CN101036281A - 开关电源装置和使用它的电子设备 - Google Patents

Abstract

提供通过简单电路结构可输出多个电压的开关电源装置。开关电源装置(100)将输入端子(102)上所施加的输入电压Vin升压或者电压反相，并将它从第一输出端子(104)和第二输出端子(106)分别输出。第一、第四开关(SW1，SW4)导通时，加速电容器Cf充电。第二、第五开关(SW2，SW5)导通时，加速电容器Cf上所充电的电荷被传送到第一输出电容器Co1。第三、第六开关(SW3，SW6)导通时，加速电容器Cf上所充电的电荷被传送到第二输出电容器Co2。从第一输出端子(104)输出了输入电压Vin×2作为第一输出电压(Vout1)，从第二输出端子(106)输出将输入电压反相后的－Vin作为第二输出电压(Vout2)。

Description

开关电源装置和使用它的电子设备

技术领域

本发明涉及一种电荷泵型的开关电源装置。

背景技术

近年来，在便携电话、PDA(Personal Digital Assistance，个人数字辅助设备)等小型信息终端中，存在例如用于液晶的背景光的LED(Light EmittingDiode，发光二极管)之类的需要比电池的输出电压更高的电压的装置。例如，在这些小型信息终端中，大多使用Li(锂)离子电池，其输出电压通常是3.5V左右，即使在满充电时，也只为4.2V左右，而对于LED，作为其驱动电压，需要比该电池电压更高的电压。因此，在需要比电池电压更高的电压的情况下，使用诸如开关电容器方式的升压电路而将电池电压升压，从而获得用于驱动LED等负载电路的需要电压。而且，在这种小型信息终端装置中，还存在需要负电源的情况，即使在这种情况下，也使用开关电容器方式的电压反相电路而获得期望的负电压(专利文献1)。

专利文献1：JP特开2001-258241号公报。

发明内容

本发明要解决的课题

这里，考虑在某些小型信息终端装置中用于同时驱动需要比电池电压高的电压的负载电路和需要负电压的负载电路的情况。在这种情况下，考虑分别安装用于对各个负载电路提供电压的升压电路和电压反相电路的方法。然而，在该方法中，需要对升压电路和电压反相电路的每一个设置加速电容器。由于加速电容器的电容量一般很大，因此由外装部件构成的情况多，如果对各个电源装置都设置这种电容器，则使零件数增加，违背了小型信息终端的小型化和低成本化的要求。

本发明鉴于上述课题而完成。本发明的目的在于提供通过简单的电路结构可输出多个电压的开关电源装置。

用于解决课题的方案

本发明的一种形式是从一个输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压的开关电源装置。该开关电源装置包括：加速电容器、第一输出电容器、第二输出电容器以及用于控制所述三个电容器的充电状态的控制装置。控制装置时分重复第一充电期间、第二充电期间和第三充电期间，并从第一、第二输出电容器分别输出所述第一、第二输出电压，第一充电期间是以所述输入电压来充电加速电容器的期间，第二充电期间是对加速电容器的低电位侧的端子施加输入电压，并通过另一端上出现的电压而充电第一输出电容器的期间，第三充电期间是将加速电容器的高电压侧的端子连接到固定电位端子，并通过另一端上出现的电压而充电第二输出电容器的期间。

根据该形式，能够生成，输入电压的倍电压作为第一输入电压，生成输入电压的反相电压，作为第二输入电压，还能够通过共用地使用加速电容器而简化电路结构。

本发明的另一种形式是从第一、第二输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压的开关电源装置。该开关电源装置包括加速电容器、第一输出电容器、第二输出电容器以及用于控制三个电容器的充电状态的控制装置。控制装置时分重复第一充电期间、第二充电期间和第三充电期间，并从第一、第二输出电容器分别输出所述第一、第二输出电压，第一充电期间是以第一输入电压来充电加速电容器的期间，第二充电期间是对加速电容器的低电位侧的端子施加第二输入电压，并通过另一端上出现的电压而充电第一输出电容器的期间，第三充电期间是将加速电容器的高电压侧的端子连接到固定电位端子，并通过另一端上出现的电压而充电第二输出电容器的期间。

根据该形式，能够生成第一、第二输入电压的和电压，作为第一输入电压，生成输入电压的反相电压，作为第二输入电压，还能够通过共用地使用加速电容器而简化电路结构。

控制装置可以通过将第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期而控制三个电容器的充电状态。

本发明的另一种形式也是从一个输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压的开关电源装置。该开关电源装置包括：加速电容器；第一输出电容器，其设置在输出第一输出电压的第一输出端子和固定电位端子之间；第二输出电容器，其设置在输出第二输出电压的第二输出端子和固定电位端子之间；第一开关，其设置在加速电容器的一端和施加输入电压的输入端子之间；第二开关，其设置在加速电容器的另一端和输入端子之间；第三开关，其设置在加速电容器的一端和固定电位端子之间；第四开关，其设置在加速电容器的另一端和固定电位端子之间；第五开关，其设置在加速电容器的一端和第一输出端子之间；第六开关，其设置在加速电容器的另一端和第二输出端子之间；以及控制单元，用于控制第一至第六开关的导通/截止。

