CN101142735A - 具有用于对电负载供给电压的电压转换器的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有用于对电负载(2)供给电压的电压转换器(1)的装置，所述电压的供给通过电流阱(3)、第一比较器(4)、第二比较器(5)和选择逻辑电路(6)进行。在电压转换器(1)的输出端上的电压与乘法因子相关。所述选择逻辑电路(6)根据电流阱电压与下阈值和与上阈值的比较结果确定新的乘法因子。通过下述方式可获得能量利用的高效率：调节乘法因子，使得电流阱电压大于下阈值但是小于上阈值，从而可以按照需要增大乘法因子而不是更高。
Description
本发明涉及一种具有用于对电负载供给电压的电压转换器的装置以及用于对电负载供给电压的方法。
该装置可以用于对发光二极管(简称LED)供电，这些发光二极管例如被用在便携式电话和数码照相机中。
称为直流/直流转换器的电压转换器，简称DC/DC转换器，通常用于将低电压转换为较高的电压。输出电压与输入电压的比通常可以通过选择一个乘法因子来调整。电压转换器例如用于用LED产生闪光和用于显示器的背光。
便携式装置通常利用电池工作，因此对于要供电的电负载(例如LED)来说不具有恒定电压。然而，负载的功能应该不受降低的输入电压影响。出于这个原因，可以操作具有附加电路的电压转换器用于设定乘法因子。
如果多个不同类型或具有制造公差的LED同时运行，可能会发生这样的情况：乘法因子必须提高，以便能够驱动具有高的阈电压的LED。这样导致整个装置的效率受损。
本发明的一个目的在于，提供一种装置，用于对一个或多个需要较高电压的负载供电，并具有改善的效率。
根据本发明，该目的通过这样的装置来达到，它具有：
-电压转换器，其在一个输出端上与串联电路的一个端子相连接，该串联电路包括用于连接电负载和电流阱(电流沉，current sink)的装置，并且其输出电压与输入电压和当前的乘法因子相关，
-第一比较器，其在采样输入端与用于馈送电流阱电压的电流阱耦合，并且该第一比较器被设置用于将电流阱电压与下阈值进行比较，
-第二比较器，其在采样输入端与用于馈送电流阱电压的电流阱耦合，源于输入电压的信号可在另一抽样输入端被输入到第二比较器，该第二比较器被设置用于根据该当前的乘法因子、一个较小的新的乘法因子、所述预先确定的下阈值和该源于输入电压的信号来确定上阈值，并且该第二比较器被设置用于将电流阱电压与该上阈值进行比较，及
-选择逻辑，其与第一和第二比较器的输出端相连，并且与电压转换器的控制输入端相连接，用于预先确定当前乘法因子，并且被设计用于当电流阱电压下降到低于下阈值时，从所述乘法因子的一组可选择的值中预先确定一个新的、与当前的乘法因子相比而言较大的乘法因子，并且被设计用于当电流阱电压超过上阈值时，预先确定新的、较小的乘法因子。
电压转换器产生降落在电负载和电流阱上的输出电压。因此，在理想状态下下式成立：
UOUT＝m·UIN和UOUT＝USINK+UL
这里，UOUT是电压转换器的输出电压，m是乘法因子，UIN是电压转换器的输入电压，USINK是电流阱上的电压，在此叫做电流阱电压，UL是电负载上的电压。电负载可以包括多个串联连接的电部件。
经过电负载的电流借助于电流阱保持恒定。如果电压转换器的输出电压升高，则电流阱用于吸收多余的电压。这避免了电负载两端的电压和流过电负载的电流升高。电负载两端的电压和流过电负载的电流因此实际上是恒定的。
为了设定乘法因子，电流阱电压被输送给一个比较器，如果电流阱电压下降到低于下阈值，则比较器提供一个信号。下阈值与所选择的电流源的实施相关。在这种情况下，电负载不再被足够地供电，从而乘法因子被增大。
电流阱电压同样被输送给第二比较器，该比较器将电流阱电压与上阈值进行比较。如果电流阱电压超过上阈值，则第二比较器输出一个信号，结果是设定电压转换器的较小的乘法因子。乘法因子的减小使得电压供给的效率增加，因为乘法因子被选择地如所需要的一样高，而不会更高。
电压转换器优选地被设置为无须附加的开关开销即可以生成整数的乘法因子。
如果在一个改进方案中，一个另外的电负载被连接到一个另外的电流阱，并且与包括该电负载和该电流阱的串联电路同时由电压转换器驱动，则在两个电流阱上发生电压降，该电压降被转化为热。通过所述另外的电负载和所述电负载的串联连接，不需要用于所述另外的电流阱的空间，并且省去了作为电功率消耗装置的所述另外的电流阱。这样，串联连接的负载和具有多个乘法因子的电压转换器的结合更进一步提高了该装置的效率。
在一个实施例中，电负载被连接到一个参考电势端子。电流阱电压由电压转换器的输出电压端子的电势与串联电路的一个电路节点的电势之间的差得到，其中该电路节点在电负载和该电流阱之间。
在一个优选的实施形式中，电负载可以与电压转换器的输出端相连接。在这种情况中，电流阱电压为在电负载和该电流阱之间形成的串联电路的电路节点的电势与参考电势的电势差。其优点在于，可以较简单地实现通过第一比较器对电流阱电压与下阈值进行比较，以及通过第二比较器对电流阱电压与上阈值进行比较。
