低壓驅動電容負載的能量回收電路及其驅動方法
2024-02-13 23:59:15
專利名稱：低壓驅動電容負載的能量回收電路及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種能量回收電路及其驅動方法，特別涉及一種適合各種低壓環境下的低壓驅動電容負載的能量回收電路及其驅動方法。
背景技術：
在很多應用場合需要對電容負載頻繁地進行充電放電，以傳遞信息。用直流電源通過開關直接對電容負載充電，以及把電容負載上的電荷通過開關直接放到地，這將在開關上耗費大量的能量，同時，將引起開關元件的溫度上升，嚴重時導致開關元件的損壞。 現有的一些能量回收電路可以較好的解決這一個問題，如Weber在他的美國專利(編號 5081400)中針對等離子顯示器的驅動，提出了一種經典的能量回收電路(參見附圖5)，能量回收電路包含以下元件向等效負載電容CL上極板提供加強電壓VDD的第一開關Ml ；向等效負載電容CL上極板提供GND加強電壓的第二開關M2 ；並聯在儲能電容CST和電感器 L之間的第三開關M3，第四開關M4;第三和第四開關M3、M4之間串聯著用來限制逆電流的第一二極體D1、第二二極體D2 ；第三開關M3與第一二極體Dl的連接點連接著對GND起反向鉗位用的第三二極體Del，第四開關M4與第二二極體D2的連接點連接著對VDD起正向鉗位用的第四二極體Dc2;電感器L的另一端連接等效負載電容CL的上極板。此技術方案的工作方法如下(參見附圖6):第一開關Ml用PMOS管來實現，其柵極驅動電壓SCl低電平令Ml導通，高電平令Ml關斷；第二開關M2用NMOS管來實現，其柵極驅動電壓SC2高電平令M2導通，低電平令M2關斷；第三開關M3用PMOS管來實現，其柵極驅動電壓SC3低電平令M3導通，高電平令M3關斷；第四開關M4用NMOS管來實現，其柵極驅動電壓SC4高電平令M4導通，低電平令M4關斷。此技術方案在一個工作周期內具有四個工作區間(參見附圖 7)，在Tl區間，第三開關M3開啟，第一、二、四開關M1、M2、M4關斷，那麼儲能電容CST中儲存的電荷經由第三開關M3、第一二極體Dl提供給電感器L，由於電感器L與負載電容CL組成串聯共振電路，CL由於共振而充入電壓，其上極板的電壓VL可以自由振蕩到VDD。在Tl 區間，電感器中的電流從0開始往正向增大，到達峰值後，在CL上極板電壓VL振蕩到最高點，L中電流又回到0。在T2區間，L中的電流回到0點，是Tl的結束點，同時是T2的開始點。第一開關Ml、第三開關M3開啟，第二開關M2、第四開關M4關斷。CL的上極板經由第一開關Ml加強到VDD，同時由於防逆向電流的第一二極體Dl的作用，雖然M3開啟，但是M3、 Dl支路沒有電流流過。在T3區間，第一開關Ml、第二開關M2、第三開關M3關斷，第四開關 M4開啟。負載CL上的電荷經由電感器L，第二二極體D2，第四開關M4被儲能電容CST回收。這一過程，負載電容上的電壓VL從VDD自由振蕩到0，電感器中的電流從0開始反向增大到最大點，然後又回到0。在T4區間，第二開關M2、第四開關M4開啟，第一開關Ml、第三開關M3關斷。那麼CL上極板電壓VL經由Ml加強到GND。此能量回收電路中，由于振蕩時主迴路中第一、第二二極體D1、D2的存在，在對CL的充電過程中，Dl兩端將產生正向的導通電壓VF1，在對CL的放電過程，D2兩端也將產生正向的導通電壓VF2，在充放電時，這將會額外的損耗能量，在諸如等離子顯示器驅動的上百伏高壓電路中，此兩二極體額外損耗的能量可以忽略，但是在一些3伏、5伏甚至於1. 8伏的低壓環境應用中，此兩二極體額外損耗的能量將無法忽略，造成較大的能量損耗。中國專利公告號CN1779756A，公告日2006年5月31日，公開了一種能量回收電路，由以下幾個部分組成外部電容；等價形成於基板放電細胞上的基板電容；連接在上述外部電容和上述基板電容之間的感應器；連接在上述外部電容和上述感應器一側之間的第 1開關；設置在上述感應器的另一側和上述基礎電壓源之間，由於外部電容內被充入電壓而在感應器被充電時，與第一開關同時開啟的第2開關；設置在上述感應器的一側和上述基礎電壓源之間藉以形成電流通路的第1 二極體，該電流通路能夠把上述第1和第2開關關閉時遺留在上述感應器內的第1逆電壓提供給上述基板電容。此技術方案中使用了兩個獨立的二極體，此兩個獨立的二極體除了帶來額外的導通功耗外，還將帶來寄生電容的額外功耗，能量損耗也較多，不適合在低壓環境下使用。
發明內容
