CN100568064C - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源装置。该电源装置的特征在于包括以下电路并将这些电路一体化集成：输入端子，被输入输入电压；源电流端子，与负载相连接，并向上述负载流出负载电流；反向电流端子，从上述源电流端子流出的负载电流经由上述负载流入到该端子；稳压器电路，与上述输入端子相连，调节输入电压；升压电路，以所设定的升压率对来自上述稳压器电路的输出电压进行升压后，将驱动电压输出到上述源电流端子；负载电流检测电路，检测流入到上述反向电流端子的负载电流；以及升压率切换电路，根据来自上述负载电流检测电路的输出信号，切换上述升压电路所设定的升压率。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及将电源电压升压并提供器件驱动电压的电源装置。
背景技术
在携带电话机、PDA(Personal DataAssistant)等的电池驱动型的携带装置中，或将LED(Light-Emitting Diode)元件作为LCD(Liquid Crystal Display)的背光和附属的CCD(Charge-Coupled Device)相机的闪光灯使用，或使发光颜色不同的LED元件闪烁而作为照明使用灯，以各种目的利用LED元件。为了驱动LED元件，需要将锂离子电池等的3.6V左右的电池电压升压到4.5V左右，并作为驱动电压提供。另外，在由于电池的消耗造成电池电压降低的情况下，或者流过LED元件的负载电流增加而电压下降大的情况下，需要将电池电压以较高的升压率升压。
这样，在用于驱动LED元件等的器件的电源装置中，需要根据动作环境将电池电压以适当的升压率升压并生成器件的驱动电压。例如，在专利文献1中公开了以下的驱动电压供给装置：在具备多级的升压用电容器的升压电路中，设有根据升压率选择必要的升压电容器的选择开关和连接到该选择开关并选择升压率的外部选择端子。
[专利文献1](日本)特开平6-78527号公报
专利文献1的驱动电压供给装置的结构为：在将电源电压的检测电路的输出临时提供给CPU并通过软件处理决定升压率的基础上，将来自CPU的升压率选择信号输入到装置的外部选择端子。在这样通过软件控制进行升压率切换的情况下，电源装置中需要用于控制信号的外部端子，在电路的集成化时影响到IC的管脚限制，降低设计的自由度。
发明内容
本发明是鉴于上述状况的发明，其目的在于提供一种电源装置，不通过来自外部的控制信号，可在内部自动设定电源电压的升压率。
本发明的一种方式涉及电源装置。该电源装置的特征在于包括以下电路并将这些电路一体化集成：输入端子，被输入输入电压；源电流端子，与负载相连接，并向上述负载流出负载电流；反向电流端子，从上述源电流端子流出的负载电流经由上述负载流入到该端子；稳压器电路，与上述输入端子相连，调节输入电压；升压电路，以所设定的升压率对来自上述稳压器电路的输出电压进行升压后，将驱动电压输出到上述源电流端子；负载电流检测电路，检测流入到上述反向电流端子的负载电流；电源电压比较器，将被施加到上述输入端子的输入电压与第1基准电压进行比较；以及升压率切换电路，通过逻辑运算对上述电源电压比较器的比较结果和上述负载电流检测电路对上述负载电流的检测结果进行评价，来切换上述升压电路所被设定的升压率。
在上述的电源装置中，由于成为升压电路中电源电压的升压率切换要因的物理量由设置在电源装置内的检测电路检测，基于该检测结果，可由设置在电源装置内的切换电路切换升压电路的升压率，所以不需要从电源装置的外部进行升压率的切换控制。作为升压电路的升压率切换要因而应由电源装置检测的物理量，有电源电压、作为负荷连接的器件的端子电压以及负荷电流等，电源装置可根据这些检测值自动地切换升压率。在任何方式的电源装置中，由于检测电路和切换电路被与升压电路一体化集成，所以不需要用于切换升压率的软件处理，而且不需要在电源装置中设置用于从外部输入升压率切换信号的端子。
再有，以上部件的任意组合，本发明表现的方法、装置、系统等之间的变换等，作为本发明的方式依然有效。
依据本发明，可自动设定电源电压的升压率并提供驱动电压。
附图说明
图1是实施方式1的升压变换器的结构图。
图2是图1的电荷泵电路的结构图。
图3是表示将图2的电荷泵电路的升压率设定为1倍的情况下开关的导通/截止状态的图。
图4是表示将图2的电荷泵电路的升压率设定为1.5倍的情况下，充电时的开关的导通/截止状态的图。
图5是表示将图2的电荷泵电路的升压率设定为1.5倍的情况下，放电时的开关的导通/截止状态的图。
图6是表示将图2的电荷泵电路的升压率设定为2倍的情况下，充电时的开关的导通/截止状态的图。
图7是表示将图2的电荷泵电路的升压率设定为2倍的情况下，放电时的开关的导通/截止状态的图。
图8是实施方式2的升压变换器的结构图。
图9是图8的电压检测电路的结构图。
图10是实施方式3的升压变换器的结构图。
