CN102307012A

CN102307012A - 电路装置

Info

Publication number: CN102307012A
Application number: CN2011102390959A
Authority: CN
Inventors: 高野洋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2012-01-04
Also published as: CN101183827B; US7944718B2; JP2008109843A; US20080080217A1; CN101183827A

Abstract

为实现具有升压电路的电路装置的小型化，本发明提供一种电路装置，包括：以规定的输入电压启动、且将输入电压变换成比输入电压高的第1升压电压的第1升压电路；与第1升压电路连接、充电第1升压电压的电容器；通过第1开关元件与电容器连接、以电容器的蓄电电压启动、且将输入电压变换成比第1升压电压高的第2升压电压的第2升压电路；和与第2升压电路的输出端子和电容器连接的第2开关元件，第1开关元件是如下所述的开关，为了启动第2升压电路而接通，并向第2升压电路提供电容器的蓄电电压，在启动后断开而停止提供；第2开关元件是在第2升压电路的启动后接通、并向电容器提供第2升压电压的开关。

Description

电路装置

本申请是申请日为2007年9月29日、申请号为200710167693.3、发明名称为“电路装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种具有升压电路的电路装置。

背景技术

通常，作为将来自提供电力的电源的直流电源电压升压到所希望的直流电压值的装置，已知有升压DC/DC变换器。近年来，提供的电力的电压未达到升压DC/DC变换器的启动电压的电压的电源增加，在这样的电源中并设用于启动DC/DC变换器的辅助电源的方法被提案(例如，参照专利文献1)。

图4是专利文献1中具备现有的升压电路的电路装置的电路图。

在专利文献1中，公开一种电子设备(电路装置)，其特征在于，具有：提供电力的电源101；在由电力启动的同时，将电力变换成比该电力的电压高的电压的第1升压电路(辅助电源)102；在由第1升压电力启动的同时，将电力变换为比该电力的电压更高的电压的第2升压电力，以该第2升压电力持续工作的第2升压电路(DC/DC变换器)103；在以该第2升压电力工作的同时，实现所希望的功能的负载电路104；充电第1升压电力的电容器105；检测电容器105的电压的同时，输出对应于该电容器105的电压的电压检测信号的电压检测电路106；和由电压检测信号控制的开关元件107；而且，第1升压电路102具有比第2升压电路103启动电压低的特点；为了启动第2升压电路103，电容器105的蓄积电力通过开关元件107被提供到第2升压电路103；在电压检测电路106判断为电容器105的电压在规定电压以上时，接通开关元件107，将开关元件107断开时被充电的电容器105的蓄积电力向第2升压电路103提供，以便启动第2升压电路103。

在这种现有的电子设备中，利用第1升压电路102对电容器105充上用于启动第2升压电路103的足够的电力后，使开关元件107接通，利用电容器105的蓄电电力启动第2升压电路103。第2升压电路103一旦开始启动时，由于能够靠自身能力启动内部电路，所以断开开关元件107，停止电容器105的蓄电电力向第2升压电路103的提供。这样，通过第2升压电路103能够将电源101的电力升压到第2的升压电力，能够对负载电路104提供电力，使其工作。

【专利文献1】(日本)特开2006-020491号公报

在上述现有的电子设备(电路装置)的结构中虽然没有描述，但通常在第2升压电路(DC/DC变换器)103中，在其输出端子127和负载电路104之间连接大的容量值的输出平滑电容器来使用。近年来，虽然对于这样的电子设备(电路装置)要求其进一步小型化和高密度化，但构成电子设备的电路元件(DC/DC变换器、辅助电源、开关元件、电容器等)自身的尺寸成为制约，限制了其小型化和高密度化。

发明内容

基于上述情况而进行本发明，其目的在于，提供一种实现具有升压电路的电路装置的小型化的技术。

本发明的某一方式是一种电路装置。该电路装置的特征在于，包括：利用规定的输入电压启动，且将输入电压变换成比该输入电压更高的电压即第1升压电压的第1升压电路；与第1升压电路的输出端子连接的、充电第1升压电压的电容器；通过第1开关元件与电容器连接的、在利用电容器的蓄电电压启动的同时，将输入电压变换成比第1升压电压更高的电压即第2升压电压的第2升压电路；和将第2升压电路的输出端子和电容器连接的第2开关元件，第1开关元件是如下所述的开关，为了启动第2升压电路而将其接通，向第2升压电路提供电容器的蓄电电压，在第2升压电路启动后将其断开而停止提供；第2开关元件是在第2升压电路的启动后将其接通，用于向电容器提供第2升压电压的开关。

