可减少切换损失的充电泵控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及充电泵的技术领域，特别涉及一种可减少切换损失的充电泵控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]图1为一现有充电泵(Charge pump) 100的方块图，该充电泵100包含了一控制电路(Controller) 110、一切换电晶体群(Switching transistor group) 120 以及一被动兀件群(Passive device group) 130,该控制电路110接收M个输入信号(Input signal)并产生N个控制信号(Control signal)，其中M，N会I。该N个控制信号连接至该切换电晶体群120的N个切换电晶体(图未示)，以控制该N个切换电晶体的导通与关闭。
[0003]该切换电晶体群120连接至该被动元件群130与一输入电压(VIN)。其中该被动元件群130包含了飞跨电容(Flying capacitor)与输出稳压电容(Decoupling capacitor)。通过该N个控制信号用以控制切换该N个切换电晶体的切换顺序，进而使输出端电压(VOUT)提高到所需的电压位准。
[0004]图2为图1中的充电泵的详细电路图，其中，该控制电路110输出4个控制信号A、B、C、D，该切换电晶体群120包含四个切换电晶体MP1、MP2、MP3、MNl，该被动元件群130包含一飞跨电容(Flying capacitor)C。与一输出稳压电容(Decoupling capacitor)C10 如图2所示，该控制电路110、该切换电晶体群120及被动元件群130组成的两倍压充电泵电路。
[0005]在第一个相位(Phasel)时，该切换电晶体群120的切换电晶体MPl、MNl导通，切换电晶体MP2、MP3则关闭。此时输入电压(VIN)会储存在该飞跨电容C。上。在第二个相位(Phase2)时，该切换电晶体MPlJNl关闭，切换电晶体MP2、MP3则导通，此时在第一个相位时储存至该飞跨电容Ctl上的电压(VIN)会传递至输出端(VSP)，再加上切换电晶体MP2端也连接至输入电压(VIN)，此时输出电压(VSP)将会为输入电压(VIN)的两倍。
[0006]由图2可知,现有的充电泵的切换电晶体(Switching transistor)所采用的为单一电晶体，无论负载的轻重大小情况底下，都是使用同一颗切换电晶体，会形成固定的切换损失。然而，在轻载时影响效率最大的成分是切换损失，此即为充电泵在轻载状态时效率不佳的最主要来源，也是其技术的缺点。因此，现有充电泵的控制系统及方法实仍有改善的空间。
【发明内容】
[0007]本发明的目的主要在于提供一可减少切换损失的充电泵控制系统及方法，可降低轻载时的切换损失(Switching Loss),以节省功率消耗。
[0008]为达上述目的，本发明提出一种可减少切换损失的充电泵控制系统，其包含一充电泵、一电流检测电路、一状态判断电路、及一控制单元。该充电泵具有一输入端、一输出端及一切换电晶体群，其将一输入电压利用该切换电晶体群进行切换，使该输入端电压升压，从而将该输出端电压转换至一预设电压位准。该电流检测电路耦合至该充电泵，以检测该充电泵的该输入端及该输出端的负载，从而产生对应该负载的一检测信号。该状态判断电路耦合至电流检测电路，依据该电流检测电路所产生的检测信号，以产生一判断信号。该控制单元耦合至该充电泵及该状态判断电路，该控制单元接收一输入控制信号及该判断信号，依据该输入控制信号及该判断信号，产生一第一组切换信号、一第二组切换信号、一第三组切换信号、及一第四组切换信号，以控制该充电泵的该切换电晶体群的导通与关闭。
[0009]优选地,所述充电泵还包含一飞跨电容及一输出稳压电容，该切换电晶体群I禹合至该飞跨电容与该输出稳压电容，利用该切换电晶体群的导通与关闭，用以对该飞跨电容进行充放电，进而在该输出稳压电容的一第一端产生出相对应倍率的电压。