本發明的目的在於解決上述現有技術中能量回收電路在低壓應用中往往會有較大比例能量損耗的問題，提供一種適合低壓環境下的能量回收電路。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種低壓驅動電容負載的能量回收電路，包括負載電容CL和儲能電容CST，儲能電容CST的下極板接地，負載電容CL的下極板接地，所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路還包括電感L、第一開關管、第二開關管和第四開關管，所述第一開關管的第一導通端與電源VDD電連接，所述第二開關管的第二導通端接地，所述第一開關管的第二導通端與所述第二開關管的第一導通端電連接於節點 C，所述節點C與負載電容CL的上極板電連接，所述第四開關管的第二導通端與電感L的第一導通端電連接，所述電感L的第二導通端與節點C電連接，所述第四開關管的第一導通端與儲能電容CST的上極板電連接，所述第一開關管、第二開關管和第四開關管的控制端分別受控制信號控制。這樣設置電路，第一開關管、第二開關管和第四開關管可以為任何的可控開關管，本發明中，通過節點B流向節點C的電流方向為正向電流方向，本發明在實施時一個工作周期可分為Tl、T2、T3和T4四個階段，我們假設本發明的初始狀態為第一開關管受控關斷，第四開關管受控關斷，第二開關管受控導通，此時負載電容CL的上極板電勢被加強到與接地點電勢相同，此時本發明自Tl階段開始進行工作；本發明在Tl階段，第二開關管受控關斷，第一開關管維持關斷，第四開關管受控導通；儲能電容CST與電感L及負載電容CL組成了一個LC振蕩電路，儲能電容CST上儲存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負載電容CL上來，在儲能電容CST向負載電容CL搬移電荷的過程中，電感L中的電流從 0增大到最大正向電流，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到正向最大，當電感L中的電流從正向最大值回到0的同時， 電感L的電壓達到振蕩的最高值，此時控制信號關斷第四開關管，Tl區間結束；在T2區間， 第四開關管受控關斷，第二開關管維持關斷，第一開關管受控開啟，電源VDD通過第一開關管加強到負載電容CL的上極板，負載電容CL的上極板的電壓值與電源VDD的電壓值相等； 在T3區間，第一開關管受控關斷，第二開關管維持關斷，第四開關管受控導通，負載電容CL 與電感L及儲能電容CST組成了一個LC振蕩電路，CL上儲存的電能通過LC振蕩電路被搬回到儲能電容CST上來進行能量回收，在負載電容CL向儲能電容CST搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到反向最大，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到反向最大，當電感L中的電流從反向最大值回到0的同時，電感L的電壓達到振蕩的最低值，此時關斷第四開關管，T3區間結束；在T4 區間，第四開關管受控關斷，第一開關管維持關斷，第二開關管受控導通，負載電容CL的上極板通過第二開關管接地，此時負載電容CL的上極板電勢被加強到與接地點電勢相同，完成能量回收，根據以上工作周期，可以得出，本發明能夠完成能量回收的工作，相比其他各種能量回收電路，本發明的元件數少，能耗低，能量回收效率高，能適用於各種低壓環境。作為優選，所述的第四開關管為第二 NMOS管，所述第二 NMOS管的襯底引出線接地，所述第二 NMOS管的漏極連接於節點A，所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接， 所述第二 NMOS管的源極電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，第二 NMOS管的柵極分別受控制信號控制。對於MOS管來說，不論是PMOS或者NMOS它們都是對稱的管子，也就是說他們的源極和漏極是可以互換的，即當PMOS管的襯底引出線單獨接電源VDD、當NMOS管的襯底引出線單獨接地時，MOS管的漏極和源極均沒有偏置，所以只要柵極的電壓達到開啟電壓，那麼MOS管的漏極與源極之間正反向均可導通，實現開關管的功能，同時，第二 NMOS管，其P型襯底連接在接地點上，這將等效成在節點B與接地點之間反向寄生了一個二極體，可以限制通過節點B的電壓值大於零減去寄生二極體導通電壓值， 這樣設置在完成了電壓鉗位的同時比常規設置的能量回收電路節省了鉗位二極體。