CN104660035B - 回收电能的方法及驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于一电荷泵（Charge Pump）回收电能的方法及驱动电路，所述方法包括：于充电阶段结束后，操作于升压阶段以利用输出电容进行升压；于所述升压阶段结束后，操作于回收阶段以回收所述输出电容的杂散电容的电能以及将所述杂散电容的电能再利用至一内部电路以及于所述回收阶段结束后，操作于所述充电阶段以对所述输出电容进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收电能的方法及驱动电路，尤其涉及一种用于一电荷泵中可回收所述电荷泵的一杂散电容的电能的方法及及驱动电路。
背景技术
电荷泵（Charge Pump）常应用于升压电路（Booster）或倍压电路（VoltageMultiplier）。例如，现有液晶显示器可利用电荷泵来提升低电压源的输出电压，以提供较高伏特数的工作电压至源极驱动电路（Source Driver）与栅极驱动电路（Gate Driver）等驱动电路。
当电荷泵（Charge Pump）进行电源切换升压时，会不断地对电路内部产生的杂散电容进行充放电的动作。然而，对杂散电容不断的充放电会导致多余的电源消耗。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种回收电能的方法，以有效回收再利用电荷泵的杂散电容的电能。
本发明公开一种用于一电荷泵（charge pump）中回收电能的方法。所述方法包含有于一升压阶段结束后，操作于一回收阶段；于所述回收阶段，回收一杂散电容的电能；以及将所述杂散电容的电能再利用至一内部电路。
本发明另公开一种驱动电路。所述驱动电路包含有至少一电荷泵以及一电能回收电路。每一电荷泵包含有一杂散电容以及一输出电容，用来于一充电阶段时进行充电以及于一升压阶段时进行升压。所述电能回收电路包含有一储能组件以及一第一开关。所述储能组件，耦接于所述每一电荷泵的所述杂散电容，用来于一回收阶段时，回收所述每一电荷泵的所述杂散电容的电能以及将所述每一电荷泵的所述杂散电容的电能再利用至所述内部电路。所述第一开关，耦接于所述每一电荷泵的所述杂散电容与所述储能组件，用来控制所述每一电荷泵的所述杂散电容与所述储能组件间的一耦接关系。
附图说明
图1-图3分别为本发明实施例的一驱动电路的示意图。
图4及图5分别为本发明实施例不同的回收电能的方法流程的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、20、30 驱动电路
100、300A、300B 电荷泵
140、340 电能回收电路
160、360 内部电路
102 输出电容
120、320A、320B 杂散电容
141、341 储能组件
142 稳压组件
143 脉冲产生器
380 涟波消除电路
VDD、VDDA、VDDB 电压源
VOUT、VOUTA、VOUTB 输出端
D1、D2 二极管
S1、S2、S3、S4 开关
40、50 流程
400、402、404、406、408 步骤
410、412、414、416 步骤
500、502、504、506、508 步骤
具体实施方式
在说明书及后续的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书当中所提及的“包含”或“包括”是一开放式的用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。以外，“耦接”一词在此系包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电气连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至所述第二装置。
