專利名稱：低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量回收電路及其驅(qū)動(dòng)方法，特別涉及一種適合各種低壓環(huán)境下的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路及其驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用場(chǎng)合需要對(duì)電容負(fù)載頻繁地進(jìn)行充電放電，以傳遞信息。用直流電源通過開關(guān)直接對(duì)電容負(fù)載充電，以及把電容負(fù)載上的電荷通過開關(guān)直接放到地，這將在開關(guān)上耗費(fèi)大量的能量，同時(shí)，將引起開關(guān)元件的溫度上升，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致開關(guān)元件的損壞。 現(xiàn)有的一些能量回收電路可以較好的解決這一個(gè)問題，如Weber在他的美國(guó)專利(編號(hào) 5081400)中針對(duì)等離子顯示器的驅(qū)動(dòng)，提出了一種經(jīng)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(fù)載電容CL上極板提供加強(qiáng)電壓VDD的第一開關(guān)Ml ；向等效負(fù)載電容CL上極板提供GND加強(qiáng)電壓的第二開關(guān)M2 ；并聯(lián)在儲(chǔ)能電容CST和電感器 L之間的第三開關(guān)M3，第四開關(guān)M4;第三和第四開關(guān)M3、M4之間串聯(lián)著用來限制逆電流的第一二極管D1、第二二極管D2 ；第三開關(guān)M3與第一二極管Dl的連接點(diǎn)連接著對(duì)GND起反向鉗位用的第三二極管Del，第四開關(guān)M4與第二二極管D2的連接點(diǎn)連接著對(duì)VDD起正向鉗位用的第四二極管Dc2;電感器L的另一端連接等效負(fù)載電容CL的上極板。此技術(shù)方案的工作方法如下(參見附圖6):第一開關(guān)Ml用PMOS管來實(shí)現(xiàn)，其柵極驅(qū)動(dòng)電壓SCl低電平令Ml導(dǎo)通，高電平令Ml關(guān)斷；第二開關(guān)M2用NMOS管來實(shí)現(xiàn)，其柵極驅(qū)動(dòng)電壓SC2高電平令M2導(dǎo)通，低電平令M2關(guān)斷；第三開關(guān)M3用PMOS管來實(shí)現(xiàn)，其柵極驅(qū)動(dòng)電壓SC3低電平令M3導(dǎo)通，高電平令M3關(guān)斷；第四開關(guān)M4用NMOS管來實(shí)現(xiàn)，其柵極驅(qū)動(dòng)電壓SC4高電平令M4導(dǎo)通，低電平令M4關(guān)斷。此技術(shù)方案在一個(gè)工作周期內(nèi)具有四個(gè)工作區(qū)間(參見附圖 7)，在Tl區(qū)間，第三開關(guān)M3開啟，第一、二、四開關(guān)M1、M2、M4關(guān)斷，那么儲(chǔ)能電容CST中儲(chǔ)存的電荷經(jīng)由第三開關(guān)M3、第一二極管Dl提供給電感器L，由于電感器L與負(fù)載電容CL組成串聯(lián)共振電路，CL由于共振而充入電壓，其上極板的電壓VL可以自由振蕩到VDD。在Tl 區(qū)間，電感器中的電流從0開始往正向增大，到達(dá)峰值后，在CL上極板電壓VL振蕩到最高點(diǎn)，L中電流又回到0。在T2區(qū)間，L中的電流回到0點(diǎn)，是Tl的結(jié)束點(diǎn)，同時(shí)是T2的開始點(diǎn)。第一開關(guān)Ml、第三開關(guān)M3開啟，第二開關(guān)M2、第四開關(guān)M4關(guān)斷。CL的上極板經(jīng)由第一開關(guān)Ml加強(qiáng)到VDD，同時(shí)由于防逆向電流的第一二極管Dl的作用，雖然M3開啟，但是M3、 Dl支路沒有電流流過。在T3區(qū)間，第一開關(guān)Ml、第二開關(guān)M2、第三開關(guān)M3關(guān)斷，第四開關(guān) M4開啟。負(fù)載CL上的電荷經(jīng)由電感器L，第二二極管D2，第四開關(guān)M4被儲(chǔ)能電容CST回收。這一過程，負(fù)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(diǎn)，然后又回到0。在T4區(qū)間，第二開關(guān)M2、第四開關(guān)M4開啟，第一開關(guān)Ml、第三開關(guān)M3關(guān)斷。那么CL上極板電壓VL經(jīng)由Ml加強(qiáng)到GND。此能量回收電路中，由于振蕩時(shí)主回路中第一、第二二極管D1、D2的存在，在對(duì)CL的充電過程中，Dl兩端將產(chǎn)生正向的導(dǎo)通電壓VF1，在對(duì)CL的放電過程，D2兩端也將產(chǎn)生正向的導(dǎo)通電壓VF2，在充放電時(shí)，這將會(huì)額外的損耗能量，在諸如等離子顯示器驅(qū)動(dòng)的上百伏高壓電路中，此兩二極管額外損耗的能量可以忽略，但是在一些3伏、5伏甚至于1. 8伏的低壓環(huán)境應(yīng)用中，此兩二極管額外損耗的能量將無法忽略，造成較大的能量損耗。中國(guó)專利公告號(hào)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(gè)部分組成外部電容；等價(jià)形成于基板放電細(xì)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(yīng)器；連接在上述外部電容和上述感應(yīng)器一側(cè)之間的第 1開關(guān)；設(shè)置在上述感應(yīng)器的另一側(cè)和上述基礎(chǔ)電壓源之間，由于外部電容內(nèi)被充入電壓而在感應(yīng)器被充電時(shí)，與第一開關(guān)同時(shí)開啟的第2開關(guān)；設(shè)置在上述感應(yīng)器的一側(cè)和上述基礎(chǔ)電壓源之間借以形成電流通路的第1 二極管，該電流通路能夠把上述第1和第2開關(guān)關(guān)閉時(shí)遺留在上述感應(yīng)器內(nèi)的第1逆電壓提供給上述基板電容。