路中“浮动电容器”的数目。再次说明，浮动电容器是指并不永久耦合到任何定义的电路节点、例如地电压节点或输入电压节点的电容器。在图3的示例中，第一电容器(cap 1)和第二电容器(cap 2)都是“浮动”的，因为第一电容器(cap 1)和第二电容器(cap 2)都不永久耦合到地电压(gnd)或由电池(dc)或其他直流电压电源定义的输入电压。相反，输出电容器(cap out)不是“浮动的”，因为它永久耦合到地电压(gnd)。可以
使用任意数目“n”的浮动电容器，其各自具有一组三开关，这些开关类似于级1(s1、s2和s3)中的开关相对于cap 1地定位，并且类似于级2(s4、s5和s6)中的开关相对于cap2地定位。
34.类似于图2所示的电荷泵电路200，图3的电荷泵电路300可以在充电阶段运行。然而，阶段总数可能取决于级数，并且阶段数(p)可以定义为p＝2^n，其中n是具有浮动电容器的级的数目。因此，对于图2的二级示例，有四个充电阶段。三级示例将包括八个充电阶段，并且四级示例将包括十六个充电阶段。一般来说，根据图3，多个开关(例如，用于级1的s1、s2和s3；用于级2的s4、s5和s6；用于每个附加级的附加开关组；以及sout)可以被配置为控制电荷泵电路的n级，其中n为大于1的正整数，并且其中电荷泵电路的输出为输入电压的大约2^n倍。因此，图2的二级电荷泵可以实现输入电压的4倍，三级电荷泵可以实现输入电压的8倍。同样，四级电荷泵可以实现输入电压的16倍，五级电荷泵可以实现输入电压的32倍。
35.图3中所示的n级中的每一级均可以包括浮动电容器，该浮动电容器并不永久耦合到地电压或输入电压。第一电容器(cap 1)和第二电容器(cap 2)是与电荷泵电路300的第一和第二级相关联的浮动电容器。可以使用任意级数n，因此可以使用任意数目的浮动电容器。n级中的每一级的浮动电容器可以根据一占空比进行充电，该占空比是与所有n级相关联的总占空比的1/2^n，其中n表示与n级中的每一级相关联的每个整数。例如，对于四级电荷泵(n＝4)，与第一级(n＝1)相关联的第一电容器(cap 1)可以根据是与所有n级相关联的总占空比的50％的占空比充电。与第二级(n＝2)相关联的第二电容器(cap 2)可以根据是与所有n级相关联的总占空比的25％的占空比充电。与第三级(n＝3)相关联的第三电容器(图3中未示出)可以根据是与所有n级相关联的总占空比的12.5％的占空比进行充电。与第四级(n＝4)相关联的第四电容器(图3中未示出)可以根据是与所有n级相关联的总占空比的6.25％的占空比进行充电。这些原则可以扩展到任意数目级。
36.图4a-4d示出了在四个充电阶段中操作的示例二级电荷泵电路400。图4a示出了第一阶段，图4b示出了第二阶段，图4c示出了第三阶段，图4c示出了第四阶段。图4a-图4d中所示的示例电路400与图2的非常相似，但是图4a-图4d比图2中所示的实施更具体一些。
37.在图图4a-图4d的示例中，多个开关标记如下。第一开关(p1bis)包括pmos晶体管，第二开关(p1)包括pmos晶体管，并且第三开关(n1)包括nmos晶体管。第一、第二和第三开关(p1bis、p1和n1)连同第一浮动电容器(c0)共同限定电荷泵电路的第一级。在第二级中，第四开关(p2bis)包括pmos晶体管，第五开关(p2)包括pmos晶体管，第六开关(n2)包括nmos晶体管。第四、第五和第六开关(p2bis、p2和n2)连同第二浮动电容器(c1)共同定义了电荷泵电路400的第二级。第七开关(p3bis)可以定义用于给输出电容(c2)充电的输出开关，输出电容不是浮动电容，这是因为c2永久耦合到地。
38.图4a-图4d中所示的不同开关(p1bis、p1、n1、p2bis、p2、n2和p3bis)被配置为控制电荷泵电路400对第一电容器(c0)、第二电容器(c1)和第三电容器(c2)进行充电的阶段。这些阶段包括基于由电池(dc)定义的输入电压将第一电容器(c0)充电到第一电压的第一阶段，以及基于第一电压和输入电压将第二电容器(c1)充电到第二电压的第二阶段。此外，这些阶段包括基于输入电压将第一电容器(c0)充电至第三电压的第三阶段，以及基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器(c2)充电至第四电压的第四阶段。
