南芯半導(dǎo)體的電荷泵輕載降頻電路發(fā)明專(zhuān)利，提供了一種基于電壓差控制的電荷泵輕載降頻電路，解決了現(xiàn)有電荷泵電路在無(wú)法通過(guò)功率管來(lái)檢測(cè)電流的前提下，提高電荷泵電路輕載時(shí)的轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題。

南芯半導(dǎo)體作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的模擬芯片設(shè)計(jì)公司，專(zhuān)注于與鋰電池相關(guān)的充電、保護(hù)以及電源管理領(lǐng)域，芯片年出貨量達(dá)到上億顆。據(jù)了解，南芯于2019年在以升降壓和電荷泵為代表的新一代高效率電源管理方案方面取得了突破性進(jìn)展，其推出的國(guó)內(nèi)首款電荷泵充電器，打破超級(jí)快充的國(guó)外壟斷，并獲得諸多手機(jī)大客戶(hù)的認(rèn)可。

在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電荷泵作為利用電容存儲(chǔ)能量的開(kāi)關(guān)變換器，使得電容在供電和放電狀態(tài)之間切換，從而提升或降低供電電壓。同時(shí)電荷泵作為一種DCDC直流變換器，其轉(zhuǎn)換效率非常重要，如何確保電荷泵在各種極端情況下（電源跳變/負(fù)載跳變/電容開(kāi)短路/輸入輸出短地）安全可靠的工作也是當(dāng)前的一大難題。

為此，南芯半導(dǎo)體于2019年12月30日提出一項(xiàng)名為“一種基于電壓差控制的電荷泵的輕載降頻電路”（申請(qǐng)?zhí)枺?01911392606.3）的發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)人為上海南芯半導(dǎo)體科技有限公司。

該發(fā)明專(zhuān)利提出的這種電路結(jié)構(gòu)包括與PFM模式檢測(cè)電路、PFM模式時(shí)鐘產(chǎn)生電路，PWM模式檢測(cè)電路以及觸發(fā)電路和邏輯控制電路。在重載時(shí)，電荷泵工作在PWM模式，以固定的較高的開(kāi)關(guān)頻率工作，在輕載時(shí)，電荷泵工作在PFM模式，開(kāi)關(guān)頻率與負(fù)載大小正相關(guān)。

圖1 PFM模式檢測(cè)電路原理圖

參考圖1，PFM模式檢測(cè)電路包括與電荷泵電路的OUT端口相連的電阻R1、比較器cmp、電容C1、電阻R2、基準(zhǔn)電壓源VTH_ENTER_PFM等結(jié)構(gòu)，其中與門(mén)A1的輸出端與觸發(fā)電路相連。

圖2 PWM模式檢測(cè)電路原理圖

參考圖2，PWM模式檢測(cè)電路包括基準(zhǔn)電壓源2*VREF和VREF，開(kāi)關(guān)S1和S2，比較器cmp3的正極輸入端與開(kāi)關(guān)S2的自由端相連、負(fù)極輸入端與VREF的正極相連，與門(mén)A3輸入端與比較器cmp3輸出端相連、另一個(gè)輸入端與反相器相連，輸出端與觸發(fā)電路相連。

邏輯電路默認(rèn)電荷泵工作在PWM模式，當(dāng)負(fù)載變?yōu)檩p載后，由PFM模式檢測(cè)電路直接利用（PMID/2-OUT）的壓差與負(fù)載電流近似成正比的關(guān)系，來(lái)判斷電荷泵何時(shí)需要進(jìn)入PFM模式。

當(dāng)電荷泵工作在PFM模式中，如果負(fù)載電流變大，需要退出PFM模式進(jìn)入PWM模式。如果PFM的時(shí)鐘頻率維持在高頻率一段時(shí)間，就認(rèn)為負(fù)載電流足夠大，需進(jìn)入PWM模式工作，即進(jìn)入模式切換。

除了在正常的應(yīng)用條件下能夠工作，電荷泵還需在極端情況下進(jìn)行自我保護(hù)。常見(jiàn)的極端情況為電容開(kāi)短路和輸入輸出短地，會(huì)造成（PMID/2-OUT）的絕對(duì)值很大，因此可通過(guò)監(jiān)測(cè)該數(shù)值判斷異常的工作條件，從而快速關(guān)斷功率管，保證芯片的安全可靠。

簡(jiǎn)而言之，南芯半導(dǎo)體的這項(xiàng)電荷泵輕載降頻電路發(fā)明專(zhuān)利，提供了一種基于電壓差控制的電荷泵輕載降頻電路，解決了現(xiàn)有電荷泵電路在無(wú)法通過(guò)功率管來(lái)檢測(cè)電流的前提下，提高電荷泵電路輕載時(shí)的轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題。

南芯半導(dǎo)體在以電荷泵為代表的新一代高效率電源管理方案上具備強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，相信在未來(lái)幾年，公司能夠持續(xù)圍繞電池充放電領(lǐng)域做深耕，不斷擴(kuò)充產(chǎn)品線(xiàn)，提供更穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)的國(guó)產(chǎn)解決方案。

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