对下阈值和上阈值要分别预先确定一个相应的值。然而，上阈值最好可以与下阈值相关地来确定。下阈值是所需电流和电流阱的实现方式的函数。
上阈值最好如下被确定：
UOSW＝UUSW+UIN·(mPRES-mNEW)
在此，UOSW是上阈值，是UUSW是下阈值，UIN是输入电压，mPRES是当前乘法因子，mNEW是新的较小的乘法因子。根据本说明书的装置的一个优点在于，如果电流阱电压达到上阈值，在变换乘法因子之后，电流阱电压与下阈值相同。
如果这些乘法因子是大于或等于1的连续整数，则当前的乘法因子和新的、较小的乘法因子的差就等于1。这导致了简单的方程，即上阈值等于下阈值和输入电压之和。
如果所述另外的电负载需要不同的负载电流，或者如果打算让它暂时地独立于所述电负载被驱动，则在一个优选的改进方案中，该装置最好被设计用于驱动一个另外的串联电路，该串联电路包括用于连接所述另外的电负载和所述另外的电流阱的设备。为此，所述装置被补充了一个另外的第一比较器和一个另外的第二比较器。另外的第一比较器将另外的电流阱电压与一个另外的下阈值进行比较，该另外的下阈值最好取不同于前述下阈值的值。另外的第二比较器将另外的电流阱电压与一个另外的上阈值进行比较。所述选择逻辑电路则将不同的比较器的结果结合起来并由此确定一个新的乘法因子。
在另一个改进方案中，可以以对应的方式将多个另外的电负载和相关联的多个另外的串联电路连接起来并驱动。
在一个改进方案中，新的乘法因子可以通过这样的方式来设定，即如果电流阱电压小于下阈值并且另外的电流阱电压小于另外的下阈值，则设定一个较高的乘法因子。
在一个改进方案中，新的乘法因子可以通过这样的方式来设定，即如果电流阱电压大于上阈值并且另外的电流阱电压大于另外的上阈值，则设定一个较低的乘法因子。
如果多个不同的负载要被这个电压转换器驱动，则最好是，在预先确定新的乘法因子时，不是每个负载都被同等地考虑，而是优先考虑重要的电负载。
优选地，该电压转换器包括：
-第一级，它在其输入端与电压转换器的输入端耦合，并且包含第一电容器和第一开关装置，
-第二级，它在其输入端与第一级的一个输出端耦合，并且在其输出端与电压转换器的输出端耦合，并且包含第二电容器和第二开关装置，
-控制单元，它与电压转换器的控制输入端以及与第一和第二开关装置相连接。
该优选的电压转换器因此具有以相同的方式构建的这些级。第一级与输入电压的耦合和第二级与电压转换器的输出的耦合可由更多的级实现。如果利用这些级可获得的乘法因子是足够高的，则该耦合可通过简单的连接来实现。该耦合可包括开关装置。
最好，该耦合可以不由简单的连接来形成，而可以由包括用作低通滤波器的电容器的平滑电路来形成。最好，该耦合可以通过作为较高阶的低通滤波器的电路来形成。
为了能够将能量从电压源转移到电容器，以及随后能够将该电容器与该电压源隔离并在电路的不同位置输出能量，需要最多4个开关。用于电压转换器的一级的开关装置最好具有3个开关。在这种情况下，第一电容器的第一电极经第一转换开关连接到第一级的输入端，并且以没有开关的连接连接到第一级的输出端。第一电容器的第二电极通过第一参考电势开关连接到参考电势端子上，并且通过第一提升开关(raising switch)连接到电压转换器的输入电压端子上。在第一时钟相位中，控制单元将第一提升开关转换为断开的开关状态，并且将第一转换开关和第一参考电势开关转换为闭合的开关状态。在第二时钟相位中，控制单元将第一转换开关和第一参考电势开关转换为断开的开关状态，并且将第一提升开关转换为闭合的开关状态。
第二开关装置有利地以与第一开关装置类似的方式构建。因此，第二开关装置包括第二转换开关、第二参考电势开关和第二提升开关。控制单元在第一时钟相位中，将第二转换开关和第二参考电势开关转换到断开的开关状态，并且将第二提升开关转换到闭合的开关状态。在第二时钟相位中，控制单元将第二转换开关和第二参考电势开关转换到闭合的开关状态并且将第二提升开关转换到断开的开关状态。
因此，在第一时钟相位中，第一电容器被充电，第一电极在输入电压的电势上，第二电极在参考电势上。在第二时钟相位中，第一电容器的第二电极升高到输入电压的电势上。因为电容器上的电压甚至在开关操作中也具有连续的分布曲线，因此第一电容器的第一电极在输入电压两倍的电势上。作为第二转换开关被断开的结果，电荷可从第一电容器转移到第二电容器上。该操作周期性地重复，使得在一系列时钟相位后，第一级的输出为两倍的输入电压值，第二级的输出为三倍的输入电压值。
可以设置多于两个的级用于电压转换器。为了获得乘法因子N，需要N-1级。
