CN102484423A - 电荷泵电路和其操作控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电荷泵电路，其将从输入端子输入的输入电压降压并将它作为降压输出电压从降压输出端子输出，并且将输入电压升压并将它作为升压输出电压从升压输出端子输出，电荷泵电路包括：电压转换电路，其具有快速电容器、降压输出电容器、升压输出电容器和多个开关，其中，快速电容器、降压输出电容器、升压输出电容器和开关连接，并且电压转换电路能够通过切换开关的每个通/断状态来切换连接状态；输出电压检测电路单元，其进行降压输出电压和第一预定电压之间电压的比较，并进行升压输出电压和第二预定电压之间电压的比较，并且产生和输出指示比较的每个结果的每个信号；以及控制电路单元，其依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号进行切换控制。

Description

电荷泵电路和其操作控制方法

技术领域

本公开涉及产生并输出多个不同电压的电荷泵电路，具体地，涉及分别地产生并输出小于输入电压的降压(step-down)电压和大于输入电压的升压(step-up)电压的电荷泵电路以及其操作控制方法。

背景技术

在电荷泵电路的第一传统示例中，以输入电压对快速电容器(flyingcapacitor)充电，并且以将输入电压添加至快速电容器中的充电电压的电压对与输出端子连接的输出电容器充电，从而产生输入电压两倍的电压(参见日本专利公开号S56-2859)。在产生更大电压的情况下，将以输入电压充电的快速电容器的电压进一步添加至被充电至输入电压两倍的输出端子的电压，从而获得输入电压三倍的输出电压。通过重复相同的操作，可以获得输入电压N倍的输出电压。

另外，电荷泵电路的第二传统示例包括：第一开关部分，其在第一电容器中产生与输入电压相同的电压；以及第二开关部分，其在第二电容器中产生小于输入电压的电压(参见日本专利公开号S61-120933)。通过将第一和第二电容器中的每一个与输入电压相组合和连接，产生范围介于小于输入电压的电压至大于输入电压的电压的六种输出电压。

而且，在电荷泵电路的第三传统示例中，一个快速电容器输出小于输入电压的输出电压和大于输入电压的输出电压(参见日本专利公开号H05-111243)。

然而，在第一传统示例中，输出电压变为输入电压N倍的电压，而不能产生小于输入电压的电压。另外，也不能获得输入电压整数倍以外的任意输出电压。而且，在第一传统示例中，当输入电压波动时，输出电压也波动，并且对于负载波动没有采取对策，因此输出电压不稳定。

在第二传统示例中，可以获得小于输入电压的输出电压；然而，需要特殊的电容器，并且需要两个电容器以同时获得大于输入电压的电压。另外，与第一传统示例一样，在第二传统示例中，不能获得任意的输出电压，并且在输入电压波动和负载波动方面，输出电压也不稳定。

另外，在第三传统示例中，一个快速电容器能够输出大于输入电压的输出电压和小于输入电压的输出电压，并且还可以通过改变开关部分的占空比(on-duty cycle)来改变输出电压。然而，在第三传统示例中，不可以针对每个单独的输出电压改变开关部分的接通占空比，因此使可控的输出电压限制到1。而且，在第三传统示例中，未采取针对负载波动的对策，因此存在输出电压不稳定的问题。再者，需要电感器，因此难以实现电路集成。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目标是要提供能够利用一个快速电容器同时获得小于输入电压的输出电压和大于输入电压的输出电压并且能够进行以上输出电压两者的设置并降低负载波动引起的输出电压波动的电荷泵电路以及其操作控制方法。

为了实现此目标，本发明的实施例提供一种电荷泵电路，其将从输入端子输入的输入电压进行降压并将它作为降压输出电压从降压输出端子输出，并且将输入电压升压并且将它作为升压输出电压从升压输出端子输出，所述电荷泵电路包括：电压转换电路，其包含：快速电容器，以输入电压对其充电；降压输出电容器，其连接在降压输出端子和地之间；升压输出电容器，其连接在升压输出端子和地之间；以及多个开关，其中，快速电容器、降压输出电容器、升压输出电容器和开关连接，并且电压转换电路能够通过切换各开关的每个通/断状态来切换以下连接状态：第一连接状态，其中以输入电压对快速电容器充电；第二连接状态，其中以快速电容器中的充电电压对降压输出电容器充电；第三连接状态，其中以将输入电压添加至快速电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电；以及第四连接状态，其中以将快速电容器中的充电电压添加至降压电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电；输出电压检测电路单元，其进行降压输出电压和第一预定电压之间的电压的比较，并进行升压输出电压和第二预定电压之间的电压的比较，并且产生和输出指示比较的每个结果的每个信号；以及控制电路单元，其依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号，对第一连接状态、第二连接状态、第三连接状态和第四连接状态之间的切换进行切换控制。

