CN102545600A

CN102545600A - 适应性调整输入的电源供应电路与电源供应方法

Info

Publication number: CN102545600A
Application number: CN2010105894657A
Authority: CN
Inventors: 蔡国振; 魏维信
Original assignee: Richtek Technology Corp
Current assignee: Richtek Technology Corp
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提出一种适应性调整输入的电源供应电路与电源供应方法，该适应性调整输入的电源供应电路包含：电荷泵，用以接收至少一电压，并输出升压后的电压；第一降压型功率转换电路，与电池耦接，根据第一控制讯号，切换至少一个第一功率晶体管以将该电池的电压转换为输出电压；第二降压型功率转换电路，与该电荷泵耦接，根据第二控制讯号，切换至少一个第二功率晶体管以将该升压后的电压转换为输出电压；以及控制器，根据该电池电压位准以产生第一控制讯号或第二控制讯号，以选择经由第一降压型功率转换电路或第二降压型功率转换电路产生输出电压。

Description

适应性调整输入的电源供应电路与电源供应方法

技术领域

本发明涉及一种适应性调整输入的电源供应电路，特别是指一种根据电池电压的状况，适应性调整输入的电源供应电路。本发明亦涉及一种电源供应方法。

背景技术

图1为现有技术中自电池产生输出电压Vout供应给负载电路的电源供应电路的示意图，其中负载电路例如为可携式电子装置的显示面板。如图所示，电源供应电路中主要包括两组功率转换电路：降压型功率转换电路11和升压型功率转换电路12。降压型功率转换电路11接收电池电压，并切换其中至少一功率晶体管，以将电池电压转换为较低的电压Vcc，电压Vcc低于输出电压Vout。电压Vcc经由等效电阻Rpcb所代表的电路板等效电阻后，电压位准更下降至Vcc-ΔV。升压型功率转换电路12，切换其中至少一功率晶体管，将电压Vcc-ΔV转换为输出电压Vout，以提供稳定的输出电压Vout。以上使用降压和升压两组功率转换电路的原因是因为电池在初使用时电压高于输出电压Vout，但使用较久时，其电压会下降而低于输出电压Vout，故必须以降压型功率转换电路11将电池电压转换为确定位准的电压Vcc，才能确保升压型功率转换电路12正常工作产生输出电压Vout。

上述现有技术的电源供应电路中，功率级11可为同步或异步的降压型功率转换电路，如图2A-2B所示；而升压型功率转换电路12可为同步或异步的升压型功率转换电路，如图2C-2D所示。

上述现有技术的电源供应电路，其使用升压型功率转换电路12，于操作过程中，升压型功率转换电路消耗功率较降压型功率转换电路为高；另外，由于电路板越来越窄，其等效电阻Rpcb所消耗的功率也不可忽视。因此，如何降低功率损失，以增长电池寿命，成为需要克服的问题。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种适应性调整输入的电源供应电路及电源供应方法，其根据电池电压的状况，适应性调整输入的电压，使得电源供应器的操作最佳化。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种适应性调整输入的电源供应电路。

本发明的另一目的在于，提出一种适应性调整输入的电源供应方法。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种适应性调整输入的电源供应电路，包含：电荷泵，用以接收至少一电压，并输出一升压后的电压；第一降压型功率转换电路，与一电池耦接，根据第一控制讯号，切换至少一个第一功率晶体管以将该电池的电压转换为输出电压；第二降压型功率转换电路，与该电荷泵耦接，根据第二控制讯号，切换至少一个第二功率晶体管以将该升压后的电压转换为输出电压；以及控制器，根据该电池电压位准以产生第一控制讯号或第二控制讯号，以选择经由第一降压型功率转换电路或第二降压型功率转换电路产生输出电压。

上述适应性调整输入的电源供应电路中，该第一降压型功率转换电路与该第二降压型功率转换电路宜共享至少一功率元件。在一种较佳的实施例中，该第一降压型功率转换电路包括连接于同一节点的第一功率晶体管、下桥晶体管与电感，该第二降压型功率转换电路包括连接于该同一节点的第二功率晶体管、该下桥晶体管与该电感。