[0010]优选地，所述的切换电晶体群包含一第一子切换电晶体群至第四子切换电晶体群，该第一组切换信号至第四组切换信号分别连接该第一子切换电晶体群至该第四子切换电晶体群。
[0011]优选地，该第一子切换电晶体群及该第三子切换电晶体群耦合至该飞跨电容的一第一端，该第二及该第四子切换电晶体群耦合至该飞跨电容的一第二端，以及该输出稳压电容的第一端连接至该输出端，并耦合至该第三子切换电晶体群，该输出稳压电容的第二端连接至一低电位。
[0012]优选地，所述充电泵还包含一第一开关及一第二开关，该第一开关的一第一端耦合至该飞跨电容的第一端，该第一开关的一第二端耦合至该电流检测电路，以及该第二开关的一第一端耦合至该输入端，该第二开关的一第二端耦合至该第一开关的该第二端。
[0013]优选地，该控制单元在一第一相位时，控制该第一组切换信号、该第二组切换信号、该第三组切换信号、及该第四组切换信号，用以由该飞跨电容的该第一端对该飞跨电容进行充电，该控制单元在一第二相位时，控制该第一组切换信号、该第二组切换信号、该第三组切换信号、及该一第四组切换信号，用以由该飞跨电容的第二端对该飞跨电容进行充电。
[0014]优选地，在该第一相位时，该第二子切换电晶体群及该第三子切换电晶体群为关闭，该第一子切换电晶体群及该第四子切换电晶体群中至少有一切换电晶体为导通。
[0015]优选地，在该第二相位时，该第一子切换电晶体群及该第四子切换电晶体群为关闭，该第二子切换电晶体群及该第三子切换电晶体群中至少有一切换电晶体为导通。
[0016]优选地，所述电流检测电路包含一运算放大器、一第一检测电晶体、一第二检测电晶体，及一阻抗，其中，该第一检测电晶体的源极连接至该输入端，该第一检测电晶体的闸极连接至该低电位，以及该第一检测电晶体的汲极连接至该第二检测电晶体的汲极及该运算放大器的一非反相输入端，该运算放大器的一反相输入端连接至该第一开关的第二端，该运算放大器的一输出端连接至该第二检测电晶体的一闸极，该第二检测电晶体的源极连接至该阻抗的一第一端，该阻抗的一第二端连接至该低电位。
[0017]优选地，该运算放大器比较该输入端电压及该第一开关的该第二端的电压，用以产生该检测信号。
[0018]优选地，所述状态判断电路包含至少一个比较器与至少一个参考位准，所述至少一个比较器将所述电流检测电路输出的该检测信号与所述至少一个参考位准做比较，以产生该判断信号。
[0019]优选地，该第一子切换电晶体群内的电晶体的宽长比相同，该第二子切换电晶体群内的电晶体的宽长比相同，该第三子切换电晶体群内的电晶体的宽长比相同，该第四子切换电晶体群内的电晶体的宽长比相同。
[0020]优选地，该第一子切换电晶体群内的电晶体的宽长比为二进制加权，该第二子切换电晶体群内的电晶体的宽长比为二进制加权，该第三子切换电晶体群内的电晶体的宽长比为二进制加权，该第四子切换电晶体群内的电晶体的宽长比为二进制加权。
[0021]优选地，其中，当该输出端的负载大时，该切换电晶体群中有较多的切换电晶体被导通，当该输出端的负载小时，该切换电晶体群中有较少的切换电晶体被导通。
[0022]优选地，当该输出端为重载时，该切换电晶体群的电晶体全部导通，用以使大的电流对该飞跨电容进行充电，以及当该输出端为轻载时，该切换电晶体群中部分的电晶体导通，用以使较小的电流对该飞跨电容进行充电。
[0023]为达上述另一目的，本发明提出一种充电泵的控制方法，包含步骤:(A)使用一电流检测电路检测一充电泵的电流，通过该电流检测电路产生相对于该充电泵负载电流的一检测信号，其中，该充电泵具有一切换电晶体群；(B)使用一状态判断电路依据该电流检测电路所产生的检测信号，以产生一判断信号；(C)使用一控制单元以接收一输入控制信号及该判断信号，并依据该输入控制信号及该判断信号，产生一第一组切换信号、一第二组切换信号、一第三组切换信号、及一第四组切换信号，以控制该充电泵的该切换电晶体群的导通与关闭。<