优选地，将预定时钟信号的两个时钟周期当作一个状态，并且将所述一个状态分为从第一到第四步的四步，并且依据输出电压检测电路单元输出的每个信号，在这四步的前两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第一连接状态，而在这四步的后两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为处于第一到第四连接状态的任何一个。

优选地，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在所述一个状态下，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第一连接状态。

优选地，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第二连接状态。

优选地，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第四连接状态。

优选地，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在第三步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第二连接状态，而在第四步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第三连接状态。

优选地，电压转换电路还能够切换至以输入电压对快速电容器和升压输出电容器中的每一个充电的第五连接状态，并且控制电路单元依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号进行用于切换至第五连接状态的切换控制。

优选地，在操作刚开始后，控制电路单元通过分别以第一连接状态、第五连接状态、第二连接状态和第三连接状态的顺序进行排它地切换的切换控制来进行软启动操作。

优选地，在操作刚开始后，控制电路单元通过分别以第五连接状态、第二连接状态和第三连接状态的顺序进行排它地切换的切换控制来进行软启动操作。

优选地，所述开关包括第一至第八开关，第一开关连接在输入端子和快速电容器的一端之间，第二开关连接在输入端子和快速电容器的另一端之间，第三和第六开关串联连接在快速电容器的一端与降压输出端子之间，第四和第七开关串联连接在快速电容器的一端和升压输出端子之间，第五开关连接在快速电容器的另一端和第三开关与第六开关之间的连接部分之间，第八开关连接在快速电容器的另一端和地之间，并且第一连接状态当作仅第一和第八开关接通的连接状态，第二连接状态当作仅第三、第六和第八开关接通的连接状态，第三连接状态当作仅第二、第四和第七开关接通的连接状态，第四连接状态当作仅第四、第五、第六和第七开关接通的连接状态，并且控制电路单元依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号进行用于第一连接状态、第二连接状态、第三连接状态和第四连接状态之间切换的切换控制。

优选地，电压转换电路还能够切换至以输入电压对快速电容器和升压输出电容器中的每一个充电的第五连接状态，第五连接状态当作仅第一、第四、第七和第八开关接通的连接状态，并且控制电路单元依据从输出电压检测电路输出的每个信号进行用于第一连接状态、第二连接状态、第三连接状态、第四连接状态和第五连接状态之间切换的切换控制。

优选地，所述输出电压检测电路单元包含：第一电压比较电路单元，其进行与降压输出电压成比例的降压比例电压与预定第一基准电压之间的电压的比较，并且依据比较结果产生第一信号并将第一信号输出至控制电路单元，以及第二电压比较电路单元，其进行与升压输出电压成比例的升压比例电压与预定第二基准电压之间的电压的比较，并且依据比较结果产生第二信号并将第二信号输出至控制电路单元。

为了实现所述目标，本发明的实施例提供一种电荷泵电路的操作控制方法，所述电荷泵电路包括：快速电容器，以从输入端子输入的输入电压对其充电；降压输出电容器，其连接在降压输出端子和地之间；以及升压输出电容器，其连接在升压输出端子和地之间，所述电荷泵电路对输入电压降压并且将其作为降压输出电压从降压输出端子输出，并且对输入电压升压并且将其作为升压输出电压从升压输出端子输出，所述操作控制方法包含：进行降压输出电压和第一预定电压之间的电压的比较，并进行升压输出电压和第二预定电压之间的电压的比较，以及依据比较的每个结果进行以下连接操作中的任何一个：第一连接操作，其中以输入电压对快速电容器充电；第二连接操作，其中以快速电容器中的充电电压对降压输出电容器充电；第三连接操作，其中以将输入电压添加至快速电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电；以及第四连接操作，其中以将快速电容器中的充电电压添加至降压输出电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电。

