具有被調節的充電泵的電路的製作方法
2023-12-03 15:57:11 2
專利名稱：具有被調節的充電泵的電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有被調節的充電泵的電路、 一種調節方法和一種應用。
背景技術：
由DE 196 27 197 Cl公開了一種用於倍壓的裝置，該裝置的輸出電壓 對供電電壓具有很小的依賴關係。為了對Flash-EEPROM進行編程，需要 使用該裝置。在此，對所述輸出電壓進行調節。由DE 600 28 030 T2公開了一種用於產生和調節電壓的電子電路，該 電子電路具有一個與振蕩器相連接的充電泵倍壓器。所述調節是一個過程，在該過程中連續地檢測一個參量，即調節量(待 調節的參量)，將其與一個另外的參量，即基準參量(Fiihrungsgr部e)進行 比較，並且在與該基準參量相適應的意義上影響該調節量。發明內容本發明的任務在於，儘可能地改進具有充電泵的電路。該任務將通過具有獨立權利要求1的特徵的電路來解決。有利的進一 步構型是從屬權利要求的主題並且包括在本說明書中。因此，提出了一種電路。有利地，該電路的大多數元件被單片地集成 在一個半導體晶片上。所述電路具有一個充電泵，該充電泵與一個供電電壓端子相連接，以 由供電電壓產生泵電壓。所述供電電壓尤其由一個可與該電路相連接的電 池提供。此外，所述電路具有一個調節電路。該調節電路與一個用於調節的反 饋相連接。該調節電路的輸入端與充電泵的輸出端連接為反饋，並且該調 節電路的輸入端與供電電壓端子相連接。所述調節電路被構造用於檢測泵電壓與供電電壓的差值。在此，該差 值構成了一個調節量。所述調節電路被構造用於將該調節量與一個基準參 量進行比較。所述調節電路的輸出端與所述充電泵的控制輸入端相連接，以根據所 述比較來控制該充電泵。在此，所述調節電路和所述充電泵藉助所述反饋 構成了一個調節迴路。此外，本發明的任務還在於，說明一種儘可能改進的方法。該任務將通過具有獨立權利要求8的特徵的方法來解決。有利的進一步構型是從屬權利要求的主題並且包括在本說明書中。 因此，提出了一種用於在充電泵中進行調節的方法。 在該方法中，測量充電泵的輸出端上的泵電壓與供電電壓之間的差值。 將該差值或一個從中導出的參量與一個參考值進行比較。 根據該比較，改變、尤其啟用或不啟用一個控制信號，用於控制所述由供電電壓產生泵電壓的充電泵。此外，本發明的任務還在於，說明一種應用。該任務是通過具有獨立要求9的特徵的應用來解決的。有利的進一步 構型是從屬權利要求的主題並包括在本說明書中。因此，提出了一種供電電壓和泵電壓之間差值測量的應用，用於將供 電電壓和泵電壓之間的差值調節到一個門電壓上，該門電壓被調節用於接 通負載電橋的高邊電晶體。所述負載電橋優選地是一個全橋或半橋，它優 選地與機動車的調節系統的一個電動機相連接。以下所描述的進一步構型即涉及所述電路，也涉及所述應用和所述方 法。所述應用和所述方法的特徵可以尤其從所述電路的功能中得出。根據一個構型，所述電路具有一個與供電電壓的端子相連接的功率晶 體管。所述充電泵的輸出端可以與該功率電晶體的控制輸入端相連接。優 選地，為了進行連接， 一個控制裝置，例如一個開關電晶體與所述充電泵 的輸出端相連接。根據一個優選的進一步構型提出了，所述調節電路是一個被構造用於 進行時間連續的調節的模擬電路。優選地，所述調節電路被構造為雙點調節器。在此情況下，為了進行雙點調節，所述充電泵的泵在一個點上是接通的，而在另一個點上是關閉 的。替代地，所述調節電路實現三點調節。