图11是图10的电压检测电路的结构图。
图12是实施方式4的升压变换器的结构图。
具体实施方式
本发明的实施方式的电源装置包括以下的电路并将这些电路一体化集成：构成为可切换电源电压的升压率的升压电路；检测成为电源电压的升压率的切换要因的物理量的检测电路；以及基于其检测结果，切换控制升压电路的升压率的切换电路。下面举几个实施方式来说明电源装置的结构和动作。
实施方式1
图1是实施方式的升压变换器100的结构图。构成升压变换器100的电路作为电源装置一体化集成。升压变换器100将锂离子电池11电池电压Vbat作为输入电压，在使用了升压用电容器C1、C2的电荷泵电路16中通过电荷泵方式升压，输出升压Vf。在升压变换器100的输出端子上，将多个LED元件200与平滑用电容器C一同并联连接，经由电阻R接地。升压变换器100输出的升压电压VF被提供给这些LED元件200。锂离子电池11的电池电压Vbat大致为3.6V，通常为3.0V～4.2V的范围的值。升压变换器100将电池电压Vbat升压到4.5V～5V的升压电压Vf，作为并联连接的LED元件200的每一个的驱动电压提供。
电荷泵电路16，通过内部设置的作为开关动作的晶体管的导通/截止动作，对升压用电容器C1、C2选择性地充放电，以设定的升压率将输入电压Vin升压，输出输出电压Vout。通过两个分压电阻R1、R2将电荷泵电路16的输出电压Vout分压而获得的检测输出电压Vs被反馈到稳压器电路10。稳压器电路10的基准电压比较器14，将来自基准电压源的基准电压Vref和电荷泵电路16的检测输出电压Vs进行大小比较，通过根据该比较结果控制晶体管Tr的导通/截止，调整来自电池电压Vbat的电力，经由平滑用电容器C3作为输入电压Vin提供给电荷泵电路16。由此，将向电荷泵电路16的输入电压Vin恒压化，以使检测输出电压Vs和基准电压Vref的差为0。
电源电压比较器20，通过用两个分压电阻R3、R4将电池电压Vbat分压而获得的检测电池电压Va与基准电池电压Vb进行大小比较，在检测电池电压Va比基准电池电压Vb低的情况下将高电平的信号、在相反的情况下将低电平的信号作为升压率选择信号SEL输出，提供给电荷泵电路16。电荷泵电路16根据升压率选择信号SEL切换成1倍、1.5倍、2倍的其中一个升压率，并将输入电压Vin升压。例如，基准电池电压Vb设定为3.4V，由于锂离子电池11的消耗，检测电池电压Va小于等于3.4V时，来自电源电压比较器20的升压率选择信号SEL变成高电平，电荷泵电路16的升压率从1.5倍切换为2倍。由于锂离子电池11的充电，检测电池电压Va超过3.4V时，来自电源电压比较器20的升压率选择信号SEL变成低电平，电荷泵电路16的升压率从2倍切换为1.5倍。
图2是电荷泵电路16的结构图。电荷泵电路16通过根据设定的升压率来控制第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止，切换两个升压用电容器C1、C2的连接形态和充放电定时，将输入电压Vin升压到输出电压Vout。图3是表示1倍升压的情况下第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态的图。如该图所示，第一、第三、第七、第八开关SW1、SW3、SW7、SW8设定为导通，除此之外的开关设定为截止，输入电压Vin原样作为输出电压Vout输出。
下面说明1.5倍升压的情况。图4是表示在进行开关的第一定时中的第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态的图。在第一定时中，电荷泵电路16通过将第一、第五、第六开关SW1、SW5、SW6设定为导通，除此之外的开关为截止，形成两个升压用电容器C1、C2串联连接的电路，直至下面的第二定时之前的期间，通过输入电压Vin的电力将两个升压用C1、C2充电。由此，两个升压用电容器C1、C2中分别产生0.5Vin的电压。
图5是表示在进行开关的第二定时中的第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态的图。在第二定时中，电荷泵电路16通过将第一定时中设定为导通的三个开关SW1、SW5、SW6切换为截止，另一方面将第二、第四、第七、第八开关SW2、SW4、SW7、SW8切换为导通，将两个升压用电容器C1、C2并联连接，对以0.5Vin的电压充电的两个升压用电容器C1、C2按与充电时相反方向施加输入电压Vin，将两个升压用电容器C1、C2放电，向输出端子提供电力。由此，在输入电压Vin上加上两个升压用电容器C1、C2的电压0.5Vin，输出电压Vout变成1.5Vin。
电荷泵电路16通过在第一、第二定时中交替重复第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态，重复两个升压用C1、C2的充电和放电，输出将输入电压升压到1.5倍的输出电压Vout。