根据本发明，使共有用于充电第1升压电压的电容器和用于充电第2升压电压的电容器，所需要的2个电容器成为1个，能够实现电路装置的小型化及低成本化。

在所述结构中，其特征在于，还包括检测第2升压电压的电压检测电路，在第2升压电路启动后接通第2开关元件时，为了利用电压检测电路防止第2升压电压成为未达到用于驱动第2升压电路所必需的规定的基准电压的电压，而使该第2开关元件断开。由此，在电容器充电不充分的时候(蓄电电压低的时候)，就防止了由于起因于此的电压下降而导致的第2升压电压低于第1升压电压(第2升压电压的驱动电压)的现象，能够不停止第2升压电路的升压工作，使该工作稳定地进行。此外，在电容器的充电不充分的时候(蓄电电压低的时候)，在从接通第2开关元件到断开的过程间对电容器充电第2升压电压，稍稍增加电容器的蓄电电压。由于通过第2升压电路的升压工作，电压下降了的第2升压电压恢复到规定的电压，所以通过重复这样的接通/断开，就能够慢慢地增加电容器的蓄电电压，最终若电容器的蓄电电压成为规定的基准电压以上的话就能够保持接通不变而连续地充电。因此，就能够通过第2开关元件不停止第2升压电路的升压工作，稳定地对电容器进行充电。

本发明的另一方式是一种电路装置。该电路装置的特征在于，包括有助于将规定的输入电压变换为比输入电压的电压更高的升压电压的升压工作的电容器；和能够将电容器切换成升压工作以外的用途的电容器切换部件。在此方式中，升压工作以外的用途也可以是升压电压的平滑化。

根据本发明，能够实现具有升压电路的电路装置的小型化及成本的降低。

附图说明

图1是具备本发明的第1实施方式的升压电路的电路装置的电路图。

图2是具备本发明的第2实施方式的升压电路的电路装置的电路图。

图3是具备本发明的第3实施方式的升压电路的电路装置的电路图。

图4是具备现有的升压电路的电路装置的电路图。

标号说明

1～6...端子，11...副电源模块，12...第1升压电路，13...第1开关元件，14～16...端子，21...主电源模块，22...第2升压电路，23...第2开关元件，24～26...端子，27...电压检测电路，30...电源，31...电容器，32...二极管，33...负载电路，Vin...输入电压，Vout...输出电压，V1、V3...输入电压，V2、V4...输出电压，V5...基准电压，V6...电压

具体实施方式

下面，根据附图，说明使本发明具体化的实施方式。再有，在所有的附图中，对相同的结构要素赋予相同的符号，并适当省略说明。

(第1实施方式)

第1实施方式的电路装置是将输入电压Vin变换成输出电压Vout的DC/DC变换器。此电路装置包括副电源模块11、主电源模块21及电容器31。

副电源模块11具有第1升压电路12和第1开关元件13。第1升压电路12的端子(输入端子)14及端子15与连接到电源30的端子1连接。在此，电源30具有带有规定的输入电压Vin的电力。第1升压电路12的端子(输出端子)16通过端子3分别与电容器31的一个电极和第1开关元件13的一个电极连接。电容器31的另一个电极接地(GND)，第1开关元件13的另一个电极与第2升压电路22的端子25相连接。

主电源模块21具有第2升压电路22和第2开关元件23。第2升压电路22的端子(输入端子)24与连接到电源30的端子1连接，第2升压电路22的端子25与第1开关元件13的另一个电极、以及通过端子2与第2升压电路22的端子(输出端子)26分别连接。再有，在端子25和端子26(或端子2)之间设置二极管(肖特基二极管)32。第2升压电路22的端子26通过端子4分别与第2开关元件23的另一个电极和连接到负载电路33的端子2连接。第2开关元件23的另一个电极通过端子5与电容器31的另一个电极连接。

