CN112311226A - 升压电路 - Google Patents

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Abstract

【课题】本发明提供能够根据输入电力调整电力转换能力且能够稳定地进行升压动作的升压电路。【解决方案】升压电路具备：将比较输入电压和对输出电压分压后的第一电压的结果作为第一控制信号加以输出的第一电压检测电路；通过第一控制信号来控制动作的第一振荡电路；以及以第一振荡电路输出的第一时钟信号进行动作的第一开关电容升压电路。

Description

升压电路
技术领域
本发明涉及升压电路。
背景技术
图4示出现有的升压电路的一个例子的升压电路400的电路图。
升压电路400具备振荡电路401、PMOS晶体管402、NMOS晶体管403、二极管404、406和电容器405。在升压电路400的输入端子连接有太阳能电池101的输出端子。在升压电路400的输出端子连接有二次电池112。
升压电路400以振荡电路401输出的时钟信号切换PMOS晶体管402和NMOS晶体管403而进行导通截止（ON/OFF），从而对输入电压进行升压。
在升压电路400中，升压电路400的输入端子上被输入太阳能电池101输出的电压。向升压电路400的输入端子输入的电压是输入电压VIN。输入电压VIN通过升压电路400被升压到约2倍，并作为电压VB而从输出端子输出。升压电路400向二次电池112供给电压VB，从而对二次电池112进行充电（例如，参照专利文献1）。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2001―183620号公报。
发明内容
【发明要解决的课题】
然而，振荡电路输出恒定频率的时钟信号，所以现有的升压电路的电力转换能力是恒定的。因此，并未考虑到根据太阳能电池等的发电电力、即输入的电力而调整电力转换能力。进而，现有的升压电路中存在二极管造成的电压损耗，所以存在不能将输入的电压升压到2倍的情况。
本发明考虑上述的情况而构思，其目的在于提供能够根据输入的电力调整电力转换能力且能够稳定地进行升压动作的升压电路。
【用于解决课题的方案】
本发明的升压电路的一种方式的特征在于具备：第一电压检测电路，将比较输入电压和对输出电压分压后的第一电压的结果作为第一控制信号加以输出；第一振荡电路，通过所述第一控制信号来控制动作；以及第一开关电容（Switched Capacitor）升压电路，以所述第一振荡电路输出的第一时钟信号进行动作。
另外，本发明的升压电路的一种方式的特征在于具备：第二电压检测电路，将比较所述输入电压和对所述输出电压分压后第二电压的结果作为第二控制信号加以输出，所述第二电压的电压低于所述第一电压；第二振荡电路，通过所述第二控制信号来控制动作；以及第二开关电容升压电路，以所述第二振荡电路输出的第二时钟信号进行动作，所述第二开关电容升压电路向所述第一开关电容升压电路的用于防止逆流的PMOS晶体管的衬底输出高于所述输出电压的电压。
【发明效果】
本发明的升压电路构成为使第一振荡电路根据第一电压检测电路的第一控制信号进行动作，因此从输入的电力较小的状态到输入的电力较大的状态都能够有效地升压。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的升压电路的框图。
图2是示出本实施方式的升压电路的第一开关电容升压电路的电路图。
图3是示出本实施方式的升压电路的第二开关电容升压电路的电路图。
图4是示出现有的升压电路的电路图。
具体实施方式
图1是示出本发明的实施方式的升压电路100的框图。
本实施方式的升压电路100构成为使从输入端子输入的电压以2倍升压并从输出端子输出。在升压电路100的输入端子连接有例如太阳能电池101等的电压源。在升压电路100的输出端子连接有二次电池112。升压电路100被输入太阳能电池101的输出电压即输入电压VIN，并向二次电池112输出升压到2倍的电压VB。以下，在本实施方式的说明中，将输入电压VIN设为1.5V系列太阳能电池的输出电压、将电压VB设为后述的成为太阳能电池的动作状态的输出电压的约2倍的3.0V来加以说明。关于三电池结构的1.5V系列太阳能电池，动作状态的输出电压为1.5V左右，无负荷状态的开路电压为1.8V左右。
升压电路100例如具备：第一电压检测电路102、第二电压检测电路103、第一振荡电路104、第二振荡电路108、延迟电路105、第一开关电容升压电路106、第二开关电容升压电路107以及构成分压电路的电阻109、110、111。