请参考图1，图1为本发明实施例一驱动电路10的示意图。驱动电路10包含有一电荷泵100、一电能回收电路140以及一内部电路160。电荷泵100包含有二电压源VDD、一输出端VOUT、一输出电容102以及一杂散电容120。输出电容102包含有一第一端以及一第二端。输出电容102的第一端可耦接至一电压源VDD、一输出端VOUT或浮接。输出电容102的第二端可耦接至一电压源VDD、一接地端或浮接。电荷泵100可于一充电阶段时对输出电容102进行充电，以及于一升压阶段时利用输出电容102进行升压。杂散电容120为输出电容102与接地端间的一杂散电容。电能回收电路140，耦接于杂散电容120，用来于一回收阶段时回收并再利用杂散电容120的电能。内部电路160耦接于电能回收电路140。电能回收电路140包含有一第一二极管D1、一第一开关S1、一储能组件141、一第二开关S2、一第二二极管D2、一稳压组件142以及一脉冲产生器143。储能组件141，耦接于杂散电容120，用来回收杂散电容120的电能以及将杂散电容120的电能再利用至内部电路160。储能组件141可为一电容、一电感或任何可储存电能的一电子组件。第一二极管D1，耦接于杂散电容120，用来避免储能组件141回充（Countercurrent）杂散电容120。第一开关S1，耦接于杂散电容120与储能组件141，用来控制杂散电容120与储能组件141间的一耦接关系。稳压组件142，耦接于储能组件141，用来稳定储能组件141的一输出电压。第二二极管D2，耦接于储能组件141以及稳压组件142，用来避免稳压组件142回充至储能组件141。第二开关S2，耦接于稳压组件142，用来控制储能组件141与稳压组件142间的一耦接关系。脉冲产生器143耦接于储能组件141，用来控制储能组件141的一初始电压，以增加储能组件141的一储电能力。更进一步而言，在本实施例中，二极管D1与D2主要用途是分别避免回充现象，或避免电流逆流，而在其他实施例中，电能回收电路140可以不需要二极管D1或D2。
关于驱动电路的详细操作方式可如下所述。在一充电阶段时电荷泵100进行充电，输出电容102的第一端耦接至电压源VDD，第二端耦接至接地端，且第一开关S1开启，电荷泵100对输出电容102充电。在一升压阶段时，输出电容102的第一端耦接至输出端VOUT，第二端耦接至电压源VDD，且第一开关S1开启，使得电荷泵100进行升压。在升压阶段结束后与下一个充电阶段进行前，可进行回收阶段，也就是利用杂散电容120对电能回收电路140进行充电。在回收阶段时，当杂散电容120被充电至电压VDD后，输出电容102的第一端耦接至电压源VDD，第二端浮接，第一开关S1关闭而第二开关S2开启，杂散电容120的电能被储存于储能组件141中。通过储能组件141，杂散电容120的电能可被回收并再利用。第一二极管D1耦接于杂散电容120，用来避免储能组件141回充杂散电容120。脉冲产生器143，可产生一负脉冲，先将储能组件141的初始电压充至一负电压。当杂散电容120对储能组件141充电时，储能组件141由负电压向上充电。当负电压越大时，储能组件141可从杂散电容120回收的电能也越多。也就是说，通过控制负电压的大小，可控制储电组件141的储电能力。当电能回收电路140将杂散电容120的电能再利用至内部电路160时，第一开关S1开启而第二开关S2关闭，储电组件141可将储存的电能提供给内部电路160。稳压组件142，用来稳定储能组件141的一输出电压。第二二极管D2，耦接于储能组件141以及稳压组件142，用来避免稳压组件142回充储能组件141。较佳地，稳压组件142可为一电容或一电感。
简单的来说，电能回收电路140在升压阶段结束后与下一个充电阶段进行前回收电荷泵100中杂散电容120的电能，并且再利用至内部电路。如此一来，减少驱动电路10的电源消耗。
在本发明实施例中，储能组件141以及稳压组件142可个别耦接于一电阻，以用来限定流入储能组件141以及稳压组件142的电流。请参考图2，图2为本发明实施例另一驱动电路20的示意图。驱动电路20的基本电路架构与驱动电路10相似，因此相同组件使用相同标号表示。在驱动电路20中，电阻R1耦接至储能组件141，电阻R2耦接至稳压组件142。电阻R1以及电阻R2可分别用来限定流入储能组件141以及稳压组件142的电流。另外，通过调整电阻R1、R2的电阻值以及储能组件141以及稳压组件142的电容值，可定义由电阻R2与稳压组件142所组成的一滤波器的强度。更进一步而言，在第2图绘示的实施例中，二极管D1与D2主要用途是分别避免回充现象，或避免电流逆流，而在其他实施例中，电能回收电路140可以不需要二极管D1或D2。