下面，说明上述结构的第1实施方式的电路装置的工作。

在电路装置的启动初期，第1开关元件13及第2开关元件23的任意一个都为断开(开路状态)的设定。首先，在副电源模块11，从连接在电源30的端子1对端子15提供比第2升压电路22的启动电压低的电压，利用此电压启动第1升压电路12。而且，启动的第1升压电路12将来自电源30的电压变换成第1升压电压。由此，输入到第1升压电路12的端子14的输入电压V1(＝Vin)作为输出电压V2被输出到端子16。伴随于此，第1升压电压开始在电容器31中蓄电。此时，由于第1开关元件13是断开(开路状态)的，所以电容器31的电压逐步上升。然后，在电容器31到达规定电压以上时将第1开关元件13切换为接通(闭路状态)。由此，将电容器31的蓄电电压提供到第2升压电路22的端子25，利用此蓄电电压，开始启动第2升压电路22。然后，启动的第2升压电路22将来自电源30的电压变换为第2升压电压。由此，输入到第2升压电路22的端子24的输入电压V3(＝Vin)作为输出电压V4(＝Vout)被输出到端子26。此第2升压电压通过二极管32被提供到端子25。由于如果第2升压电压(输出电压V4)稳定而成为第2升压电路22的启动电压以上的电压就能够靠自身能力使内部电路工作，所以使第1开关元件13断开，停止向第2升压电路22提供电容器31的蓄电电压。而且，在此，配合第1开关元件13的断开，将第2开关元件23切换成接通。由此，成为在第2升压电路22的端子26连接电容器31的状态，第2升压电压被对电容器31蓄电，此电容器31能够作为向负载电路33的输出平滑电容器起作用。其结果，利用第2升压电路22能够将电源电压(输入电压Vin)升压到第2升压电压(输出电压Vout)的同时，还能够对负载电路33稳定地提供所希望的电压，使其工作。

根据以上说明的第1实施方式的电路装置，能够获得如下的效果。

(1)在利用以规定的输入电压启动的同时，将输入电压变换成比此输入电压更高的电压即第1升压电压的第1升压电路12，和以充电第1升压电压的电容器31的蓄电电压启动的同时，将输入电压变换成比第1升压电压更高的电压即第2升压电压的第2升压电路22，能够将电源30的电压(输入电压Vin)升压到第2升压电压(输出电压Vout)的电路装置中，通过设置在第2升压电路22的启动后用于向电容器31提供第2升压电压的第2开关元件23，能够共有用于通过第1升压电路12充电第1升压电压的电容器和用于通过第2升压电路22充电第2升压电压的电容器，使2个必需电容器成为1个，实现电路装置的小型化及低成本化。

(第2实施方式)

图2是具备本发明的第2实施方式的升压电路的电路装置的电路图。与第1实施方式的电路装置不同之处是利用电压检测电路27一边监视、一边控制第2开关元件23的接通/断开工作。在此，电压检测电路27是比较器(comparator)，其比较内部的基准电压V5(＝V2+α：相当于在作为第2升压电路22的启动电压的第1升压电路12的输出电压V2上加上电压变动余量α的电压)和设置在第2升压电路22的端子26侧的端子6上的电压V6(相当于第2升压电路22的输出电压V4)，如果端子6的电压V6在基准电压V5以上，则第2开关元件23接通(闭路状态)，如果小于基准电压V5则切换为断开(开路状态)。除此之外，与第1实施方式中说明的电路装置的结构及工作相同。

根据上述说明的第2实施方式的电路装置，除第1实施方式的所述(1)的效果外，还能够获得以下这样的效果。

(2)在第2升压电路22的启动后使第2开关元件23接通时，利用电压检测电路27判断为第2升压电路22的输出电压V4小于基准电压V5(第1升压电路12的输出电压V2+α)的情况下，通过使此第2开关元件23断开，就能够在电容器31的充电不充分的时候(蓄电电压低的时候)，防止由于起因于此的电压下降而导致的使第2升压电路22的输出电压V4低于第1升压电路12的输出电压V2的情形，能够不停止第2升压电路22的升压工作，使该工作稳定地进行。

(3)在电容器31的充电不充分的情况下(蓄电电压低的时候)，在从接通第2开关元件23到断开的期间，电容器31被充电第2升压电压，稍稍增加电容器31的蓄电电压。由于通过第2升压电路22的升压工作，使电压下降了的第2升压电路22的输出电压V4恢复到规定的电压，所以通过重复这样的接通/断开就能够慢慢地增加电容器31的蓄电电压，最终地，如果电容器31的蓄电电压成为基准电压V5以上的话就能够保持接通不变来连续地充电。因此，就能够通过第2开关元件23不停止第2升压电路22的升压工作，稳定地对电容器31进行充电。

(第3实施方式)

图3是具备本发明的第3实施方式的升压电路的电路装置的电路图。本实施方式的电路装置是将输入电压Vin变换成输出电压Vout的电荷泵(charge pump)电路。电路装置100是4级电荷泵，在Vin和Vout之间的传递路径上串联连接阈值电压Vd的二极管D1～D4。该传递路径中，并联连接着电容器C1～C3。即，在二极管D1和二极管D2之间的连接点N1上连接有电容器C1。此外，在二极管D2和二极管D3之间的连接点N2上连接着电容器C2。此外，在二极管D3和二极管D4之间的连接点N3上连接着电容器C3。

