具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种NMOS通路开关控制电路，能够输入电压低于NMOS管的栅源电压时，使NMOS管正常导通，进而提高充电器的供电效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

图2为本发明实施例一中的NMOS通路开关控制电路，如图2所示，本实施例提供了一种NMOS通路开关控制电路，包括：

NMOS管、第一低压差线性转换器和双电荷泵调压电路；

NMOS管的漏极、第一低压差线性转换器的输入端和双电荷泵调压电路的第一输入端和双电荷泵调压电路的第一输出端均与电源连接；

第一低压差线性转换器的输出端与双电荷泵调压电路的第二输入端连接；

双电荷泵调压电路的第二输出端与NMOS管的栅极连接；

NMOS管的源极与待充电设备连接。

其中，双电荷泵调压电路，具体包括：

输入检测电路、第一级电荷泵和第二级电荷泵；

输入检测电路的输入端作为双电荷泵调压电路的第一输入端与电源连接；

输入检测电路的输出端与第二级电荷泵的控制端连接；

第二级电荷泵的第一端口作为双电荷泵调压电路的第二输入端与第一低压差线性转换器的输出端连接；

第二级电荷泵的第二端口和第三端口均接地；

第二级电荷泵的第四端口与第一级电荷泵的第三端口连接；

第一级电荷泵的第四端口作为双电荷泵调压电路的第一输出端与电源连接；

第一级电荷泵的第二端口作为双电荷泵调压电路的第二输出端与NMOS管的栅极连接。

图8为本发明实施例中输入检测电路图，如图8所示，本实施例提供的输入检测电路，具体包括：

第一电阻R₁、第二电阻R₂和运算放大器；

第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和运算放大器的正输入端连接；

第一电阻的第二端作为输入检测电路的输入端与电源连接；

第二电阻的第二端接地；

运算放大器的负输入端输入参考电压；运算放大器的输出端作为输入检测电路的输出端与第二级电荷泵的控制端连接。

第一级电荷泵的电路结构如图6所示；其中，图6(a)为本发明实施例中的第一级电荷泵开关控制图；图6(b)为本发明实施例中的第一级电荷泵开关电路图；第一级电荷泵和第二级电荷泵，均包括：

第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4和飞电容；

第一开关的第一端和第二开关的第一端均与飞电容的第一端连接；

第三开关的第一端和第四开关的第一端均与飞电容的第二端连接；

第一开关的第二端与第一端口连接；

第二开关的第二端与第二端口连接；

第三开关的第二端与第三端口连接；

第四开关的第二端与第四端口连接。

具体的，采用如图2所示的做法，在现有的电荷泵和低压差线性转换器LDO组成的NMOS开关控制电路的基础上，增加了输入检测电路，同时增加了一个第二级电荷泵。假设NMOS正常开启的栅源电压为VGS_SET＝5V。当输入电源检测电路检测到VIN>VGS_SET时，VIN经过低压差线性转换器LDO可以输出VLDO＝VGS_SET(比如5V)，则第二级电荷泵处于旁路模式，直接将VLDO供给第一级电荷泵，此时通路开关控制电路和现有栅级驱动电路(图1)等效，由第一级电荷泵将NMOS的栅电压泵到VIN+VGS_SET，因此VGS＝VGS_SET＝5V，保证NMOS内阻降低，减少通路压降。

当检测到VIN<VGS_SET时，LDO输出电压低于VGS_SET(比如5V)，此时第二级电荷泵打开，第二级电荷泵将LDO输出电压VLDO升压到VGS_SET＝5V，然后输出供给第一级电荷泵，第一级电荷泵利用第二级电荷泵的输出VGS_SET，将NMOS栅电压泵到VIN+VGS_SET，从而保证栅源电压VGS＝VGS_SET，保证内阻恒定不会增加。

