CN101610034A

CN101610034A - 电源电路及其控制方法

Info

Publication number: CN101610034A
Application number: CNA2009101496446A
Authority: CN
Inventors: 久野晴彦
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP5086909B2; JP2009303459A; US20090309568A1; US8736247B2; CN101610034B

Abstract

本发明提供了电源电路及其控制方法。该电源电路包括第一升压器，该第一升压器升压从电池提供的电源电压并且生成第一升压电压；第二升压器，该第二升压器以比第一升压器高的倍率系数升压电源电压并且生成第二升压电压；电源选择电路，该电源选择电路输出第一升压电压或者第二升压电压；第一平滑电容器，该第一平滑电容器被放置在电源选择电路的输出端；以及第二平滑电容器，该第二平滑电容器被放置在第二升压器的输出端。

Description

电源电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源电路及其控制方法，并且，尤其地，涉及使用电池作为电源的电源电路及其控制方法。

背景技术

在移动设备中，使用从内部电池提供的电源电压驱动诸如显示装置的各种装置。当用户选择移动设备时电池寿命是最重要的考虑因素之一。因此，在设备选择方面具有长电池寿命的移动设备是有优势的。最近，已经进行各种开发以延长移动设备的电池寿命。

尽管从电池仅提供一个电源电压，但是配备有显示装置的移动设备通常要求包括高于电池的电源电压的电压的多个电压以便于驱动显示装置。通常使用升压电路生成高于从电池的电源电压的电压。升压电路接收来自于电池的电源电压并且生成高于电源电压的输出电压。

在用电池驱动移动设备的同时，电池的电源电压减少。因此，随着电池的电压减少，基于电池的初始电源电压的对其设置了倍率系数的升压电路的输出电压减少。当升压电路的输出电压降到驱动移动设备所必需的规定的电压值之下时，考虑到电池寿命用尽，移动设备停止操作。

即使移动设备停止操作，因为在此状态下升压电路的输出电压仅仅变得低于规定的电压值，所以在实际电池中保留了能量。因此，通过增加升压电路的升压系数能够延长电池寿命。但是，如果从开始以大的倍率系数升压电压时，有必要增加升压电压被提供到的部件的绝缘强度，这不经济。作为此种问题的解决方案，例如，在日本未经审查的专利申请2002-32131中公布了下述技术，即当电池的电源电压变得低于规定值时通过增加升压电路的倍率系数来延长电池寿命。

参考图6在下文中描述了根据在日本未经审查的专利申请2002-32131中公布的现有技术的电源电路。图6是示出根据现有技术的电源电路的构造的框图。图6示出是电子时钟的组件的液晶显示装置的构造，以及将电源电压提供给液晶显示装置的构造。如图6中所示，液晶显示装置204包括液晶显示面板21、液晶驱动电路22、提供用于驱动液晶显示面板的驱动电压Vz的电源控制电路23、以及驱动控制电路24，该驱动控制电路24基于显示数据和从整体上控制电子时钟200的诸如CPU的控制装置11提供的各种控制数据控制液晶驱动电路22。图6示出蓄电池10将电源电压不仅提供给液晶显示装置204而且提供给诸如照明单元301和振动电机302的其它负载。

液晶驱动电路22包括扫描驱动电路22a，该扫描驱动电路22a驱动液晶显示面板21的扫描电极(公共电极)；和信号驱动电路22b，该信号驱动电路22b驱动液晶显示面板21的信号电极(段电极)。扫描驱动电路22a和信号驱动电路22b根据来自于驱动控制电路24的控制信号分别地驱动液晶显示面板21的电极，从而图像被显示在液晶显示面板21上。