优选地，将预定时钟信号的两个时钟周期当作一个状态，并且将所述一个状态分为从第一到第四步的四步，并且依据比较的每个结果，在这四步的前两步中进行第一连接操作，而在这四步的后两步中进行第一到第四连接操作中的任何一个。

优选地，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在所述一个状态下，进行第一连接操作。

优选地，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，进行第二连接操作。

优选地，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，进行第四连接操作。

优选地，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在第三步中，进行第二连接操作，而在第四步中，进行第三连接操作。

优选地，依据比较的每个结果进行以输入电压对快速电容器和升压输出电容器中的每一个充电的第五连接操作。

优选地，在操作刚开始后，以第一连接操作、第五连接操作、第二连接操作和第三连接操作的顺序进行软启动操作。

优选地，在操作刚开始后，以第五连接操作、第二连接操作和第三连接操作的顺序进行软启动操作。

附图说明

图1是图示本发明实施例的电荷泵电路的电路示例的示图。

图2是图示电压转换电路2中的连接状态“a”的示图。

图3是图示电压转换电路2中的连接状态“b”的示图。

图4是图示电压转换电路2中的连接状态“c”的示图。

图5是图示电压转换电路2中的连接状态“d”的示图。

图6是图示电压转换电路2中的连接状态“e”的示图。

图7是图示控制电路4的操作示例的示图。

图8是图示电荷泵电路1的操作示例的时序图。

具体实施方式

接下来参照附图详细描述本发明的实施例。

[实施例]

图1是图示本发明实施例的电荷泵电路的电路示例的示图。

图1中的电荷泵电路1将从电池或DC(直流电)电源10(如，恒压电路等)输入至输入端子IN的输入电压Vin进行降压，并从降压输出端子OUT1产生和输出降压输出电压Vbuck，从升压输出端子OUT2产生和输出升压输出电压Vboost。

电荷泵电路1包括电压转换电路2、输出电压检测电路3、控制电路4和振荡电路5。电压转换电路2从输入电压Vin产生降压输出电压Vbuck和升压输出电压Vboost中的每一个，并且从降压输出端子OUT1输出降压输出电压Vbuck，从升压输出端子OUT2输出升压输出电压Vboost。输出电压检测电路3进行电压转换电路2输出的每个输出电压值的检测。控制电路4依据输出电压检测电路3的检测结果进行电压转换电路2的操作控制。振荡电路5产生和输出预定的时钟信号CLK。

电压转换电路2包括开关S1～S8、快速电容器CF、降压电容器C1和升压电容器C2。开关S1～S8依据输入至控制输入的控制信号进行切换操作。

另外，输出电压检测电路3包括比较器21和22、第一基准电压生成电路23、第二基准电压生成电路24和电阻器R1～R4。第一基准电压生成电路23生成和输出预定的第一基准电压Vr1。第二基准电压生成电路24生成和输出预定的第二基准电压Vr2。

输出电压检测电路单元包括输出电压检测电路3，控制电路单元包括控制电路4和振荡电路5。第一开关包括开关S1，第二开关包括开关S2，第三开关包括开关S3，第四开关包括开关S4，第五开关包括开关S5，第六开关包括开关S6，第七开关包括开关S7，第八开关包括开关S8。第一电压比较电路单元包括比较器21、电阻器R1和R2以及第一基准电压生成电路23。第二电压比较电路单元包括比较器22、电阻器R3和R4以及第二基准电压生成电路24。

DC电源10的正电极侧端子连接至输入端子IN，DC电源10的负电极侧端子连接至地端子GND。

下文，如刚才描述的，将说明DC电源10的负电极侧端子的电位为地电位的示例。

在输入端子In和降压输出端子OUT1之间，开关S1、S3和S6串联连接，并且开关S2和S5的串联电路并联地连接至开关S1和S3的串联电路。并且在开关S1和S3之间的连接部分和升压电压端子OUT2之间，开关S4和S7串联连接。

在开关S1和S3的连接部分和开关S2和S5之间的连接部分之间，连接快速电容器CF，并且在开关S2和S5之间的连接部分和地之间，连接开关S8。并且在降压输出端子OUT1和地之间，连接降压输出电容器C1，并且在升压输出端子OUT2和地之间，连接升压输出电容器C2。