此技術(shù)方案中使用了兩個(gè)獨(dú)立的二極管，此兩個(gè)獨(dú)立的二極管除了帶來額外的導(dǎo)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(huán)境下使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中能量回收電路在低壓應(yīng)用中往往會(huì)有較大比例能量損耗的問題，提供一種適合低壓環(huán)境下的能量回收電路。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，包括負(fù)載電容CL和儲(chǔ)能電容CST，儲(chǔ)能電容CST的下極板接地，負(fù)載電容CL的下極板接地，所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路還包括電感L、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第四開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與電源VDD電連接，所述第二開關(guān)管的第二導(dǎo)通端接地，所述第一開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與所述第二開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn) C，所述節(jié)點(diǎn)C與負(fù)載電容CL的上極板電連接，所述第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述電感L的第二導(dǎo)通端與節(jié)點(diǎn)C電連接，所述第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第四開關(guān)管的控制端分別受控制信號(hào)控制。這樣設(shè)置電路，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第四開關(guān)管可以為任何的可控開關(guān)管，本發(fā)明中，通過節(jié)點(diǎn)B流向節(jié)點(diǎn)C的電流方向?yàn)檎螂娏鞣较?，本發(fā)明在實(shí)施時(shí)一個(gè)工作周期可分為Tl、T2、T3和T4四個(gè)階段，我們假設(shè)本發(fā)明的初始狀態(tài)為第一開關(guān)管受控關(guān)斷，第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管受控導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載電容CL的上極板電勢(shì)被加強(qiáng)到與接地點(diǎn)電勢(shì)相同，此時(shí)本發(fā)明自Tl階段開始進(jìn)行工作；本發(fā)明在Tl階段，第二開關(guān)管受控關(guān)斷，第一開關(guān)管維持關(guān)斷，第四開關(guān)管受控導(dǎo)通；儲(chǔ)能電容CST與電感L及負(fù)載電容CL組成了一個(gè)LC振蕩電路，儲(chǔ)能電容CST上儲(chǔ)存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負(fù)載電容CL上來，在儲(chǔ)能電容CST向負(fù)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到正向最大，當(dāng)電感L中的電流從正向最大值回到0的同時(shí)， 電感L的電壓達(dá)到振蕩的最高值，此時(shí)控制信號(hào)關(guān)斷第四開關(guān)管，Tl區(qū)間結(jié)束；在T2區(qū)間， 第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管維持關(guān)斷，第一開關(guān)管受控開啟，電源VDD通過第一開關(guān)管加強(qiáng)到負(fù)載電容CL的上極板，負(fù)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(qū)間，第一開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管維持關(guān)斷，第四開關(guān)管受控導(dǎo)通，負(fù)載電容CL 與電感L及儲(chǔ)能電容CST組成了一個(gè)LC振蕩電路，CL上儲(chǔ)存的電能通過LC振蕩電路被搬回到儲(chǔ)能電容CST上來進(jìn)行能量回收，在負(fù)載電容CL向儲(chǔ)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到反向最大，當(dāng)電感L中的電流從反向最大值回到0的同時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最低值，此時(shí)關(guān)斷第四開關(guān)管，T3區(qū)間結(jié)束；在T4 區(qū)間，第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第一開關(guān)管維持關(guān)斷，第二開關(guān)管受控導(dǎo)通，負(fù)載電容CL的上極板通過第二開關(guān)管接地，此時(shí)負(fù)載電容CL的上極板電勢(shì)被加強(qiáng)到與接地點(diǎn)電勢(shì)相同，完成能量回收，根據(jù)以上工作周期，可以得出，本發(fā)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(fā)明的元件數(shù)少，能耗低，能量回收效率高，能適用于各種低壓環(huán)境。作為優(yōu)選，所述的第四開關(guān)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管的漏極連接于節(jié)點(diǎn)A，所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接， 所述第二 NMOS管的源極電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，第二 NMOS管的柵極分別受控制信號(hào)控制。