如果第二开关装置与没有更多的级的电压转换器的输出端耦合，则第二开关装置最好只设置有一个开关。第二电容器的第一电极与第一开关装置类似地设置有转换开关和连接，所述转换开关将第二电容器的第一电极与第二级的输入端相连，所述连接将第一电极与第二级的输出端相连。第二电容器的第二电极可以被耦合到输入电压。因为输入电压可能发生波动，因此第二电极最好与参考电势端子耦合。在第一时钟相位中，控制单元将第二转换开关转换到断开的开关状态，并且在第二时钟状态中转换到闭合的开关状态。在这种相互连接的情况下，该第二开关装置具有比包括多个开关的开关装置更小的输出电压波动。
借助控制单元，可以通过在第一和在第二时钟相位闭合第二转换开关来设定一个新的、较小的乘法因子。在第一时钟相位中，第一电容器和第二电容器则都被第一级输入端上的电压充电。在第二时钟相位中，作为同时断开第一和第二参考电势开关和作为同时闭合第一和第二提升开关的结果，第一和第二电容器的第二电极升高，使得由第一和由第二电容器在第二级的输出端上输出电荷。
当第二转换开关在第一和在第二时钟相位被闭合时，第一电容器最好被断开。这例如这样来进行，即为了断开第一电容器，将第一提升开关和第一参考电势开关断开。这从而实现了，在进行开关时第一电容器的第二电极没有被充电到输入电压，并且电荷随后被馈送给参考电势。因此，通过断开第一电容器，提高了能量的利用效率。
然而，最好，第二电极的电势可以通过闭合提升开关并断开参考电势开关而被限定，没有波动。输入电压的加载可以有利地被进一步减小，其方式为：不是断开参考电势开关而是断开提升开关，并且不是闭合提升开关而是闭合参考电势开关。
以一种类似的方式，也可以断开第二电容器而不是断开第一电容器，以提高效率。
在级的数量较多的情况下，为了使新的、较小的乘法因子发生作用的第二转换开关的闭合可以在这些级的级联的不同位置来实施。优选地，那些离电压转换器的输出端最近的级被断开。
为了能够将当前的乘法因子设定为一个比值N不仅仅小1而是小值L的值(这里值N可以通过包括N-1级的电压转换器来获得)，L级的转换开关在第一和第二时钟相位必须被闭合。
在直接相邻的级的转换开关被闭合之前，不直接相邻的级的转换开关有利地可以首先被闭合。
当为了使新的、较小的乘法因子发生作用而闭合第二转换开关时，后面的级的时钟相位由控制单元交换。
为了使新的、较大的乘法因子发生作用，必须取消用于设定新的、较小乘法因子的措施。在这种情况下，第二转换开关被切换，使得它在一个时钟相位中被断开并且在另一个时钟相位中被闭合。
最好，各开关按时间顺序被驱动，使得达到高的能量效率。要按照不交迭的时间，这样在开始闭合在一个时钟相位中要被闭合的转换开关之前，结束在同一个时钟相位中要被断开的转换开关的断开。这防止了一个级的电容器的能量不向该级的输出端而向该级的输入端传送。
为了避免输入电压的短路，一个级的提升开关和参考电势开关以这样的方式被驱动，使得它们从不同时被闭合。
在一种有利的方式中，转换开关、参考电势开关和提升开关各包括一场效应晶体管。该场效应晶体管的阈电压和电荷类型可以有利地以这样的方式来选择，使得从输入电压端经提升晶体管和经参考电势晶体管至参考电势端的电流保持极其小。在提升开关和参考电势开关被实施为反相器时是这种情况，其中该反相器利用互补金属氧化物半导体技术(简称CMOS技术)来制造。
关于方法和方法的改进方案参见前面关于功能模式的描述以及参见权利要求书。
总之，所提出的原理具有下面的优点：
-显著地提高了在能量利用上的效率，
-通过取消电流阱改善了芯片上的面积利用。
从属权利要求涉及所提出的原理的进一步的细节和有利的配置。
下面借助附图基于多个实施例详细阐述本发明：
图1示出了包括电压转换器和对电负载的电压供给的装置的一个实施例的框图。
图2示出了包括为多个电负载供电的电压转换器的装置的第二实施例的框图。
图3示出了在升高的和降低的输入电压的情况下，电流阱电压的示例性的分布曲线。
图4a示出了示例性的电压转换器的第一和第二级的第一开关状态。
图4b示出了图4a的这些级的第二开关状态。
图5示出了例如优选在电压转换器的输出端之前用作最后级的那一级。
图6示出了7级的电压转换器的示例性的实施形式的框图。
图7a至7c基于一个例子示出了带有7级的电压转换器的实施形式的电路图，开关由场效应晶体管形成，并且示出了涉及场效应管的体端子(bulk terminal)的实施例的两个电路图。
图1示出了电压转换器1，它可在第一输入端连接到输入电压UIN，并且在输出端连接到串联电路。在电压转换器1的输出端上的电压UOUT与第一输入端上的电压UIN和乘法因子m相关。串联电路包括用于连接电负载2和电流阱3的装置。在图1中，电负载2还连接到电压转换器1的输出端上，并且电流阱3连接到参考电势端子8上。
电流阱电压USINK通过第一比较器4与下阈值UUSW比较，并通过第二比较器5与上阈值UOSW比较。这两个比较器4，5的结果被输入到选择逻辑电路6中，选择逻辑电路6将当前的乘法因子m转发给电压转换器1。