39.图5是说明图4a-图4d中所示的不同开关(例如，p1bis、p1、n1、p2bis、p2、n2和p3bis)在四个阶段上的时序和控制的时序图。图5的图示出高值以指示开关闭合(即晶体管
导通)的，并且图5示出低值以指示开关断开(即晶体管关断)。
40.如图4a和图5所示，在阶段1，n1闭合，p1断开，p1bis闭合，n2闭合，p2断开，p2bis断开，p3bis断开。在阶段2，如图4b和图5所示，n1断开，p1闭合，p1bis断开，n2闭合，p2断开，p2bis闭合，p3bis断开。在阶段3，如图4c和图5所示，n1闭合，p1断开，p1bis闭合，n2闭合，p2断开，p2bis断开，p3bis断开。在第4阶段，如图4d和图5所示，n1断开，p1闭合，p1bis断开，n2断开，p2闭合，p2bis断开，p3is闭合。通过图4a-图4d的电路400的电流路径被以从电池(dc)延伸穿过电路的箭头示出。
41.在图4a所示的第一阶段中，电路400基于由电池(dc)定义的输入电压将第一电容器(c0)充电至第一电压。在图4b所示的第二阶段中，电路400基于第一电压和输入电压将第二电容器(c1)充电至第二电压。在图4c所示的第三阶段中，电路400基于输入电压将第一电容器(c0)充电至第三电压。在图4d所示的第四阶段中，电路400基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器(c2)充电至第四电压。这样，第三电容器(c2)可以被充电到的电压是电池(dc)的输入电压的4倍。
42.图6是示出根据本公开的另一示例二级电荷泵电路的电路图。级(例如，图6示例中的两个)对应于电路中“浮动电容器”的数目。在图6的示例中，第一电容器(c0')和第二电容器(c1')都是“浮动的”，因为第一电容器(c0')和第二电容器(c1')都不永久耦合到任何定义的电压节点。例如，第一电容器(c0')和第二电容器(c1')都不永久连接到vdd或vss电压节点。相反，输出电容器(cap out')不是“浮动的”，因为它永久耦合到电源节点vss。图6中所示的布置可能优于图2中所示，因为图6中所示的输出电容器耦合到vdd(而不是gnd)。在这种情况下，可以使用额定电压较低的电容器，这样可以降低电路成本。
43.与上面的其他示例一样，图6的电荷泵电路600也可在充电阶段中运行。特别地，电荷泵电路600包括多个开关(p1bis'、p1'、n1'、p2bis'、p2'、n2'和p3bis')，它们被配置为控制电荷泵电路600对第一电容器(c0')、第二电容器(c1')和第三电容器(c2')进行充电的阶段。这些阶段包括基于输入电压vdd(可以是电池电压)将第一电容器(c0')充电至第一电压的第一阶段，以及基于第一电压和输入电压将第二电容器(c1')充电至第二电压的第二阶段。此外，这些阶段包括基于输入电压将第一电容器(c0')充电至第三电压的第三阶段，以及基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器(c2')充电至第四电压的第四阶段。
44.在图6的示例中，多个开关(p1bis'、p1'、n1'、p2bis'、p2'、n2'和p3bis')包括：第一开关(p1bis')，连接在第一电容器(c0')的第一极板和与输入电压vdd相关联的输入节点之间；第二开关(p1')，连接在第一电容器(c0')的第二极板和输入节点之间；以及第三开关(n1')，连接在第一电容器(c0')的第二极板和参考电压节点(vss)之间，参考电压节点可以是地电压或另一个受控参考电压。第一电容器(0')和开关p1bis'、p1'和n1'可以被视为形成电荷泵电路600的第一级。控制信号c(p1bis')、c(p1')和c(n1')控制开关p1bis'、p1'和n1'的开关状态。例如，可以通过控制器(例如图1中所示的控制器110)发送控制信号。