對(duì)于MOS管來說，不論是PMOS或者NMOS它們都是對(duì)稱的管子，也就是說他們的源極和漏極是可以互換的，即當(dāng)PMOS管的襯底引出線單獨(dú)接電源VDD、當(dāng)NMOS管的襯底引出線單獨(dú)接地時(shí)，MOS管的漏極和源極均沒有偏置，所以只要柵極的電壓達(dá)到開啟電壓，那么MOS管的漏極與源極之間正反向均可導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的功能，同時(shí)，第二 NMOS管，其P型襯底連接在接地點(diǎn)上，這將等效成在節(jié)點(diǎn)B與接地點(diǎn)之間反向寄生了一個(gè)二極管，可以限制通過節(jié)點(diǎn)B的電壓值大于零減去寄生二極管導(dǎo)通電壓值， 這樣設(shè)置在完成了電壓鉗位的同時(shí)比常規(guī)設(shè)置的能量回收電路節(jié)省了鉗位二極管。作為優(yōu)選，所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路還包括第三開關(guān)管，所述第三開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述第三開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)A，所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第三開關(guān)管的控制端受控制信號(hào)控制。這樣的電路，可以由控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)使得第三開關(guān)管和第四開關(guān)管同步開閉，完全可以起到低壓環(huán)境下的低功耗驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收，第三開關(guān)管和第四開關(guān)管構(gòu)成并聯(lián)導(dǎo)通的形式，相比單個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的情況降低電阻值，降低了能量的損耗。作為優(yōu)選，所述的第一開關(guān)管為第一 PMOS管，所述的第二開關(guān)管為第一 NMOS管， 所述的第三開關(guān)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管的源極電連接于節(jié)點(diǎn)A，所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第二 PMOS管的漏極電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述電感L 與負(fù)載電容CL的上極板電連接于節(jié)點(diǎn)C，所述節(jié)點(diǎn)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(hào)控制。對(duì)于MOS管來說，不論是PMOS或者NMOS它們都是對(duì)稱的管子，也就是說他們的源極和漏極是可以互換的，即當(dāng)PMOS管的襯底引出線單獨(dú)接電源VDD、當(dāng)NMOS 管的襯底引出線單獨(dú)接地時(shí)，MOS管的漏極和源極均沒有偏置，所以只要柵極的電壓達(dá)到開啟電壓，那么MOS管的漏極與源極之間正反向均可導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的功能，同時(shí)，第二 PMOS管，其N型襯底接電源VDD，這將等效成在節(jié)點(diǎn)B與電源VDD之間寄生了一個(gè)正向二極管，可以限制通過節(jié)點(diǎn)B的正電壓值小于電源VDD的電壓值與寄生二極管導(dǎo)通電壓值的和， 這樣設(shè)置在完成了電壓鉗位的同時(shí)比常規(guī)設(shè)置的能量回收電路節(jié)省了鉗位二極管。作為優(yōu)選，所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)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管的柵極電連接于節(jié)點(diǎn)D，所述的節(jié)點(diǎn)D接收控制信號(hào)SC3。由于本發(fā)明中，每個(gè)工作周期中， 第二 NMOS管導(dǎo)通時(shí)第二 PMOS管導(dǎo)通，第二 NMOS管關(guān)斷時(shí)第二 PMOS管也關(guān)斷，所以第二 PMOS管和第二 NMOS管的柵極控制信號(hào)為反相設(shè)置，因此反相器INVl的第二導(dǎo)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(dǎo)通端與第二 NMOS管的柵極電連接， 可以完成第二 NMOS管導(dǎo)通時(shí)第二 PMOS管導(dǎo)通，第二 NMOS管關(guān)斷時(shí)第二 PMOS管也關(guān)斷的控制，節(jié)省一個(gè)控制信號(hào)，只需三個(gè)控制信號(hào)即可完成控制。作為優(yōu)選，所述的負(fù)載電容CL的電容值小于或等于所述的儲(chǔ)能電容CST的電容值。一種低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路的驅(qū)動(dòng)方法，所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路的驅(qū)動(dòng)方法適用于如權(quán)利要求1所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路， 通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路中各開關(guān)管，改變電路運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)成能量回收目的，低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收路的驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟
步驟一一個(gè)工作周期可分為四個(gè)T1、T2、T3和Τ4四個(gè)階段； 步驟二 在Tl階段，第二開關(guān)管受控關(guān)斷，第一開關(guān)管維持關(guān)斷，第四開關(guān)管受控導(dǎo)通；儲(chǔ)能電容CST與電感L及負(fù)載電容CL組成了一個(gè)LC振蕩電路，儲(chǔ)能電容CST上儲(chǔ)存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負(fù)載電容CL上來，在儲(chǔ)能電容CST向負(fù)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到正向最大，當(dāng)電感L中的電流從正向最大值回到0的同時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最高值，此時(shí)控制信號(hào)關(guān)斷第四開關(guān)管，Tl區(qū)間結(jié)束；
步驟三在Τ2區(qū)間，第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管維持關(guān)斷，第一開關(guān)管受控開啟，電源VDD通過第一開關(guān)管加強(qiáng)到負(fù)載電容CL的上極板，負(fù)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(qū)間，第一開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管維持關(guān)斷，第四開關(guān)管受控導(dǎo)通，負(fù)載電容CL與電感L及儲(chǔ)能電容CST組成了一個(gè)LC振蕩電路，CL上儲(chǔ)存的電能通過 LC振蕩電路被搬回到儲(chǔ)能電容CST上來進(jìn)行能量回收，在負(fù)載電容CL向儲(chǔ)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到反向最大，當(dāng)電感L中的電流從反向最大值回到0的同時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最低值，此時(shí)關(guān)斷第四開關(guān)管，Τ3區(qū)間結(jié)束；
步驟五在Τ4區(qū)間，第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第一開關(guān)管維持關(guān)斷，第二開關(guān)管受控導(dǎo)通，負(fù)載電容CL的上極板通過第二開關(guān)管接地，此時(shí)負(fù)載電容CL的上極板電勢(shì)被加強(qiáng)到與接地點(diǎn)電勢(shì)相同，完成一個(gè)工作周期。作為優(yōu)選，所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路還包括第三開關(guān)管，所述第三開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述第三開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)Α，所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述的第三開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)與第四開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)相同。第四開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)與第三開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)相同則可只采用一個(gè)控制信號(hào)即可控制兩個(gè)開關(guān)管，降低了控制難度，節(jié)省了元件。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本發(fā)明僅需三個(gè)控制信號(hào)即可完成本發(fā)明的控制，還比常規(guī)設(shè)置的能量回收電路節(jié)省了兩個(gè)防逆向電流的二極管，在回收能量的過程中，第二 PMOS管和第二 NMOS管構(gòu)成并聯(lián)導(dǎo)通的形式，相比現(xiàn)有技術(shù)的單個(gè)MOS管導(dǎo)通的情況降低了電阻值，降低了能量的損耗，同時(shí)，本發(fā)明采用寄生二極管起鉗位作用， 取消了常用的鉗位二極管，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(fā)明的一種電路原理圖2是本發(fā)明一個(gè)工作周期的一種控制信號(hào)時(shí)序圖； 圖3是本發(fā)明中負(fù)載電容對(duì)應(yīng)控制信號(hào)時(shí)序圖的一種電壓波形圖； 圖4是本發(fā)明中負(fù)載電容對(duì)應(yīng)控制信號(hào)時(shí)序圖的一種電流波形圖； 圖5是背景技術(shù)中經(jīng)典能量回收電路的一種電路原理圖； 圖6是背景技術(shù)中經(jīng)典能量回收電路中各開關(guān)控制信號(hào)的一種工作時(shí)序圖； 圖7是背景技術(shù)中經(jīng)典能量回收電路中負(fù)載電容對(duì)應(yīng)控制信號(hào)時(shí)序圖的一種電壓、電流波形圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。實(shí)施例
低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)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(fù)載電容CL和儲(chǔ)能電容CST，儲(chǔ)能電容CST的下極板接地，負(fù)載電容CL的下極板接地，儲(chǔ)能電容CST的電容值大于負(fù)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的柵極電連接于節(jié)點(diǎn)D，反相器INVl的輸入端接收控制信號(hào)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的漏極電連接于節(jié)點(diǎn)A，節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)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的源極電連接于節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，電感L的第二導(dǎo)通端與負(fù)載電容CL的上極板電連接與節(jié)點(diǎn)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(hào)SCl，第一 PMOS管 Ml的漏極與第一 NMOS管M2的漏極電連接于節(jié)點(diǎn)C，第一 NMOS管M2的柵極接收控制信號(hào) SC2，第一 NMOS管M2的襯底引出線和源極接地，本實(shí)施例中，通過節(jié)點(diǎn)B流向節(jié)點(diǎn)C的電流方向?yàn)檎螂娏鞣较?。