南芯半導體的電荷泵輕載降頻電路發明專利，提供了一種基于電壓差控制的電荷泵輕載降頻電路，解決了現有電荷泵電路在無法通過功率管來檢測電流的前提下，提高電荷泵電路輕載時的轉換效率的問題。

南芯半導體作為國內領先的模擬芯片設計公司，專注于與鋰電池相關的充電、保護以及電源管理領域，芯片年出貨量達到上億顆。據了解，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展，其推出的國內首款電荷泵充電器，打破超級快充的國外壟斷，并獲得諸多手機大客戶的認可。

在電路設計領域，電荷泵作為利用電容存儲能量的開關變換器，使得電容在供電和放電狀態之間切換，從而提升或降低供電電壓。同時電荷泵作為一種DCDC直流變換器，其轉換效率非常重要，如何確保電荷泵在各種極端情況下（電源跳變/負載跳變/電容開短路/輸入輸出短地）安全可靠的工作也是當前的一大難題。

為此，南芯半導體于2019年12月30日提出一項名為“一種基于電壓差控制的電荷泵的輕載降頻電路”（申請號：201911392606.3）的發明專利，申請人為上海南芯半導體科技有限公司。

該發明專利提出的這種電路結構包括與PFM模式檢測電路、PFM模式時鐘產生電路，PWM模式檢測電路以及觸發電路和邏輯控制電路。在重載時，電荷泵工作在PWM模式，以固定的較高的開關頻率工作，在輕載時，電荷泵工作在PFM模式，開關頻率與負載大小正相關。

圖1 PFM模式檢測電路原理圖

參考圖1，PFM模式檢測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、基準電壓源VTH_ENTER_PFM等結構，其中與門A1的輸出端與觸發電路相連。

圖2 PWM模式檢測電路原理圖

參考圖2，PWM模式檢測電路包括基準電壓源2*VREF和VREF，開關S1和S2，比較器cmp3的正極輸入端與開關S2的自由端相連、負極輸入端與VREF的正極相連，與門A3輸入端與比較器cmp3輸出端相連、另一個輸入端與反相器相連，輸出端與觸發電路相連。

邏輯電路默認電荷泵工作在PWM模式，當負載變為輕載后，由PFM模式檢測電路直接利用（PMID/2-OUT）的壓差與負載電流近似成正比的關系，來判斷電荷泵何時需要進入PFM模式。

當電荷泵工作在PFM模式中，如果負載電流變大，需要退出PFM模式進入PWM模式。如果PFM的時鐘頻率維持在高頻率一段時間，就認為負載電流足夠大，需進入PWM模式工作，即進入模式切換。

除了在正常的應用條件下能夠工作，電荷泵還需在極端情況下進行自我保護。常見的極端情況為電容開短路和輸入輸出短地，會造成（PMID/2-OUT）的絕對值很大，因此可通過監測該數值判斷異常的工作條件，從而快速關斷功率管，保證芯片的安全可靠。

簡而言之，南芯半導體的這項電荷泵輕載降頻電路發明專利，提供了一種基于電壓差控制的電荷泵輕載降頻電路，解決了現有電荷泵電路在無法通過功率管來檢測電流的前提下，提高電荷泵電路輕載時的轉換效率的問題。

南芯半導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大的技術實力，相信在未來幾年，公司能夠持續圍繞電池充放電領域做深耕，不斷擴充產品線，提供更穩定、高效、優質的國產解決方案。

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