45.同样在图6的示例中，多个开关(p1bis'、p1'、n1'、p2bis'、p2'、n2'和p3bis')包括：第四开关(p2bis')，连接在第二电容器(c1')的第一极板和第一电容器(c0')的第一极板之间；第五开关(p2')，连接在第二电容器(c1')的第二极板和第一电容器(c0')的第一极板之间，以及第六开关(n2')，连接在第二电容器(c1')的第二极板和参考电压节点(vss)之间。第二电容器(c1')和开关(p2bis'、p2'和n2')可以被视为形成电荷泵电路600的第二级。
控制信号c(p2bis')、c(p2')和c(n2')控制开关p2bis'、p2'和n2'的开关状态。控制信号可以通过控制器(例如图1所示的控制器110)发送。
46.在图6中，多个开关(p1bis'、p1'、n1'、p2bis'、p2'、n2'和p3bis')包括连接在第二电容器(c1')的第一极板和第三电容器(c2')的第一极板之间的第七开关p3bis'。控制信号c(p3bis')可以控制开关p3bis'的开关状态。在图6的二级示例中，第三电容器(c2')包括输出电容器。多个开关(p1bis'、p1'、n1'、p2bis'、p2'、n2'和p3bis')可以包括晶体管，尽管二极管可以用于一些开关。在一个示例中，第一开关(p1bis')、第二开关(p1')、第四开关(p2bis')、第五开关(p2')和第七开关(p3bis')各自包括pmos晶体管，并且第三开关(n1')和第六开关(n2)均包括nmos晶体管。在另一个示例中，二极管可用于p1bis'、p2bis'和pbis'，在这种情况下，这些开关将是不需要控制信号的无源开关。此外，在某些情况下，可能需要对一些或所有开关(p1bis'、p1'、n1'、p2bis'、p2'、n2'和p3bis')进行电流限制，以在开关接通时降低功率耗散。例如，一些或所有开关可能具有大约50ma的电流限制。
47.在图6所示的示例中，在四个操作阶段上，第一电容器(c0')可以根据50％占空比充电。然而，在四个操作阶段上，第二电容器(c1')可以根据25％占空比充电。在四个阶段之后，第三电容器(c2')可以被充电到的输出电压vbc是输入电压vdd的大约4倍。如此一来，第三电容器(c2')可储存升压电压，其能被提供给另一电路(例如栅极驱动电路)以控制nmos功率模块。r'通常代表可以连接到电路600以接收输出电压vbc的任何负载。例如，负载r'在一些示例中可以包括栅极驱动器电路。
48.在一些示例中，类似于图6中所示的电荷泵电路600可以用外部电容器、包括各种开关的ic、和7个或更少的引脚来实现。例如，引脚可以包括：连接到第一电容器(c0')的两个引脚；连接到第二电容器(c1')的两个引脚；连接到vdd的输入引脚；连接到vss的参考(或接地)引脚；和连接到第三电容器(c2')的输出引脚。
49.图7a-7d是示出图6中所示电路600的示例操作的曲线图。图7a示出了在5毫秒的时间段内图6的节点vint2处的电压，其中电容器c1'在5毫秒内充电至vint2(约11.655伏)。图7b示出了在5毫秒时间段内图6的节点vint处的电压，其中电容器c0'在5毫秒内充电至vint(约5.869伏)。图7c示出了在5毫秒内3.0伏的恒定输入电压vdd。图7d示出了在5毫秒时间段内图6的节点vbc处的电压，其中电容器c2'在5毫秒内充电至vbc(约11.634伏)。在这种情况下，即使vdd不足以控制nmos电源模块(或另一个高需求负载)，vbc也可能足够进行该控制。输出电容器(例如，c2')的放电可以由负载r'执行，并且这种放电可以独立于电荷泵电路内的电容器充电的分阶段操作来执行、或与其分离地执行。