在降压输出端子OUT1和地之间，串联连接电阻器R1和R2，并且电阻器R1和R2之间的连接部分连接至比较器21的反相输入。第一基准电压Vr1输入至比较器21的同相输入，并且比较器21的输出连接至控制电路4。并且在升压输出端子OUT2和地之间，电阻器R3和R4串联连接，并且电阻器R3和R4之间的连接部分连接至比较器22的反相输入。第二基准电压Vr2输入至比较器22的同相输入，并且比较器22的输出连接至控制电路4。

时钟信号CLK输入至控制电路4。基于比较器21的输出信号Vo1(第一信号)、比较器22的输出信号Vo2(第二信号)和时钟信号CLK，开关S1～S8的控制信号SC1～SC8分别地产生并输出至对应开关S1～S8的控制输入。并且开关S1～S8基于相应输入的控制信号SC1～SC8进行切换操作。

在这种配置中，电阻器R1和R2对降压输出电压Vbuck分压，并且产生与降压输出电压Vbuck成比例的电压(降压比例电压Vfb1)，并且降压比例电压Vfb1输入至比较器21的反相输入。在降压比例电压Vfb1大于第一基准电压Vr1的情况下，比较器21输出高状态的输出电压Vo1，而在降压比例电压Vfb1低于或等于第一基准电压Vr1的情况下，比较器21输出低状态的输出信号Vo1。并且，电阻器R3和R4对升压输出电压Vboost分压，并且产生与升压输出电压Vboost成比例的电压(升压比例电压Vfb2)，并且升压比例电压Vfb2输入至比较器22的反相输入。在升压比例电压Vfb2大于第二基准电压Vr2的情况下，比较器22输出高状态的输出电压Vo2，而在升压比例电压Vfb2低于或等于第二基准电压Vr2的情况下，比较器22输出低状态的输出信号Vo2。控制电路4基于输入的时钟信号CLK与输出信号Vo1和Vo2，对电压转换电路2的开关S1～S8的每一个进行通/断控制。

电压转换电路2的开关S1～S8通过控制电路4变为如图2～6中所示的作为连接状态“a”～“e”的五种通/断状态。

图2图示连接状态“a”(第一连接状态)，在此情况下，开关S1和S8中的每一个接通并且处于导电状态，而开关S2～S7中的每一个断开并且处于切断状态，并且以输入电压Vin对快速电容器CF充电。

图3图示连接状态“b”(第二连接状态)，在此情况下，开关S3、S6和S8中的每一个接通并且处于导电状态，而开关S1、S2、S4、S5和S7中的每一个断开并且处于切断状态，并且以快速电容器CF中的充电电压对降压输出电容器C1充电。

图4图示连接状态“c”(第三连接状态)，在此情况下，开关S2、S4和S7中的每一个接通并且处于导电状态，而开关S1、S3、S5、S6和S8中的每一个断开并且处于切断状态，并且以将快速电容器CF中的充电电压添加至输入电压Vo1的电压对升压输出电容器C2充电。

图5图示连接状态“d”(第四连接状态)，在此情况下，开关S4～S7中的每一个接通并且处于导电状态，而开关S1～S3和S8中的每一个断开并且处于切断状态，并且以将快速电容器CF中的充电电压添加至降压输出电容器C1中的充电电压的电压对升压输出电容器C2充电。

图6图示连接状态“e”(第五连接状态)，在此情况下，开关S1、S4、S7和S8中的每一个接通并且处于导电状态，而开关S2、S3、S5和S6中的每一个断开并且处于切断状态，并且以输入电压Vin对快速电容器CF和升压输出电容器C2中的每一个充电。

接下来，图7是图示控制电路4的操作示例的示图，图8是图示电荷泵电路1的操作示例的时序图。将通过使用图7和8说明图1的电荷泵电路1的操作。

如从图8中可以看到的，在电荷泵电路1的操作中，将时钟信号CLK的两个时钟周期当作一个状态，并且时钟信号CLK的每半个时钟周期将一个状态分为四步(step)。

在每个状态的第一步中，控制电路4确认比较器21的输出信号Vo1和比较器22的输出信号Vo2的每一个状态，并且依据该状态，在第一步至第四步的每一个步中，如图7中所图示的那样从连接状态“a”～“d”之中选择和形成连接状态。