请参考图3，图3为本发明实施例一驱动电路30的示意图。驱动电路30包含有电荷泵300A与300B、一电能回收电路340以及一内部电路360。电荷泵300A与300B的基本架构与电荷泵100相似，因此操作原理于此不再赘述，每一组件的标号包含一下标A或B，其代表所述组件属于电荷泵300A或300B。电能回收电路340耦接于电荷泵300A与300B，用来回收杂散电容320A与320B的电能，并再利用至内部电路360。在本实施例中，电荷泵300A与300B共享电能回收电路340，其中电能回收电路340包含开关S3、S4以及一储能组件341，且储能组件341操作原理与储能组件140相同，于此不再赘述。电能回收电路340通过开关S3、S4分别回收电荷泵300A的杂散电容320A与300B的杂散电容320B的电能。利用上述充电阶段、升压阶段与回收阶段的说明，在本实施例中，当电荷泵300A与300B分别操作于升压阶段与回收阶段时，开关S3与S4分别为开启与关闭，杂散电容320B对电能回收电路340进行充电。当电荷泵300A与300B分别操作于升压阶段与充电阶段时，开关S3与S4皆为开启。当电荷泵300A与300B分别操作于回收阶段与升压阶段时，开关S3与S4分别为与关闭开启，杂散电容320A对电能回收电路340进行充电。当电荷泵300A与300B分别操作于充电阶段与升压阶段时，开关S3与S4皆为开启。驱动电路30另包含一涟波消除电路380（Ripple Cancelling Circuit）。涟波消除电路380耦接于电能回收电路340以及内部电路360，用来消除涟波，稳定电能回收电路340的输出电压。一般来说，当本发明应用于数字电路时，驱动电路30不一定需要配置涟波消除电路380，而当本发明应用于模拟电路时，驱动电路30可配置涟波消除电路380，其中涟波消除电路380的实施方式可参照低压降稳压器（Low-dropout regulator，LDO）。
关于上述的驱动电路10的操作方式可归纳为一电能回收流程40。图4为电能回收流程40的示意图。电能回收流程40可用于驱动电路10中，用来回收再利用电荷泵100的杂散电容120的电能。电能回收流程包含有下列步骤：
步骤400：开始。
步骤402：于充电阶段，输出电容102的第一端耦接至电压源VDD，第二端耦接至地，第一开关S1开启。
步骤404：电荷泵100对输出电容102进行充电。
步骤406：于升压阶段，输出电容102的第一端耦接至输出端VOUT，第二端耦接至电压源VDD，第一开关S1开启。
步骤408：电荷泵100进行升压。
步骤410：于回收阶段，输出电容102的第一端耦接至电压源VDD，第二端浮接，第一开关S1关闭，第二开关S2开启。
步骤412：杂散电容120的电能储存于储能组件141。
步骤414：第一开关S1开启，第二开关S2关闭。
步骤416：储能组件140对内部电路160充电。
根据电能回收流程40，杂散电容120可被回收并再利用。关于电能回收流程40的详细实施方式可参考上述于此不再赘述。
关于上述的驱动电路30的操作方式可归纳为一电能回收流程50。图5为电能回收流程50的示意图。电能回收流程50可用于具有多个电荷泵的驱动电路（例如：驱动电路30），以回收再利用多个电荷泵的杂散电容的电能。电能回收流程50包含有下列步骤：
步骤500：开始。
步骤502：第一电荷泵操作于升压阶段，第二电荷泵操作于回收阶段，电能回收电路将所述第二电荷泵的杂散电容电能储存于储能组件，并将所述第二电荷泵的杂散电容电能再利用至内部电路。
步骤504：第一电荷泵操作于升压阶段，第二电荷泵操作于充电阶段。
步骤506：第一电荷泵操作于回收阶段，第二电荷泵操作于升压阶段，电能回收电路将第一电荷泵的杂散电容电能储存于储能组件，并将第一电荷泵的杂散电容电能再利用至内部电路。
步骤508：第一电荷泵操作于充电阶段，第二电荷泵操作于升压阶段。
关于电能回收流程50的详细实施方式可参考驱动电路30的操作，于此不再赘述。需注意的是，电能回收流程50亦可利用多个开关切换每个电荷泵的回收阶段，以于升压阶段结束后而下个充电阶段开始前，回收多个电荷泵的杂散电容的电能，而不限于上述两个电荷泵。