在另一种较佳的实施例中，该第一降压型功率转换电路包括连接于同一节点的第一功率晶体管、二极管与电感，该第二降压型功率转换电路包括连接于该同一节点的第二功率晶体管、该二极管与该电感。

上述适应性调整输入的电源供应电路中，该电荷泵所接收的该至少一电压可直接或间接来自该电池电压。

在一种较佳的实施例中，该电荷泵为将多个输入相加产生输出的电荷泵，或为可根据单一输入来产生固定倍数或可变倍数输出的电荷泵，其中该倍数不必须为整数倍。例如，该电荷泵可将该电池电压与另一电压相加，以产生该升压后的电压。

上述适应性调整输入的电源供应电路中，该输出电压经由第一降压型功率转换电路产生时，可禁止该电荷泵不动作以避免耗电。

就再另一个观点言，本发明提供了一种适应性调整输入的电源供应方法，包含：接收一电池电压；当该电池电压位准高于一临界值时，将该电池电压降压转换为输出电压；当该电池电压位准不高于该临界值时，接收至少一电压并予以升压；以及将该升压后电压降压转换为输出电压。

上述适应性调整输入的电源供应方法中，将该电池电压降压转换为输出电压与将该升压后电压降压转换为输出电压的步骤宜共享至少一功率元件。

在一种较佳的实施例中，该接收至少一电压并予以升压的步骤利用一电荷泵达成，其中该电荷泵为将多个输入相加产生输出的电荷泵，或为可根据单一输入来产生固定倍数或可变倍数输出的电荷泵。

在另一种较佳的实施例中，当该电池电压位准高于该临界值时，电荷泵不动作。

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1显示现有技术的电源供应电路示意图；

图2A-2B标出同步或异步的降压型转换电路；

图2C-2D标出同步或异步的升压型转换电路；

图3显示本发明基本架构的一个实施例；

图3A显示本发明侦测电池电压位准的方式的一个实施例；

图4显示本发明的另一个实施例；

图5显示本发明的另一个实施例；

图5A显示以电池电压作为电荷泵输入电压的一的实施例；

图6显示本发明的另一个实施例；

图7显示本发明更具体的一个实施例。

图中符号说明

13电荷泵

14控制器

141比较电路

15第一降压型功率转换电路

151上桥晶体管

152下桥晶体管

153电感

154二极管

16第二降压型功率转换电路

161上桥晶体管

C1，C2电容

Q1，Q2晶体管

Ref参考电压

Rpcb等效电阻

S1～S4控制讯号

Vpp1电压1

Vppn电压n

Vout输出电压

Z1，Z2齐纳二极管

具体实施方式

请参阅图3，显示本发明基本架构的第一实施例，其基本操作如下：当电池电压高于临界值，足够以降压方式产生输出电压Vout时，电路通过第一降压型功率转换电路15来将电池电压转换为输出电压Vout。由于降压转换的能量运用效率较升压转换为高，且仅需进行一次降压转换而并不需要经过两组功率转换电路，因此能量转换效率较佳，且所经过的电路板线路长度也较短，故无谓耗费的能量也较低。另方面，当电池电压下降以致低于临界值时，则通过电荷泵13产生升压电压，通过第二降压型功率转换电路16来供应输出电压Vout。其中，第一降压型功率转换电路15和第二降压型功率转换电路16可共享部分功率元件，以降低元件成本。