在图7中，在输出信号Vo1和Vo2中的每一个均处于低状态(L)的情况下，控制电路4分别从第一步到第四步控制开关S1～S8的操作以变为连接状态“a”。输出信号Vo1和Vo2均处于低状态的情况表明降压输出电压Vbuck大于第一基准电压Vr1并且升压输出电压Vboost大于第二基准电压VR2。在此状态下，仅快速电容器C1被充电，而不进行降压输出电容器C1和升压输出电容器C2的充电。

接下来，在输出信号Vo1处于高状态(H)并且输出信号Vo2处于低状态(L)的情况下，控制电路4在第一和第二步中控制开关S1～S8的操作以变为连接状态“a”，并且快速电容器CF被充电。然后，在第三和第四步中，控制电路4控制开关S3、S6和S8中的每一个以然后接通并且变为连接状态“b”。在比较器21的输出信号Vo1处于高状态并且比较器22的输出信号Vo2处于低状态的情况下，降压输出电压Vbuck低于或等于第一基准电压Vr1，并且升压输出电压Vboost大于第二基准电压Vr2。因此，为了只提升降压输出电压Vbuck，以快速电容器CF中的充电电压对降压输出电容器C1充电。并且升压输出电压Vboost大于第二基准电压Vr2，因此不进行升压输出电容器C2的充电。

接下来，在输出信号Vo1处于低状态(L)并且输出信号Vo2处于高状态(H)的情况下，控制电路4在第一和第二步中控制开关S1～S8的操作以变为连接状态“a”，并且快速电容器CF被充电。然后，在第三和第四步中，控制电路4控制开关S4～S7中的每一个以接通它们并且变为连接状态“d”。当比较器21的输出信号Vo1处于低状态并且比较器22的输出信号Vo2处于高状态时，降压输出电压Vbuck高于第一基准电压Vr1，并且升压输出电压Vboost低于或等于第二基准电压Vr2。因此，为了提升升压输出电压Vboost并且降低降压输出电压Vbuck，以将利用输入电压Vin充电的快速电容器CF的电压添加至降压输出电容器C1中的充电电压的电压对升压输出电容器C2充电。结果，降压输出电压Vbuck降低，并且升压输出电压Vboost升高。

接下来，在输出信号Vo1和Vo2中的每一个均处于高状态(H)的情况下，控制电路4在第一和第二步中控制开关S1～S8的操作以变为连接状态“a”，并且快速电容器CF被充电。然后，在第三步中，控制电路4控制开关S3、S6和S8中的每一个以接通它们并且变为连接状态“b”，并且在第四步中，控制电路4控制开关S2、S4和S7中的每一个以接通它们并且变为连接状态“c”。比较器21的输出信号Vo1和比较器22的输出信号Vo2中的每一个处于高状态表明降压输出电压Vbuck和升压输出电压Vboost均低于或等于相应的第一基准电压Vr1和第二基准电压VR2。因此，在第三步中，为了提升降压输出电压Vbuck，以快速电容器CF中的充电电压对降压输出电容器C1充电。并且在第四步中，为了提升升压输出电压Vboost，以将快速电容器CF的电压添加至输入电压Vin的电压对升压输出电容器C2充电。结果，降压输出电容器C1和升压输出电容器C2中的每一个均被充电。

接下来，在图8中，EN(其未在图1中图示出)表示电荷泵电路1的使能信号。当使能信号EN变为高状态时，电荷泵电路1开始工作。在图8中，时钟信号CLK的参考字符P1～P19表示用于进行工作的说明的时钟脉冲编号，STATE(状态)如上所述那样表示电荷泵电路1的每个状态，并且参考字符S1～S8表示开关S1～S8的通/断状态。

当使能信号EN变为高状态时，电荷泵电路1开始工作，并且从振荡电路5输出时钟信号CLK。

在电荷泵电路1刚开始工作之后，电荷未累积在升压输出电容器C2中降压输出电容器C1的每一个之中，并且如果迅速地进行电荷泵电路1的操作，则出现大的浪涌电流。为了防止出现大的浪涌电流，提供软启动时段。

在软启动时段中，首先，为了以输入电压Vin对快速电容器CF充电，形成连接状态“a”。在以输入电压Vin对快速电容器CF充电后，为了以输入电压Vin对升压输出电容器C2充电，形成连接状态“e”。

