CN102751868A - 电压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种电压转换器，其由一电感耦接于一电源与一参考电压之间，以提供一供应电压，多个输出电容分别耦接电感的二侧，并接收供应电压以产生一正电压与一负电压，多个输出开关分别耦接电感的二侧，并控制电感对多个输出电容充电，一回授控制电路依据正电压与负电压，产生一控制讯号以控制多个输出开关。如此，本发明通过电感而可产生正电压与负电压，因此，本发明的电压转换器可避免使用多个电感或多个电容来产生多个不同准位的电压，而减少电路的面积，进而减少制作成本。

Description

电压转换器
技术领域
本发明涉及一种电压转换器，尤其涉及一种可同时提供一正电压与一负电压的电压转换器。
背景技术
电压调整一般需要被用以对各种微电子组件提供电源的供应电压的变化，例如数字芯片(IC)、半导体内存、显示器模块、硬盘驱动器、射频(RF)电路、微处理器、数字信号处理器以及模拟芯片(IC)，特别是用于如行动电话、笔记型计算机与消费者产品此类的电池供应应用。
由于电子产品的电池或直流(DC)输入电压必须被逐步升高到较高的直流电压或是逐步降低到较低的直流电压，所以，这些调整装置被称为直流对直流转换器。每当一电池的电压大于期望的负载电压时，将使用降压转换器以降低电池的电压。降压转换器可包含一电感切换调整器(inductive switchingregulators)、电容电荷泵以及线性调整器。相反地，每当一电池的电压低于需用以对其负载提供电源的电压时，则使用升压转换器。升压转换器可包含电感切换调整器或电容电荷泵。
再者，由于薄膜晶体管-液晶显示器(TFT-LCD)的面板与主动矩阵有机发光二极管(AMOLED)的面板都需要数个不同准位的电压，其中，薄膜晶体管-液晶显示器的面板的驱动电压常使用电容电荷泵，所以必须使用很多个电容来完成，而主动矩阵有机发光二极管的面板的驱动电压则需要使用多个电感与多个电容来产生不同准位的电压，如此，将会增加电路的面积，进而增加成本。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种电压转换器，其通过一电感而可产生正电压与负电压，如此，可避免使用多个电感或多个电容来产生多个不同准位的电压，而减少电路的面积，进而减少制作成本。
本发明的目的之二，在于提供一种电压转换器，其通过一回授控制电路控制电感对多个输出电容充电，进而控制电压转换器精确输出正电压与负电压而增加精确度。
本发明的电压转换器包含一电感、多个输出电容、多个输出开关与一回授控制电路。电感耦接于一电源与一参考电压之间，以提供一供应电压，多个输出电容分别耦接电感的二侧，并接收供应电压以产生一正电压与一负电压，多个输出开关分别耦接电感的二侧，并控制电感对多个输出电容充电，回授控制电路依据正电压与负电压，产生一控制讯号以控制多个输出开关。
实施本发明产生的有益效果是：本发明的电压转换器通过一电感耦接于一电源与一参考电压之间，以提供一供应电压，多个输出电容分别耦接电感的二侧，并接收供应电压以产生一正电压与一负电压，多个输出开关分别耦接电感的二侧，并控制电感对多个输出电容充电，一回授控制电路依据正电压与负电压，产生一控制讯号以控制多个输出开关。本发明通过电感产生正电压与负电压，可避免使用多个电感或多个电容来产生多个不同准位的电压，而减少电路的面积，进而减少制作成本。
附图说明
图1为本发明的一较佳实施例的电压转换器的电路图；
图2为本发明的两正电压与两负电压输出的电压转换器的一实施例的波形图；
图3为本发明的当第一输出电压已达设定值，但其它输出电压未达设定值的电压转换器的电路图；
图4为本发明的图3的波形图；
图5为本发明的当第一输出电压和第三输出电压已达设定值，但其它输出电压未达设定值的电压转换器的电路图；
图6为本发明的图5的波形图；
图7为本发明的当第一输出电压、第二输出电压和第三输出电压已达设定值，但第四输出电压未达设定值的电压转换器的电路图；
图8为本发明的图7的波形图；
图9为本发明的当第一输出电压、第二输出电压、第三输出电压和第四输出电压都已达设定值的电压转换器的电路图；
图10为本发明的图9的波形图；以及
图11为本发明的电感设置於软性电路板的示意图。
【图号对照说明】