在此情況下，所述充電泵可以 具有一個含有減小的泵功率的泵級和一個含有最大泵功率的另外的泵級。在一個另外的進一步構型中，所述調節電路具有一個比較器。該比較 器優選地被構造為窗口比較器。該窗口比較器具有滯後作用。該窗口比較 器也被稱為窗口鑑別器或施密特觸發器。優選地，連接所述比較器，以將所述差值或由該差值導出的一個參量 與一個參考值進行比較。為了由所述差值導出一個參量，例如連接多個分 壓器和/或放大器。在一個有利的構型中提出了，所述調節電路具有一個通過分壓器與該 調節電路的輸入端相連接的減法器。優選地，所述調節電路具有一個用於通斷泵時鐘的開關裝置。藉助該 開關裝置可以接通和斷開在所述充電泵的時鐘輸入端上的泵時鐘。在此， 該時鐘輸入端用作控制輸入端。以上所述的這些進一步構型方案不僅單獨使用是特別有利的，而且組 合地使用也是特別有利的。在此情況下，所有的進一步構型方案可以彼此 組合。 一些可能的組合在結合附圖對實施例的描述中已說明。但那裡所述 的進一步構型方案的組合的可能性並未窮盡。
以下結合附圖通過實施例來詳細地說明本發明。 附圖示出圖l: 一個電路的示意性方框圖，圖2:功能原理的示意圖，圖3: —個調節電路的示意性方框圖，圖4: 一個充電泵的示意性方框圖，以及圖5:控制信號的示意圖。
具體實施方式
在
圖1中以示意性的方框圖示出了一個電路。該電路具有一個充電泵6200910150324.2 100和一個調節電路200。調節電路200的輸入端210與充電泵100的泵輸 出端106相連接。充電泵100的端子105與地0V相連接。同樣地，調節電 路200的端子205也與地OV相連接。通過所述電路達到了以下效果，即充電泵100將一個定義的並且足夠穩定的電壓Up加到外部的供電電壓UBAT上。為此，調節電路200具有一 個與供電電壓UBAT的一個供電電壓端子相連接的端子204。產生的充電泵 100的輸出電壓Uip為ULP=UBAT+UP (1) 一旦充電泵100的輸出電壓ULP與供電電壓UBAT之間的差值超過一個 額定值，那麼該差值將被調節電路200平穩地調整，以使充電泵100停止工作。在此，所述額定值取決於參考電壓Uref。只有當通過從泵輸出端106上的儲存電容器190取走電荷使所述差值(輸出電壓ULP與供電電壓UBAr 之間的差值)小於所述額定值時，充電泵才重新投入使用。充電泵100的 工作通過泵時鐘clkLP的屏蔽或消隱(Austastung)來進行，該泵時鐘clk^ 可以被施加在充電泵100的泵時鐘輸入端101上。為此，調節電路200具 有一個用於時鐘信號clk的時鐘輸入端203。根據通過調節電路200的調節，由時鐘信號Clk產生泵時鐘dkLP。此外，調節電路200還有利地具有一個監視電路，該監視電路根據一 個最小值監視充電泵100的輸出電壓Uw。當輸出電壓U^超過供電電壓 Ub虹6V吋，該輸出電壓ULP被認為是足夠的。當所述最小值不能被達到時或者當輸出電壓ULP由於高的耗電量下降到比供電電壓UB虹高5V以下時，輸出一個用於充電泵100故障的標記。在圖2中藉助一個差分縮放級210和一個比較器級220功能性地示出 了所實施的調節的信號處理。藉助一個減法器213，由充電泵100的輸出電 壓ulp和端子204上的供電電壓ubat構成所述差值。藉助模塊214，所述 差值被縮放。為此，所述模塊214例如具有多個分壓器和/或多個驅動器。 模塊214的輸出信號被分析。為此，將該輸出信號與多個由輸入端202上的參考電壓Uref導出的閾值進行比較。在圖3中以電路圖的形式示意性地示出了一個實現調節的實施例。