综上所述，本发明实施例可于电荷泵进行电源切换升压时，将杂散电容上的电能取出，并再利用至驱动电路的内部电路或电压源电路中。如此一来，可节省电源消耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种回收电能的方法，用于一电荷泵及一电能回收电路中，所述电荷泵包含有一杂散电容及一输出电容，所述输出电容包含有一第一端耦接于一电压源或一外部输出端或浮接，及一第二端耦接于所述电压源或浮接，所述电能回收电路包含有一储能组件耦接于所述杂散电容，一第一开关，耦接于所述储能组件及所述杂散电容，一稳压组件，耦接于所述储能组件，一第二开关，耦接于所述储能组件以及所述稳压组件，一第一二极管，耦接于所述杂散电容以及所述储能组件，及一第二二极管，耦接于所述储能组件以及所述稳压组件，所述方法包含有：
于一升压阶段结束后，操作于一回收阶段；
于所述回收阶段，通过所述储能组件回收所述杂散电容的电能；
通过所述储能组件，将所述杂散电容的电能再利用至一内部电路；
通过所述第一开关，控制所述杂散电容与所述储能组件间的一耦接关系；
通过所述稳压组件，稳定所述储能组件的一输出电压；
通过所述第二开关，控制所述储能组件与所述稳压组件间的一耦接关系；
通过所述第一二极管，避免所述储能组件回充所述杂散电容；以及
通过所述第二二极管，用来避免所述稳压组件回充所述储能组件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包含：
于所述回收阶段结束后，操作于一充电阶段；
于所述充电阶段，对所述输出电容进行充电；
于所述充电阶段结束后，操作于所述升压阶段；以及
于所述升压阶段，利用所述输出电容进行升压。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，回收所述杂散电容的电能包含：
对所述储能组件充电，以将所述杂散电容的电能储存于所述储能组件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述储能组件为一电容或一电感。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包含：控制所述储能组件的一初始电压，以增加或降低所述储能组件的一储电能力。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包含：于所述回收阶段时，耦接所述输出电容的所述第一端至所述电压源以及浮接所述输出电容的所述第二端。
7.一种驱动电路，包含有：
至少一电荷泵，每一电荷泵包含有：
一杂散电容；以及
一输出电容，用来于一充电阶段进行充电以及于一升压阶段进行升压；以及
一电能回收电路，包含有：
一储能组件，耦接于所述每一电荷泵的所述杂散电容，用来于一回收阶段，回收所述每一电荷泵的所述杂散电容的电能以及将所述每一电荷泵的所述杂散电容的电能再利用至一内部电路；以及
一第一开关，耦接于所述每一电荷泵的所述杂散电容与所述储能组件，用来控制所述每一电荷泵的所述杂散电容与所述储能组件间的一耦接关系；
其中，所述电能回收电路还包含：
一第一二极管，耦接于所述每一电荷泵的所述杂散电容以及所述储能组件，用来避免所述储能组件回充所述杂散电容；以及
一第二二极管，耦接于所述储能组件以及一稳压组件，用来避免所 述稳压组件回充所述储能组件。
8.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述电能回收电路还包含：
一第一阻抗组件，耦接于所述储能组件，用来限定流入所述储能组件的一第一电流；以及
一第二阻抗组件，耦接于所述稳压组件，用来限定流入所述稳压组件的一第二电流。
9.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述储能组件为一电容或一电感。
10.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述稳压组件为一电容或一电感。
11.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述电能回收电路还包含：
一脉冲产生器，耦接于所述储能组件，用来控制所述储能组件的一初始电压，以增加所述储能组件的一储电能力。
12.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述至少一电荷泵由所述充电阶段进入所述升压阶段，并由所述升压阶段进入所述回收阶段，再由所述回收阶段回至所述充电阶段。
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