具体的，第一低压差线性转换器采用通用的LDO做法。

实施例二

图3为本发明实施例二中的NMOS通路开关控制电路，如图3所示，本实施例与实施例一的不同点在于，本实施例提供的双电荷泵调压电路，具体包括：

输入检测电路、第二低压差线性转换器、第一级电荷泵和第二级电荷泵；

所述输入检测电路的输入端、第一低压差线性转换器的输入端和第二低压差线性转换器的第一输入端作为所述双电荷泵调压电路的第一输入端与电源连接；

第一低压差线性转换器的输出端与所述第一级电荷泵的控制端连接；

输入检测电路的输出端分别于第二低压差线性转换器的第二输入端和第二级电荷泵的控制端连接；

第二低压差线性转换器的输出端与第二级电荷泵的第一端口连接；

第二级电荷泵的第二端口和第三端口均接地；

第二级电荷泵的第四端口与第一级电荷泵的第三端口连接；

第一级电荷泵的第四端口作为双电荷泵调压电路的第一输出端与电源连接；

第一级电荷泵的第二端口作为双电荷泵调压电路的第二输出端与NMOS管的栅极连接。

输入检测电路，具体包括：

第一电阻、第二电阻和运算放大器；

第一电阻的第一端、第二电阻的第一端和运算放大器的正输入端连接；

第一电阻的第二端作为输入检测电路的输入端与电源连接；

第二电阻的第二端接地；

运算放大器的负输入端输入参考电压；运算放大器的输出端作为输入检测电路的输出端与第二级电荷泵的控制端和第二低压差线性转换器的第二输入端连接。

此外，本实施例中的输入检测电路结构与实施例一相同，不同点在于，本实施例输入检测电路中的运算放大器的输出端作为输入检测电路的输出端除了第二级电荷泵的控制端连接，还与第二低压差线性转换器的第二输入端连接。

具体的，在现有的电荷泵和LDO组成的NMOS开关控制电路的基础上，增加输入检测电路，增加了第二级电荷，同时增加了一个LDO2(第二低压差线性转换器)，现有的LDO作为第一低压差线性转换器LDO1以示区分。假设NMOS正常开启的栅源电压为VGS_SET＝5V。当检测到VIN>VGS_SET时，VIN经过LDO1可以输出VLDO1＝VGS_SET(比如5V)，第二级电荷泵关断。直接将VLDO1供给第一级电荷泵，此时通路开关控制电路和现有栅级驱动电路(图1)等效，由第一级电荷泵将NMOS的栅电压泵到VIN+VGS_SET，因此VGS＝VGS_SET＝5V，保证NMOS内阻降低，减少通路压降。

当检测到VIN<VGS_SET时，由于LDO只能降压，因此LDO1最高电压只能输出VIN，此时LDO2开启，并输出一个随输入电源电压VIN变化的电压VLDO2，其中VLDO2＝VGS_SET-VIN。第二级电荷泵输出负电压-VLDO2＝-(VG_SSET-VIN)给第一级电荷泵的负输入端VINN(第三端口)，作为第一级电荷泵的地电位。

第一阶段，第一级电荷泵的S1和S3闭合，S2和S4断开。第一级电荷泵的正输入VINP(控制端)接LDO1的输出，即输入VIN。负输入端VINN连接到第二级电荷泵输出，即-(VGS_SET-VIN)。因此飞电容被充电到VGS_SET＝VIN+VLDO2。

第二阶段，S1和S3断开，S2和S4闭合。VOUTP(第二端口)连接到NMOS通路开关的栅极，VOUTN(第四端口)连接到VIN，由于电容两端电压保持不变，因此VOUTP＝VOUTN+VGS_SET＝VIN+VGS_SET。从而可以实现电压的叠加，将NMOS栅极泵到VIN+VGS_SET。

本发明的图3中提到的第二低压差转换器LDO2的基本原理如图4所示，LDO2的目的是产生一个附加电压，提供给第二级电荷泵。当发现VIN<VGS_SET，该电路开始工作。其压差检测电路检测VIN和VGS_SET的差值，同时输出一个和VIN和VGS_SET的差值成正比的电压VR，作为后级LDO(LDO2)的参考电压，即VR＝K×(VGS_SET-VIN)。其中，K为比例系数，后级LDO根据VR，从VIN产生VLDO＝VGS_SET-VIN。LDO的原理是公知技术，在此不再做描述。

图5是对图4的具体描述，其具体原理是，用运算放大器将VGS_SET转换为一个和VGS_SET成正比的电流，经过PMOS镜像，转换成电流源灌到一个电阻R上，产生一个和VGS_SET成正比的电压。同时，用另一个运算放大器将VIN转换成一个和VIN成正比的电流，然后通过PMOS电流镜像，再通过一级NMOS电流镜像，转换成电流然后连接到和电流源Isource连接的同一个电阻端。由此，可以在该电阻上产生一个和VGS_SET与VIN的差值成正比的电压VR，VIR＝R×(Isource-Isink)，即VR＝K×(VGS_SET-VIN)。将VR输送给后级的LDO，后级LDO将VR放大到1/K倍，得到VLDO＝VGS_SET-VIN。