根据该形式，通过在生成两个输出电压的开关电源装置中共用地使用加速电容器，而且还通过控制单元使多个开关导通/截止，从而以不同的电压而充电第一输出电容器和第二输出电容器。其结果，能够将输入电压的2倍的电压从第一输出电容器输出和能够将输入电压反相后的电压从第二输出电容器输出。

控制单元也可以时分重复以下期间：第一充电期间，将第一开关和第四开关导通而以输入电压充电加速电容器；第二充电期间，通过将第二开关和第五开关导通而将输入电压的大约2倍的电压从第一输出端子输出；以及第三充电期间，通过将第三开关和第六开关导通而将输入电压反相的电压从第二输出端子输出。

通过时分而导通/截止控制第一至第六开关，并将加速电容器上所供给的电荷交替供给第一、第二输出电容器，能够将输入电压的2倍的电压从第一输出电容器输出，同时将输入电压反相后的电压从第二输出电容器输出。

本发明的另外的形式也是从第一、第二输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压的开关电源装置。该开关电源装置包括：加速电容器；第一输出电容器，其设置在输出第一输出电压的第一输出端子和固定电位端子之间；第二输出电容器，其设置在输出第二输出电压的第二输出端子和固定电位端子之间；第一开关，其设置在加速电容器的一端和施加第一输入电压的第一输入端子之间；第二开关，其设置在加速电容器的另一端和施加第二输入电压的第二输入端子之间；第三开关，其设置在加速电容器的一端和固定电位端子之间；第四开关，其设置在加速电容器的另一端和固定电位端子之间；第五开关，其设置在加速电容器的一端和第一输出端子之间；第六开关，其设置在加速电容器的另一端和第二输出端子之间；以及控制单元，用于控制第一至第六开关的导通/截止。

根据该形式，通过在生成两个输出电压的开关电源装置中共用地使用加速电容器，还通过控制单元而使多个开关导通/截止，从而以不同的电压而充电第一输出电容器和第二输出电容器。其结果，能够从第一输出电容器输出第一输入电压和第二输入电压的和电压，能够将输入电压反相后的电压从第二输出电容器输出。

控制单元也可以时分重复以下期间：第一充电期间，将第一开关和第四开关导通而以输入电压充电加速电容器；第二充电期间，通过将第二开关和第五开关导通而将第一输入电压和第二输入电压的和电压从第一输出端子输出；以及第三充电期间，通过将第三开关和第六开关导通而将输入电压反相的电压从第二输出端子输出。

控制单元也可以通过将第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期，从而控制第一到第六开关的导通/截止。

上述任何一种形式的开关电源装置，还可以包括：控制晶体管，其与第五开关串联设置在第一输出端子和加速电容器的一端之间；误差放大器，用于放大第一输出电压和预定基准电压之间的误差，并且将放大的误差施加到控制晶体管的控制端子。

所谓控制端子，在FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)中，称为栅极端子，在双极晶体管中，称为基极端子。通过在误差放大器和控制晶体管中具有调节功能，能够使第一输出电压稳定。

上述任何一种形式的开关电源装置，还可以包括：控制晶体管，其与第三开关串联设置在固定电位端子和加速电容器的一端之间；误差放大器，用于放大第二输出电压和预定基准电压之间的误差，并将它施加到控制晶体管的控制端子上。

通过使误差放大器和控制晶体管具有调节功能，能够使第二输出电压稳定。

本发明的另一种形式是开关电源装置的驱动方法。该开关电源装置的驱动方法是从一个输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压的开关电源装置的驱动方法。在包括加速电容器、第一输出电容器、第二输出电容器的开关电源中，该驱动方法时分重复第一充电期间、第二充电期间和第三充电期间，第一充电期间是以输入电压来充电加速电容器的期间，第二充电期间是对加速电容器的低电位侧的端子施加输入电压，并通过另一端上出现的电压而充电第一输出电容器的期间，第三充电期间是将加速电容器的高电压侧的端子连接到固定电位端子，并通过另一端上出现的电压而充电第二输出电容器的期间。

根据该形式，在包括一个加速电容器的开关电源装置中，能够从第一、第二输出电容器分别输出不同的第一、第二输出电压。

本发明的又一种形式涉及一种开关电源装置。该开关电源装置包括：作为第一电荷泵电路而设置的上述任何一种形式的开关电源装置；以及第二电荷泵电路，其包含第二加速电容器和第三输出电容器，将从第一电荷泵电路输出的第一输出电压变换成规定的电压，并作为第三输出电压输出。第二电荷泵电路的开关频率被设定为第一电荷泵电路的开关频率的1/2。

也可以基于第一时钟信号而控制第一电荷泵电路的开关动作，同时基于通过分频第一时钟信号所得的第二时钟信号而控制第二电荷泵电路的开关动作。

根据该形式，能够将第一电荷泵电路中用于充电第一输出电容器的频度与第二电荷泵电路中用于充电第二加速电容器的频度相等地设定。

第一电荷泵电路通过将第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期而进行开关动作，另一方面，第二电荷泵电路在第二充电期间和接续的第一充电期间充电第二加速电容器，同时在第三充电期间和接续的第一充电期间充电第三输出电容器。