上阈值UOSW是下阈值UUSW、可调节的乘法因子以及可由输入电压UIN得到的变量的函数。在图1中，输入电压UIN被输送给第二比较器5。为此，第二比较器5与选择逻辑电路6耦合，并且选择逻辑电路6与电压转换器1的第一输入端耦合。
在一个替代的实施形式中，第二比较器5可以直接与输入电压UIN耦合。因为输出电压UOUT是输入电压UIN的函数，所以在另一个替代的实施形式中输出电压UOUT也可以被输送给第二比较器5。
设置较小的乘法因子m提高了电压源的能量消耗的效率。
在图2中的装置是图1中的装置的一个改进方案。图2的装置很大程度上相应于图1的装置，并且在此对这方面不再描述。在根据图2的示例性的实施形式中，三个串联电路被连接到电压转换器1，其中每个串联电路包括用于连接电负载2，2’，2”和相关的电流阱3，3’，3”的装置。三个电流阱电压被分别输送给第一比较器4，4’，4”和第二比较器5，5’，5”。第一和第二比较器4，4’，4”和5，5’，5”被连接到选择逻辑电路6上，该选择逻辑电路6将当前的乘法因子m输送给电压转换器1。
乘法因子m基于比较器4，4’，4”和5，5’，5”的信号来设定，以便保证对电负载2，2’，2”的电压供给并优化效率。为此，可以根据应用在选择逻辑电路6中执行不同的规则。这些规则优选包括电负载2，2‘，2”的优先化(prioritization)。
图3示出了具有上升沿和随后的下降沿的输入电压UIN的示例性的分布曲线。在该例子中乘法因子m可以选择整数。当输入电压UIN上升时电流阱电压USINK的值上升，并达到上阈值UOSW。这引起该装置将乘法因子m切回，例如在该例中由6切回至5并且在进一步的分布曲线中由5切回至4。
即使在输入电压UIN线性上升的情况下，电流阱电压USINK在不同的乘法因子的情况下虽然按段也是同样线性上升的，但是其具有大了乘法因子m的斜率。因此，电流阱电压的斜率是不同的，尽管直到输入电压的最高值输入电压都具有恒定的斜率。这可以从下面的等式中看出，该等式对于一级近似是成立的：
USINK＝m·UIN-UL，
在此，USINK是在电流阱3上的电压，m是乘法因子，UIN是输入电压，UL是在电负载2上的电压。在电负载2上的电压UL实际上在运行期间是恒定的。
当输入电压UIN下降时，电流阱电压USINK达到下阈值UUSW，使得乘法因子m首先从4增加到5，然后从5到6。
最好，上阈值UOSW不是常数，而是以下列方式与输入电压UIN相关的变量：
UOSW＝UUSW+UIN，
这里，UOSW是上阈值，UUSW是下阈值，UIN是输入电压。对于可从连续的整数中选择的乘法因子，该等式都是成立的。这样，在输入电压UIN上升和伴随的乘法因子m的转换时，电流阱电压USINK将直接从上阈值UOSW下降到下阈值UUSW。
上阈值UOSW可以有利地被选择得比在上述公式中稍高，以便在乘法因子m转换的情况下，电流阱电压USINK不会恰好下降到下阈值UUSW。这避免了乘法因子m在两个相邻的值之间振荡。
图4a示例性地示出了图1和2中的电压转换器1的第一级11和第二级21。第一级11包括第一电容器12、第一转换开关14、第一参考电势开关15和第一提升开关16。第一电容器12的第一电极经第一转换开关14与第一级11的输入端连接，并经一条线路与第一级11的输出端相连接。第一电容器12的第二电极经第一电势端子开关15与参考电势端子8相连接。输入电压UIN经第一提升开关16被输送给第二电极。第一级11的输入端与电压转换器1的输入端耦合。
第二级21包括第二电容器22、第二转换开关24、第二参考电势开关25和第二提升开关26。第二电容器22的第一电极经第二转换开关24与第二级21的输入端连接，并且经一条线路与第二级21的输出端相连接，其中第二级21与第一级11的输出端相连接。第二电容器22的第二电极经第二电势端子开关25与参考电势端子8相连接。输入电压UIN经第二提升开关26被输送给第二电极。第二级21的输出端耦合到电压转换器1的输出端。
图4a描述了在第一时钟相位中的第一开关状态。在所述状态的情况下，在第一级11中，第一电容器12经第一转换开关14被输入电压UIN充电。在这种情况中，第一电容器12的第二电极处于参考电势，因为第一参考电势开关15闭合。第一提升开关16是断开的。
在第一时钟相位中，第二转换开关24断开，这样第一电容器12的第一电极和第二电容器22的第一电极在第一时钟相位中没有导电连接。然而，第二电容器22上的电荷在第二级21上的输出上是可用的。第二电容器22的下电极处于输入电压电势UIN，因为第二提升开关26闭合并且第二电势开关25断开。
控制单元7与所有的开关14、15、16、24、25、26连接，用于设定第一开关状态。
图4b示出了根据图4a的装置在第二时钟相位的第二开关状态。在第二时钟相位中，通过将第一转换开关14断开，第一电容器12与第一级11的输入端分离。第一提升开关16闭合，这样在闭合提升开关之后，第一电容器12的第一电极的电荷马上处于两倍的输入电压UIN的电势。第一参考电势开关15是断开的。