电源控制电路23包括升压电路30和电源选择电路31。来自于蓄电池10的电源电压V被提供给升压电路30和电源选择电路31。电源选择电路31不仅被提供有来自于蓄电池10的电源电压V而且被提供有通过升压电路30升压的升压电压Vs。电源选择电路31选择从蓄电池10提供的电源电压V和从升压电路30提供的升压电压Vs中的一个并且将所选择的电压提供给液晶驱动电路22作为用于驱动液晶显示面板21的驱动电压Vz。通过控制装置11控制通过电源选择电路31的选择，并且当从控制装置11提供控制信号C2时切换所述选择。此外，升压电路30还被控制装置11控制，并且当从控制装置11提供控制信号C1时升压电路30开始操作。

在下文中参考图7详细地描述了升压电路30。图7是示出升压电路30的电路图。如图7中所示，升压电路30是电荷泵升压电路，该电荷泵升压电路包括包括开关SW1和SW2的2倍升压器55和包括后备电容器Cb的平滑电容器56。

开关SW1和SW2是联锁开关，并且当从控制装置11提供控制信号C1时，根据规定的操作频率切换开关SW1和SW2被连接至侧a的状态和开关SW1和SW2被连接至侧b的状态。作为重复地切换开关SW1和SW2的结果，切换了对电容器Cp充电电压V的状态和并联地连接电容器Cp和电容器Cb并且将电荷从电容器Cp传输至电容器Cb的状态。作为重复地切换这些状态的结果，从蓄电池10提供的电源电压被2倍升压。

在根据现有技术的电源电路中，当蓄电池10的电源电压V降到用于驱动液晶显示面板21的驱动电压Vz之下时，通过电源选择电路31切换蓄电池10的输出V和升压电路30的输出Vs。从而能够使用蓄电池10更长时间。

如上所述，在根据现有技术的电源电路中，通过电源选择电路31切换蓄电池10的输出和升压电路30的输出。但是，本发明人已经发现当通过根据现有技术的电源电路中的电源选择电路在具有不同输出电压的多个升压电路之间进行切换时出现以下问题。

在根据现有技术的电源电路中，平滑电容器被连接至升压电路的输出端。尤其地，在用于移动设备的显示驱动器中使用的升压电路要求高电容外部电容器。当通过电源选择电路切换升压电路的输出时，充电在平滑电容器中的电荷被放弃，这是显著的功率浪费。

此外，当从生成低升压电压的升压电路切换到生成高升压电压的升压电路时，在电源选择电路的输出处，电源电压急遽地上升，这可能引起负载上的不良影响。整个电路的电源电压中的急遽变化可能引起诸如电流突然流入电路的部件的故障。

发明内容

本发明的实施例的第一示例性方面是一种电源电路，该电源电路包括第一升压电路，该第一升压电路升压从电源提供的电源电压并且生成第一升压电压；第二升压电路，该第二升压电路以比第一升压电路高的倍率系数升压电源电压并且生成第二升压电压；切换电路，该切换电路输出第一升压电压和第二升压电路中的一个；第一电容器，第一电容器被放置在切换电路的输出端；以及第二电容器，该第二电容器被放置在第二升压电路的输出端。在此构造中，当从第一升压电压切换到第二升压电压时，能够使用而不放弃在第一电容器中充电的电荷，从而有效地减少功率消耗。此外，能够在切换时防止从电源电路输出的电压中的急遽变化，从而允许电源中的稳定上升。

本发明的实施例的第二示例性方面是电源电路的控制方法，该电源电路包括第一升压电路，该第一升压电路升压从电源提供的电源电压并且生成第一升压电压；和第二升压电路，该第二升压电路以比第一升压电路高的倍率系数升压电源电压并且生成第二升压电压。控制方法包括当电源电压等于或者高于规定值时通过第一电容器平滑第一升压电压，和当电源电压低于规定值时通过第二电容器和第一电容器平滑第二升压电压。在此方法中，当从第一升压电压切换到第二升压电压时，能够使用而不放弃在第一电容器中充电的电荷，从而有效地减少功率消耗。此外，能够在切换时防止从电源电路输出的电压中的急遽变化，从而允许电源中的稳定上升。