作為優選，所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路還包括第三開關管，所述第三開關管的第二導通端與所述第四開關管的第二導通端電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，所述第三開關管的第一導通端與所述第四開關管的第一導通端電連接於節點A，所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接，所述第三開關管的控制端受控制信號控制。這樣的電路，可以由控制信號驅動使得第三開關管和第四開關管同步開閉，完全可以起到低壓環境下的低功耗驅動電容負載的能量回收，第三開關管和第四開關管構成並聯導通的形式，相比單個開關管導通的情況降低電阻值，降低了能量的損耗。作為優選，所述的第一開關管為第一 PMOS管，所述的第二開關管為第一 NMOS管， 所述的第三開關管為第二 PMOS管，所述第二 PMOS管的襯底引出線與電源VDD電連接，所述第二 PMOS管的源極電連接於節點A，所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接，所述第二 PMOS管的漏極電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，所述電感L 與負載電容CL的上極板電連接於節點C，所述節點C分別與第一 PMOS管的漏極以及第一 NMOS管的漏極電連接，所述第一 PMOS管的襯底引出線和源極均與電源VDD電連接，所述第一 NMOS管的襯底引出線和源極均接地，所述第一 PMOS管、第一 NMOS管和第二 PMOS管柵極分別受控制信號控制。對於MOS管來說，不論是PMOS或者NMOS它們都是對稱的管子，也就是說他們的源極和漏極是可以互換的，即當PMOS管的襯底引出線單獨接電源VDD、當NMOS 管的襯底引出線單獨接地時，MOS管的漏極和源極均沒有偏置，所以只要柵極的電壓達到開啟電壓，那麼MOS管的漏極與源極之間正反向均可導通，實現開關管的功能，同時，第二 PMOS管，其N型襯底接電源VDD，這將等效成在節點B與電源VDD之間寄生了一個正向二極體，可以限制通過節點B的正電壓值小於電源VDD的電壓值與寄生二極體導通電壓值的和， 這樣設置在完成了電壓鉗位的同時比常規設置的能量回收電路節省了鉗位二極體。作為優選，所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路包括有反相器INV1，所述反相器 INVl的輸出端與所述第二 PMOS管的柵極電連接，所述反相器INVl的輸入端與第二 NMOS管的柵極電連接於節點D，所述的節點D接收控制信號SC3。由於本發明中，每個工作周期中， 第二 NMOS管導通時第二 PMOS管導通，第二 NMOS管關斷時第二 PMOS管也關斷，所以第二 PMOS管和第二 NMOS管的柵極控制信號為反相設置，因此反相器INVl的第二導通端與所述第二 PMOS管的柵極電連接，所述反相器INVl的第一導通端與第二 NMOS管的柵極電連接， 可以完成第二 NMOS管導通時第二 PMOS管導通，第二 NMOS管關斷時第二 PMOS管也關斷的控制，節省一個控制信號，只需三個控制信號即可完成控制。作為優選，所述的負載電容CL的電容值小於或等於所述的儲能電容CST的電容值。一種低壓驅動電容負載的能量回收電路的驅動方法，所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路的驅動方法適用於如權利要求1所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路， 通過控制信號驅動低壓驅動電容負載的能量回收電路中各開關管，改變電路運行狀態，達成能量回收目的，低壓驅動電容負載的能量回收路的驅動方法包括以下步驟
步驟一一個工作周期可分為四個T1、T2、T3和Τ4四個階段； 步驟二 在Tl階段，第二開關管受控關斷，第一開關管維持關斷，第四開關管受控導通；儲能電容CST與電感L及負載電容CL組成了一個LC振蕩電路，儲能電容CST上儲存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負載電容CL上來，在儲能電容CST向負載電容CL搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到最大正向電流，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到正向最大，當電感L中的電流從正向最大值回到0的同時，電感L的電壓達到振蕩的最高值，此時控制信號關斷第四開關管，Tl區間結束；