因为第二转换开关24闭合，电荷可以从第一级11流向第二级21。第二电容器22的第二电极处于参考电势，因为第二电势端子开关25闭合。第二提升开关26是断开的。
当第二转换开关24断开时，第一电容器12的第一电极和第二电容器22的第一电极上的电荷的总和对于一级近似来说不变。在平衡过程之后，第一电容器12的第一电极的电势和第二电容器22的第一电极的电势对于一级近似来说相等。在平衡过程末尾，第二电容器22上的电压是第一电容器12上的电压和输入电压UIN之和。由电荷保持等式、关于电压的等式以及第一和第二电容器12和22的部件等式，得到在第二时钟相位末尾在第二电容器22上的电压U22的一级近似。
第一和第二时钟相位周期性地交替，使得第一电容器12上的电压U12渐近地上升，并且在假设理想的条件下，上升到输入电压UIN的值，并且第二电容器22上的电压U22上升到输入电压UIN值的两倍。在理想的情况下，当第二转换开关闭合时，则在第一级11的输出端可以获得输入电压UIN值的两倍，并且当第三级的第三转换开关闭合时，则在第二级的输出端获得输入电压UIN值的三倍。
乘法因子m被输送给电压转换器1，图4a描绘了第一开关状态，图4b描绘第二开关状态，利用这些状态，可以实现用两级最大可获得的乘法因子，即3。
图5示出了第二级71，其被有利地实现为直接处于电压转换器1的输出端之前的级。第二级71包括转换开关74，该开关在闭合状态用于让电荷从前一级流向第二电容器72。在第二电容器72上的电压可用作输出电压UOUT。
图6示出了带有7级的电压转换器1的框图。级11，21，31，41，51，61，71包括各自的电容器12，22，32，42，52，62，72和各自的开关装置13，23，33，43，53，63，73。开关装置13，23，33，43，53，63，73被控制单元7根据当前的乘法因子m驱动，该乘法因子m在电压转换器1的控制输入端被预先确定。为了获得最大可选的乘法因子，在第一时钟相位，第一、第三、第五、第七电容器12，32，52，72被充电，第二、第四、第六电容器22、42、62分别向后面的级输出能量。在第二时钟相位，第一、第三、第五、第七电容器12，32，52，72输出能量，第二、第四、第六电容器22、42、62被充电。能量的转送以及充电通过提升效应(raising effect)来实现。所述提升效应基于这样的事实：在第一时钟相位中，第一、第三、第五、第七电容器12，32，52，72被充电到一个电压，第二电极被置于参考电势；在第二时钟相位中，通过将第二电极的电势升高到电压转换器1的输入电压UIN的水平，第一电极的电势于是随同升高。随同升高的原因在于，包含在电容器中的能量即使在开关操作期间也不突然改变。
在该实施形式中，作为乘法因子m可以取得从1到8的任何值，值8由级的数量加1得到。
图7示出了图6中的电路的一个可能的改进方案。在此，转换开关被实现为具有阈电压的p沟道型场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77，使得它们是增强型晶体管。这同样适于形成提升开关的场效应晶体管19，29，39，49，59，69。参考电势开关被实现为n沟道型场效应晶体管18，28，38，48，58，68并同样作为增强型晶体管。输出侧的级71(即第七级)是引起特别低的输出电压波动的级。
在一个实施形式中，级的提升开关和参考电势开关可以实现为CMOS反相器。
场效应晶体管包括两个电流引导端子，叫做源极和漏极端子，以及一个控制端子，叫做体端子(bulk terminal)。因为源极和漏极通常同样地构造在半导体本体中，源极端子和漏极端子通常只在运行时基于所施加的电势而不同。在p沟道场效应晶体管的情况中，漏极和源极被分配给两个端子，使得源极端子处于比漏极端子高的电势上。
根据在图7a中的实施形式，转换开关17，27，37，47，57，67，77的场效应晶体管可以具有未被连接的体端子。在这种情况下，场效应晶体管的块体被寄生二极管提高到处于较高电势的电流引导端子的电势。
一个或多个场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77也可以以这种方式被开关，使得体端子与被耦合到相应级的输入端的电流引导端子相连接。
一个或多个场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77也可以以这种方式被开关，使得体端子与被耦合到相应级的输出端的电流引导端子相连接。
图7b示出了场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77之一的体端子(bulk terminal)的另一个实施形式。借助体比较器(bulk comparator)82，两个体开关(bulk switch)80，81之一被闭合，其将本体(bulk)与具有较高电势的电流引导端子相连接。在这种情况中，两个体开关80，81中的另外一个是断开的。
