CN101465599B - 电荷泵降压电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电荷泵降压电路，包含三个电容，并具有三个工作时相，在其第一时相中三个电容的跨压总和等于输入电压；第二时相中第二电容与第三电容的跨压相等；在第三时相中，第一电容与第二电容的跨压差值等于第三电容的跨压，且第三电容的跨压为该降压电路的输出电压。

Description

电荷泵降压电路与方法
技术领域
本发明涉及一种电荷泵降压电路(Charge Pump Down Circuit)，特别是指一种能以较少数目的电容，提供更多种类的输出/输入比例的降压电路，以及相关联的方法。
背景技术
现有技术中，使用电容储存电荷的方式来降压时，若欲使输出电压Vout为输出电压Vin的四分之一(Vout＝(1/4)Vin)，现有技术的作法必须使用四个电容，如图1A、1B所示，通过两时相之间的变换，使输出电压Vout成为输出电压Vin的四分之一。该电路的缺点是所需电容数目较多，且仅能产生Vout＝(1/4)Vin的单独一种输出。
本发明一方面使用较少数目的电容，另方面则具有更高的弹性，可提供更多种类的输出/输入比例。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种电荷泵降压电路，其中使用较少数目的电容，来产生多种输出。
本发明的第二目的在于，提出一种对应的方法。
为达上述目的，本发明提供一种电荷泵降压电路，包含三个电容，并具有三个工作时相，在其第一时相中三个电容的跨压总和等于输入电压；第二时相中第二电容与第三电容的跨压相等；在第三时相中，第一电容与第二电容的跨压差值等于第三电容的跨压，且第三电容的跨压为该降压电路的输出电压。
以上所述的第一时相、第二时相、第三时相的次序可任意变换。
此外，为达上述目的，本发明还提供一种电荷泵降压电路，包含输入端、输出端、三个电容，其中第一电容的阳极经第一开关与输入  端电连接；第一电容的阳极经第二开关与第二电容的阳极电连接；第一电容的阴极经第三开关与第二电容的阳极电连接；第一电容的阴极经第四开关与第二电容的阴极电连接；第二电容的阳极经第五开关与第三电容的阳极电连接；第二电容的阴极经第六开关与第三电容的阳极电连接；第二电容的阴极经第七开关与第三电容的阴极电连接；第三电容的阴极接地。
上述电路可进一步包含第八开关，将第一电容的阴极接地，或包含第九开关，将第一电容的阳极与第三电容的阳极电连接。
此外，为达上述目的，本发明还提供一种电荷泵降压方法，包含：提供三个电容；在第一时相中使三个电容的跨压总和等于输入电压；在第二时相中第二电容与第三电容的跨压相等；以及在第三时相中，第一电容与第二电容的跨压差值等于第三电容的跨压，其中第三电容的跨压为该降压电路的输出电压。
此外，为达上述目的，本发明还提供一种电荷泵降压方法，包含：提供输入端、输出端、和三个电容；使该三个电容在不同时段中以不同的方式电连接；以及通过不同连接方式，将其中一个电容上的跨压调整为(1/4)倍输入端电压。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A与图1B为现有技术使用四个电容得到Vout＝(1/4)Vin的电路时相图；
图2说明本发明的电路实施例；
图3A-3C说明本发明如何得到Vout＝(1/4)Vin。
图中符号说明
C1，C2，C3，C4                        电容
S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8    开关
Vin                                   输入电压
Vout                                  输出电压
具体实施方式
请参考图2，其中示出本发明的电荷泵降压电路的示意电路图。本实施例中仅使用三个电容，即可产生(1/4)Vin的输出，不但如此，可以视需要而令输出电压Vout为输入电压Vin的1X，(1/2)X，(1/3)X，(1/4)X，(2/3)X，等等。
首先以Vout＝(1/4)Vin为例，请参阅图3A-3C。在此情况下，需要三个时相的变换，在第一时相中，令C1+C2+C3＝Vin；在第二时相中，令C2＝C3；在第三时相中，令C1-C2＝C3。由以上三式可得出，C3＝(1/4)Vin，因此若以电容C3上的跨压为输出电压Vout，即可得到Vout＝(1/4)Vin。
对照图3A-3C与图2，若欲得到Vout＝(1/4)Vin，其三个时相的开关操作分别如下：
第一时相：开关S0，S2，S5导通，其它切断。
第二时相：开关S4，S6导通，其它切断。
第三时相：开关S1，S5，S7导通，其它切断。
当然，三个时相的操作并不必须依据第一时相→第二时相→第三时相的次序，而例如可为第三时相→第二时相→第一时相，或其它任意次序。