当升压输出电容器C2的电压提升至输入电压Vin时，为了对降压输出电容器C1充电，形成连接状态“b”，并且以利用输入电压Vin充电的快速电容器CF对降压输出电容器C1充电。接下来，为了将升压输出电容器C2的电压升高至等于或大于输入电压Vin，形成连接状态“c”，并且以将输入电压Vin添加至快速电容器CF(其中电压通过对降压输出电容器C1充电而降低)的电压的电压对升压输出电容器C2充电。

由此，在软启动时段中，依次按步对每个电容器充电，因此可以抑制大的浪涌电流的出现。并且如果在DC电源10中存在充足的供给，则如图8中的虚线所描述的那样，从软启动时段的起始形成连接状态“e”，并且可以同时对快速电容器CF和升压输出电容器C2充电。并且在图8中，为了清楚地进行说明，提供软启动时段以使得在时钟脉冲P1和P4之间进行软启动操作；然而，事实上需要更多的时钟脉冲。另外，可以依据DC电源10的电源供给能力、或者电容器CF、C1和C2中每一个的电容等改变连接状态的每个长度。

接下来，从时钟信号CLK的时钟脉冲P5起进行电荷泵电路1的正常操作。在时钟脉冲P5的上升沿，状态ST1开始，并且此时，比较器21的输出信号Vo1与比较器22的输出信号Vo2中的每一个均处于高状态。即，在时段A中，降压输出电压Vbuck和升压输出电压Vboost分别低于作为目标电压的第一预定电压和第二预定电压。因此，每步的连接状态如图7中的情况下那样，其中输出信号Vo1和Vo2中的每一个均处于高状态。即，分别地，在第一和第二步中，形成连接状态“a”，在第三步中，形成连接“b”，在第四步中，形成连接状态“c”。

此外，在从时钟脉冲P7开始的状态ST2中，比较器21的输出信号Vo1和比较器22的输出信号Vo2中的每一个处于高状态。因此，进行与状态ST1相同的操作。然而，在状态ST2中，在时钟脉冲P8的下降沿，比较器21的输出信号Vo1改变到低状态，并且这表明降压输出电压Vbuck超过目标电压。为了清楚地进行说明，已经说明了比较器21的输出信号Vo1与时钟信号CLK同步，然而，事实上，比较器21的输出信号Vo1与时钟信号CLK异步，并且对于下面的描述同样如此。

在从时钟脉冲P9开始的状态ST3中，比较器21的输出信号Vo1处于低状态并且比较器22的输出信号Vo2处于高状态。即，时段B是仅升压输出电压Vboost未达到目标电压的状态。因此，每步的连接状态变为如图7中的情况下那样，其中输出信号Vo1处于低状态并且输出信号Vo2处于高状态。即，在状态ST3中，在第一和第二步中，形成连接状态“a”，而在最后的第三和第四步中，形成连接状态“d”。

此外，在从时钟脉冲P11开始的状态ST4中，输出信号Vo1和Vo2处于与上面相同的状态；然而，在状态ST4中，比较器21的输出信号Vo1在时钟脉冲P12的上升沿返回到高状态，并且比较器22的输出信号Vo2在时钟脉冲P12的下降沿改变到低状态。因此，在从时钟脉冲P13开始的状态ST5中，每步的连接状态变为像图7中的情况下那样，其中输出电压Vo1处于高状态并且输出信号Vo2处于低状态。即，在状态ST5中，在第一和第二步中，形成连接状态“a”，而在最后的第三和第四步中，形成连接状态“b”。

此外，在从时钟脉冲P15开始的状态ST6中，进行与状态ST5相同的操作；然而，在状态ST6中，在时钟脉冲P16的下降沿，比较器21的输出信号Vo1处于低状态。因此，在从时钟脉冲P17开始的状态ST7中，每步的连接状态变为像图7中的情况下那样，其中输出信号Vo1和Vo2中的每一个均变为低状态。即，在状态ST7中，在四步的每一个中，分别形成连接状态“a”，并且不进行降压输出电容器C1和升压输出电容器C2的充电。

在上面的描述中，在输出电压Vo1处于低状态并且输出电压Vo2处于高状态的图7的情况下，在第三和第四步中形成连接状态“d”；然而，在升压输出电压Vboost的设定值较大并且等于或多于将输入电压Vin添加至降压输出电压Vbuck的电压的情况下，可以使用连接状态“c”。