图7c示出了场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77之一的体端子的另一个实施形式。在该实施形式中，两个体开关80，81以与另一开关相关的方式被开关。由于有该电路处于哪个时钟相位的信息，事先已知哪一个电流引导端子具有较高的电势，所以体端子早在场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77之一开关之前就已经可以与两个晶体管端子中的具有较高电势的那一个相连接了。为此，两个体开关80，81可以与控制单元7相连接。
每个场效应晶体管17，27，37，47，57，67，77的体端子可以用同样的方式根据所示的方法之一来连接。然而，体连接也可以用不同的方式根据所示的方法来连接。
参考标号表
1 电压转换器
2 电负载
2’ 电负载
2” 电负载
3 电流阱
3’ 电流阱
3” 电流阱
4 用于与下阈值比较的比较器
4’ 用于与下阈值比较的比较器
4” 用于与下阈值比较的比较器
5 用于与上阈值比较的比较器
5’ 用于与上阈值比较的比较器
5” 用于与上阈值比较的比较器
6 选择逻辑电路
7 控制单元
8 参考电势端子
11 级
12 电容器
13 开关装置
14 转换开关
15 参考电势开关
16 提升开关
17 转换晶体管
18 参考电势晶体管
19 提升晶体管
21 级
22 电容器
23 开关装置
24 转换开关
25 参考电势开关
26 提升开关
27 转换晶体管
28 参考电势晶体管
29 提升晶体管
31 级
32 电容器
33 开关装置
37 转换晶体管
38 参考电势晶体管
39 提升晶体管
41 级
42 电容器
43 开关装置
47 转换晶体管
48 参考电势晶体管
49 提升晶体管
51 级
52 电容器
53 开关装置
57 转换晶体管
58 参考电势晶体管
59 提升晶体管
61 级
62 电容器
63 开关装置
67 转换晶体管
68 参考电势晶体管
69 提升晶体管
71 级
72 电容器
73 开关装置
74 转换开关
77 转换晶体管
80 体开关
81 体开关
82 体比较器
m 乘法因子
UIN 电压转换器的输入电压
UOSW 上阈值
UOSW’ 上阈值
UOSW” 上阈值
UUSW 下阈值
UUSW’ 下阈值
UUSW” 下阈值
UOUT 电压转换器的输出电压
USINK 电流阱电压
Claims (21)
1.一种具有用于对电负载(2)提供电压的电压转换器(1)的装置，包括：
电压转换器(1)，其在输出端与串联电路的一个端子相连接，所述串联电路包括连接所述电负载(2)和电流阱(3)的装置，并且所述电压转换器(1)的输出电压具有与输入电压和当前的乘法因子的相关性，
第一比较器(4)，其在一个采样输入端与所述电流阱(3)耦合用于馈送电流阱电压，并且所述第一比较器被设置用于将所述电流阱电压与下阈值进行比较，
第二比较器(5)，其在一个采样输入端与电流阱(3)耦合用于馈送所述电流阱电压，源于所述输入电压的信号可在一个另外的采样输入端输送给所述第二比较器，所述第二比较器被设置用于与所述当前的乘法因子、较小的新的乘法因子、预先确定的所述下阈值和源于所述输入电压的信号相关地来确定上阈值，并且所述第二比较器被设置用于将所述电流阱电压与所述上阈值进行比较，及
选择逻辑(6)，其与所述第一和第二比较器(4，5)的输出端连接，并且与所述电压转换器(1)的控制输入端相连接，用于预先确定所述当前的乘法因子，并且被设计用于当所述电流阱电压下降到低于所述下阈值时，从乘法因子的一系列可选择的值中预先确定一个新的、与当前的乘法因子相比而言较大的乘法因子，并且用于当所述电流阱电压超过所述上阈值时，预先确定新的、较小的乘法因子。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于
设置有用于预先确定所述下阈值的装置和用于以与所述下阈值相关的方式确定所述上阈值的装置。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于
所述第二比较器(5)被设置用于根据下面的规定来确定所述上阈值：
UOSW＝UUSW+UIN·(mPRES-mNEW)
在此，mPRES是所述当前乘法因子，mNEW是所述新的、较小的乘法因子，UIN是所述输入电压，UUSW是所述预先确定的下阈值，UOSW是所述上阈值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于
至少一个另外的串联电路在一个端子上与所述电压转换器(1)的输出端相连接，所述另外的串联电路包括用于连接另外的电负载(2’)和另外的电流阱(3’)的装置，