第一电荷泵电路通过将第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期而进行开关动作，另一方面，第二电荷泵电路在第一充电期间和接续的第二充电期间充电第二加速电容器，同时在第一充电期间和接续的所述第三充电期间充电第三输出电容器。

在这种情况下，由于能够使充电第一电荷泵电路的第一输出电容器的期间与第二电荷泵电路中充电第二加速电容器的期间同步，因此能够抑制第一输出电压的变动。

第二电荷泵电路也可以是将第一输出电压反相后输出的反相型的电荷泵电路。

本发明另一种形式涉及一种电子设备。该电子设备包括：上述的开关电源装置；以及由开关电源装置输出的电压所驱动的多个负载。

根据该形式，能够对多个负载供给比电池电压高的电压，供给不同的两个以上的输出电压。

而且，作为本发明的形式，将以上构成要素的任意组合以及本发明的构成要素和表达在方法、装置、系统等之间相互置换也是有效的。

发明效果

根据本发明的开关电源装置，能够通过简单的电路结构而输出多个电压。

附图说明

图1是表示第一实施形式的开关电源装置的结构的电路图。

图2是表示图1的开关电源装置的各个端子的电压时间波形的时间图。

图3是表示根据第二实施形式的开关电源装置的结构的电路图。

图4是表示根据第三实施形式的开关电源装置的结构的电路图。

图5是表示根据第四实施形式的开关电源装置的结构的电路图。

图6是表示图5的开关电源装置的动作状态的时间图。

图7是表示第五实施形式的开关电源装置的结构的电路图。

图8是表示图7的第一电荷泵电路的控制单元的结构的电路图。

图9是表示图7的开关电源装置的动作状态的时间图。

图10是表示搭载了实施形式的开关电源装置的电子设备的结构的方框图。

标号说明

Cf加速电容器；Co1第一输出电容器；Co2第二输出电容器；Vout1第一输出电压；Vout2第二输出电压；10控制单元；SW开关；12第一误差放大器；14第二误差放大器；M1第一控制晶体管；M2第二控制晶体管；φ1第一充电期间；φ2第二充电期间；φ3第三充电期间；100开关电源装置；200开关电源装置。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是表示本发明第一实施形式的开关电源装置100的结构的电路图。该开关电源装置100包括：作为输入输出端子的输入端子102、第一输出端子104、第二输出端子106，将输入端子102上施加的输入电压升压或者进行电压反相，并将它们从第一输出端子104和第二输出端子106分别输出。

该开关电源装置100包括：加速电容器Cf、第一开关SW1～第六开关SW6、第一输出电容器Co1、第二输出电容器Co2、控制单元10。

通过第一输出电容器Co1被设置在第一输出端子104和作为固定电位的接地端子之间，对第一输出端子104上所连接的负载电路供给电荷。

同样，通过第二输出电容器Co2被设置在第二输出端子106和接地端子之间，对第二输出端子106上所连接的负载电路供给电荷。

加速电容器Cf通过输入端子102上所施加的输入电压Vin而被充电并临时储蓄电荷，并且对第一输出电容器Co1或者第二输出电容器Co2进行电荷传送。为了区别加速电容器Cf的电极，将其一端假设为20，另一端为22，将一端20上出现的电压假设为Vx，另一端22上出现的电压假设为Vy。

第一开关SW1～第六开关SW6被分别设置在加速电容器Cf、第一输出电容器Co1、第二输出电容器Co2和接地端子之间，从而切换各个电容器的充放电的状态。这些第一开关SW1～第六开关SW6能够由MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等的晶体管构成，可通过对MOSFET的栅极端子上施加的电压而控制其导通/截止。

第一开关SW1被设置在加速电容器Cf的一端20和施加了输入电压Vin的输入端子102之间。第四开关SW4被设置在加速电容器Cf的另一端22和接地端子之间。

当第一开关SW1和第四开关SW4导通时，加速电容器Cf的另一端22被接地，输入电压Vin施加在一端20上，以输入电压Vin被充电。在加速电容器Cf已被充电的状态下，一端20和另一端22之间的电位差与输入电压Vin相等，Vx＝Vy+Vin成立。将第一开关SW1和第四开关SW4导通，以输入电压充电加速电容器Cf的期间假设为第一充电期间φ1。

第二开关SW2被设置在加速电容器Cf的另一端22和输入端子102之间。第五开关SW5被设置在加速电容器Cf的一端20和第一输出端子104之间。

当第二开关SW2导通时，加速电容器Cf的另一端22与输入端子102连接，其电压Vy变成等于输入电压Vin。其结果，加速电容器Cf的一端20的电压变成Vx＝Vy+Vin＝2×Vin，呈现为输入电压Vin的2倍的电压。

此时，通过同时导通第五开关SW5，加速电容器Cf的一端20与第一输出端子104连接，在第一输出端子104和接地端子之间所连接的第一输出电容器Co1用电压Vx充电。结果，从第一输出端子104输出与加速电容器Cf的一端20的电压Vx相等的电压、即输入电压Vin的2倍的电压，作为第一输出电压Vout1。