第一电压检测电路102被输入输入电压VIN和分压电路输出的第一电压VREF1，并输出与它们的比较结果对应的第一控制信号EN1。第一电压VREF1例如被设定为对电压VB、即二次电池112的电压的1/2电压加上0.1V左右的电压。第一控制信号EN1是这样的信号：当输入电压VIN高于第一电压VREF1时使第一振荡电路104动作，而在输入电压VIN为第一电压VREF1以下时使第一振荡电路104停止。
第二电压检测电路103被输入输入电压VIN和分压电路输出的第二电压VREF2，并输出与它们的比较结果对应的第二控制信号EN2。第二电压VREF2被设定为低于第一电压VREF1的电压。第二控制信号EN2是这样的信号：当输入电压VIN高于第二电压VREF2时使第二振荡电路108动作，而在输入电压VIN为第二电压VREF2以下时使第二振荡电路108停止。进而，第二控制信号EN2经由延迟电路105作为第三控制信号EN3而被输入第一振荡电路104。第三控制信号EN3是这样的信号：当输入电压VIN高于第二电压VREF2时使第一振荡电路104动作，而在输入电压VIN为第二电压VREF2以下时使第一振荡电路104停止。第一振荡电路104在第一控制信号EN1和第三控制信号EN3二者的动作指示齐全时动作。因而，由于第三控制信号EN3，第一振荡电路104必定会迟于第二振荡电路108开始动作。
通过第一控制信号EN1及第三控制信号EN3来控制第一振荡电路104的动作。第一振荡电路104基于第一控制信号EN1及第三控制信号EN3，输出作为第一时钟信号的时钟信号CLK1。第一开关电容升压电路106根据时钟信号CLK1输出将输入电压VIN升压到2倍后的电压VB。另外，第一开关电容升压电路106被输入从后述的第二开关电容升压电路107输出的升压电压V1。
通过第二控制信号EN2来控制第二振荡电路108的动作。第二振荡电路108基于第二控制信号EN2，输出作为第二时钟信号的时钟信号CLK2。
第二开关电容升压电路107根据时钟信号CLK2，向第一开关电容升压电路106输出高于电压VB的升压电压V1。
图2是示出第一开关电容升压电路106的电路图。
第一开关电容升压电路106具备：用于防止逆流的NMOS晶体管201、用于防止逆流的PMOS晶体管205、用于切换的PMOS晶体管202、用于切换的NMOS晶体管204、用于升压的电容器203以及电平移位（shift）电路206。NMOS晶体管201和PMOS晶体管205各自的漏极彼此连接。
第一开关电容升压电路106使用用于防止逆流的NMOS晶体管201和用于防止逆流的PMOS晶体管205，因此消除升压动作造成的电压损耗。在此，PMOS晶体管205的漏极电压有可能会超过衬底电压，在此情况下，会担心寄生双极晶体管导通而闩锁。因此，从防止闩锁的观点来看，PMOS晶体管205构成为向其衬底输入高于电压VB的升压电压V1。通过该结构，PMOS晶体管205中寄生双极晶体管不会导通而防止闩锁。
在此，时钟信号CLK1是输入电压VIN电平的信号。电平移位电路206以二次电池112的电压VB为电源。电平移位电路206将时钟信号CLK1电平移位至电压VB电平的时钟信号CLK1A。
图3是示出第二开关电容升压电路107的电路图。
第二开关电容升压电路107具备：用于防止逆流的NMOS晶体管301、用于防止逆流的耗尽型的NMOS晶体管305、用于切换的PMOS晶体管302、用于切换的NMOS晶体管304、用于升压的电容器303、用于耦合的电容器306以及电阻307。
第二开关电容升压电路107通过对被充电至电压VB的电容器303串联连接输入电压VIN而输出高于电压VB的升压电压V1。作为电容器303的充电控制用开关，使用了耗尽型的NMOS晶体管305。NMOS晶体管305的栅极经由电阻307被偏置为电压VB。另外，在NMOS晶体管305的栅极上，经由电容器306被输入时钟信号CLK2。在此，时钟信号CLK2是输入电压VIN电平的信号。这样构成的第二开关电容升压电路107能够输出高于电压VB的升压电压V1。升压电压V1成为这样的电压：从对电压VB的3V加上输入电压VIN的1.5V后的电压，减去NMOS晶体管301的阈值电压后的电压。
接着，对如上述那样构成的升压电路100的动作进行说明。