下面说明2倍升压的情况。图6是表示在进行开关的第一定时中的第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态的图。在第一定时中，电荷泵电路16通过将第一、第三、第六、第九开关SW1、SW3、SW6、SW9设定为导通，除此之外的开关设定为截止，形成两个升压用电容器C1、C2并联连接的电路，直至下面的第二定时之前的期间，通过输入电压Vin的电力将两个升压用C1、C2充电。由此，两个升压用电容器C1、C2中分别产生Vin的电压。
图7是表示在进行开关的第二定时中的第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态的图。在第二定时中，电荷泵电路16通过将第一定时中设定为导通的四个开关SW1、SW3、SW6、SW9切换为截止，另一方面将第二、第四、第七、第八开关SW2、SW4、SW7、SW8切换为导通，将两个升压用电容器C1、C2并联连接，对以Vin的电压充电的两个升压用电容器C1、C2按与充电时相反方向施加输入电压Vin，将两个升压用电容器C1、C2放电，向输出端子提供电力。由此，在输入电压Vin上加上两个升压用电容器C1、C2的电压Vin，输出电压Vout变成2Vin。
电荷泵电路16通过在第一、第二定时中交替重复第一～第九开关SW1～SW9的导通/截止状态，重复两个升压用C1、C2的充电和放电，输出将输入电压Vin升压到2倍的输出电压Vout。
实施方式2
图8是实施方式2的升压变换器100的结构图。本实施方式的升压变换器100是由下列电路一体化集成的电源装置：可切换升压率的电荷泵电路16；用于检测作为负载连接到升压变换器100的输出端子的多个LED元件200的每一个的端子电压Vd的电压检测电路(VDET)22；以及根据检测的端子电压切换电荷泵电路16的升压率的逻辑电路24。
图9是电压检测电路22的结构图。比较器30将LED元件200的端子电压Vd和基准电压0.5V进行比较，端子电压Vd小于或等于0.5V时输出高电平的输出信号VDETOUT。
返回图8，逻辑电路24进行多个电压检测电路22的输出信号VDETOUT的逻辑运算，将其结果作为升压率切换信号SEL提供给电荷泵电路16。例如，逻辑电路24计算多个输出信号VDETOUT的逻辑和，在至少一个输出信号VDETOUT为高电平的情况下，输出高电平的升压率切换信号SEL。
逻辑电路24也可进行多个输出信号VDETOUT的择多逻辑运算，在大于等于规定个数的输出信号VDETOUT为高电平的情况下，输出高电平的升压率切换信号SEL。另外，逻辑电路24也可根据LED元件200的发光颜色对输出信号VDETOUT加权进行逻辑运算，由此，可加权评价特定颜色的LED元件200的端子电压的下降并提高升压率。逻辑电路24中的逻辑运算也可为可从外部改写的结构。
本实施方式的升压变换器100在由于电池电压Vbat下降等的要因造成LED元件200的端子电压下降的情况下，电压检测电路22自动地检测端子电压的下降，逻辑电路24可提高电荷泵电路16的升压率。
实施方式3
图10是实施方式3的升压变换器100的结构图。本实施方式的升压变换器100是由下列电路一体化集成的电源装置：可切换升压率的电荷泵电路16；用于检测作为负载连接到升压变换器100的输出端子的多个LED元件200的每一个的负载电流Id的电流检测电路(IDET)23；以及根据检测的负载电流切换电荷泵电路16的升压率的逻辑电路25。
图11是电流检测电路23的结构图。比较器32将LED元件200的负载电流Id流过10Ω的电阻时的检测电压和基准电压0.2V进行比较，检测电压超过0.2V时输出高电平的输出信号IDETOUT。即，LED元件200的负载电流Id超过规定值20mA时输出信号IDETOUT变成高电平。
返回图10，逻辑电路25进行多个电流检测电路23的输出信号IDETOUT的逻辑运算，将其结果作为升压率切换信号SEL提供给电荷泵电路16。例如，逻辑电路24进行多个输出信号IDETOUT的逻辑和或择多逻辑运算，基于运算结果，输出高/低电平的升压率切换信号SEL。
例如，在为了使LED元件200发出较强的光而流过大的负载电流Id时，有由于电压下降而导致驱动电压下降的情况，但本实施方式的升压变换器100中，电流检测电路23自动地检测超过规定值的负载电流Id，逻辑电路25提高电荷泵电路16的升压率，可防止LED元件200的驱动电压的降低。
实施方式4
图12是实施方式4的升压变换器100的结构图。本实施方式的升压变换器100是将图1的升压变换器100的电源电压比较器20的结构和图10的升压变换器100的电流检测电路23的结构组合，将电源电压比较器20的电源电压Vbat的检测结果和电流检测电路23的LED元件200的负载电流Id的检测结果在逻辑电路26中通过规定的逻辑运算进行评价，将升压率切换信号SEL提供给电荷泵电路16。例如，逻辑电路26根据电源电压比较器20的输出和电流检测电路23的输出的逻辑和或择多逻辑，决定升压率切换信号SEL的值。