将第二开关SW2和第五开关SW5导通，以电压Vx充电第一输出电容器Co1的期间假设为第二充电期间φ2。

第三开关SW3被设置在加速电容器Cf的一端20和接地端子之间。第六开关SW6被设置在加速电容器Cf的另一端22和第二输出端子106之间。

当第三开关SW3导通时，加速电容器Cf的一端20与接地端子连接，其电压Vx变成与接地电位相等。当加速电容器Cf以输入电压Vin充电时，由于Vy＝Vx-Vin成立，因此加速电容器Cf的另一端22的电压变成Vy＝0-Vin＝-Vin，呈现将输入电压Vin反相的电压。

此时，通过同时导通第六开关SW6，加速电容器Cf的另一端22与第二输出端子106连接，在第二输出端子106和接地端子之间所设置的第二输出电容器Co2以电压Vy被充电。其结果，从第二输出端子106输出将输入电压Vin反相的电压作为第二输出电压Vout2。

将第三开关SW3和第六开关SW6导通，以电压Vy充电第二输出电容器Co2的期间假设为第三充电期间φ3。

基于图2说明以上那样构成的开关电源装置100的动作。图2是表示图1开关电源装置100的各个端子的电压时间波形的时间图(time chart)。

控制单元10切换第一充电期间φ1、第二充电期间φ2、第三充电期间φ3，第一充电期间φ1是将第一开关SW1和第四开关SW4同时导通而对加速电容器Cf充电的期间，第二充电期间φ2是将第二开关SW2和第五开关SW5导通而对第一输出电容器Co1充电的期间，第三充电期间φ3是将第三开关SW3和第六开关SW6导通而对第二输出电容器Co2充电的期间。

如图2所示，通过将第一充电期间φ1插入在第二充电期间φ2和第三充电期间φ3之间而进行时分并重复。为了说明，将从第二充电期间φ2移动到第三充电期间φ3的途中的第一充电期间假设为φ1，相反，将从第三充电期间φ3移动到第二充电期间φ2的途中的第一充电期间假设为φ1’来进行区别。

在第一充电期间φ1，第一开关SW1和第四开关SW4导通。结果，加速电容器Cf的一端20的电压变成Vx＝Vin，另一端22的电压变成Vy＝0。此时，加速电容器Cf存储以输入电压Vin充电的电荷。

接着，通过控制单元10切换到第二充电期间φ2。在第二充电期间φ2，由于第二开关SW2导通，因此加速电容器Cf的另一端22的电压变成Vy＝Vin。在前一个的第一充电期间φ1，由于加速电容器Cf以输入电压Vin被充电，所以加速电容器Cf的一端20的电压变成Vx＝Vy+Vin＝Vin+Vin＝2×Vin。在第二充电期间φ2，由于第五开关SW5也导通，因此第一输出电容Co1以电压Vx被充电。此时，由于加速电容器Cf上已经存储的电荷被传送到第一输出电容Co1，因此加速电容器Cf的一端20和另一端22之间的电位差Vx-Vy变得比Vin小。

然后，再次变成第一充电期间φ1’，第一开关SW1和第四开关SW4导通，并且由输入电压Vin再次充电加速电容器Cf的两端的电压。

接着，变成第三充电期间φ3，第三开关SW3导通，加速电容器Cf的一端20被接地而变成Vx＝0。在前一个的第一充电期间φ1’，由于加速电容器Cf以输入电压Vin被充电，因此另一端22的电压Vy变成Vy＝Vx-Vin＝-Vin。此时，由于第六开关SW6也导通，因此第二输出电容器Co2通过加速电容器Cf的另一端22的电压Vy＝-Vin而被充电。

这样，通过重复3个充电期间φ1、φ2、φ1’、φ3，第一输出电容器Co1和第二输出电容器Co2分别以2×Vin和-Vin被充电。

第一输出电容器Co1的电压作为第一输出电压Vout1而出现在第一输出端子104上。第一输出电容器Co1在第二充电期间φ2被充电，第一、第三充电期间φ1、φ3通过电流流过第二输出端子106所连接的负载电路而进行放电。因此，如图2所示，第一输出电压Vout1在第二充电期间φ2上升至2×Vin后，在φ1’，φ3，φ1的期间，通过电流流过负载电路而慢慢地降低。

同样，第二输出电容器Co2的电压作为第二输出电压Vout2出现在第二输出端子106上。第二输出电容器Co2在第三充电期间φ3被充电，第一、第二充电期间φ1、φ2通过电流流过负载电路而进行放电。因此，如图2所示，第二输出电压Vout2在第三充电期间φ3下降至-Vin后，在φ1、φ2、φ1’的期间，通过电流流过负载电路而慢慢地上升。

而且，在图2中，纵轴上放大表示了第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2。

如上述，根据本实施形式的开关电源装置100，能够通过简单的电路结构而由输入端子102上所施加的输入电压Vin，生成2倍电压和反相电压，从而分别从第一、第二输出端子104、106同时输出。

在该开关电源装置100中，通过分时使用加速电容器Cf以便生成两个输出电压，与使用分别生成2倍电压和反相电压的两个开关电源装置的情况相比，能够减少一个电容器。而且，由于控制单元10也能够共同使用，因此电路变得简化。

在第一输出端子104和第二输出端子106所连接的负载电路上流过的负载电流小的情况下，由于输出电压Vout1，Vout2的下降小，因此在图2所示的时间图中，也可以省略第一充电期间φ1或者φ1’。而且，第一充电期间φ1～第三充电期间φ3的顺序可以根据负载的驱动状态而变更。