調 節電路200再次具有一個差分縮放級210和一個比較器級220以及一個門級230。門級230被構造為時鐘門控單元。門級230具有一個觸發器231 和一個與門232。在時鐘輸入端203上施加時鐘信號clk，通過觸發器231 和與門232可以在輸出端206上通斷該時鐘信號clk。通過門電路230的開 關功能，泵時鐘clkLP可以通過消隱來改變。尤其可以接通和斷開該泵時鐘 clkLPo比較器級220的輸出端222直接與觸發器231的D輸入端相連接。比 較器級220具有一個帶有滯後作用的窗口比較器221，該窗口比較器221 將一個輸入信號與一個施加在它的參考輸入端202上的參考電壓Uef進行 比較。窗口比較器221的輸入端與差分縮放級210的輸出端相連接。差分縮放級210具有一個差分放大器211 ，該差分放大器211的輸入端 分別與由電阻R1、 R2構成的分壓器和由R3、 R4構成的分壓器相連接。差 分放大器211的輸出端與一個電晶體212相連接，並且此外還藉助電阻R5 形成反饋，從而使得差分放大器211與電阻R1至R5以及電晶體212連接 為減法器。該減法器的輸出端與由電阻R6和R7構成的分壓器相連接，該 分壓器對差分放大器211的輸出電壓進行縮放。電晶體212的一個另外的 端子與端子207相連接，以連接到被調節的電壓UDD (例如為5V)上。所述減法和縮放是藉助時間連續的模擬電路210實現的。該電路部分 210的功能基於電阻R1至R7的比值。電阻值被這樣選定，使得在達到期 望的充電泵100的輸出電壓Ulp吋，電阻R7兩端的電壓正好與參考電壓Uef相等。所述比較是藉助窗口比較器221實現的。該窗口比較器221具有滯後作用，從而使得窗口比較器221的輸出信號例如在參考電壓Uref以下半個滯後寬度時轉換為低(地)，以及使得窗口比較器221的輸出信號例如在參考電壓Uref以上半個滯後寬度時轉換為高(Udd)。窗口比較器221的輸出信號在隨後的門級230中用於屏蔽用於泵工作 的時鐘信號clk。如果該窗口比較器輸出一個低信號，那麼所述時鐘作為泵 時鐘clkLP傳遞給充電泵100。如果該窗口比較器輸出一個高信號，那麼所 述時鐘clk被觸發器231和與門232屏蔽，從而使得門級206的輸出端在該 屏蔽期間恆定地保持在一個固定的電位(低)上，直到該窗口比較器221由於泵電壓ULP和供電電壓UBAT之間的差值下降到一個額定值以下而重新轉換為高。在圖4中藉助一個電路圖示意性地示出了充電泵100的電路。充電泵 100與供電電壓Ubat和接地端子0V相連接，並且在其輸出端106上提供 輸出電壓U^。此外，充電泵100具有一個用於泵時鐘clkLP的泵時鐘輸入 端101。泵時鐘信號clkLP例如是一個矩形信號，如在圖5中以圖的形式示 出的那樣。此外，充電泵100具有一個控制電路110，四個電晶體121、 122、 123、 124,三個二級管D1、 D2、 D3以及三個電容器Cl、 C2、 C3。除了 所述三個電容器C1、 C2、 C3之外，充電泵100的所有元件都被單片地集 成在一個半導體晶片上，其中，電容器C1、 C2、 C3可以與該半導體晶片 的端子相連接。圖4中所示的充電泵100的原理使得，在忽略二級管Dl至D3上的電壓下降的情況下，藉助N級的結構布置，輸入電壓UBAT (供電電壓)可以放大N+l倍。在此，在圖4所示的實施例中N == 2。如可以從圖5所示 的時鐘波形圖中識別出的那樣，藉助信號Tl和T2無重疊地控制各個級。 假設電容器Cl和C2在開始時放電，而電容器C3充電到幾乎達到UBAT。 藉助Tl的第一個脈衝，電容器Cl充電到UBAT。