50.图8是示出了根据本公开的用于控制二级电荷泵电路的与本公开一致的方法的流程图。将从图1和图2的角度描述图8，尽管类似的技术将适用于本文描述的其他电荷泵电路。根据图8，控制器(100)可以被配置为控制多级电荷泵电路(102、200)的多个开关(s1'-s7')。在阶段1，控制器100控制多个开关(s1'-s7')以基于输入电压将第一电容器(cap 1')充电至第一电压(81)。第一阶段的示例也在图4a中关于电路400示出。
51.在阶段2，控制器100控制多个开关(s1'-s7')以基于第一电压和输入电压将第二电容器(cap 2')充电至第二电压(82)。第二阶段的示例也显示在图4b中关于电路400示出。在阶段3，控制器100控制多个开关(s1'-s7')以基于输入电压将第一电容器(cap 1')充电至第三电压(83)。第三阶段的示例也在图4c中关于电路400示出。在阶段4，控制器100控制
多个开关(s1'-s7')以基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器(cap out')充电到第四电压(84)。第三阶段的示例也在图4d中关于电路400示出。
52.图8中所示的示例方法是控制根据本公开的具有两个浮动电容器的二级电荷泵电路的方法。然而，本公开的原理可以扩展到任意数目的级。对于三级，将有八个阶段用于控制开关。如果有四级，则有十六个阶段用于控制开关，如果有五个级，则有三十二个阶段，以此类推。
53.对于二级示例，在四个阶段之后，第三电容器(例如，cap out')可以被充电到提供给电荷泵电路200的输入电压的大约4倍。这样，第三电容器(cap out')可以存储升压后的电压，该电压可以被输入到另一电路(例如栅极驱动器电路)以控制nmos功率模块。对于三级示例，在八个阶段之后，输出电容器可以被充电到提供给电荷泵电路的输入电压的大约8倍。对于四级示例，在十六个阶段之后，输出电容器可以被充电到提供给电荷泵电路的输入电压的大约16倍。
54.更一般地，根据本公开，控制器可以被配置为控制电荷泵电路的n级，其中每个级包括浮动电容器，其中n是大于1的正整数，并且其中所述电荷泵电路的输出为输入电压的大约2^n倍。如本文所述，所描述的电路可以使用七个或更少的引脚在集成电路封装和外部电容器中实现。
55.以下条款可以说明本公开的一个或多个方面。
56.条款1-一种电荷泵电路，包括：多个开关，被配置为控制电荷泵电路对第一电容器、第二电容器和第三电容器进行充电的阶段，其中所述阶段包括：第一阶段，基于输入电压将所述第一电容器充电至第一电压；第二阶段，基于所述第一电压和所述输入电压将所述第二电容器充电至第二电压；第三阶段，基于所述输入电压将所述第一电容器充电至第三电压；和第四阶段，基于所述第二电压、所述第三电压和所述输入电压将所述第三电容器充电至第四电压。
57.条款2-根据条款1所述的电荷泵电路，其中第一电容器和所述第二电容器是并不永久耦合到地电压节点或提供所述输入电压的输入电压节点的浮动电容器，并且其中，所述第三电容器是永久耦合到地电压节点或输入电压节点的输出电容器。
58.条款3-根据条款1或2所述的电荷泵电路，其中开关组包括：第一开关，连接在第一电容器的第一极板和与输入电压相关联的输入节点之间；第二开关，连接在第一电容器的第二极板和输入节点之间；和第三开关，连接在第一电容器的第二极板和接地节点之间。
59.条款4-根据条款3所述的电荷泵电路，其中所述开关组包括：第四开关，连接在第二电容器的第一极板和第一电容器的第一极板之间；第五开关，连接在第二电容器的第二极板和第一电容器的第一极板之间；和第六开关，连接在第二电容器的第二极板和接地节点之间。
60.条款5-根据条款4所述的电荷泵电路，其中所述开关组包括第七开关，所述第七开关连接在所述第二电容器的第一极板和所述第三电容器的第一极板之间。
61.条款6-根据条款5所述的电荷泵电路，其中：第一开关、第二开关、第四开关、第五开关和第七开关各自包括pmos晶体管，并且其中第三开关和第六开关各自包括nmos晶体管。