在图2中已经说明了从第一输出端子104输出2倍电压和同时从第二输出端子106输出反相电压的情况，但是也能够仅仅输出其中一个。例如，在仅需要2倍电压的情况下，可以重复第一充电期间φ1和第二充电期间。同样，在仅需要反相电压的情况下，可以交替重复第一充电期间φ1和第三充电期间φ3。

(第二实施形式)

本发明第二实施形式的开关电源装置是在第一实施形式的开关电源装置100上附加了用于稳定输出电压的调节功能的装置。

图3是表示第二实施形式的开关电源装置200的结构的电路图。在以后的图中，相同或者同等的构成要素附加相同的标号，并适当地省略说明。

开关电源装置200除了第一实施形式的开关电源装置100之外，还包含第一反馈电阻R1～第四反馈电阻R4、第一误差放大器12、第二误差放大器14、第一控制晶体管M1、第二控制晶体管M2。

第一、第二反馈电阻R1、R2、第一误差放大器12和第一控制晶体管M1被设置用来稳定第一输出电压Vout1。

第一输出电压Vout1被第一、第二反馈电阻R1，R2进行电阻划分，并且Vout1×R2/(R1+R2)被输入到第一误差放大器12的同相输入端子。而且，基准电压Vref被输入到反相输入端子。

第一控制晶体管M1与第五开关SW5被串联设置在第一输出端子104和加速电容器Cf的一端20之间。第一控制晶体管M1具有这种功能：通过控制栅极电压来改变其导通电阻，并且在第二充电期间φ2调节第一输出电容器Co1的充电电压。第一误差放大器12的输出被连接到该第一控制晶体管M1的栅极端子。

第一误差放大器12通过反馈控制而控制它的输出电压，以使同相输入端子和反相输入端子上所施加的电压变得相等。就是说，调节该第一误差放大器12的输出，以使Vout1×R2/(R1+R2)＝Vref成立。其结果，第一输出电压被稳定，以满足Vout1＝Vref×(R1+R2)/R2。这里，通过设定以Vref×(R1+R2)/R2提供的第一输出电压Vout1的目标值，以满足Vref×(R1+R2)/R2＜2×Vin-ΔV1，无论负载变化或者输入电压变动如何，都能够将第一输出电压Vout1稳定至目标值。这里，如图2所示，ΔV1相当于第一输出电压Vout1的下降电压。

同样，第三、第四反馈电阻R3、R4、第二误差放大器14和第二控制晶体管M2稳定第二输出电压Vout2。

通过第三、第四反馈电阻R3、R4分压而将第二输出电压Vout1和基准电压Vref输入到第二误差放大器14的同相输入端子。而且，反相输入端子被接地。

第二控制晶体管M2与第三开关SW3被串联设置在接地端子和加速电容器Cf的一端20之间。第二误差放大器14的输出被连接到第二控制晶体管M2的栅极端子，通过改变其导通电阻来稳定第二输出电压Vout2。

在第二误差放大器14中，也进行反馈控制，以使同相输入端子和反相输入端子上所施加的电压变成相等，因此调节第二控制晶体管M2的栅极电压，以使0＝(R3×Vref+R4×Vout2)/(R3+R4)成立。其结果，第二输出电压Vout2接近以-R3/R4×Vref提供的目标值。通过设定该目标值，以变成-R3/R4×Vref＞-Vin+ΔV2，能够无论负载变动或者输入电压变动如何，都将第二输出电压Vout2稳定至目标值。这里，如图2所示，ΔV2相当于第二输出电压Vout2的上升电压。

这样，根据第二实施形式的开关电源装置200，通过附加调节功能，可抑制因负载变动或者输入电压变动引起的第一输出电压Vout1或者第二输出电压Vout2的变动，并且稳定至由基准电压Vref和反馈电阻R1～R4决定的目标值。

(第三实施形式)

图4是表示第三实施形式的开关电源装置300的结构的电路图。本实施形式的开关电源装置300从第一输入电压Vin1和第二输入电压Vin2生成并输出两个不同的第一输出电压Vout1、第二输出电压Vout2。第一输入电压Vin1和第二输入电压Vin2被分别施加到第一输入端子102a、第二输入端子102b。

本实施形式的开关电源装置300的第二开关SW2被设置在加速电容器Cf的另一端和第二输入端子102b之间。

本实施形式的开关电源装置300的动作与开关电源装置100的动作相同。即，控制单元10在第一充电期间φ1导通第一开关SW1、第四开关SW4，并且以第一输入电压Vin1充电加速电容器Cf。

控制单元10在第二充电期间φ2导通第二开关SW2、第五开关SW5，将第二输入电压Vin2施加到加速电容器Cf的低电位侧的端子22，并通过在另一端20上呈现的电压Vx(＝Vin2+Vin1)而充电第一输出电容器Co1。

控制单元10在第三充电期间φ3导通第三开关SW3、第六开关SW6，将加速电容器Cf的高电压侧的端子20连接到接地端子，并且通过在另一端22上呈现的电压Vy(＝-Vin1)而充电第二输出电容器Co2。控制单元10通过将第一充电期间φ1、第二充电期间φ2、第一充电期间φ1、第三充电期间φ3作为一个周期，控制加速电容器Cf、第一输出电容器Co1、第二输出电容器Co2的充电状态。