本?shí)施例在工作時(shí)(參見附圖2、附圖3、附圖4)一個(gè)工作周期可分為T1、T2、T3和 Τ4四個(gè)階段。其中，第一 PMOS管Ml的控制信號(hào)為控制信號(hào)SC1，當(dāng)控制信號(hào)SCl為低電平時(shí)，第一 PMOS管Ml導(dǎo)通，當(dāng)控制信號(hào)SCl為高電平時(shí)，第一 PMOS管Ml關(guān)斷；第一 NMOS管 Μ2的控制信號(hào)為控制信號(hào)SC2，當(dāng)控制信號(hào)SC2為高電平壓時(shí)，第一 NMOS管Μ2導(dǎo)通，當(dāng)控制信號(hào)SC2為低電平壓時(shí)，第一 NMOS管M2關(guān)斷；第二 PMOS管M3的控制信號(hào)為控制信號(hào) SC3，第二匪OS管M4的控制信號(hào)為控制信號(hào)SC3取反，即當(dāng)?shù)诙?PMOS管M3的控制信號(hào)為高電平時(shí)，第二 NMOS管M4的控制信號(hào)為低電平，當(dāng)?shù)诙?PMOS管M3的控制信號(hào)為低電平時(shí)，第二 NMOS管M4的控制信號(hào)為高電平，所以當(dāng)控制信號(hào)SC3為高電平時(shí)，第二 PMOS管 M3和第二匪OS管M4導(dǎo)通，當(dāng)控制信號(hào)SC3為低電平時(shí)，第二 PMOS管M3和第二匪OS管M4 關(guān)斷。由于第二 PMOS管M3的襯底引出線單獨(dú)接電源VDD、第二 NMOS管的襯底引出線單獨(dú)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(dá)到開啟電壓，那么第二 PMOS管M3的漏極與源極之間正反向均可導(dǎo)通，第二 NMOS管M4的漏極與源極之間正反向均可導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的功能，同時(shí)，第二 PMOS管M3，其N型襯底接電源VDD，這將等效成在節(jié)點(diǎn)B與電源VDD之間寄生了一個(gè)正向二極管，寄生二極管負(fù)極接電源VDD可以限制通過節(jié)點(diǎn)B的電壓值小于電源VDD的電壓值加上寄生二極管的導(dǎo)通電壓值，第二 NMOS管M4，其P型襯底連接在接地點(diǎn)上，這將等效成在節(jié)點(diǎn)B與接地點(diǎn)之間反向寄生了一個(gè)二極管，寄生二極管正極接地則負(fù)極端電路被鉗位為零減去寄生二極管導(dǎo)通電壓的值，可以限制通過節(jié)點(diǎn)B的電壓值大于零減去二極管導(dǎo)通電壓值。如果本發(fā)明的初始狀態(tài)為第一 PMOS管Ml受控關(guān)斷，第二 PMOS管M3受控關(guān)斷、第二 NMOS管M4受控關(guān)斷，第一 NMOS管M2受控導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載電容CL的上極板電勢(shì)被加強(qiáng)到與接地點(diǎn)電勢(shì)相同，那么本發(fā)明將從Tl階段進(jìn)行工作。在Tl階段，第一 NMOS管M2受控關(guān)斷，第一 PMOS管Ml維持關(guān)斷，第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4受控導(dǎo)通；電流流向?yàn)殡娏饔蓛?chǔ)能電容CST的上極板依次經(jīng)過節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)C到達(dá)負(fù)載電容CL的上極板。在Tl階段，儲(chǔ)能電容CST 與電感L及負(fù)載電容CL組成了一個(gè)LC振蕩電路，儲(chǔ)能電容CST上儲(chǔ)存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負(fù)載電容CL上來，在儲(chǔ)能電容CST向負(fù)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到正向最大，當(dāng)電感L中的電流從正向最大值回到0時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最高值，此時(shí)控制信號(hào)SC3關(guān)斷第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4，Tl區(qū)間結(jié)束。在T2階段，第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4受控關(guān)斷，第
一NMOS管M2維持關(guān)斷，第一 PMOS管Ml受控開啟，電流流向?yàn)殡娏饔呻娫碫DD依次經(jīng)過第一 PMOS管Ml和節(jié)點(diǎn)C到達(dá)負(fù)載電容CL的上極板。在T2區(qū)間，電源VDD通過第一 PMOS 管Ml加強(qiáng)到負(fù)載電容CL的上極板，負(fù)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(guān)斷，第一 NMOS管M2維持關(guān)斷，第二 PMOS管M3和第