在接下去的T2的脈衝中， Cl向C2放電。在這之後(再次T1)， C1重新充電並且C2向C3放電。由 於C3已經充電達到了 UBAT， C2隻能通過以下方式放電，即C3充電到超過電壓UBAT。對於每次充電過程和再充電過程，從UBAT中獲得電荷。現在，根據圖3的調節電路用於使充電泵100的輸出電壓Uu通常為 UBAT+15V。為此，輸出電壓ULP必須被監視。為此，設置了圖1中所示的 從充電泵100的輸出端106到調節電路200的輸入端210的反饋。 一旦輸 出電壓ULP超過了額定電壓UBAT+15V，那麼充電泵100就中斷工作。儘管 所述調節將充電泵100的輸出電壓限制在了比3nJBAT小得多的數值上，但 電荷平衡的守恆仍舊適用。因此，充電泵100消耗三倍電流(Q/t平均)， 如在輸出端側所得到的那樣。本發明並不限於圖1至圖5所示的構型方案。例如，可以使用其他的 充電泵類型。此外，原則上還可以使用具有被斷開和被接通的泵時鐘的三 點調節器以及改變充電泵的級數N。如果供電電壓UBAT在大範圍上波動，那麼調節電路可以有利地被構造為三點調節器。根據供電電壓ubat，可以控制充電泵的有效的泵級的數目。 為此，可以例如藉助模數轉換器或閾值開關測量和分析處理供電電壓UBAT。 在供電電壓Ubat很大的情況下，最優選地，僅充電泵的一個級是有效的(N-l)，從而使得僅須從電源(電池)獲取兩倍的負載電流。與之相反，在供電電壓ubat很小的情況下，充電泵的所有級都工作，以達到所需的輸 出電壓。然而，在這種情況下，供電電流也提高了。根據圖1的電路的功能被優選地用於功率橋，例如用於機動車的電路 中的全橋或半橋。在此，在由汽車電池供電的情況下，可能會出現以下情 況，即電池電壓顯著波動，尤其在啟動汽車發電機時上升到高於12V的電壓，或者在起動驅動電動機時減小到低於12V的電壓。充電泵的輸出端可以與電橋的高邊NMOS電晶體的控制端子相連接， 以將該高邊NMOS電晶體轉換到一個低歐姆狀態。此夕卜，所述高邊NMOS電晶體與供電電壓ubat相連接，其中，充電泵的輸出電壓和供電電壓ubat之間的差值定義了該高邊NMOS電晶體的開關工作狀態。在低歐姆狀態中，所述高邊NMOS電晶體將一個負載、例如發動機與供電電壓ubat相連接。與未被調節的輸出電壓相比，通過藉助電壓泵的輸出電壓與供電電壓 之間的差值的調節，達到了以下效果，即在小的電池電壓(例如9V)的情 況下電橋的高邊NMOS電晶體也足夠被偏置(aufgesteuert)，以達到高邊 NMOS電晶體的小的導通電阻，以及在高的電池電壓(例如16V)的情況 下，高邊NMOS電晶體不會被太大的控制電壓(N*UBAT)損壞。附圖標號表100 充電泵101、 104、 105、 106 充電泵的端子110 控制電路121、 122 PMOS電晶體123、 124、 212NMOS電晶體190、 Cl、 C2、 C3 電容器200 調節電路201、 202、 203、 204、 205 206、 207210211213214220221222230231232Dl、 D2、 D3Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6clkclkLPTl、 T2ULPUbatovuP uref調節電路的端子差分縮放級 差分放大器 減法器緩衝器、驅動器 比較器級比較器、窗口比較器端子門級D觸發器 與門 二級管 R7電阻時鐘信號泵時鐘信號控制信號充電泵的輸出電壓 供電電壓、電池電壓 地充電泵的輸出電壓與供電電壓之間的差 參考電壓
權利要求