根据本实施形式的开关电源装置200，能够从第一输出端子104输出第一输入电压Vin1和第二输入电压Vin2的和电压，同时从第二输出端子106输出第一输入电压Vin1的反相电压-Vin1。

(第四实施形式)

图5是表示第四实施形式的开关电源装置400的构成的电路图。本实施形式的开关电源装置400包括作为第一电荷泵电路而设置的图1的开关电源装置(在本实施形式中称为第一电荷泵电路410)、第二电荷泵电路420、分频器430。

将第一输出电压Vout1作为输入电压施加到第二电荷泵电路420的输入端子402。在本实施形式中，第二电荷泵电路420是将第一输出电压Vout1反相而输出的反相型电荷泵电路，它从输出端子404输出将第一输出电压Vout1反相而获得的第三输出电压Vout3。

第二电荷泵电路420包含第二加速电容器Cf2、第三输出电容器Co3、开关SW21，SW22，SW23，SW24、控制单元40。

开关SW21被设置在第二加速电容器Cf2的一端和输入端子402之间。开关SW22被设置在第二加速电容器Cf2的一端和接地之间，开关SW23被设置在第二加速电容器Cf2的另一端和接地之间，并且开关SW24被设置在第二加速电容器Cf2的另一端和输出端子404之间。第三输出电容器Co3被设置在输出端子404和接地之间。

根据第二时钟信号CLK2，控制单元40控制开关SW21～SW24的导通/截止。控制单元40在第一状态Φ1中将开关SW21、SW23导通并将开关SW22、SW24截止，从而以第一输出电压Vout1充电第二加速电容器Cf2。控制单元40在第二状态Φ2中将开关SW21、SW23截止，并将开关SW22、SW24导通，将在第一状态Φ1在第二加速电容器Cf2上储蓄的电荷传送到第三输出电容器Co3，充电第三输出电容器Co3。

控制单元40通过交替重复第一状态Φ1、第二状态Φ2，输出将第一输出电压Vout1反相的第三输出电压Vout3(＝-Vout1)。

第一电荷泵电路410的开关动作基于从外部输入的第一时钟信号CLK1而受到控制。分频器430输出将第一时钟信号CLK1进行1/2分频后的第二时钟信号CLK2。其结果，第二电荷泵电路420的开关频率被设定为第一电荷泵电路410的开关频率的1/2。

说明如上述构成的本实施形式的开关电源装置400的动作。图6是表示图5开关电源装置400的动作状态的时间图。

如同在第一实施形式中说明的，第一电荷泵电路410基于第一时钟信号CLK1，将第一充电期间φ1、第二充电期间φ2、第一充电期间φ1、第三充电期间φ3作为一个周期来进行开关动作。

另一方面，第二电荷泵电路420基于第二时钟信号CLK2进行开关动作。第二电荷泵电路420在第一电荷泵电路410的第二充电期间φ2和接续它的第一充电期间φ1变成充电第二加速电容器C2的第一状态Φ1，在第一电荷泵电路410的第三充电期间φ3和接续它的第一充电期间φ1变成充电第三输出电容器Co3的第二状态Φ2。

根据本实施形式的开关电源装置400，对于输入电压Vin，能够获得2Vin、-Vin、-2Vin这三个电压而分别作为第一输出电压Vout1、第二输出电压Vout2、第三输出电压Vout3。因此，在搭载了开关电源装置400的电子设备中，当合并输入电压Vin时，能够对负载提供±Vin，±2Vin的正负电源。

本实施形式的开关电源装置400将第二电荷泵电路420的开关频率设定为第一电荷泵电路410的开关频率的1/2，并且对第一电荷泵电路410中充电第一输出电容器Co1的相位和第二电荷泵电路420中充电第二加速电容器Cf2的相位进行同步控制。其结果，能够抑制第一输出电容器Co1上储蓄的电荷量的变化和能够降低第一输出电压Vout1的波动(ripple)。而且，通过降低第二电荷泵电路420的输入电压即第一输出电压Vout1的纹波，还能够抑制从第二电荷泵电路420输出的第三输出电压Vout3的变化。

而且，在本实施形式的开关电源装置400中，作为第一电荷泵电路410，还可以使用图3的开关电源装置200。

(第五实施形式)

第五实施形式是第四实施形式的变形例。图7是表示第五实施形式的开关电源装置500的结构的电路图。本实施形式的开关电源装置500包括第一电荷泵电路510和第二电荷泵电路420。第二电荷泵电路420的结构与图5相同。

在本实施形式中，其特征在于，在第一电荷泵电路510的内部生成第二电荷泵电路420所输入的第二时钟信号CLK2。图8是表示图7第一电荷泵电路510的控制单元50的结构的电路图。控制单元50包括D锁存器(latch)电路52、第一“与”门54、第二“与”门56。

第一时钟信号CLK1输入到D锁存器电路52的时钟端子，数据端子与反相输出端子连接。D锁存器电路52的输出信号作为第二时钟信号CLK2被输出到第二电荷泵电路420。从D锁存器电路52输出的第二时钟信号CLK2的频率变成第一时钟信号CLK1的1/2。