根据上述本发明的实施例的示例性方面，能够提供能够防止设备的故障并延长电池寿命的电源电路，以及电源电路的控制方法。

附图说明

结合附图，根据某些示例性实施例的以下描述，以上和其它示例性方面、优点和特征将更加明显，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的电源电路的构造的框图；

图2是示出在根据本发明的示例性实施例的电源电路中使用的电源选择电路的示例的电路图；

图3是示出在根据本发明的示例性实施例的电源电路中使用的控制电路的示例的电路图；

图4是根据本发明的示例性实施例的电源电路的时序图；

图5是示出根据参考示例的电源电路的构造的框图；

图6是示出根据现有技术的电源电路的构造的框图；以及

图7是示出在根据现有技术的电源电路中使用的升压电路的电路图。

具体实施方式

在下文中将会描述本发明的示例性实施例。在下文中提供的解释仅仅阐明本发明的示例性实施例，并且本发明不限于下述示例性实施例。为了使解释更清楚，适当地缩短和简化下面的描述和附图。此外，为了阐明解释适当地省略多余的解释。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件并且适当地省略它的解释。

在下文中参考图1描述根据本发明的示例性实施例的电源电路的构造。图1是示出根据示例性实施例的电源电路的构造的框图。根据示例性实施例的电源电路1控制用于在使用电池12作为电源的装置中驱动包括负载80的诸如显示装置的装置的电压的提供。参考图1，根据示例性实施例的电源电路1包括第一升压器50、第二升压器51、第一平滑电容器Cb1、第二平滑电容器Cb2、电源选择电路60以及控制电路70。

来自于电池12的电源电压V被提供给第一升压器(第一升压电路)50和第二升压器(第二升压电路)51。第一升压器50基于输入电源电压V生成第一升压电压VL。第二升压器51基于输入电源电压V生成以高于第一升压器50的升压系数升压的第二升压电压VH。尽管在图1中未示出，第一升压器50和第二升压器51可以例如像图7中所示的2倍升压器55一样是包括开关和泵电容器的电荷泵升压器。第二升压器51的升压系数被设置为高于第一升压器50的升压系数。

如果2倍升压器被用作第一升压器50并且3倍升压器被用作第二升压器51，例如，生成2倍升压电压作为第一升压电压VL，并且生成3倍升压电压作为第二升压电压VH。换言之，第一升压器50通过将从电池12提供的电源电压V升压到2倍生成第一升压电压VL。此外，第二升压器51通过将从电池12提供的电源电压V升压到3倍生成第二升压电压VH。

电源选择电路60不仅被提供有通过第一升压器50升压的第一升压电压VL而且被提供有通过第二升压器51升压的第二升压电压VH。参考图2在下文中详细地描述电源选择电路60。图2是示出在根据示例性实施例的电源电路1中使用的电源选择电路60的示例的电路图。如图2中所示，电源选择电路60包括能够根据从控制电路70提供的控制信号C2进行切换的电源选择开关SWD。当电源选择开关SWD被连接至VL端子时，电源选择电路60输出第一升压电压VL。另一方面，当电源选择开关SWD被连接至VH端子时，电源选择电路60输出第二升压电压VH。以该方式，电源选择电路60是下述切换电路，该切换电路选择从第一升压器50提供的第一升压电压VL和从第二升压器51提供的第二升压电压VH中的一个并且输出所选择的电压。

在本示例性实施例中，第一平滑电容器(第一电容器)Cb1被连接至电源选择电路60的输出端，并且第二平滑电容器(第二电容器)Cb2被连接至第二升压器51的输出端。因此，当电源选择开关SWD被连接至VL端子时，通过第一平滑电容器Cb1平滑从电源选择电路60输出的第一升压电压VL。因此，通过第一平滑电容器Cb1，电源选择电路60的输出端子VZ能够保持第一升压电压VL。另一方面，当电源选择开关SWD被连接至VH端子时，通过第一平滑电容器Cb1和第二平滑电容器Cb2平滑从第二升压器51输出的第二升压电压VH。因此，通过第一平滑电容器Cb1和第二平滑电容器Cb2，电源选择电路60的输出端子VZ能够保持第二升压电压VH。