由此，通过使用降压比例电压Vfb1、升压比例电压Vfb2、第一基准电压Vr1和第二基准电压Vr2，所述实施例的电荷泵电路分别进行降压输出电压Vbuck和作为目标电压的第一预定电压之间、升压输出电压Vboost和作为目标电压的第二预定电压之间的电压的比较，并且依据比较的结果，控制降压输出电容器C1和升压输出电容器C2的充电周期。从而，可以在0V和输入电压Vin之间自由地设定降压输出电压Vbuck，并且可以在输入电压Vin和两倍输入电压Vin之间设定升压输出电压Vboost。

仅需要一个快速电容器CF，因此可以取得电路的最小化。

另外，提供软启动时段并且仅通过电压转换电路2的各开关的连接状态进行软启动操作，因此无需添加新电路，并且可以抑制电路尺寸的增大。

而且，不需要电感器，因此可以在电路集成的情况下降低外部组件的数量。

根据实施例的电荷泵电路和其操作控制方法，分别在降压输出电压和作为目标电压的第一预定电压之间、升压输出电压和作为目标电压的第二预定电压之间进行电压的比较，并且依据每一个比较结果，控制降压输出电容器和升压输出电容器的充电周期。从而，可以在地电压和输入电压之间自由地设定降压输出电压，并且可以在输入电压和输入电压两倍的电压之间自由地设定升压输出电压。另外，仅需要一个快速电容器，因此可以实现电路的最小化。

此外，提供进行软启动操作的时段，并且仅通过使用各开关的连接操作进行软启动操作；因此无需添加新的电路，并且可以抑制电路尺寸的增大。

此外，不需要电感器，因此可以在电路集成的情况下降低外部组件的数量。

本申请基于并要求2009年7月29日提交的日本专利申请第2009-176197号的优先权，其公开在此通过引用其全体的方式并入于此。

Claims (21)

1.一种电荷泵电路，其将从输入端子输入的输入电压进行降压并将它作为降压输出电压从降压输出端子输出，并且将输入电压升压并且将它作为升压输出电压从升压输出端子输出，所述电荷泵电路包括：

电压转换电路，其包含：

快速电容器，以输入电压对其充电；

降压输出电容器，其连接在降压输出端子和地之间；

升压输出电容器，其连接在升压输出端子和地之间；以及

多个开关，

其中，快速电容器、降压输出电容器、升压输出电容器和开关连接，并且电压转换电路能够通过切换各开关的每个通/断状态来切换以下连接状态：第一连接状态，其中以输入电压对快速电容器充电；第二连接状态，其中以快速电容器中的充电电压对降压输出电容器充电；第三连接状态，其中以将输入电压添加至快速电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电；以及第四连接状态，其中以将快速电容器中的充电电压添加至降压电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电；

输出电压检测电路单元，其进行降压输出电压和第一预定电压之间的电压的比较，并进行升压输出电压和第二预定电压之间的电压的比较，并且产生和输出指示比较的每个结果的每个信号；以及

控制电路单元，其依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号，对第一连接状态、第二连接状态、第三连接状态和第四连接状态之间的切换进行切换控制。

2.如权利要求1所述的电荷泵电路，其中，将预定时钟信号的两个时钟周期当作一个状态，并且将所述一个状态分为从第一到第四步的四步，并且依据输出电压检测电路单元输出的每个信号，在这四步的前两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第一连接状态，而在这四步的后两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为处于第一到第四连接状态的任何一个。

3.如权利要求2所述的电荷泵电路，其中，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在所述一个状态下，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第一连接状态。

4.如权利要求2所述的电荷泵电路，其中，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第二连接状态。

5.如权利要求2所述的电荷泵电路，其中，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第四连接状态。

6.如权利要求2所述的电荷泵电路，其中，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在第三步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第二连接状态，而在第四步中，控制电路单元将电压转换电路控制为仅处于第三连接状态。

7.如权利要求1所述的电荷泵电路，其中，电压转换电路还能够切换至以输入电压对快速电容器和升压输出电容器中的每一个充电的第五连接状态，并且控制电路单元依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号进行用于切换至第五连接状态的切换控制。

8.如权利要求7所述的电荷泵电路，其中，在操作刚开始后，控制电路单元通过分别以第一连接状态、第五连接状态、第二连接状态和第三连接状态的顺序进行排它地切换的切换控制来进行软启动操作。