步驟三在Τ2區間，第四開關管受控關斷，第二開關管維持關斷，第一開關管受控開啟，電源VDD通過第一開關管加強到負載電容CL的上極板，負載電容CL的上極板的電壓值與電源VDD的電壓值相等；
步驟四在Τ3區間，第一開關管受控關斷，第二開關管維持關斷，第四開關管受控導通，負載電容CL與電感L及儲能電容CST組成了一個LC振蕩電路，CL上儲存的電能通過 LC振蕩電路被搬回到儲能電容CST上來進行能量回收，在負載電容CL向儲能電容CST搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到反向最大，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到反向最大，當電感L中的電流從反向最大值回到0的同時，電感L的電壓達到振蕩的最低值，此時關斷第四開關管，Τ3區間結束；
步驟五在Τ4區間，第四開關管受控關斷，第一開關管維持關斷，第二開關管受控導通，負載電容CL的上極板通過第二開關管接地，此時負載電容CL的上極板電勢被加強到與接地點電勢相同，完成一個工作周期。作為優選，所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路還包括第三開關管，所述第三開關管的第二導通端與所述第四開關管的第二導通端電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，所述第三開關管的第一導通端與所述第四開關管的第一導通端電連接於節點Α，所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接，所述的第三開關管的開關狀態與第四開關管的開關狀態相同。第四開關管的開關狀態與第三開關管的開關狀態相同則可只採用一個控制信號即可控制兩個開關管，降低了控制難度，節省了元件。本發明的有益效果是本發明電路結構簡單，本發明僅需三個控制信號即可完成本發明的控制，還比常規設置的能量回收電路節省了兩個防逆向電流的二極體，在回收能量的過程中，第二 PMOS管和第二 NMOS管構成並聯導通的形式，相比現有技術的單個MOS管導通的情況降低了電阻值，降低了能量的損耗，同時，本發明採用寄生二極體起鉗位作用， 取消了常用的鉗位二極體，減少了能量的損耗，提高了在低壓能量回收電路中的能量回收效率。
圖1是本發明的一種電路原理圖2是本發明一個工作周期的一種控制信號時序圖； 圖3是本發明中負載電容對應控制信號時序圖的一種電壓波形圖； 圖4是本發明中負載電容對應控制信號時序圖的一種電流波形圖； 圖5是背景技術中經典能量回收電路的一種電路原理圖； 圖6是背景技術中經典能量回收電路中各開關控制信號的一種工作時序圖； 圖7是背景技術中經典能量回收電路中負載電容對應控制信號時序圖的一種電壓、電流波形圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的具體說明。實施例
低壓驅動電容負載的能量回收電路(參見附圖1)包括第一 PMOS管Ml、第一 NMOS管M2、 第二 PMOS管M3、第二 NMOS管M4、電感L、反相器INVl、負載電容CL和儲能電容CST，儲能電容CST的下極板接地，負載電容CL的下極板接地，儲能電容CST的電容值大於負載電容CL 的電容值，第二 PMOS管M3的柵極與反相器INVl的輸出端電連接，反相器INVl的輸入端與第二 NMOS管M4的柵極電連接於節點D，反相器INVl的輸入端接收控制信號SC3，第二 PMOS 管M3的襯底引出線與電源VDD電連接，第二 NMOS管M4的襯底引出線接地，第二 PMOS管M3 的源極與第二 NMOS管M4的漏極電連接於節點A，節點A與儲能電容CST的上極板電連接， 第二 PMOS管M3的漏極與第二 NMOS管M4的源極電連接於節點B，節點B與電感L的第一導通端電連接，電感L的第二導通端與負載電容CL的上極板電連接與節點C，第一 PMOS管 Ml的襯底引出線和源極接電源VDD，第一 PMOS管Ml的柵極接收控制信號SCl，第一 PMOS管 Ml的漏極與第一 NMOS管M2的漏極電連接於節點C，第一 NMOS管M2的柵極接收控制信號 SC2，第一 NMOS管M2的襯底引出線和源極接地，本實施例中，通過節點B流向節點C的電流方向為正向電流方向。