详言之，如图所示，当电池电压位准高于临界值时，电池电压相关讯号触发控制器14产生第一组控制讯号S1与S2，以切换第一降压型功率转换电路15中的第一功率晶体管151与下桥晶体管152，将电池电压转换为输出电压Vout，且控制器14产生电荷泵控制讯号S4，禁止电荷泵13；当电池电压位准不高于临界值时，电池电压相关讯号触发控制器14产生第二组控制讯号S3与S2和电荷泵控制讯号S4，以使能电荷泵13产生升压电压，并切换第二降压型功率转换电路16中的第二功率晶体管161与下桥晶体管152，将升压电压转换为输出电压Vout。因两种情况下，自电池电压或升压电压产生输出电压Vout均为降压转换，故能量耗损较低，且第一降压型功率转换电路15与第二降压型功率转换电路16可共享下桥晶体管152与电感153以节省电路元件。也就是说，第一降压型功率转换电路15包括连接于同一节点A的第一功率晶体管151、下桥晶体管152与电感153，第二降压型功率转换电路16包括连接于同一节点A的第二功率晶体管161、下桥晶体管152与电感153。

升压电压由电荷泵13所产生，在本实施例中，电荷泵13接收电压Vpp1，将其升压后，产生高于输出电压Vout的升压电压。其中，电荷泵13可为任何形式的电荷泵，例如固定倍数或可变倍数的电荷泵，且其倍数不必须为整数倍。另外，电压Vpp1可来自任何适当的电压，例如电路中某一固定电压节点。与现有技术相较，本发明于大多数时间中均仅需第一降压型功率转换电路15运作，仅有少数时间中需要电荷泵13和第二降压型功率转换电路16共同运作，而电荷泵13的能量转换效率较切换式升压转换电路为佳，且所经过的电路板线路长度也较短，故本发明的能量运用效率比现有技术为佳。

侦测电池电压位准的方式有很多，图3A举例示出其中一种方式，如图3A所示，可利用一比较电路141，比较电池电压(或其代表讯号)与参考电压Ref，并根据比较结果产生选择讯号，以决定选择由第一降压型功率转换电路15或第二降压型功率转换电路16来产生输出电压、及是否使能电荷泵13。

图4显示本发明架构的第二实施例。与第一实施例不同的是，第一实施例中的下桥晶体管152由二极管154取代，请同时参照图2A与2B，显示降压型功率转换电路的两种实施方式，这说明第一实施例中的下桥晶体管152同样可由二极管154取代。与第一实施例一样，电路中的二极管154亦可由第一降压型功率转换电路15与第二降压型功率转换电路16共享。

图5显示本发明的第三实施例。本实施例中，电荷泵13可为：将多个输入相加产生输出的电荷泵，或为：可根据单一输入来产生固定倍数或可变倍数输出的电荷泵。如图所示，电荷泵13可以接收多个输入电压Vpp1～Vppn，在其中一种实施型态中，电荷泵13根据控制讯号S4，自多个输入电压Vpp1～Vppn中，选取至少两个输入电压相加，以产生高于输出电压Vout的适当升压电压。在另一实施型态中，电荷泵13根据控制讯号S4，自该多个输入电压Vpp1～Vppn中，选取一个输入电压而产生倍数于该输入电压的升压电压，且该倍数不必须为整数倍。

此外，如图5A所示，电荷泵13所接收的多个输入电压Vpp1～Vppn中，可以有至少一电压直接或间接来自电池电压，以作为电荷泵13的输入电压Vpp1～Vppn之一。

图6显示本发明的第四实施例。本实施例中，电荷泵13同样可以接收多个电压Vpp1～Vppn，但与第三实施例不同的是，第三实施例中的下桥晶体管152由本实施例中的二极管154取代，且该二极管154亦为第一降压型功率转换电路15与第二降压型功率转换电路16所共享。

