CN101123392A - 不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路，即将输入调节电路设置于输入电压与电荷泵电路之间，利用负回授的机制检测电荷泵电路的输出电压变化，借此调节要输入到电荷泵电路的电压，以达到稳定输出电压的效果。使输入电压不再决定输出电压，而是由该输入调节电路决定，可得到不随负载和输入电压而改变的输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种电荷泵电路的技术，尤指一种不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路。
背景技术
在一般的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)驱动元件(driverIC)应用下，因为驱动元件(driver IC)的输入(input)电压并不高，通常为2.6V到3.3V；然而，因为液晶面板内液晶的应用需要较高的电压驱动(约4.5V)。
因此，我们需使用电荷泵(charge pump)电路将输入电压升高，而电荷泵电路的特性为单纯将输入电压倍压两倍，故当输入电压为2.6V到3.3V时，其倍压后的结果为5.2V到6.6V。因此，若其余模拟电路需要输出高压时，设计者必须将此变化范围极大的电压做为端电压。这时整体电路的特性不好掌握，增加了设计的困难度，并且也需要较高的电路面积预防高压的破坏。
请参阅图1，即传统电荷泵电路的示意图。一般2倍(2x)的电荷泵(charge pump)电路11外接有泵电容Cp，而其输出接有接地的输出电容Co，一般为1uF。目前为解决前述倍压后的缺点，较好的解决方法是，在电荷泵电路11输出电压后加上低压降线性稳压器(low drop-out linear regulator；LDO)12，稳压到特定电压(如4.8V)，此电压即不随负载或输入电压的改变而变化，但为了快速的电流负载响应，必须在其之后加上外加电容Ca，该外加电容一般与输出电容Co相同为1uF。
低压降线性稳压器12的操作原理为，当输入电压大于输出电压，即由晶体管吸收输入和输出的电压差，并且由回授控制电路控制来提供平稳的输出电压。所以，现有的电荷泵电路11想要获得比输入电压高且稳定，而且不随负载或输入电压改变的输出电压，必须先让输入电压经过电荷泵电路11获得两倍的输入电压，再经过低压降线性稳压器12而得到经过调节(regulation)的输出电压，此电压稳定且不随输入电压与负载的改变而改变。但此做法需要外加电容Ca，通常为1uF。然而，很多情况下我们并无法外加此电容，一般设计者的电路系统上往往也无此电容的设计。
发明内容
因此，为解决上述的缺陷，避免缺陷存在，本发明在输入电压和电荷泵电路之间放置输入调节电路，借此控制电荷泵电路的输入电压，当负载大时，此限制电路通过较多的输入电压，负载小时，通过较低的电压，借此达到调节输出电压的目的，并且不需在电荷泵电路之后加上低压降线性稳压器(LDO)以及额外的外加电容。
为达到上述的目的，本发明的电荷泵电路外接有泵电容，其输出端接有接地的输出电容，并且输入调节电路设置于输入电压与电荷泵电路之间，利用负回授的机制检测电荷泵电路的输出电压的变化，借此调节要输入到电荷泵电路的电压，以达到稳定输出电压的效果。
其中该输入调节电路包含调节晶体管，其设置于输入电压与电荷泵电路之间，第一电阻与第二电阻串联地电连接于该电荷泵电路的输出端，该第一电阻与第二电阻值的比为n∶1，用来在第一电阻与第二电阻间的接点产生n分之一的分压电压到该误差放大及比较元件，其中该n大于1。
以及误差放大及比较元件，其输入端连接参考电压，另一输入端连接于该第一电阻与第二电阻间的接点来取得输出电压在此接点的分压，形成负回授机制，并且该误差放大及比较元件的输出端连接到该调节晶体管的控制端，用来控制该调节晶体管通过多少电压。由此，输入电压不再决定输出电压，而是由该输入调节电路来决定，可得到不随负载和输入电压而改变的输出电压。
附图说明
图1为传统的电荷泵电路的示意图。
图2为本发明的电荷泵电路的示意图。
图3为本发明的电荷泵电路的连接示意图。
图4为图3的详细实施电路图。
图5为本发明的电荷泵电路的另一连接示意图。
图6为图5的详细实施电路图。
具体实施方式
根据有关本发明的详细内容及技术说明，现配合附图说明如下：
请参阅图2所示，即本发明的电荷泵电路的示意图。本发明的电荷泵电路110外接有泵电容Cp，其输出端OUTPUT接有接地的输出电容Co，并且输入调节电路120设置于电压输入端INPUT与电荷泵电路110之间，利用负回授的机制检测该电荷泵电路110的输出电压Vout变化来调节要输入到电荷泵电路110的电压以达到稳定输出电压Vout。
请参阅图3所示，即本发明的电荷泵电路的连接示意图。其中该输入调节电路120包含调节晶体管121，设置于输入电压与电荷泵电路110之间；第一电阻R1与第二电阻R2比为n∶1，串联电连于该电荷泵电路110的输出端，用来在第一电阻与第二电阻间的接点N产生n分之一的分压电压，其中该n大于1。
误差放大及比较元件122的输入端连接参考电压Vref，另一输入端连接于该第一电阻R1与第二电阻R2间的接点N，用来取得输出电压Vout在此接点的分压，形成负回授机制，并且该误差放大及比较元件122的输出端连接到该调节晶体管121的控制端，用来控制该调节晶体管121通过多少电压，调节电路120就像水龙头，当负载很低时，此电路检测到而通过较少的输入电压，负载很大时，通过较大的输入电压以借此控制稳定输出电压，其中该输出电压Vout为(1+n)×参考电压Vref(Vout＝(1+n)×Vref)。