本實施例在工作時(參見附圖2、附圖3、附圖4)一個工作周期可分為T1、T2、T3和 Τ4四個階段。其中，第一 PMOS管Ml的控制信號為控制信號SC1，當控制信號SCl為低電平時，第一 PMOS管Ml導通，當控制信號SCl為高電平時，第一 PMOS管Ml關斷；第一 NMOS管 Μ2的控制信號為控制信號SC2，當控制信號SC2為高電平壓時，第一 NMOS管Μ2導通，當控制信號SC2為低電平壓時，第一 NMOS管M2關斷；第二 PMOS管M3的控制信號為控制信號 SC3，第二匪OS管M4的控制信號為控制信號SC3取反，即當第二 PMOS管M3的控制信號為高電平時，第二 NMOS管M4的控制信號為低電平，當第二 PMOS管M3的控制信號為低電平時，第二 NMOS管M4的控制信號為高電平，所以當控制信號SC3為高電平時，第二 PMOS管 M3和第二匪OS管M4導通，當控制信號SC3為低電平時，第二 PMOS管M3和第二匪OS管M4 關斷。由於第二 PMOS管M3的襯底引出線單獨接電源VDD、第二 NMOS管的襯底引出線單獨接地，所以第二 PMOS管M3和第二 NMOS管的漏極和源極均沒有偏置，所以只要柵極的電壓達到開啟電壓，那麼第二 PMOS管M3的漏極與源極之間正反向均可導通，第二 NMOS管M4的漏極與源極之間正反向均可導通，實現開關管的功能，同時，第二 PMOS管M3，其N型襯底接電源VDD，這將等效成在節點B與電源VDD之間寄生了一個正向二極體，寄生二極體負極接電源VDD可以限制通過節點B的電壓值小於電源VDD的電壓值加上寄生二極體的導通電壓值，第二 NMOS管M4，其P型襯底連接在接地點上，這將等效成在節點B與接地點之間反向寄生了一個二極體，寄生二極體正極接地則負極端電路被鉗位為零減去寄生二極體導通電壓的值，可以限制通過節點B的電壓值大於零減去二極體導通電壓值。如果本發明的初始狀態為第一 PMOS管Ml受控關斷，第二 PMOS管M3受控關斷、第二 NMOS管M4受控關斷，第一 NMOS管M2受控導通，此時負載電容CL的上極板電勢被加強到與接地點電勢相同，那麼本發明將從Tl階段進行工作。在Tl階段，第一 NMOS管M2受控關斷，第一 PMOS管Ml維持關斷，第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4受控導通；電流流向為電流由儲能電容CST的上極板依次經過節點A、節點B和節點C到達負載電容CL的上極板。在Tl階段，儲能電容CST 與電感L及負載電容CL組成了一個LC振蕩電路，儲能電容CST上儲存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負載電容CL上來，在儲能電容CST向負載電容CL搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到最大正向電流，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到正向最大，當電感L中的電流從正向最大值回到0時，電感L的電壓達到振蕩的最高值，此時控制信號SC3關斷第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4，Tl區間結束。在T2階段，第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4受控關斷，第
一NMOS管M2維持關斷，第一 PMOS管Ml受控開啟，電流流向為電流由電源VDD依次經過第一 PMOS管Ml和節點C到達負載電容CL的上極板。在T2區間，電源VDD通過第一 PMOS 管Ml加強到負載電容CL的上極板，負載電容CL的上極板的電壓值與電源VDD的電壓值相等。在T3階段，第一 PMOS管Ml受控關斷，第一 NMOS管M2維持關斷，第二 PMOS管M3和第