1电压转换器           10电感
20第一输出电容        22第二输出电容
24第三输出电容        26第四输出电容
30第一输出开关        32第二输出开关
34第三输出开关        36第四输出开关
40回授控制电路        42第一电压感测单元
44第二电压感测单元    46第三电压感测单元
48第四电压感测单元    49控制单元
50第一控制开关        52第二控制开关
60第一电流感测单元    62第二电流感测单元
70电压感测单元        75显示面板
80软性电路板          90芯片
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
请参阅图1，为本发明的一较佳实施例的电压转换器的电路图。如图所示，本发明的电压转换器1包含一电感10、多个输出电容20，22，24，26、多个输出开关30，32，34，36与一回授控制电路40。电感10各经一第一控制开关50与一第二控制开关52耦接一电源VDD与一参考电压VSS之间，以提供一供应电压。多个输出电容20，22，24，26，分别经过开关30，32，34，36耦接电感10的二侧，并接收供应电压以产生正电压与负电压输出，于此实施例中，多个输出电容20，22，24，26分别为一第一输出电容20、一第二输出电容22、一第三输出电容24与一第四输出电容26，第一输出电容20与第二输出电容22耦接于电感10的一端产生正电压输出，而第三输出电容24与第四输出电容26耦接于电感10的另一端产生负电压输出。
承上所述，多个输出开关30、32、34、36分别耦接电感10的二侧，并控制电感10对多个输出电容20，22，24，26进行充电，回授控制电路40依据正电压与负电压产生一控制讯号以控制多个输出开关30、32、34、36，于此实施例中，多个输出开关30、32、34、36分别为一第一输出开关30、一第二输出开关32、一第三输出开关34与一第四输出开关36。第一输出开关30与第二输出开关32耦接电感10的一侧，并第一输出开关30耦接于电感10与第一输出电容20之间，而第二输出开关32耦接于电感10与第二输出电容22之间，以控制电感10对第一输出电容20与第二输出电容22进行充电。第三输出开关34与第四输出开关36耦接电感10的另一侧，并第三输出开关34耦接于电感10与第三输出电容24之间，而第四输出开关36耦接于电感10与第四输出电容26之间，以控制电感10对第三输出电容24与第四输出电容26进行充电。其中，第一输出电容20与第二输出电容22用以输出不同电位的正电压以供后续电路使用，而第三输出电容24与第四输出电容26用以输出不同电位的负电压以供后续电路使用。由上述可知，本发明通过电感10而可产生正电压与负电压，而可避免使用多个电感或多个电容来产生多个不同准位的电压，而减少电路的面积，进而减少制作成本。
此外，回授控制电路40包含多个电压感测单元42、44、46、48与一控制单元49。多个电压感测单元42、44、46、48分别耦接多个输出电容20、22、24、26，并依据多个输出电容20、22、24、26所产生的正电压与负电压而产生一电压感测讯号，即多个电压感测单元42、44、46、48分别为一第一电压感测单元42、一第二电压感测单元44、一第三电压感测单元46与一第四电压感测单元48。第一电压感测单元42与第二电压感测单元44分别耦接第一输出电容20与第二输出电容44，并侦测第一输出电容20与第二输出电容22输出的正电压而分别产生第一电压感测讯号SV1与一第二电压感测讯号SV2。同样地，第三电压感测单元46与第四电压感测单元48分别耦接第三输出电容24与第四输出电容26，并侦测第三输出电容24与第四输出电容26输出的负电压而分别产生一第三电压感测讯号SV3与第四电压感测讯号SV4。
控制单元49耦接多个电压感测单元42、44、46、48，并依据多个电压感测单元42、44、46、48所产生的电压感测讯号SV1、SV2、SV3、SV4而分别产生一第一控制讯号CS1、一第二控制讯号CS2、一第三控制讯号CS3与一第四控制讯号CS4，以控制第一输出开关30、第二输出开关32、第三输出开关34与第四输出开关36，进而控制电感10对第一输出电容20、第二输出电容22、第三输出电容24与第四输出电容26充电。