通过控制电路70控制上述第二升压器51和电源选择电路60。参考图3在下文中详细地描述控制电路70。图3是示出在根据示例性实施例的电源电路1中使用的控制电路70的示例的电路图。例如，如图3中所示，控制电路70包括电阻器R10、R11和R12、比较器71和72、以及基准电源73。

比较器71的+输入端子被连接至基准电源73，并且比较器71的-输入端子被连接至电阻器R10和电阻器R11之间的节点。当电阻器R10和电阻器R11之间的电压VR11变得低于基准电源73的电压时，比较器71将控制信号C2输出至电源选择电路60。当从控制电路70提供控制信号C2时，电源选择电路60切换选择。具体地，比较器71通过电阻器R10检测电池12的电源电压V并且根据检测到的值将控制信号C2提供给电源选择电路60，从而控制时序以切换电源选择电路60的电源选择开关SWD。

比较器72的+输入端子被连接至基准电源73，并且比较器72的-输入端子被连接至电阻器R11和电阻器R12之间的节点。当电阻器R11和电阻器R12之间的电压VR12变得低于基准电源73的电压时，比较器72将控制信号C1输出至第二升压器51。当从控制电路70提供控制信号C1时，第二升压器51开始操作。具体地，比较器72通过电阻器R10和R11检测电池12的电源电压V并且根据检测到的值将控制信号C1提供给第二升压器51，从而控制时序以切换第二升压器51的接通(ON)和关断(OFF)。

参考图4在下文中描述根据本发明的示例性实施例的电源电路1的控制方法。图4是根据示例性实施例的电源电路1的时序图。如图4中所示，电池12的电源电压V随时间t减少。在本示例中假定第二升压器51为关断作为初始设置。还假定电源选择电路60的电源选择开关SWD连接至VL端子，并且从电源选择电路60输出来自于第一升压器50的第一升压电压VL。从而通过第一平滑电容器Cb1平滑第一升压电压VL，并且电源选择电路60的输出端子VZ保持第一升压电压VL。如果第一升压器50是2倍升压器，例如，电源选择电路60的输出端子VZ保持被2倍升压的电压作为第一升压电压VL。

然后，当由于通过电池12的消耗的电压下降导致电压VR12变得低于基准电源73的电压时，比较器72输出控制信号C1。具体地，控制电路70将控制信号C1输出至第二升压器51。从而将第二升压器51从关断切换成接通。当第二升压器51开始操作时，第二升压器51生成第二升压电压VH，并且对第二平滑电容器Cb2充电与第二升压电压VH相对应的电荷。

然后，当由于通过电池12的消耗的进一步的电压下降导致电压VR11变得低于基准电源73的电压时，比较器71输出控制信号C2。具体地，控制电路70将控制信号C2输出至电源选择电路60。从而将电源选择电路60中的电源选择开关SWD从VL端子切换成VH端子。

当电源选择开关SWD被连接至VH端子时，在根据示例性实施例的电源电路1中并联地连接第一平滑电容器Cb1和第二平滑电容器Cb2。在此状态下，在以第一升压电压VL充电的第一平滑电容器Cb1和以第二升压电压VH充电的第二平滑电容器Cb2之间发生电荷共享。

如下所示地表示就在电荷共享之后的电源选择电路60的输出端子VZ的电压V(VZ)：

V(VZ)＝(Q(Cb1)+Q(Cb2))/(C(Cb1)+C(Cb2))

V(Cb1)＝Q(Cb1)/C(Cb1)

V(Cb2)＝Q(Cb2)/C(Cb2)