二NMOS管M4受控導通，電流流向為電流由負載電容CL的上極板依次經過節點C、節點B 和節點A到達儲能電容CST的上極板。在T3區間，負載電容CL與電感L及儲能電容CST 組成了一個LC振蕩電路，CL上儲存的電能通過LC振蕩電路被搬回到儲能電容CST上來， 在負載電容CL向儲能電容CST搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到反向最大， 然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到反向最大，當電感L中的電流從反向最大值回到0時，電感L的電壓達到振蕩的最低值，此時關斷第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4，T3區間結束。在T4階段，第二 PMOS管M3 和第二 NMOS管M4受控關斷，第一 PMOS管Ml維持關斷，第一 NMOS管M2受控導通，電流流向為電流由負載電容CL的上極板依次經過節點C和第一 NMOS管M2到達接地點。在T4 區間，負載電容CL的上極板通過第一 NMOS管M2接地，此時負載電容CL的上極板電勢被加強到與接地點電勢相同，完成一個工作周期的能量回收。 以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，並非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
權利要求
1.一種低壓驅動電容負載的能量回收電路，包括負載電容CL和儲能電容CST，儲能電容CST的下極板接地，負載電容CL的下極板接地，其特徵在於所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路還包括電感L、第一開關管、第二開關管和第四開關管，所述第一開關管的第一導通端與電源VDD電連接，所述第二開關管的第二導通端接地，所述第一開關管的第二導通端與所述第二開關管的第一導通端電連接於節點C，所述節點C與負載電容CL的上極板電連接，所述第四開關管的第二導通端與電感L的第一導通端電連接，所述電感L的第二導通端與節點C電連接，所述第四開關管的第一導通端與儲能電容CST的上極板電連接，所述第一開關管、第二開關管和第四開關管的控制端分別受控制信號控制。
2.根據權利要求1所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路，其特徵在於所述的第四開關管為第二 NMOS管，所述第二 NMOS管的襯底引出線接地，所述第二 NMOS管的漏極連接於節點A，所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接，所述第二 NMOS管的源極電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，第二 NMOS管的柵極分別受控制信號控制。
3.根據權利要求2所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路，其特徵在於所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路還包括第三開關管，所述第三開關管的第二導通端與所述第四開關管的第二導通端電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，所述第三開關管的第一導通端與所述第四開關管的第一導通端電連接於節點A，所述的節點 A與儲能電容CST的上極板電連接，所述第三開關管的控制端受控制信號控制。
4.根據權利要求3所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路，其特徵在於所述的第一開關管為第一 PMOS管，所述的第二開關管為第一 NMOS管，所述的第三開關管為第二 PMOS 管，所述第二 PMOS管的襯底引出線與電源VDD電連接，所述第二 PMOS管的源極電連接於節點A，所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接，所述第二 PMOS管的漏極電連接於節點 B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，所述電感L與負載電容CL的上極板電連接於節點C，所述節點C分別與第一 PMOS管的漏極以及第一 NMOS管的漏極電連接，所述第一 PMOS管的襯底引出線和源極均與電源VDD電連接，所述第一NMOS管的襯底引出線和源極均接地，所述第一 PMOS管、第一 NMOS管和第二 PMOS管柵極分別受控制信號控制。