至少一个另外的第一比较器(4’)在一个采样输入端与所述另外的电流阱(3’)耦合，用于馈送另外的电流阱电压，并且被设置用于将所述另外的电流阱电压与一个另外的下阈值进行比较，及
至少一个另外的第二比较器(5’)在一个第一采样输入端与所述另外的电流阱(3’)耦合，用于馈送所述另外的电流阱电压，并且被设置用于将所述另外的电流阱电压与一个另外的上阈值进行比较，以及
所述选择逻辑(6)与所述至少一个另外的第一和所述至少一个另外的第二比较器(4’，5’)的输出端相连接，并且被设计用于以与所述第一和第二比较器(4，5)以及所述至少一个另外的第一和至少一个另外的第二比较器(4’，5’)的比较结果相关的方式预先确定所述新的乘法因子。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其特征在于
所述电压转换器(1)具有第一级(11)，所述第一级在其输入端与所述电压转换器(1)的输入端耦合，并且包含第一电容器(12)和第一开关装置(13)，
所述电压转换器(1)具有第二级(21)，所述第二级在其输入端与所述第一级(11)的输出端耦合，并且在其输出端与所述电压转换器(1)的输出端耦合，并且包含第二电容器(22)和第二开关装置(23)，
并且所述电压转换器(1)具有控制单元(7)，所述控制单元与所述电压转换器(1)的控制输入端以及与所述第一和第二开关装置(13，23)相连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于
所述第一开关装置(13)包括
第一转换开关(14)，它将所述第一电容器(12)的第一电极连接到所述第一级(11)的输入端，
第一参考电势开关(15)，它将所述第一电容器(12)的第二电极连接到参考电势端子(8)上，
第一提升开关(16)，它将所述输入电压馈送给所述第一电容器(12)的第二电极，
以及所述第一电容器(12)的第一电极与所述第一级(11)的输出端的连接，
并且所述控制单元(7)被设置为：
使得在第一时钟相位中，所述第一提升开关(16)是断开的，所述第一转换开关(14)和所述第一参考电势开关(15)是闭合的，
并且使得，在第二时钟相位中，所述第一转换开关(14)、所述第一参考电势开关(15)和所述第一提升开关(16)处于与所述第一时钟相位中互补的开关状态。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于
所述第二开关装置(23)包括：
第二转换开关(24)，它将所述第二电容器(22)的第一电极连接到所述第二级(21)的输入端，
第二参考电势开关(25)，它将所述第二电容器(22)的第二电极连接到所述参考电势端子(8)上，
第二提升开关(26)，它将所述输入电压馈送给所述第二电容器(22)的第二电极，
以及所述第二电容器(22)的第一电极与所述第二级(21)的输出端的连接，
并且所述控制单元(7)被设置为：
使得在所述第一时钟相位中，所述第二转换开关(24)和所述第二参考电势开关(25)是断开的，并且所述第二提升开关(26)是闭合的，
并且使得，在所述第二时钟相位中，所述第二转换开关(24)、所述第二参考电势开关(25)和所述第二提升开关(26)处于与所述第一时钟相位互补的开关状态。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于
所述第二开关装置(73)包括：
第二转换开关(74)，它将所述第二电容器(72)的第一电极连接到所述第二级(71)的输入端，
所述第二电容器(72)的第二电极与所述参考电势端子(8)的连接，
以及所述第二电容器(72)的第一电极与所述第二级(71)的输出端的连接，
所述控制单元(7)被设置为：
使得在所述第一时钟相位中，所述第二转换开关(74)是断开的，
并且使得在所述第二时钟相位中，所述第二转换开关(74)处于与所述第一时钟相位互补的开关状态。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的装置，其特征在于
所述控制单元(7)被设置用于在所述第一和在第二时钟相位闭合所述第二转换开关(24)，以使得所述新的、较小的乘法因子产生作用。
10.根据权利要求5至8中的任一项所述的装置，其特征在于
所述控制单元(7)被设置用于在所述第一和在第二时钟相位设定所述第二转换开关(24)的不同的开关状态，以使得所述新的、较大的乘法因子产生作用。
11.根据权利要求5至10中的任一项所述的装置，其特征在于
所述转接开关、参考电势开关和提升开关(14，15，16，24，25，26，74)各包括场效应晶体管。
12.一种用于对电负载(2)供给电压的方法，包括下面的步骤：
产生电压转换器(1)的输出电压用于串联电路的电压供给，所述串联电路包括被连接到用于连接所述电负载和电流阱(3)的装置的所述电负载，所述输出电压与输入电压和当前的乘法因子相关，