在电容器C1及电容器C3上通过反相器110施加同相的时钟CLK，在电容器C2上通过反相器112施加与时钟CLK反相的时钟CLKb。

此外，设置可分别与电容器C1、C2、C3并联连接的电容器C1′、C2′、C3′。具体地，能够在二极管D1和二极管D2之间的连接点N1′和连接到Vout的连接点N4之间切换电容器C1′的一个端子。能够在施加时钟CLK的连接点N5和地之间切换电容器C1′的另一个端子。此外，能够在二极管D2和二极管D3之间的连接点N2′和连接到Vout的连接点N6之间切换电容器C2′的一个端子。能够在施加时钟CLKb的连接点N7和地之间切换电容器C2′的另一个端子。此外，能够在二极管D3和二极管D4之间的连接点N3′和连接到Vout的连接点N8之间切换电容器C3′的一个端子。能够在施加时钟CLK的连接点N9和地之间切换电容器C3′的另一个端子。

接着，说明本实施方式的电路装置的工作。首先，在电荷泵启动时，电容器C1′～C3′的一个端子分别连接到N1′～N3′。在电容器C1′及C3′的另一个端子施加时钟CLK。此外，在电容器C2′的另一个端子施加时钟CLKb。由此，除电容器C1～C3外，电容器C1′～C3′有助于泵的工作。

具体地，时钟CLK为L电平(0V)时，连接点N1(N1′)电压VN1是Vin-Vd，此后，时钟CLK为H电平(Vin)时，如果忽略连接点N1(N1′)的浮置电容值，电压VN1通过电容耦合就变为2Vin-Vd。

时钟CLK为H电平时，由于时钟CLKb是L电平，所以连接点N2(N2′)的电压VN2是2(Vin-Vd)，此后，时钟CLKb变为H电平时，如果忽略连接点N2(N2′)的浮置电容值，电压VN2通过电容耦合就变为3Vin-2Vd。

而且，时钟CLKb为H电平时，由于时钟CLK是L电平，所以连接点N3(N3′)的电压VN3是3(Vin-Vd)，此后，时钟CLK变为H电平时，如果忽略连接点N3(N3′)的浮置电容值，电压VN3通过电容耦合就变为4Vin-3Vd。考虑二极管D4的阈值电压Vd时，最终，Vout变为4(Vin-Vd)。

在电荷泵启动时，由于电容器C1′～C3′有助于泵工作，所以能够更迅速地生成Vout。

接着，在Vout一旦上升后，电容器C1′～C3′的一个端子分别连接到连接点N4、N6、N8。电容器C1′～C3′的另一个端子分别接地。由此，电容器C1′～C3′并联连接到Vout，作为平滑电容起作用。

Vout一旦上升后，由于可以仅应对负载电流，所以电荷泵驱动能力小就可以。另一方面，基于防止系统的误工作的观点，有必要抑制噪音引起的Vout的变动。如上所述，通过使电容器C1′～C3′作为平滑电容起作用，在残留电荷泵所需的充分的驱动能力的同时，能够不追加无源部件就实现Vout的平滑化。此外，一时流过大的负载电流，Vout大幅下降的时候，与上升时相同，由于电容器C1′～C3′有助于泵工作，一时地提高驱动能力，能够使Vout高速地恢复。

根据上述说明的第3实施方式，能够获得以下的效果。

(4)由于通过开关的切换使在电路装置中使用的电容器发挥泵工作和平滑这样2个功能，所以可使电路装置小型化，进而能够有助于电路装置的低成本化。

本发明不限于上述各实施方式的电路装置，按照本领域技术人员的知识，能够追加各种设计变更等的变形，增加这些变形的实施方式也包含在本发明的范围内。

例如，第3实施方式的电路装置中，虽然例示出4级电荷泵，但有助于泵的并联连接的电容器的数量不限于3个，泵的级数可以是2、3级或5级以上。

此外，在第1～3实施方式的电路装置中，作为升压工作以外的电容器的其它用途，虽然例示出升压电压的平滑化，但电容器的其它用途不限于此。

Claims

1.一种电路装置，其特征在于，包括：

电容器，有助于将规定的输入电压变换为比所述输入电压的电压高的升压电压的升压工作；以及

电容器切换部件，能够将所述电容器切换成升压工作以外的用途。

2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述升压工作以外的用途是所述升压电压的平滑化。