5.根據權利要求4所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路，其特徵在於所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路包括有反相器INV1，所述反相器INVl的輸出端與所述第二 PMOS管的柵極電連接，所述反相器INVl的輸入端與第二 NMOS管的柵極電連接於節點D， 所述的節點D接收控制信號SC3。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路，其特徵在於所述的負載電容CL的電容值小於或等於所述的儲能電容CST的電容值。
7.—種低壓驅動電容負載的能量回收電路的驅動方法，所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路的驅動方法適用於如權利要求1所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路， 通過控制信號驅動低壓驅動電容負載的能量回收電路中各開關管，改變電路運行狀態，達成能量回收目的，其特徵在於低壓驅動電容負載的能量回收電路的驅動方法包括以下步驟步驟一一個工作周期可分為四個T1、T2、T3和Τ4四個階段；步驟二在Tl階段，第二開關管受控關斷，第一開關管維持關斷，第四開關管受控導通；儲能電容CST與電感L及負載電容CL組成了一個LC振蕩電路，儲能電容CST上儲存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負載電容CL上來，在儲能電容CST向負載電容CL搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到最大正向電流，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到正向最大，當電感L中的電流從正向最大值回到0的同時，電感L的電壓達到振蕩的最高值，此時控制信號關斷第四開關管，Tl區間結束；步驟三在T2區間，第四開關管受控關斷，第二開關管維持關斷，第一開關管受控開啟，電源VDD通過第一開關管加強到負載電容CL的上極板，負載電容CL的上極板的電壓值與電源VDD的電壓值相等；步驟四在T3區間，第一開關管受控關斷，第二開關管維持關斷，第四開關管受控導通，負載電容CL與電感L及儲能電容CST組成了一個LC振蕩電路，CL上儲存的電能通過 LC振蕩電路被搬回到儲能電容CST上來進行能量回收，在負載電容CL向儲能電容CST搬移電荷的過程中，電感L中的電流從0增大到反向最大，然後又回到0，當儲能電容CST上極板電壓與負載電容CL上極板電壓相等時，電感L中的電流達到反向最大，當電感L中的電流從反向最大值回到0的同時，電感L的電壓達到振蕩的最低值，此時關斷第四開關管，T3區間結束；步驟五在T4區間，第四開關管受控關斷，第一開關管維持關斷，第二開關管受控導通，負載電容CL的上極板通過第二開關管接地，此時負載電容CL的上極板電勢被加強到與接地點電勢相同，完成一個工作周期。
8.根據權利要求7所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路的驅動方法，其特徵在於所述的低壓驅動電容負載的能量回收電路還包括第三開關管，所述第三開關管的第二導通端與所述第四開關管的第二導通端電連接於節點B，所述的節點B與電感L的第一導通端電連接，所述第三開關管的第一導通端與所述第四開關管的第一導通端電連接於節點A， 所述的節點A與儲能電容CST的上極板電連接，所述的第三開關管的開關狀態與第四開關管的開關狀態相同。
全文摘要
本發明涉及一種能量回收電路及其驅動方法。本發明可以解決現有技術不適合低壓環境的問題，其技術方案要點是，儲能電容CST的下極板接地，負載電容CL的下極板接地，第一開關管的第一導通端與電源VDD電連接，第一開關管的第二導通端接地，第一開關管的第二導通端與第二開關管的第一導通端電連接於節點C，節點C與負載電容CL的上極板電連接，第四開關管的第二導通端與第四開關管的第二導通端電連接於節點B，節點B與電感L的第一導通端電連接，電感L的第二導通端與節點C電連接，第四開關管的第一導通端與第四開關管的第一導通端電連接於節點A，節點A與儲能電容CST的上極板電連接。本發明能提高在低壓能量回收電路中的能量回收效率。
文檔編號H02J15/00GK102332755SQ20111020696
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者奚劍雄, 陳鋒 申請人:杭州矽星科技有限公司