当第一开关电容升压电路106处于对用于升压的电容器203进行充电的状态时，NMOS晶体管201和NMOS晶体管204导通，而PMOS晶体管202和PMOS晶体管205截止。在对电容器203进行充电的状态下，输入电压VIN会成为第一电压VREF1以下，因此第一电压检测电路102输出使第一振荡电路104停止的第一控制信号EN1。
若电容器203被充电而输入电压VIN高于第一电压VREF1，则第一电压检测电路102输出使第一振荡电路104动作的第一控制信号EN1。若第一振荡电路104进行动作，则时钟信号CLK1输出到第一开关电容升压电路106。于是，NMOS晶体管201和NMOS晶体管204截止，而PMOS晶体管202和PMOS晶体管205导通，从而输出电压VB。进而，当时钟信号CLK1的电平反相时，NMOS晶体管201和NMOS晶体管204导通，而PMOS晶体管202和PMOS晶体管205截止。即，电容器203转变到充电状态。在电容器203的充电状态下，如上述，从第一电压检测电路102输出使第一振荡电路104停止的第一控制信号EN1。
第一开关电容升压电路106重复以上那样的动作，从而升压电路100将1.5V的输入电压VIN升压到3.0V的电压VB并从输出端子输出。
升压电路100具备这样构成的第一开关电容升压电路106，从而在太阳能电池101的发电电力较多的情况下，电容器203的充电期间变短，因此第一开关电容升压电路106的开关频率变高。因而，能够减少第一振荡电路104动作的时间、即太阳能电池101的发电电力的消耗（损耗）。故，升压电路100能够有效地将太阳能电池101的发电电力升压。另外，当太阳能电池101的发电电力较少的情况下，电容器203的充电期间变长，但是由于第一振荡电路104在该期间停止，因此升压电路100处于低电流消耗状态，所以不会白白消耗太阳能电池101的发电电力。
另外，第二振荡电路108以与第二电压VREF2和输入电压VIN的比较结果对应的第二控制信号EN2开始动作。因而，第二开关电容升压电路107能够在第一开关电容升压电路106开始动作之前输出升压电压V1。进而，第二控制信号EN2经由延迟电路105而作为第三控制信号EN3输入到第一振荡电路104，因此第二开关电容升压电路107能够在第一开关电容升压电路106开始动作之前输出升压电压V1。即，第一开关电容升压电路106的寄生双极晶体管不会导通而能够防止闩锁。
如以上说明的那样，升压电路100构成为使第一振荡电路104根据第一电压检测电路102的控制信号而动作，所以从发电电力较小的状态到发电电力较大的状态都能够有效地升压。即，能够将1.5V系列的太阳能电池的发电电力有效地充电到3V系列的二次电池。另外，用于防止逆流而设置的PMOS晶体管205构成为向其衬底施加高于电压VB的电压，因此能够稳定地升压而不会闩锁。在分别连接有例示的太阳能电池101及二次电池112的升压电路100中，能够稳定地输出将1.5V的输入电压VIN升压到输入电压VIN的2倍即3.0V的电压VB。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行各种变更。例如，升压电路100的结构并不局限于图1中例示的结构。升压电路100至少具备第一电压检测电路102、第一振荡电路104和第一开关电容升压电路106即可。即，也可以构成为不具备第二电压检测电路103、延迟电路105、第二开关电容升压电路107及第二振荡电路108的升压电路100。
【标号说明】
100 升压电路；102 第一电压检测电路；103 第二电压检测电路；104 第一振荡电路；108 第二振荡电路；106 第一开关电容升压电路；107 第二开关电容升压电路。

Claims (2)

1.一种升压电路，其特征在于，具备：
第一电压检测电路，将比较输入电压和对输出电压分压后的第一电压的结果作为第一控制信号加以输出；
第一振荡电路，通过所述第一控制信号来控制动作；以及
第一开关电容升压电路，以所述第一振荡电路输出的第一时钟信号进行动作。
2.根据权利要求1所述的升压电路，其特征在于，具备：
第二电压检测电路，将比较所述输入电压和对所述输出电压分压后的第二电压的结果作为第二控制信号加以输出，所述第二电压的电压低于所述第一电压；
第二振荡电路，通过所述第二控制信号来控制动作；以及
第二开关电容升压电路，以所述第二振荡电路输出的第二时钟信号进行动作，
所述第二开关电容升压电路向所述第一开关电容升压电路的用于防止逆流的PMOS晶体管的衬底输出高于所述输出电压的电压。
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