另外，本发明的电压转换器1更包含多个控制开关50，52与多个电流感测单元60，62。多个控制开关50，52分别耦接电感10的二侧，以控制电源VDD对电感10进行充电，即多个控制开关50，52为第一控制开关50与第二控制开关52，第一控制开关50耦接于一参考电压端与电感10之间，而第二控制开关52耦接于一电源端与电感10之间，以控制电源VDD对电感10充电。多个电流感测单元60，62分别耦接多个控制开关50，52，以侦测多个控制开关50，52的一电流而分别产生一第一电流感测讯号SI1与一第二电流感测讯号SI2，并传送第一电流感测讯号SI1与第二电流感测讯号SI2至回授控制电路40，回授控制电路40依据多个电流感测单元60，62所产生的电流感测讯号控制多个控制开关50，52，即多个电流感测单元60，62分别为第一电流感测单元60与第二电流感测单元62，并分别串联于第一控制开关50与第二控制开关52，以侦测流过第一控制开关50与第二控制开关52的电流，而产生第一电流感测讯号SI1与第二电流感测讯号SI2，控制单元49接收第一电流感测讯号SI1与第二电流感测讯号SI2，以得知电源VDD对电感10充电的状态，并依据第一电流感测讯号SI1与第二电流感测讯号SI2产生一第五控制讯号CS5与一第六控制讯号CS6，以控制第一控制开关50与第二控制开关52导通或截止。
再者，本发明的电压转换器1更包含一电压感测单元70。电压感测单元70耦接电感10的二端，用以侦测电感10的二端的电压而产生一电压侦测讯号SVL，即电压感测单元70可侦测电感10的二端的电压差而产生电压侦测讯号SVL，并传送电压侦测讯号SVL至回授控制电路40。回授控制电路40可依据电压侦测讯号SVL而得知电感10目前是否还储存能量，进而决定控制第一控制开关50与第二控制开关52以及第一输出开关30、第二输出开关32、第三输出开关34与第四输出开关36的导通或截止。
另外，本发明的控制单元49依据第一电流感测讯号SI1、第二电流感测讯号SI2、第一电压感测讯号SV1、第二电压感测讯号SV2、第三电压感测讯号SV3、第四感测讯号SV4与电压侦测讯号SVL，而控制第一控制开关50与第二控制开关52以及第一输出开关30、第二输出开关32、第三输出开关34与第四输出开关36的导通或截止。如此，本发明利用多个感测单元来控制多个控制开关与多个输出开关导通或截止，而不需要利用额外频率产生器产生的一输入频率讯号来控制多个开关导通或截止，以达到减少电路面积进而达到节省成本的目的。
请一并参阅图2，为本发明的两正电压与两负电压输出的电压转换器的一实施例的波形图。如图所示，本发明的电压转换器1的初始状态为控制第一控制开关50与第二控制开关52导通而使电源VDD开始对电感10进行储能，当电感10充满能量时，便截止第一控制开关50，而导通第二控制开关52与第一输出开关30，使电感10的能量对第一输出电容20进行充电，当电感10的能量完全转移到电容20后，便截止第一输出开关30，而导通第一控制开关50与第二控制开关52再度使电源VDD开始对电感10进行储能，当电感10充满能量时，便截止第二控制开关52，而导通第一控制开关50与第三输出开关34，使电感10的能量对第三输出电容24进行充电，当电感10的能量完全转移到电容24后，便截止第三输出开关34，而导通第一控制开关50与第二控制开关52再度使电源VDD开始对电感10进行储能，当电感10充满能量时，便截止第一控制开关50，而导通第二控制开关52与第二输出开关32，使电感10的能量对第二输出电容22进行充电，当电感10的能量完全转移到电容22后，便截止第二输出开关32，而导通第一控制开关50与第二控制开关52再度使电源VDD开始对电感10进行储能，当电感10充满能量时，便截止第二控制开关52，而导通第一控制开关50与第四输出开关36，使电感10的能量对第四输出电容26进行充电，当电感10的能量完全转移到第四输出电容26后，便截止第四输出开关36，如此依序循环而达到输出不同电位的正负电压。