将落在所述电流阱(3)上的电流阱电压与下阈值进行比较，
以与所述当前的乘法因子、较小的新的乘法因子、预先确定的下阈值和源于所述输入电压的信号相关的方式确定上阈值，
将落在所述电流阱(3)上的所述电流阱电压与所述上阈值进行比较，
当所述电流阱电压下降到所述下阈值之下时，从乘法因子的一系列可选择的值中预先确定新的、较大的乘法因子，并且当所述电流阱电压超过所述上阈值时，预先确定新的、较小的乘法因子。
13.根据权利要求12所述的方法，
包括预先确定所述下阈值和以与所述下阈值相关的方式确定所述上阈值。
14.根据权利要求12或13所述的方法，
包括根据下面的规定确定所述上阈值：
UOSW＝UUSW+UIN·(mPRES-mNEW)
在此，mPRES是所述当前乘法因子，mNEW是所述新的、较小的乘法因子，UIN是所述输入电压，UUSW是所述预先确定的下阈值，UOSW是所述上阈值。
15.根据权利要求12至14之一所述的方法，包括
为至少一个另外的串联电路提供所述电压转换器(1)的输出电压，所述另外的串联电路包括另外的电负载(2’)，所述另外的电负载(2’)连接到另外的、用于连接所述另外的电负载(2’)和另外的电流阱(3’)的装置，
将落在所述另外的电流阱(3’)上的另外的电流阱电压与另外的下阈值进行比较，
将所述另外的电流阱电压与另外的上阈值进行比较，
以与所述电流阱电压与所述下阈值及上阈值的比较结果相关以及与所述至少一个另外的电流阱电压与所述至少一个另外的下阈值及至少一个另外的上阈值的比较结果相关的方式，预先确定新的乘法因子。
16.根据权利要求12至15中的任一项所述的方法，包括
对第一电容器(12)充电以及放电，所述第一电容器与第一开关装置(13)一同构成所述电压转换器(1)的第一级(11)，所述第一级的输入端耦合到所述电压转换器(1)的输入端，
对第二电容器(22)充电以及放电，所述第二电容器与第二开关装置(23)一同构成所述电压转换器(1)的第二级(21)，所述第二级(21)的输入端耦合到所述第一级(11)的输出端，并且所述第二级(21)的输出端耦合到所述电压转换器(1)的输出端，并且
以与所述当前乘法因子相关的方式控制所述第一和第二开关装置(13，23)。
17.根据权利要求16所述的方法，包括
在第一和第二时钟相位之间周期地切换所述第一开关装置(13)，使得在所述第一时钟相位中：
将所述输入电压馈送给所述第一电容器(12)的第二电极的第一提升开关(16)是断开的，
将所述第一电容器(12)的第一电极连接到所述第一级(11)的输入端的第一转换开关(14)是闭合的，并且
将所述参考电势馈送给所述第一电容器(12)的第二电极的第一参考电势开关(15)是闭合的，
并使得在所述第二时钟相位中，所述第一转换开关(14)、第一参考电势开关(15)和第一提升开关(16)被置于与所述第一时钟相位互补的开关状态，并且所述第一电容器(12)的第一电极上的电势在所述第一和第二时钟相位中处于所述第一级(11)的输出端。
18.根据权利要求16所述的方法，包括
在所述第一和第二时钟相位之间周期地切换所述第二开关装置(23)，使得在所述第一时钟相位中：
将所述第二电容器(22)的第一电极连接到所述第二级(21)的输入端的第二转换开关(24)是断开的，并且
将所述参考电势馈送给所述第二电容器(22)的第二电极的第二参考电势开关(25)是断开的，
将所述输入电压馈送给所述第二电容器(22)的第二电极的第二提升开关(26)是闭合的，
并使得在所述第二时钟相位中，所述第二转换开关(24)、第二参考电势开关(25)和第二提升开关(26)被置于与所述第一时钟相位互补的开关状态中，并且所述第二容器(22)的第一电极上的电势在所述第一和第二时钟相位中处于所述第二级(21)的输出端上。
19.根据权利要求16所述的方法，包括
在所述第一和第二时钟相位之间周期地切换所述第二开关装置(73)，使得在所述第一时钟相位中，连接所述第二电容器(72)的第一电极与所述第二级(71)的输入端的第二转换开关(74)是断开的；并且使得在所述第二时钟相位中，所述第二转换开关(74)被置于与所述第一时钟相位互补的开关状态，并且所述第二容器(72)的第一电极上的电势在所述第一和第二时钟相位中处于所述第二级(71)的输出端上。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，包括
在所述第一和在第二时钟相位闭合所述第二转换开关(24)，以使得所述新的、较小的乘法因子产生作用。
21.根据权利要求16至20中的任一项所述的方法，包括
在所述第一和在第二时钟相位设定所述第二转换开关(24)的不同的开关状态，以使得所述新的、较大的乘法因子产生作用。
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