V(Cb1)：就在电荷共享之前的第一平滑电容器Cb1的电压

Q(Cb1)：就在电荷共享之前的第一平滑电容器Cb1中积累的电荷

C(Cb1)：第一平滑电容器Cb1的电容

V(Cb2)：就在电荷共享之前的第二平滑电容器Cb2的电压

Q(Cb2)：就在电荷共享之前的第二平滑电容器Cb2中积累的电荷

C(Cb2)：第二平滑电容器Cb2的电容

以该方式，就在电荷共享之后的电压V(VZ)是就在电荷共享之前的第一平滑电容器Cb1的电压和就在电荷共享之前的第二平滑电容器Cb2的电压之间的电压。

然后，通过第一平滑电容器Cb1和第二平滑电容器Cb2平滑来自于第二升压器51的第二升压电压VH，并且电源选择电路60的输出端子VZ保持第二升压电压VH。如果第二升压器51是3倍升压器，例如，电源选择电路60的输出端子VZ保持被3倍升压的电压作为第二升压电压VH。

如上所述，当电源电压V等于或者高于规定值时根据示例性实施例的第一平滑比较器Cb1平滑第一升压电压VL并且当电源电压V低于规定值时进一步平滑第二升压电压VH。

描述图5中所示的电源电路2作为与根据示例性实施例的电源电路1相比较的参考示例。图5是示出根据参考示例的电源电路2的构造的框图。在根据参考示例的电源电路2中，第一平滑电容器被放置在不同于根据示例性实施例的电源电路1的位置上。其它构造与电源电路1的相同并且在下面没有对其进行详细描述。

参考图5，电源电路2包括第一升压器50、第二升压器51、第一平滑电容器Cb、第二平滑电容器Cb2、电源选择电路60以及控制电路70。在图5中所示的参考示例中，将第一平滑电容器Cb放置在第一升压器50的输出端。因此，当电源选择电路60的电源选择开关SWD被连接至VL端子时，电源选择电路60输出通过第一平滑电容器Cb平滑的第一升压电压VL。因此，通过第一平滑电容器Cb，电源选择电路60的输出端子VZ保持第一升压电压VL。另一方面，当电源选择开关SWD被连接至VH端子时，电源选择电路60输出通过第二平滑电容器Cb2平滑的第二升压电压VH。因此，通过第二平滑电容器Cb2，电源选择电路60的输出端子VZ保持第二升压电压VH。

参考图4在下文中描述了电源电路2的控制方法中的必要之处。假定第二升压器51为关断作为初始设置。还假定电源选择电路60的电源选择开关SWD被连接至VL端子。因此，通过第一平滑电容器Cb平滑并且从电源选择电路60输出来自于第一升压器50的第一升压电压VL。从而电源选择电路60的输出端子VZ保持第一升压电压VL。

然后，当如图4中所示由于通过电池12的消耗的电压下降导致电压VR12变得低于基准电压73的电压时，控制电路70将控制信号C1提供给第二升压器51。从而第二升压器51从关断切换成接通。当第二升压器51开始操作时，第二升压器51生成第二升压电压VH，并且对第二平滑电容器Cb2充电与第二升压电压VH相对应的电荷。

然后，当由于通过电池12的消耗的进一步的电压下降导致电压VR11变得低于基准电源73的电压时，控制电路70将控制信号C2输出至电源选择电路60。从而将电源选择电路60中的电源选择开关SWD从VL端子切换成VH端子。

在根据参考示例的电源电路2中，当电源选择开关SWD被连接至VH端子时，第一平滑电容器Cb与电源选择电路60分离，并且第二平滑电容器Cb2连接至电源选择电路60。因此，就在切换电源选择开关SWD之后的电源选择电路60的输出端处的电压变为就在切换之前的第二平滑电容器Cb2的电压。然后，通过第二平滑电容器Cb2继续地平滑来自于第二电容器51的第二升压电压VH，并且电源选择电路60的输出端子VZ保持第二升压电压VH。