请一并参阅图3与图4，为本发明的当第一输出电压已达设定值，但其它输出电压未达设定值的电压转换器的电路图与波形图。如图所示，本实施例于上一实施例不同之处，在于本实施例于第一电压感测单元42感测第一输出电压已达设定值，产生第一电压感测讯号SV1，控制单元49接收到第一电压感测讯号SV1后，截止第一输出开关30，而重新导通第一控制开关50与第二控制开关52，使电源VDD再一次对电感10进行充电，当电感10充满能量时，便截止第二控制开关52，而导通第一控制开关50与第三输出开关34，而使电感10对第三输出电容24进行充电，当电感10的能量完全转移到电容24后，便截止第三输出开关34，而导通第一控制开关50与第二控制开关52再度使电源VDD开始对电感10进行储能，当电感10充满能量时，便截止第一控制开关50，而导通第二控制开关52与第二输出开关32，使电感10的能量对第二输出电容22进行充电，当电感10的能量完全转移到第二输出电容22后，便截止第二输出开关32，而导通第一控制开关50与第二控制开关52再度使电源VDD开始对电感10进行储能，当电感10充满能量时，便截止第二控制开关52，而导通第一控制开关50与第四输出开关36，使电感10的能量对第四输出电容26进行充电，当电感10的能量完全转移到第四输出电容26后，便截止第四输出开关36，因为第一输出电压已达设定值所以就不再对第一输出电压充电，而是依序对第三输出电压→第二输出电压→第三输出电压→第四输出电压→第三输出电压，循环充电，直到当第一输出电压有低于设定值时才会再度对第一输出电容20进行充电。
请一并参阅图5与图6，为本发明的当第一输出电压和第三输出电压已达设定值，但其它输出电压未达设定值的电压转换器的电路图与波形图。如图所示，本实施例于上一实施例不同之处，在于本实施例于第三电压感测单元46感测第三输出电容24充电完毕后，产生第三电压感测讯号SV3，控制单元49接收到第三电压感测讯号SV3后，截止第三输出开关34，而重新导通第一控制开关50与第二控制开关52，使电源VDD再一次对电感10进行充电，当电感10充满能量时，便截止第一控制开关50，而导通第二控制开关52与第二输出开关32，而使电感10对第二输出电容22进行充电，因为第一输出电压和第三输出电压已达设定值所以就不再对第一输出电容20和第三输出电容24进行充电，而是依序对第二输出电容22与第四输出电容26进行循环充电，直到第一输出电压或第三输出电压低于设定值才会再度对应对第一输出电容20或第三输出电容24加入充电循环。
请一并参阅图7与图8，为本发明的当第一输出电压、第二输出电压和第三输出电压已达设定值，但第四输出电压未达设定值的电压转换器的电路图与波形图。如图所示，本实施例于上一实施例不同之处，在于本实施例于第二电压感测单元44感测第二输出电容22充电完毕后，产生第二电压感测讯号SV2，控制单元49接收到第二电压感测讯号SV2后，截止第二输出开关32，而重新导通第一控制开关50与第二控制开关52，使电源VDD再一次对电感10进行充电，当电感10充满能量时，便截止第二控制开关52，而导通第二控制开关52与第四输出开关36，而使电感10对第四输出电容26进行充电，直到第一输出电压，第二输出电压或第三输出电压低于设定值才会再度对应对第一输出电容20、第二输出电容24或第三输出电容26加入充电循环，否则就一直对第四输出电容26进行充电。
请一并参阅图9与图10，为本发明的当第一输出电压、第二输出电压、第三输出电压和第四输出电压都已达设定值的电压转换器的电路图与波形图。如图所示，本实施例于上一实施例不同之处，在于本实施例于第四电压感测单元48感测第四输出电容26充电完毕后，产生第四电压感测讯号SV4，控制单元49接收到第四电压感测讯号SV4后，截止第四输出开关32，而完成全部的多电压产生，的后直到第一输出电容20、第二输出电容22、第三输出电容24或第四输出电容26有低于设定值才会再度起动充电控制。此外，由上述可知回授控制电路40依据一时间，依序导通多个控制开关50，52与多个输出开关30，32，34，36，以控制电感10依序对多个输出电容20，22，24，26充电。再者，多个控制开关50，52与多个输出开关30，32，34，36为一场效晶体管(FET)。