图7为本发明的第五实施例，目的在举例显示电荷泵13的其中一种实施方式，以表示本发明已达可实施阶段。但如前述，电荷泵13可以有多种不同的实施方式，因此图7所示仅应视为举例，而不应将本发明的范围限制于本实施例所示。如图所示，当电池电压高于临界值时，电池电压相关讯号触发控制器14产生第一组控制讯号S1与S2，以切换第一降压型功率转换电路15中的第一功率晶体管151与下桥晶体管152，将电池电压转换为输出电压Vout。当电池电压位准不高于临界值时，电池电压相关讯号触发控制器14产生第二组控制讯号S3与S2和电荷泵控制讯号S4，以使能电荷泵13产生升压电压，并切换第二降压型功率转换电路16中的第二功率晶体管161与下桥晶体管152，将升压电压转换为输出电压Vout。其中，电荷泵13为图5A所示的结构，其接收电压Vpp1与电池电压，以及来自控制器14的控制讯号S4，当电池电压位准不高于临界值时，控制讯号导通晶体管Q1，切断晶体管Q2，使电池电压可经由晶体管Q1，对电容C1充电，并将电容C1上的跨压与电压Vpp1相加，储存在电容C2之内。电路中，为阻止电流逆流，可设置齐纳二极管Z1与Z2，如此，升压电压就会成为电池电压加上电压Vpp1减去两齐纳二极管Z1与Z2的顺偏压降，当电池电压低于临界值时，升压电压即可提供适当的电压，以降压转换成输出电压。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，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。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。除电荷泵13可使用其它型式的电荷泵之外，例如，在所示各实施例电路中，可插入不影响讯号主要意义的元件，如其它开关等；又例如比较电路的输入端正负可以互换，仅需对应修正电路的讯号处理方式即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims

1.一种适应性调整输入的电源供应电路，其特征在于，包含：

电荷泵，用以接收至少一电压，并输出一升压后的电压；

第一降压型功率转换电路，与一电池耦接，根据第一控制讯号，切换至少一个第一功率晶体管以将该电池的电压转换为输出电压；

第二降压型功率转换电路，与该电荷泵耦接，根据第二控制讯号，切换至少一个第二功率晶体管以将该升压后的电压转换为输出电压；以及

控制器，根据该电池电压位准以产生第一控制讯号或第二控制讯号，以选择经由第一降压型功率转换电路或第二降压型功率转换电路产生输出电压。

2.如权利要求1所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该第一降压型功率转换电路与该第二降压型功率转换电路共享至少一功率元件。

3.如权利要求2所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该第一降压型功率转换电路包括连接于同一节点的第一功率晶体管、下桥晶体管与电感，该第二降压型功率转换电路包括连接于该同一节点的第二功率晶体管、该下桥晶体管与该电感。

4.如权利要求2所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该第一降压型功率转换电路包括连接于同一节点的第一功率晶体管、二极管与电感，该第二降压型功率转换电路包括连接于该同一节点的第二功率晶体管、该二极管与该电感。

5.如权利要求1所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该电荷泵所接收的该至少一电压直接或间接来自该电池电压。

6.如权利要求5所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该电荷泵将该电池电压与另一电压相加，以产生该升压后的电压。

7.如权利要求1所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该电荷泵为将多个输入相加产生输出的电荷泵，或为可根据单一输入来产生固定倍数或可变倍数输出的电荷泵。

8.如权利要求1所述的适应性调整输入的电源供应电路，其中，该输出电压经由第一降压型功率转换电路产生时，该电荷泵禁止不动作。

9.一种适应性调整输入的电源供应方法，其特征在于，包含：

接收一电池电压；

当该电池电压位准高于一临界值时，将该电池电压降压转换为输出电压；

当该电池电压位准不高于该临界值时，接收至少一电压并予以升压；以及

将该升压后电压降压转换为输出电压。

10.如权利要求9所述的适应性调整输入的电源供应方法，其中，将该电池电压降压转换为输出电压与将该升压后电压降压转换为输出电压的步骤共享至少一功率元件。

11.如权利要求9所述的适应性调整输入的电源供应方法，其中，该接收至少一电压并予以升压的步骤是利用一电荷泵达成，其中该电荷泵为将多个输入相加产生输出的电荷泵，或为可根据单一输入来产生固定倍数或可变倍数输出的电荷泵。

12.如权利要求9所述的适应性调整输入的电源供应方法，其中，该接收至少一电压并予以升压的步骤是将该电池电压与另一电压相加，以产生该升压后的电压。

13.如权利要求11所述的适应性调整输入的电源供应方法，其中，当该电池电压位准高于该临界值时，该电荷泵不动作。