62.条款7-根据条款5所述的电荷泵电路，其中：第一开关、第四开关和第七开关均包
括二极管，并且第二开关、第三开关、第五开关和第六开关均包括晶体管。
63.条款8-根据条款1至7中任一项所述的电荷泵电路，其中在四个所述阶段上：第一电容器根据50％的占空比充电；并且第二电容器根据25％的占空比充电。
64.条款9-根据条款1至8中任一项所述的电荷泵电路，其中在所述第四阶段之后，所述第三电容器被充电至所述输入电压的大约4倍。
65.条款10-根据条款1至9中任一项所述的电荷泵电路，其中所述电荷泵电路包括7个或更少的引脚。
66.条款11-根据条款10所述的电荷泵电路，引脚包括：被配置为连接到第一电容器的两个引脚；被配置为连接到第二电容器的两个引脚；输入引脚，被配置为连接到提供输入电压的输入电压源；接地或参考引脚，配置为连接到接地或参考电位；以及输出引脚，被配置为连接到第三电容器。
67.条款12-根据条款1至11中任一项所述的电荷泵电路，其中所述多个开关被配置为控制所述电荷泵电路的n级，其中n是大于1的正整数，并且其中所述电荷泵电路的输出为输入电压的大约2^n倍。
68.条款13-根据条款12所述的电荷泵电路，其中所述n级中的每一级包括并不永久耦合到地电压或所述输入电压的浮动电容器，其中所述第一电容器和所述第二电容器是与电荷泵电路的第一和第二级相关联的浮动电容器。
69.条款14-根据条款13所述的电荷泵电路，其中所述n级中的每一级的所述浮动电容器根据与所有n级相关联的总占空比的1/2^n的占空比进行充电，其中n代表与所述n级中的每一级相关联的每个整数。
70.条款15-一种方法，包括：控制多个开关以控制电荷泵电路对第一电容器、第二电容器和第三电容器进行充电的阶段，其中控制所述阶段包括：基于输入电压控制第一阶段，以将第一电容器充电至第一电压；基于第一电压和输入电压控制第二阶段，以将第二电容器充电至第二电压；基于输入电压控制第三阶段，以将第一电容器充电至第三电压；以及基于第二电压、第三电压和输入电压控制第四阶段，以将第三电容器充电至第四电压。
71.条款16-根据条款15所述的方法，其中所述第一电容器和所述第二电容器是并不永久耦合到地电压或所述输入电压的浮动电容器，并且其中所述第三电容器是永久耦合到地电压或输入电压的输出电容器。
72.条款17-根据条款15或16所述的方法，其中控制所述多个开关包括控制所述电荷泵电路的n级，其中所述电荷泵电路的输出为所述输入电压的大约2^n倍，其中所述n级中的每一级都包括并不永久耦合到地电压或输入电压的浮动电容器，其中第一电容器和第二电容器是与电荷泵电路的第一级和第二级相关联的浮动电容器，并且其中n是大于1的正整数。
73.条款18-根据条款17所述的方法，其中所述n级中的每一级的所述浮动电容器根据与所有n级相关联的总占空比的1/2^n的占空比进行充电，其中n代表与所述n级中的每一级相关联的每个整数。
74.条款19-一种电荷泵电路，包括：第一电容器，第二电容器，第三电容器，和多个开关，被配置为控制电荷泵电路对第一电容器、第二电容器和第三电容器进行充电的阶段，其中阶段包括：第一阶段，基于输入电压将第一电容器充电至第一电压；第二阶段，基于第一
电压和输入电压将第二电容器充电至第二电压；第三阶段，基于输入电压将第一电容器充电至第三电压；以及第四阶段，基于第二电压、第三电压和输入电压将第三电容器充电至第四电压。
75.条款20-根据条款19所述的电荷泵电路，其中所述电荷泵电路包括n级，其中所述n级中的每一级包括并不永久耦合到地电压或所述输入电压的浮动电容器，其中所述第一电容器和所述第二电容器是与电荷泵电路的第一级和第二级相关联的浮动电容器，其中n是大于1的正整数，并且其中电荷泵电路的输出为输入电压的大约2^n倍。
76.条款21-根据条款20所述的电荷泵电路，其中所述n级中的每一级的所述浮动电容器根据与所有n级相关联的总占空比的1/2^n的占空比进行充电，其中n代表与所述n级中的每一级相关联的每个整数。
77.在本公开中已经描述了各个方面。这些和其他方面在以下权利要求的范围内。