以上操作中，并不需要开关S8，换言之，仅欲产生(1/4)Vin的输出，而不必产生其它比例输出时，可省略开关S8。
以类似的方式，图2电路可产生其它比例的输出，如下：
●Vout＝Vin(只需要一个时相)
开关S0，S1，S4导通，其它切断。
●Vout＝(1/2)Vin(只需要两个时相)
第一时相：开关S0，S1，S3，S5导通，其它切断。
第二时相：开关S1，S3，S4，S6导通，其它切断。
●Vout＝(1/3)Vin(只需要两个时相)
第一时相：开关S0，S2，S5导通，其它切断。
第二时相：开关S1，S3，S4，S6导通，其它切断。
●Vout＝(1/4)Vin(需要三个时相，如前述)
第一时相：开关S0，S2，S5导通，其它切断。
第二时相：开关S4，S6导通，其它切断。
第三时相：开关S1，S5，S7导通，其它切断。
●Vout＝(2/3)Vin(只需要两个时相)
第一时相：开关S0，S1，S3，S5导通，其它切断。
第二时相：开关S2，S6，S8导通，其它切断。
由以上表列可知，若电路仅需应用在某些特定场合，则某些路径与开关可以省略。例如，开关S7仅用于Vout＝(1/4)Vin的场合，而开关S8仅用于Vout＝(2/3)Vin的场合。因此，若电路不需要产生此等输出，就可将对应的路径与开关省略。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发明概念之内，立即思及各种等效变化。例如，某些路径与开关可以省略，或以其它方式连接。故凡依本发明的概念与精神所之所为均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种电荷泵降压电路，其特征在于，包含三个电容，并具有三个工作时相，在其第一时相中三个电容的跨压总和等于输入电压；第二时相中第二电容与第三电容的跨压相等；在第三时相中，第一电容与第二电容的跨压差值等于第三电容的跨压，且第三电容的跨压为该降压电路的输出电压。
2.一种电荷泵降压电路，其特征在于，包含输入端、输出端、三个电容，其中第一电容的阳极经第一开关与输入端电连接；第一电容的阳极经第二开关与第二电容的阳极电连接；第一电容的阴极经第三开关与第二电容的阳极电连接；第一电容的阴极经第四开关与第二电容的阴极电连接；第二电容的阳极经第五开关与第三电容的阳极电连接；第二电容的阴极经第六开关与第三电容的阳极电连接；第二电容的阴极经第七开关与第三电容的阴极电连接；第三电容的阴极接地；其中该电荷泵降压电路进行以下操作之一：
(1)第一开关、第二开关、第五开关导通，其它切断，以使输出端电压等于输入端电压；
(2)第一时相中，第一开关、第二开关、第四开关、第六开关导通，其它切断；第二时相中，第一开关、第四开关、第五开关、第七开关导通，其它切断，以使输出端电压等于(1/2)倍输入端电压；或
(3)第一时相中，第一开关、第三开关、第六开关导通，其它切断；第二时相中，第二开关、第四开关、第五开关、第七开关导通，其它切断，以使输出端电压等于(1/3)倍输入端电压。
3.一种电荷泵降压电路，包含输入端、输出端、三个电容，其中第一电容之阳极经第一开关与输入端电连接；第一电容之阳极经第二开关与第二电容之阳极电连接；第一电容之阴极经第三开关与第二电容之阳极电连接；第一电容之阴极经第四开关与第二电容之阴极电连接；第二电容之阳极经第五开关与第三电容之阳极电连接；第二电容之阴极经第六开关与第三电容之阳极电连接；第二电容之阴极经第七开关与第三电容之阴极电连接；第三电容之阴极接地；第一电容的阴极经第八开关而接地，其具有三个工作时相，在第一时相中第一开关、第三开关、第六开关导通，其它切断；在第二时相中第五开关、第七开关导通，其它切断；在第三时相中第二开关、第六开关、第八开关导通，其它切断，以使输出端电压等于(1/4)倍输入端电压。
4.一种电荷泵降压电路，包含输入端、输出端、三个电容，其中第一电容之阳极经第一开关与输入端电连接；第一电容之阳极经第二开关与第二电容之阳极电连接；第一电容之阴极经第三开关与第二电容之阳极电连接；第一电容之阴极经第四开关与第二电容之阴极电连接；第二电容之阳极经第五开关与第三电容之阳极电连接；第二电容之阴极经第六开关与第三电容之阳极电连接；第二电容之阴极经第七开关与第三电容之阴极电连接；第三电容之阴极接地；第一电容的阳极经第九开关与第三电容的阳极电连接，其具有两个工作时相，在第一时相中第一开关、第二开关、第四开关、第六开关导通，其它切断；在第二时相中第三开关、第七开关、第九开关导通，其它切断，以使输出端电压等于(2/3)倍输入端电压。
5.一种电荷泵降压方法，其特征在于，包含：
提供三个电容；
在第一时相中使三个电容的跨压总和等于输入电压；
在第二时相中第二电容与第三电容的跨压相等；以及
在第三时相中，第一电容与第二电容的跨压差值等于第三电容的跨压，以及
以第三电容的跨压为输出电压。
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