如上所述，在根据参考示例的电源电路2中，在将电源选择开关SWD从VL端子切换成VH端子时分离第一平滑电容器Cb。因此，当通过电源选择电路60切换升压器的输出时，在第一平滑电容器Cb中充电的电荷被放弃，这是显著的功率浪费。此外，从电源选择电路60的输出端子VZ输出的电压急遽地从第一升压电压VL变成第二升压电压VH。该急遽变化可能引起负载80上的诸如故障的不良影响。

另一方面，在根据示例性实施例的电源电路1中，在将电源选择开关SWD从VL端子切换成VH端子时并联地连接第二平滑电容器Cb2和第一平滑电容器Cb1，并且在它们之间发生电荷共享。因此，当通过电源选择电路60切换升压器的输出时，能够使用而不放弃充电在第一平滑电容器Cb1中的电荷。这有效地减少了功率消耗，并从而能够延长电池寿命。此外，从电源选择电路60的输出端子VZ输出的电压在变成第一平滑电容器Cb1和第二平滑电容器Cb2之间的电压之后，被平滑成第二升压电压VH。具体地，因为第一平滑电容器Cb1共享在第二平滑电容器Cb2中充电的电荷，所以能够防止从电源选择电路60的输出端子VZ输出的电压中的急遽变化，从而允许在电源中稳定上升。从而能够防止故障并且减少负载80上的不良影响。

尽管在上面举例描述了其中被彼此独立地放置两个升压电路的电源电路1，但是本发明可以应用于电路的一部分被共享的情况。此外，尽管在上面描述了控制电路70被放置在电源电路1中的情况，但是控制电路70可以被放置在使用电池12作为电源控制整个设备的控制单元中。此外，尽管根据示例性实施例的电源电路1包括举例的两个升压电路，但是本发明不限于此，并且可以使用降压电路代替升压电路。使用降压电路代替升压电路的电源电路1具有与上述电源电路1一样的优点。

虽然已经按照若干示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解本发明可以在权利要求的精神和范围内进行各种修改的实践，并且本发明并不限于上述的示例。

此外，权利要求的范围不受到上述的示例性实施例的限制。

此外，应当注意的是，申请人意在涵盖所有权利要求要素的等同形式，即使在后期的审查过程中对权利要求进行过修改亦是如此。

Claims

1.一种电源电路，包括：

第一升压电路，所述第一升压电路升压从电源提供的电源电压并且生成第一升压电压；

第二升压电路，所述第二升压电路以比所述第一升压电路高的倍率系数升压所述电源电压并且生成第二升压电压；

切换电路，所述切换电路输出所述第一升压电压和所述第二升压电压中的一个；

第一电容器，所述第一电容器被放置在所述切换电路的输出端；以及

第二电容器，所述第二电容器被放置在所述第二升压电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其中

当所述电源电压等于或者高于规定值时所述切换电路输出所述第一升压电压，并且当所述电源电压低于所述规定值时输出所述第二升压电压。

3.根据权利要求1所述的电源电路，其中

在将所述切换电路的输出从所述第一升压电压切换到所述第二升压电压之前所述第二升压电路开始操作。

4.根据权利要求1所述的电源电路，其中

当所述电源电压等于或者高于规定值时所述第一电容器平滑所述第一升压电压，并且当所述电源电压低于所述规定值时平滑所述第二升压电压。

5.一种电源电路的控制方法，所述电源电路包括：第一升压电路，所述第一升压电路升压从电源提供的电源电压并且生成第一升压电压；和第二升压电路，所述第二升压电路以比所述第一升压电路高的倍率系数升压所述电源电压并且生成第二升压电压，所述方法包括：

当所述电源电压等于或者高于规定值时通过第一电容器平滑所述第一升压电压；和

当所述电源电压低于所述规定值时通过第二电容器和所述第一电容器平滑所述第二升压电压。

6.根据权利要求5所述的电源电路的控制方法，其中

在将输出从所述第一升压电压切换到所述第二升压电压之前开始所述第二升压电路的操作。