第一“与”门54生成第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2之间的逻辑“与”。控制单元50在第一与门54的输出信号是高电平时，即第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2两者都为高电平时，控制第一开关SW1～第六开关SW6的导通截止，以变成第二充电期间φ2。

第二“与”门56生成第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2的反相信号之间的逻辑“与”。控制单元50在第一与门54的输出信号是高电平时，即第一时钟信号CLK1是高电平并且第二时钟信号CLK2是低电平时，控制第一开关SW1～第六开关SW6的导通截止，以变成第三充电期间φ3。

下面说明如上述构成的第五实施形式的开关电源装置500的动作。图9是表示图7开关电源装置500的动作状态的时间图。

在本实施形式中，第一电荷泵电路510基于第一时钟信号CLK1，将第一充电期间φ1、第二充电期间φ2、第一充电期间φ1、第三充电期间φ3作为一个周期来进行开关动作。

另一方面，第二电荷泵电路420基于第二时钟信号CLK2在第一充电期间φ1和接续它的第二充电期间φ2充电第二加速电容器Cf2，同时在第一充电期间φ1和接续它的第三充电期间φ3充电第三输出电容器Co3。

本实施形式的开关电源装置500将第二电荷泵电路420的开关频率设定为第一电荷泵电路510的开关频率的1/2，并对第一电荷泵电路510中充电第一输出电容器Co1的相位和第二电荷泵电路420中充电第二加速电容器Cf2的相位同步控制。其结果，能够抑制第一输出电容器Co1上储蓄的电荷量的变化和能够降低第一输出电压Vout1的波动。而且，通过降低第二电荷泵电路420的输入电压、即第一输出电压Vout1的波动，还能够抑制从第二电荷泵电路420输出的第三输出电压Vout3的变化。

而且，在本实施形式的开关电源装置500中，作为第一电荷泵电路510，还可以使用图3的开关电源装置200。

以上说明的实施形式的开关电源装置，例如能够适合应用于电池驱动型便携式电话终端或者PDA等的电子设备。图10是表示搭载了实施形式的开关电源装置的电子设备的结构的方框图。电子设备1000包括电池1010、开关电源装置1020、第一负载1030、第二负载1040。开关电源装置1020是在上述任何一个实施形式中说明的开关电源装置，其将从电池1010输出的电池电压Vbat变换成第一输出电压Vout1(＝2×Vbat)、第二输出电压Vout2(-Vbat)而输出。第一输出电压Vout1被供给LED或者液晶面板等的第一负载1030。第二输出电压Vout2被供给需要负电源的第二负载1040。

本领域技术人员应当理解，上述实施形式是例示，对于上述各个实施形式的各个构成要素和各个处理的组合的各种变形例是可能的，并且这些变形例也在本发明的范围内。

在实施形式中由MOSFET构成的元件也能够置换成双极晶体管等另外的晶体管。这些选择可以根据半导体制造工艺或者成本、电路所要求的使用而确定。

在实施形式中，对于第二电荷泵电路420，尽管说明了反相型的情况，但是本发明不局限于此，其可以是升压率为1.5倍或者2倍的电荷泵电路。

在实施形式中，构成开关电源装置100的元件可以全部被一体集成，也可以分成另外的集成电路而构成，而且其一部分可以由分立部件构成。至于集成哪个部分，可以根据成本或者占有面积、用途等来决定。

工业实用性

根据本发明的开关电源装置，能够通过简单的电路构成来输出多个电压。

Claims (16)

1.一种开关电源装置，从一个输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压，特征在于，

它包括加速电容器、第一输出电容器、第二输出电容器以及控制所述三个电容器的充电状态的控制装置，

所述控制装置时分重复第一充电期间、第二充电期间和第三充电期间，并从所述第一、第二输出电容器分别输出所述第一、第二输出电压，第一充电期间是以所述输入电压来充电所述加速电容器的期间，第二充电期间是对所述加速电容器的低电位侧的端子施加所述输入电压，并通过另一端上出现的电压而充电所述第一输出电容器的期间，第三充电期间是将所述加速电容器的高电压侧的端子连接到固定电位端子，并通过另一端上出现的电压而充电所述第二输出电容器的期间。

2.一种开关电源装置，从第一、第二输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压，特征在于，

它包括加速电容器、第一输出电容器、第二输出电容器以及控制所述三个电容器的充电状态的控制装置，

所述控制装置时分重复第一充电期间、第二充电期间和第三充电期间，并从所述第一、第二输出电容器分别输出所述第一、第二输出电压，第一充电期间是以所述第一输入电压来充电所述加速电容器的期间，第二充电期间是对所述加速电容器的低电位侧的端子施加所述第二输入电压，并通过另一端上出现的电压而充电所述第一输出电容器的期间，第三充电期间是将所述加速电容器的高电压侧的端子连接到固定电位端子，并通过另一端上出现的电压而充电所述第二输出电容器的期间。

3.如权利要求1或者2所述的开关电源装置，特征在于，所述控制装置将所述第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期，从而控制所述三个电容器的充电状态。

