CN114726204A - 电荷泵电路 - Google Patents

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CN114726204A CN202110274971.5A CN202110274971A CN114726204A CN 114726204 A CN114726204 A CN 114726204A CN 202110274971 A CN202110274971 A CN 202110274971A CN 114726204 A CN114726204 A CN 114726204A
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陈良豪
曾培凯
林信翔
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Abstract

本发明提供一种电荷泵电路。此电荷泵电路包括：开关模块，接收输入电压与开关信号，并输出一输出电压；线性频率调整模块，接收并侦测开关模块的输出电压，并根据输出电压进行频率调整及占空比固定，并设有最高及最低频率限制；以及控制模块，接受线性频率调整模块输出的信号并产生开关信号。

Description

电荷泵电路
技术领域
本发明涉及一种电荷泵电路，特别是关于一种根据输出电压进行固定占空比及频率调整，并设有最高及最低频率以避开产生噪声或与其他信号干涉的情形，可在轻载时改进执行效能及在重载时维持执行效能的电荷泵电路。
背景技术
传统的有机发光二极管显示板(例如，AMOLED显示面板)的源极驱动器通常内建有电荷泵(Charge pump)。电荷泵是一种直流-直流转换器，其利用电容为储能元件，大多用来产生比输入电压大的输出电压，或产生负的输出电压。现有技术中的电荷泵，根据感测的输出电流及电压决定跳过的固定时脉的脉波数以提高轻负载效能并保持重负载性能，但是会遇到脉波跳跃数的边界处来回震荡而产生较大的涟波，进而使显示屏幕产生亮度及颜色不均等现象。
发明内容
因此，本发明提出一种电荷泵电路，其主要根据输出电压进行固定占空比及频率调整，来减轻电荷泵电路在轻载时改进执行效能及在重载时维持执行效能，此外，本发明的电荷泵电路为一线性的频率调整而无使用固定时脉的脉波，所以不会有在边界处来回震荡而产生的较大输出涟波问题。
本发明的一实施例提供一种电荷泵电路，包括：开关模块，接收输入电压与开关信号，并输出一输出电压；线性频率调整模块，接收并侦测开关模块的输出电压，并根据输出电压进行频率调整及占空比固定，并设有最高及最低频率限制；以及控制模块，接受线性频率调整模块输出的信号并产生开关信号。
于一实施例，线性频率调整模块还包括：频率产生电路，耦接控制模块，用以产生一频率；频率调整电路，耦接控制模块，用以决定最大及最小频率；以及占空比固定电路，耦接控制模块，用以产生固定占空比。
于一实施例，频率产生电路还包括：第一电阻，接收输出电压；第二电阻，连接第一电阻，其中，第一与第二电阻之间具有分压电压；以及第一比较器，具有第一输入端、第二输入端与第一输出端，第一输入端连接于第一电阻与第二电阻之间，第二输入端具有第一输入比较信号，第一输出端连接控制模块，第一输入端接收分压电压，第二输入端接收第一比较输入信号，以输出第一输出信号，其中，当分压电压上升到与第一输入比较信号相同时会使第一输出信号进行转态。
于一实施例，频率调整电路还包括：第一电流；第三电阻，连接第一电流源；第一电容，其一端连接于第一电流与第三电阻之间；第二比较器，具有第三输入端、第四输入端及第二输出端，第三输入端耦接第一电容，其输出端连接控制模块，第三输入端接收第一充放电信号，第四输入端接收第二输入比较信号，以输出第二输出信号，其中，当第一电容电压信号与第二输入比较信号相同时，会使第二输出信号进行转态，以决定最大频率；以及第三比较器，具有第五输入端、第六输入端及第三输出端，第五输入端耦接第一电容，第三输出端连接控制模块，其中，第五输入端接收第一电容电压信号，第六输入端接收第三输入比较信号，以输出第三输出信号，其中，当第一电容电压信号相同于第三输入比较信号时，会使第三输出信号进行转态，以决定最小频率。
于一实施例，占空比固定电路还包括：第二电流；第三电流，连接第二电流；第二电容，其一端连接于第二电流与第三电流之间；以及第四比较器，具有第七输入端、第八输入端及第四输出端，第七输入端连接第二电容的该端，其第四输出端连接控制模块，其中，第七输入端接收第二电容电压信号，第八输入端接收第四输入比较信号，以输出第四输出信号；其中，固定占空比由第二电流与第三电流所决定。