实施例三

图7为本发明实施例三中的NMOS通路开关控制电路；本实施例与实施例一的不同点在于，本实施例提供的双电荷泵调压电路，具体包括：

输入检测电路、第一级电荷泵、第二级电荷泵和电压钳位电路；

输入检测电路的输入端作为双电荷泵调压电路的第一输入端与电源连接；

输入检测电路的输出端与第二级电荷泵的控制端连接；

第二级电荷泵的第一端口和第一级电荷泵的第一端口均与第一低压差线性转换器的输出端连接；

第二级电荷泵的第二端口和第三端口均接地；

第二级电荷泵的第四端口与第一级电荷泵的第三端口连接；

第一级电荷泵的第四端口作为双电荷泵调压电路的第一输出端与电源连接；

第一级电荷泵的第二端口作为双电荷泵调压电路的第二输出端分别与NMOS管的栅极和电压钳位电路的第一端连接；所述电压钳位电路的第二端与待充电设备连接。

电压钳位电路，具体包括：齐纳二极管；

齐纳二极管的负极电压钳位电路的第一端分别与第一级电荷泵的第二端口和NMOS管的栅极连接；

齐纳二极管的正极作为电压钳位电路的第二端与NMOS的源极连接。

进一步的，还可以对图3所示的控制方式进行简化。如图7所示，比如在NMOS的栅级和源极之间增加一个齐纳二极管，作为钳位电路保证栅源电压在VGSSET附近。同时去掉LDO2，第二级电荷泵的输入直接从LDO1取电。则经过两级电荷泵叠加，可以输出2倍VIN，但是由于齐纳二极管反向击穿，从而将NMOS栅源电压钳位在NMOS的栅级和源极之间，所以增加一个齐纳二极管，作为钳位电路保证栅源电压在VGS_SET附近。

电压钳位电路最简单的方式是采用齐纳二极管，利用齐纳二极管反向击穿电压来实现。当齐纳二极管两端所加电压超过齐纳二极管反向击穿电压，齐纳二极管反向击穿，将两端压降钳制在反向击穿电压。如图7中所示的齐纳二极管，就起到了NMOS栅源电压钳位的作用。此外，第二级电荷泵也可以输出正电位给第一级电荷泵，实现VLDO1和VLDO2电压的叠加。具体方法也是前述负电压叠加法的变种，也是业界通用做法，不再描述。同时，电荷泵结构众多，控制方法多变，稍作改动也可以实现同样的功能。业内基于本发明对电荷泵电路细节的修改，或者对LDO电路细节的修改，都在本发明提出的基本原理限定范围内。

实施例四

图9为本发明实施例四中电压钳位电路图，如图9所示，本实施例与实施例一的不同点在于，本实施例提供电压钳位电路，具体包括：

电压钳位电路，具体包括：

n个PMOS管；

第i个PMOS管的栅极和漏极均与第i+1个PMOS管的源极连接；i＝1，...，n；

第1个PMOS管M1的源极作为电压钳位电路的第一端A与第一级电荷泵的第二端口和NMOS开关的栅极连接；第n个PMOS管Mn的栅极和漏极连接后作为电压钳位电路的第二端B分别与NMOS开关的源极连接。如图9所示，采用多个MOS管串联的方式，来实现NMOS栅源电压的钳位功能。其中MOS管可以采用NMOS串联，也可以采用PMOS串联。另外还可以采用二极管或者三极管串联的方式实现，这些实现方式都是电压钳位电路的业界公知技术，在此不再赘述。

图8是一种输入电压检测电路的一种实现方式。通过将输入电压用两个电阻分压之后，再将该分压信号连接到比较器正输入端，比较器负输入端连接到参考电压比较，从而检测输入电压是否高于VGS_SET。当VIN>VGS_SET时，比较器输出高信号。当VIN<VGS_SET时，比较器输出高信号。电压检测电路是业界公知技术，实现方式多样，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。