请参阅图4所示，即图3的详细实施电路图。假设该电荷泵电路110是2x泵电路，该电荷泵电路110内包括充电晶体管111与放电晶体管112，其依序设置于输入端VP与输出端OUTPUT之间，其分别受第一时脉CK1与第二时脉CK2的控制，其中该第一时脉CK1与第二时脉CK2的时脉信号相反；以及由p型晶体管113与n型晶体管114所组成的反相器，该反相器的第三时脉CK3与第二时脉CK2的时脉信号同步，并且输入端VP1连接到该电压源电压VDD(一般约2.6V-3.3V)。其中，该泵电容Cp设置于该反相器的输出端C1B和充电晶体管111与放电晶体管112的接点C1A之间。
该调节晶体管121设置于输入端INPUT电压与电荷泵电路110的充电晶体管111的输入端VP(如图4所示)之间，其中该输入端INPUT电压是电压源电压VDD(一般约2.6V-3.3V)；假设该第一电阻R1与第二电阻R2的比为3∶1(例如该第一电阻R1为300KΩ，该第二电阻R2为100KΩ)，可用来分压产生一四分之一的分压电压(Vout/4)到该误差放大及比较元件122。
其中该电路的动作原理为，当控制该充电晶体管111的第一时脉信号CK1为高准位时，第三时脉信号CK3为低准位，该反相器通过该p型晶体管113对该泵电容Cp充电到该电压源电压VDD。当控制该充电晶体管111的第一时脉信号CK1为低准位，第二时脉信号CK2与第三时脉信号CK3为高准位时，先利用该误差放大及比较元件122和电阻分压来回授调节输出电压Vout。假设，当误差放大及比较元件122的正端的参考电压Vref为1.2V，输出电压Vout经电阻分压产生四分之一的电压(Vout/4)到误差放大及比较元件122负端，此时误差放大及比较元件122，即会控制该调节晶体管121要通过多少的电压，并且通过该充电晶体管111对已具电压源电压VDD的泵电容Cp充电；当负载到来时，回授电压变低，误差放大及比较元件122检测到此误差电压，即会控制该调节晶体管121通过较多电压，将回授电压稳定到参考电压Vref(1.2V)，由于输出电压Vout和回授电压是四比一的关系，所以输出电压Vout，即会稳定在(1+n)×参考电压Vref，Vout＝(1+n)×Vref＝(1+3)×1.2V＝4.8V。
请同时参阅图5、6所示，即本发明的电荷泵电路的另一连接示意图及其详细实施电路图。相同的，假设该电荷泵电路110是2x泵电路，并且内部结构与前述相同。但该调节晶体管121设置于输入端VP1到该反相器，而该充电晶体管111的输入端VP接入电压源电压VDD。
相同的，该输入端INPUT电压是电压源电压VDD；且假设该第一电阻R1与第二电阻R2的比为3∶1(如第一电阻R1为300KΩ，第二电阻R2为100KΩ)，用来分压产生四分之一的电压到该误差放大及比较元件122。
此连接方法的电路工作原理为，当控制该充电晶体管111的第一时脉信号CK1为高准位，第三时脉信号CK3为低准位时，先利用该误差放大及比较元件122和电阻分压来回授调节输出电压，当误差放大及比较元件122的正端的参考电压Vref为1.2V时，输出电压经电阻分压来产生四分之一的电压(Vout/4)到误差放大及比较元件122的负端，此时误差放大及比较元件122，即会控制该调节晶体管121要通过多少的电压，并且通过该p型晶体管113对该泵电容Cp充电。当控制该充电晶体管111的第一时脉信号CK1为低准位，第二时脉信号CK2与第三时脉信号CK3为高准位时，输入端VP通过该充电晶体管111对已具电压的泵电容Cp充电电压源电压VDD，使输出电压Vout稳定在(1+n)×参考电压Vref，Vout＝(1+n)×Vref＝(1+3)×1.2V＝4.8V。
综合来说，本发明的精神在于输入电压跟电荷泵电路之间放置输入调节电路，用来控制电荷泵电路的输入电压，当负载大时，此限制电路通过较多的输入电压，负载小时则通过较低的电压。该调节电路就像水龙头，当负载很低时，此电路将检测到从而通过较少的输入电压，负载很大时通过较大的输入电压，借此控制调节稳定输出电压，并且不需在电荷泵电路后加上低压降线性稳压器(LDO)及额外的外加电容。
以上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (3)
1.一种不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路，所述电荷泵电路(110)外接有泵电容(Cp)，其输出端接有接地的输出电容(Co)，其特征在于，包括有：
输入调节电路(120)，设置于输入电压与电荷泵电路(110)之间，利用负回授的机制检测电荷泵电路(110)的输出电压(Vout)变化，调节要输入到电荷泵电路(110)的电压以达到稳定输出电压(Vout)。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述输入调节电路(120)包含：调节晶体管(121)，设置于输入电压与电荷泵电路(110)之间；
第一电阻(R1)与第二电阻(R2)，串联地电连接于所述电荷泵电路(110)的输出端；
误差放大及比较元件(122)，其输入端连接参考电压(Vref)，另一输入端连接于所述第一电阻(R1)与第二电阻(R2)间的接点(N)，用来取得输出电压(Vout)在此接点的分压，形成负回授机制，并且所述误差放大及比较元件(122)的输出端连接至所述调节晶体管(121)的控制端，用来控制所述调节晶体管(121)通过多少电压。
3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)与第二电阻(R2)的比为n∶1，用来产生n分之一的分压电压至所述误差放大及比较元件(122)，且所述n大于1。
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