二NMOS管M4受控導(dǎo)通，電流流向?yàn)殡娏饔韶?fù)載電容CL的上極板依次經(jīng)過節(jié)點(diǎn)C、節(jié)點(diǎn)B 和節(jié)點(diǎn)A到達(dá)儲(chǔ)能電容CST的上極板。在T3區(qū)間，負(fù)載電容CL與電感L及儲(chǔ)能電容CST 組成了一個(gè)LC振蕩電路，CL上儲(chǔ)存的電能通過LC振蕩電路被搬回到儲(chǔ)能電容CST上來， 在負(fù)載電容CL向儲(chǔ)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， 然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到反向最大，當(dāng)電感L中的電流從反向最大值回到0時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最低值，此時(shí)關(guān)斷第二 PMOS管M3和第二 NMOS管M4，T3區(qū)間結(jié)束。在T4階段，第二 PMOS管M3 和第二 NMOS管M4受控關(guān)斷，第一 PMOS管Ml維持關(guān)斷，第一 NMOS管M2受控導(dǎo)通，電流流向?yàn)殡娏饔韶?fù)載電容CL的上極板依次經(jīng)過節(jié)點(diǎn)C和第一 NMOS管M2到達(dá)接地點(diǎn)。在T4 區(qū)間，負(fù)載電容CL的上極板通過第一 NMOS管M2接地，此時(shí)負(fù)載電容CL的上極板電勢(shì)被加強(qiáng)到與接地點(diǎn)電勢(shì)相同，完成一個(gè)工作周期的能量回收。 以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求
1.一種低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，包括負(fù)載電容CL和儲(chǔ)能電容CST，儲(chǔ)能電容CST的下極板接地，負(fù)載電容CL的下極板接地，其特征在于所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路還包括電感L、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第四開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與電源VDD電連接，所述第二開關(guān)管的第二導(dǎo)通端接地，所述第一開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與所述第二開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)C，所述節(jié)點(diǎn)C與負(fù)載電容CL的上極板電連接，所述第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述電感L的第二導(dǎo)通端與節(jié)點(diǎn)C電連接，所述第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和第四開關(guān)管的控制端分別受控制信號(hào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，其特征在于所述的第四開關(guān)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管的漏極連接于節(jié)點(diǎn)A，所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第二 NMOS管的源極電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，第二 NMOS管的柵極分別受控制信號(hào)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，其特征在于所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路還包括第三開關(guān)管，所述第三開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述第三開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)A，所述的節(jié)點(diǎn) A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第三開關(guān)管的控制端受控制信號(hào)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，其特征在于所述的第一開關(guān)管為第一 PMOS管，所述的第二開關(guān)管為第一 NMOS管，所述的第三開關(guān)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管的源極電連接于節(jié)點(diǎn)A，所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述第二 PMOS管的漏極電連接于節(jié)點(diǎn) B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述電感L與負(fù)載電容CL的上極板電連接于節(jié)點(diǎn)C，所述節(jié)點(diǎn)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(hào)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，其特征在于所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)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管的柵極電連接于節(jié)點(diǎn)D， 所述的節(jié)點(diǎn)D接收控制信號(hào)SC3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路，其特征在于所述的負(fù)載電容CL的電容值小于或等于所述的儲(chǔ)能電容CST的電容值。