1.一種電路，具有一充電泵(100)，該充電泵(100)與一供電電壓端子相連接，以由一供電電壓(UBAT)產生一泵電壓(ULP)，以及具有一調節電路(200)，該調節電路(200)的輸入端(201，204)與所述充電泵(100)的輸出端(106)以及與所述供電電壓端子相連接，以檢測所述泵電壓(ULP)和所述供電電壓(UBAT)之間的差值作為調節量，該調節電路(200)被構造用於將所述調節量與一基準參量進行比較，以及該調節電路(200)的輸出端(206)與所述充電泵(100)的一控制輸入端(101)相連接，以根據所述比較控制該充電泵(100)。
2. 根據權利要求l所述的電路，具有一功率電晶體，該功率電晶體與所述供電電壓端子相連接， 在該電路中，所述充電泵(100)的輸出端(106)可以與所述功率晶體 管的一控制輸入端相連接。
3. 根據以上權利要求中任一項所述的電路，在該電路中，所述調節電路 (200)是一被構造用於時間連續的調節的模擬電路。
4. 根據以上權利要求中任一項所述的電路，在該電路中，所述調節電路 (200)被構造為雙點調節器。
5. 根據以上權利要求中任一項所述的電路，在該電路中，所述調節電路(200)具有一比較器(221)，尤其是一窗 口比較器，在該電路中，所述比較器(221)被連接用於將所述差值或一由該差值 導出的參量與一參考值(Uref)進行比較。
6. 根據以上權利要求中任一項所述的電路，在該電路中，所述調節電路 (200)具有一減法器(213)，該減法器(213)通過分壓器(Rl， R2， R3，R4)與所述輸入端(201， 204)相連接。
7. 根據以上權利要求中任一項所述的電路，在該電路中，所述調節電路 (200)具有一開關裝置(220)，該開關裝置(220)用於通斷作為所述充電泵(100)的控制輸入端的時鐘輸入端(101)上的一泵時鐘(clkLP)。
8. —種用於在一充電泵(100)中進行調節的方法，在該方法中，測量所述充電泵(100)的輸出端(106)上的泵電壓(l^p) 與一供電電壓(Ubat)之間的差值，在該方法中，將所述差值或一由該差值導出的參量與一參考值(Uref) 進行比較，以及在該方法中，根據所述比較，改變、尤其啟用或不啟用、 一控制信號 (clkuO，用於控制所述由所述供電電壓(UBAT)產生所述泵電壓(Ulp) 的充電泵(100)。
9. 一種在一供電電壓(UBAT)和一泵電壓(Ulp)之間的差值測量的應用， 用於將所述供電電壓(UBAT)和所述泵電壓(Ulp)之間的差值調節到一門 電壓上，以接通一負載電橋的高邊電晶體。
全文摘要
電路、進行調節的方法和應用具有一充電泵(100)，該充電泵(100)與一供電電壓端子相連接，以由一供電電壓(UBAT)產生一泵電壓(ULP)，以及具有一調節電路(200)，該調節電路(200)的輸入端(201，204)與所述充電泵(100)的輸出端(106)以及與所述供電電壓端子相連接，以檢測所述泵電壓(ULP)和所述供電電壓(UBAT)之間的差值作為調節量，該調節電路(200)被構造用於將所述調節量與一基準參量進行比較，以及該調節電路(200)的輸出端(206)與所述充電泵(100)的一控制輸入端(101)相連接，以根據所述比較控制該充電泵(100)。
文檔編號H02M3/04GK101615844SQ20091015032
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月23日 優先權日2008年6月23日
發明者A·舒伯特 申請人:Atmel德國有限公司