4.一种开关电源装置，从一个输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压，特征在于，它包括：

加速电容器；

第一输出电容器，其设置在输出所述第一输出电压的第一输出端子和固定电位端子之间；

第二输出电容器，其设置在输出所述第二输出电压的第二输出端子和固定电位端子之间；

第一开关，其设置在所述加速电容器的一端和被施加所述输入电压的输入端子之间；

第二开关，其设置在所述加速电容器的另一端和所述输入端子之间；

第三开关，其设置在所述加速电容器的所述一端和固定电位端子之间；

第四开关，其设置在所述加速电容器的所述另一端和固定电位端子之间；

第五开关，其设置在所述加速电容器的所述一端和所述第一输出端子之间；

第六开关，其设置在所述加速电容器的所述另一端和所述第二输出端子之间；以及

控制单元，用于控制所述第一至第六开关的导通/截止。

5.权利要求4所述的开关电源装置，特征在于，

所述控制单元时分重复以下期间：

第一充电期间，将所述第一开关和所述第四开关导通而以所述输入电压充电所述加速电容器；

第二充电期间，通过将所述第二开关和所述第五开关导通而从所述第一输出端子输出所述输入电压的大约2倍的电压；以及

第三充电期间，通过将所述第三开关和所述第六开关导通而从所述第二输出端子输出将所述输入电压反相的电压。

6.一种开关电源装置，从第一、第二输入电压生成并输出两个不同的第一、第二输出电压，特征在于，它包括：

加速电容器；

第一输出电容器，其设置在输出所述第一输出电压的第一输出端子和固定电位端子之间；

第二输出电容器，其设置在输出所述第二输出电压的第二输出端子和固定电位端子之间；

第一开关，其设置在所述加速电容器的一端和施加所述第一输入电压的第一输入端子之间；

第二开关，其设置在所述加速电容器的另一端和施加所述第二输入电压的第二输入端子之间；

第三开关，其设置在所述加速电容器的所述一端和固定电位端子之间；

第四开关，其设置在所述加速电容器的所述另一端和固定电位端子之间；

第五开关，其设置在所述加速电容器的所述一端和所述第一输出端子之间；

第六开关，其设置在所述加速电容器的所述另一端和所述第二输出端子之间；以及

控制单元，用于控制所述第一至第六开关的导通/截止。

7.如权利要求6所述的开关电源装置，特征在于，

所述控制单元时分重复以下期间：

第一充电期间，通过将所述第一开关和所述第四开关导通而以所述第一输入电压充电所述加速电容器；

第二充电期间，通过将所述第二开关和所述第五开关导通而从所述第一输出端子输出所述第一输入电压与所述第二输入电压的和电压；以及

第三充电期间，通过将所述第三开关和所述第六开关导通而从所述第二输出端子输出将所述第一输入电压反相后的电压。

8.如权利要求5或者7所述的开关电源装置，特征在于，所述控制单元通过将所述第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期，从而控制所述第一至第六开关的导通/截止。

9.如权利要求4或者6所述的开关电源装置，特征在于，还包括：

控制晶体管，其与所述第五开关串联设置在所述第一输出端子和所述加速电容器的一端之间；以及

误差放大器，用于放大所述第一输出电压和预定基准电压之间的误差，并将它施加到所述控制晶体管的控制端子上。

10.权利要求4或者6所述的开关电源装置，特征在于，还包括：

控制晶体管，其与所述第三开关串联设置在所述固定电位端子和所述加速电容器的一端之间；

误差放大器，用于放大所述第二输出电压和预定基准电压之间的误差，并将它施加到所述控制晶体管的控制端子上。

11.一种开关电源装置，特征在于，包括：

作为第一电荷泵电路而设置的权利要求1或者2所述的开关电源装置；以及

第二电荷泵电路，其包含第二加速电容器和第三输出电容器，将从所述第一电荷泵电路输出的所述第一输出电压变换成规定的电压，并作为第三输出电压输出，

该开关电源装置将所述第二电荷泵电路的开关频率设定为所述第一电荷泵电路的开关频率的1/2。

12.权利要求11所述的开关电源装置，特征在于，基于第一时钟信号而控制所述第一电荷泵电路的开关动作，同时基于通过分频所述第一时钟信号所得的第二时钟信号而控制所述第二电荷泵电路的开关动作。

13.权利要求11所述的开关电源装置，特征在于，

所述第一电荷泵电路通过将所述第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期而进行开关动作，

另一方面，所述第二电荷泵电路在所述第二充电期间和接续的所述第一充电期间充电所述第二加速电容器，同时在所述第三充电期间和接续的所述第一充电期间充电所述第三输出电容器。

14.权利要求11所述的开关电源装置，特征在于，

所述第一电荷泵电路通过将所述第一充电期间、第二充电期间、第一充电期间、第三充电期间作为一个周期而进行开关动作，

另一方面，所述第二电荷泵电路在所述第一充电期间和接续的所述第二充电期间充电所述第二加速电容器，同时在所述第一充电期间和接续的所述第三充电期间充电所述第三输出电容器。

15.权利要求11至14任何一项所述的开关电源装置，特征在于，所述第二电荷泵电路是将所述第一输出电压反相后输出的反相型的电荷泵电路。

16.一种电子设备，特征在于，包括：

权利要求1、2、11任何一项所述的开关电源装置；以及

由所述开关电源装置的输出电压所驱动的多个负载。

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