7.—種低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路的驅(qū)動(dòng)方法，所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路的驅(qū)動(dòng)方法適用于如權(quán)利要求1所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路， 通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路中各開關(guān)管，改變電路運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)成能量回收目的，其特征在于低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路的驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟步驟一一個(gè)工作周期可分為四個(gè)T1、T2、T3和Τ4四個(gè)階段；步驟二在Tl階段，第二開關(guān)管受控關(guān)斷，第一開關(guān)管維持關(guān)斷，第四開關(guān)管受控導(dǎo)通；儲(chǔ)能電容CST與電感L及負(fù)載電容CL組成了一個(gè)LC振蕩電路，儲(chǔ)能電容CST上儲(chǔ)存的電能通過LC振蕩電路無損地被搬到負(fù)載電容CL上來，在儲(chǔ)能電容CST向負(fù)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到正向最大，當(dāng)電感L中的電流從正向最大值回到0的同時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最高值，此時(shí)控制信號(hào)關(guān)斷第四開關(guān)管，Tl區(qū)間結(jié)束；步驟三在T2區(qū)間，第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管維持關(guān)斷，第一開關(guān)管受控開啟，電源VDD通過第一開關(guān)管加強(qiáng)到負(fù)載電容CL的上極板，負(fù)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(qū)間，第一開關(guān)管受控關(guān)斷，第二開關(guān)管維持關(guān)斷，第四開關(guān)管受控導(dǎo)通，負(fù)載電容CL與電感L及儲(chǔ)能電容CST組成了一個(gè)LC振蕩電路，CL上儲(chǔ)存的電能通過 LC振蕩電路被搬回到儲(chǔ)能電容CST上來進(jìn)行能量回收，在負(fù)載電容CL向儲(chǔ)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，然后又回到0，當(dāng)儲(chǔ)能電容CST上極板電壓與負(fù)載電容CL上極板電壓相等時(shí)，電感L中的電流達(dá)到反向最大，當(dāng)電感L中的電流從反向最大值回到0的同時(shí)，電感L的電壓達(dá)到振蕩的最低值，此時(shí)關(guān)斷第四開關(guān)管，T3區(qū)間結(jié)束；步驟五在T4區(qū)間，第四開關(guān)管受控關(guān)斷，第一開關(guān)管維持關(guān)斷，第二開關(guān)管受控導(dǎo)通，負(fù)載電容CL的上極板通過第二開關(guān)管接地，此時(shí)負(fù)載電容CL的上極板電勢(shì)被加強(qiáng)到與接地點(diǎn)電勢(shì)相同，完成一個(gè)工作周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于所述的低壓驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載的能量回收電路還包括第三開關(guān)管，所述第三開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)B，所述的節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，所述第三開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與所述第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)A， 所述的節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接，所述的第三開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)與第四開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能量回收電路及其驅(qū)動(dòng)方法。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術(shù)不適合低壓環(huán)境的問題，其技術(shù)方案要點(diǎn)是，儲(chǔ)能電容CST的下極板接地，負(fù)載電容CL的下極板接地，第一開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與電源VDD電連接，第一開關(guān)管的第二導(dǎo)通端接地，第一開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與第二開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)C，節(jié)點(diǎn)C與負(fù)載電容CL的上極板電連接，第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端與第四開關(guān)管的第二導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)B，節(jié)點(diǎn)B與電感L的第一導(dǎo)通端電連接，電感L的第二導(dǎo)通端與節(jié)點(diǎn)C電連接，第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端與第四開關(guān)管的第一導(dǎo)通端電連接于節(jié)點(diǎn)A，節(jié)點(diǎn)A與儲(chǔ)能電容CST的上極板電連接。本發(fā)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(hào)H02J15/00GK102332755SQ20111020696
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者奚劍雄, 陳鋒 申請(qǐng)人:杭州硅星科技有限公司