请参阅图11，为本发明的电感设置於软性电路板的示意图。如图所示，本发明的电压转换器1可以应用於一显示面板75，并电压转换器1的全部元件可以设置於一芯片90内，或是电压转换器1的电感10外挂於芯片90的外面，而电压转换器1的其他元件皆设置於芯片90内，其中电感10外挂於芯片90的外部的方式可以直接使用一个电感元件设置於电压转换器的芯片90的外部，再经由芯片90的接脚电性连接於电感10，然而，此作法必须额外使用一个电感元件而增加成本。所以，本发明的另一种外挂方式为本实施例的电感10更可以直接形成於一软性电路板80(例如可挠式印刷电路(Flexible PrintedCircuit，FPC))上，即在软性电路板80上先形成一金属层，在蚀刻金属层而形成电感10图案，而完成在软性电路板80上形成电感10，电感10之两端在经芯片90的接脚而分别电性连接至第一控制开关50、第一输出开关30与第二输出开关32以及第二控制开关52、第三输出开关34与第四输出开关36，并且此软性电路板80为一单层金属的软性电路板80。如此，本发明藉由在软性电路板80直接形成电感10，而不需要另外使用一个电感元件，进而达到节省成本的目的。
综上所述，本发明的电压转换器由一电感耦接于一电源与一参考电压之间，以提供一供应电压，多个输出电容分别耦接电感的二侧，并接收供应电压以产生一正电压与一负电压，多个输出开关分别耦接电感的二侧，并控制电感对多个输出电容充电，一回授控制电路依据正电压与负电压，产生一控制讯号以控制多个输出开关。如此，本发明通过电感而可产生正电压与负电压，因此，本发明的电压转换器可避免使用多个电感或多个电容来产生多个不同准位的电压，而减少电路的面积，进而减少制作成本。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电压转换器，其特征在于，其包含：
一电感，耦接于一电源与一参考电压之间，以提供一供应电压；
多个输出电容，分别耦接于该电感的二侧，并接收该供应电压，以产生一正电压与一负电压；
多个输出开关，分别耦接该电感的二侧，并控制该电感对多个输出电容充电；以及
一回授控制电路，依据该正电压与该负电压，产生一控制讯号以控制多个输出开关。
2.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，其中该回授控制电路依据一时间，依序导通多个输出开关，以控制该电感依序对多个输出电容充电。
3.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，其中该回授控制电路包含：
多个电压感测单元，分别耦接多个输出电容，并依据多个输出电容产生的该正电压与该负电压，产生一电压感测讯号；以及
一控制单元，耦接多个电压感测单元，并依据该电压感测讯号，产生该控制讯号。
4.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，其更包含：
多个控制开关，分别耦接该电感的二侧，以控制该电源对该电感充电。
5.如权利要求4所述的电压转换器，其特征在于，其更包含：
多个电流感测单元，分别耦接多个控制开关，以侦测多个控制开关的一电流，产生一电流感测讯号，并传送该电流感测讯号至该回授控制电路，该回授控制电路依据该电流感测讯号控制多个控制开关。
6.如权利要求4所述的电压转换器，其特征在于，其更包含：
多个电流感测单元，分别耦接多个控制开关，以侦测多个控制开关的一电流，产生一电流感测讯号；以及
一电压感测单元，耦接该电感，以侦测该电感的二端电压，产生一电压侦测讯号；
其中，该回授控制电路接收该电流感测讯号与该电压侦测讯号，并依据该电流感测讯号与该电压侦测讯号控制多个输出开关，而不需另外一输入频率讯号来控制多个输出开关导通或截止。
7.如权利要求4所述的电压转换器，其特征在于，其中该回授控制电路依据一时间，依序导通多个控制开关与多个输出开关，以控制该电感依序对多个输出电容充电。
8.如权利要求4所述的电压转换器，其特征在于，其中多个控制开关为一场效晶体管与该输出开关为一场效晶体管。
9.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，其更包含：
一电压感测单元，耦接该电感的二端，用以侦测该电感的二端的电压，产生一电压侦测讯号，并传送该电压侦测讯号至该回授控制电路。
10.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在於于，其中该电感直接形成於一软性电路板，该软性电路板为一单层软性电路板。
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