本实施方式的升压变换器100将电池电压Vbat的降低和LED元件200的负载电流Id的增加组合评价，可自动地切换电荷泵电路16的升压率。
以上，基于实施方式说明了本发明。实施方式仅是例示，其各构成部件和各处理过程的组合可有各种各样的变形例，而且本领域技术人员知道这些变形例也属于本发明的范围。
一般地，电荷泵电路的升压率由升压用电容器的个数和其切换连接方式、升压级数等、升压用电容器的开关结构决定。实施方式中，说明了电荷泵电路的升压用电容器的个数为2个、升压率以1倍、1.5倍、2倍切换的结构，但这只是示出一例，电荷泵电路的结构具有设计的自由度，升压用电容器个数、可切换的升压率的范围根据设计而不同。
实施方式的升压变换器是根据开关方式将输入电压升压，作为一例，说明了通过使用升压用电容器的电荷泵电路将电源电压升压的结构，但也可以是通过使用线圈的升压斩波电路将电源电压升压的结构。升压斩波电路是交替反复重复向线圈蓄积能量、从线圈放出能量，并将电源电压升压。
实施方式中，说明了在驱动并联连接的LED元件时检测各LED元件的端子电压、负载电流并切换升压率的结构，但也可是在驱动串联连接的LED元件时检测串联连接的LED元件的两端的端子电压、负载电流，将检测值与规定值比较，并切换升压率的结构。
实施方式中，例举了连接到电源装置上作为器件的LED元件，但当然也可以是其他元件，例如有机EL(Electro-Luminescence)元件等。

Claims (7)

1.一种电源装置，其特征在于包括以下电路并将这些电路一体化集成：
输入端子，被输入输入电压；
源电流端子，与负载相连接，并向上述负载流出负载电流；
反向电流端子，从上述源电流端子流出的负载电流经由上述负载流入到该端子；
稳压器电路，与上述输入端子相连，调节输入电压；
升压电路，以所设定的升压率对来自上述稳压器电路的输出电压进行升压后，将驱动电压输出到上述源电流端子；
负载电流检测电路，检测流入到上述反向电流端子的负载电流；
电源电压比较器，将被施加到上述输入端子的输入电压与第1基准电压进行比较；以及
升压率切换电路，通过逻辑运算对上述电源电压比较器的比较结果和上述负载电流检测电路对上述负载电流的检测结果进行评价，来切换上述升压电路所被设定的升压率。
2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
还包括
第2反向电流端子，从上述源电流端子流出的第2负载电流经由第2负载流入该端子，和
第2负载电流检测电路，检测流入到上述第2反向电流端子的第2负载电流；
所述升压率切换电路通过逻辑运算对上述电源电压比较器的比较结果、上述负载电流检测电路对上述负载电流的检测结果、以及上述第2负载电流检测电路对上述第2负载电流的检测结果进行评价，来切换上述升压电路所被设定的升压率。
3.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，所述升压电路为可多级切换所述升压率的结构，所述升压率切换电路将分级切换所述升压率的信号提供给所述升压电路。
4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，在所述负载电流和所述第2负载电流中的至少一者超过规定值的情况下，所述升压率切换电路将用于提高所述升压率的切换信号提供给所述升压电路。
5.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于，所述升压电路通过对多个升压用电容器选择性地进行充放电，来以所述升压率对所述来自稳压器电路的输出电压升压。
6.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述负载电流检测电路包括
电阻，设置在流入上述反向电流端子的所述负载电流的电流路径上，和
比较器，对上述电阻所产生的电压降和第2基准电压进行比较；
所述升压率切换电路通过逻辑运算对上述电源电压比较器的比较结果和上述比较器的比较结果进行评价，来切换上述升压电路所被设定的升压率。
7.如权利要求2所述的电源装置，其特征在于，
所述负载电流检测电路包括
第1电阻，设置在流入上述反向电流端子的所述负载电流的电流路径上，和
第1比较器，对上述第1电阻所产生的电压降和第2基准电压进行比较；
所述第2负载电流检测电路包括
第2电阻，设置在流入上述第2反向电流端子的所述第2负载电流的电流路径上，和
第2比较器，对上述第2电阻所产生的电压降和第3基准电压进行比较；
所述升压率切换电路通过逻辑运算对上述电源电压比较器的比较结果、上述第1比较器的比较结果、以及上述第2比较器的比较结果进行评价，来切换上述升压电路所被设定的升压率。
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