9.如权利要求7所述的电荷泵电路，其中，在操作刚开始后，控制电路单元通过分别以第五连接状态、第二连接状态和第三连接状态的顺序进行排它地切换的切换控制来进行软启动操作。

10.如权利要求1所述的电荷泵电路，其中，所述开关包括第一至第八开关，第一开关连接在输入端子和快速电容器的一端之间，第二开关连接在输入端子和快速电容器的另一端之间，第三和第六开关串联连接在快速电容器的一端与降压输出端子之间，第四和第七开关串联连接在快速电容器的一端和升压输出端子之间，第五开关连接在快速电容器的另一端和第三开关与第六开关之间的连接部分之间，第八开关连接在快速电容器的另一端和地之间，以及

第一连接状态当作仅第一和第八开关接通的连接状态，第二连接状态当作仅第三、第六和第八开关接通的连接状态，第三连接状态当作仅第二、第四和第七开关接通的连接状态，第四连接状态当作仅第四、第五、第六和第七开关接通的连接状态，并且

控制电路单元依据从输出电压检测电路单元输出的每个信号进行用于第一连接状态、第二连接状态、第三连接状态和第四连接状态之间切换的切换控制。

11.如权利要求10所述的电荷泵电路，其中，电压转换电路还能够切换至以输入电压对快速电容器和升压输出电容器中的每一个充电的第五连接状态，第五连接状态当作仅第一、第四、第七和第八开关接通的连接状态，并且控制电路单元依据从输出电压检测电路输出的每个信号进行用于第一连接状态、第二连接状态、第三连接状态、第四连接状态和第五连接状态之间切换的切换控制。

12.如权利要求1所述的电荷泵电路，其中，所述输出电压检测电路单元包含：

第一电压比较电路单元，其进行与降压输出电压成比例的降压比例电压与预定第一基准电压之间的电压的比较，并且依据比较结果产生第一信号并将第一信号输出至控制电路单元，并且

第二电压比较电路单元，其进行与升压输出电压成比例的升压比例电压与预定第二基准电压之间的电压的比较，并且依据比较结果产生第二信号并将第二信号输出至控制电路单元。

13.一种电荷泵电路的操作控制方法，所述电荷泵电路包括：快速电容器，以从输入端子输入的输入电压对其充电；降压输出电容器，其连接在降压输出端子和地之间；以及升压输出电容器，其连接在升压输出端子和地之间，所述电荷泵电路对输入电压降压并且将其作为降压输出电压从降压输出端子输出，并且对输入电压升压并且将其作为升压输出电压从升压输出端子输出，所述操作控制方法包含：

进行降压输出电压和第一预定电压之间的电压的比较，并进行升压输出电压和第二预定电压之间的电压的比较，以及

依据比较的每个结果进行以下连接操作中的任何一个：第一连接操作，其中以输入电压对快速电容器充电；第二连接操作，其中以快速电容器中的充电电压对降压输出电容器充电；第三连接操作，其中以将输入电压添加至快速电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电；以及第四连接操作，其中以将快速电容器中的充电电压添加至降压输出电容器中的充电电压的电压对升压输出电容器充电。

14.如权利要求13所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，将预定时钟信号的两个时钟周期当作一个状态，并且将所述一个状态分为从第一到第四步的四步，并且依据比较的每个结果，在这四步的前两步中进行第一连接操作，而在这四步的后两步中进行第一到第四连接操作中的任何一个。

15.如权利要求14所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在所述一个状态下，进行第一连接操作。

16.如权利要求14所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压大于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，进行第二连接操作。

17.如权利要求14所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，在降压输出电压大于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在这四步的后两步中，进行第四连接操作。

18.如权利要求14所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，在降压输出电压小于或等于第一预定电压并且升压输出电压小于或等于第二预定电压的情况下，在第三步中，进行第二连接操作，而在第四步中，进行第三连接操作。

19.如权利要求13所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，依据比较的每个结果进行以输入电压对快速电容器和升压输出电容器中的每一个充电的第五连接操作。

20.如权利要求19所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，在操作刚开始后，以第一连接操作、第五连接操作、第二连接操作和第三连接操作的顺序进行软启动操作。

21.如权利要求19所述的电荷泵电路的操作控制方法，其中，在操作刚开始后，以第五连接操作、第二连接操作和第三连接操作的顺序进行软启动操作。

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