于一实施例，开关模块还包括：第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，其中，第一开关与第四开关彼此串接且第二开关与第三开关彼此串接，第一开关耦接输入电压且第二开关耦接接地电压，第三开关耦接输出电压且第四开关耦接接地电压；及第三电容，其一端耦接至第一开关与第四开关之间且其另一端耦接至第二开关与第三开关之间。
为更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1显示根据本发明的一实施例的电荷泵电路。
图2显示图1中的线性频率调整电路的内部结构示意图。
图3显示图1中的开关模块内部结构示意图。
图4A显示根据本发明的电荷泵电路的操作波形图。
图4B显示图4A中频率与负载间的关系示意图。
主要元件符号说明：
11 开关模块
12 线性频率调整模块
13 控制模块
121 频率产生电路
122 频率调整电路
123 占空比固定电路
COM1、COM2、COM3、COM4 比较器
SW1、SW2、SW3、SW4 开关
Vin、Vout、Vdiv1、Vref0 电压
Vref1、Vref2、Vref3、Vref4、Vsaw1、Vsaw2、Vcom1、Vcom2、Vcom3、Vcom4 信号
C1、C2、C3 电容
具体实施方式
图1显示根据本发明的一实施例的电荷泵电路。如图1所示，电荷泵电路1包括：开关模块11、线性频率调整模块12及控制模块13。开关模块11接收输入电压Vin，并输出一输出电压Vout。线性频率调整模块12连接开关模块11，接收并侦测输出电压Vout，并根据输出电压Vout进行频率调整及占空比固定，进而决定最大频率及最小频率，并设有最高及最低频率限制，以及控制模块13连接线性频率调整模块12，接受线性频率调整模块12输出的信号并产生开关信号，进而控制开关模块11。
图2显示图1中的线性频率调整电路的内部结构示意图。如图2所示，线性频率调整模块12还包括：频率产生电路121、频率调整电路122及占空比固定电路123。频率产生电路121耦接控制模块13，用以产生一频率。频率调整电路122耦接控制模块13，用以决定最大及最小频率，以及占空比固定电路123耦接控制模块13，用以产生固定占空比。
如图2所示，频率产生电路121还包括：第一电阻R1接收该输出电压Vout，第二电阻R2的一端连接第一电阻R1，而另一端连接参考电压Vref0，其中，第一与第二电阻之间具有分压电压Vdiv1，以及第一比较器COM1具有第一输入端a、第二输入端b与第一输出端c，第一输入端a连接于第一电阻R1与第二电阻R2之间，第二输入端b具有第一输入比较信号Vref1，第一输出端c连接控制模块13，第一输入端a接收分压电压Vdiv1，第二输入端b接收第一比较输入信号Vref1，以输出第一输出信号Vcom1，其中，分压电压Vdiv1上升到与第一输入比较信号Vref1相同并使第一输出信号Vcom1进行转态。
如图2所示，频率调整电路122还包括：第一电流I1；第三电阻R3连接第一电流源I1；第一电容C1，其一端连接于第一电流I1与第三电阻R3之间；第二比较器COM2，具有第三输入端d、第四输入端e及第二输出端f，第三输入端d耦接第一电容C1，其第二输出端f连接控制模块13，第三输入端d接收第一电容电压信号Vsaw1，第四输入端e接收第二输入比较信号Vref2，以输出第二输出信号Vcom2，其中，当第一电容电压信号Vsaw1与第二输入比较信号Vref2相同时，会使第二输出信号Vcom2进行转态，以决定最大频率；以及第三比较器COM3，具有第五输入端g、第六输入端h及第三输出端i，第五输入端g耦接第一电容C1，第三输出端i连接控制模块13，其中，第五输入端g接收第一电容电压信号Vsaw1，第六输入端h接收第三输入比较信号Vref3，以输出第三输出信号Vcom3，其中，当第一电容电压信号Vsaw1相同于第三输入比较信号Vref3时，会使第三输出信号Vcom3进行转态，以决定最小频率。
如图2所示，占空比固定电路123还包括：第二电流I2；第三电流I3连接该第二电流I2；第二电容C2的其一端连接于第二电流I2与第三电流I3之间；以及第四比较器COM4，具有第七输入端j、第八输入端k及第四输出端l，第七输入端j连接该第二电容C2的该端，其第四输出端l连接控制模块13，其中，第七输入端j接收第二电容电压信号Vsaw2，第八输入端k接收第四输入比较信号Vref4，以输出第四输出信号Vcom4。特别是，固定占空比由第二电流I2与第三电流I3所决定。
图3显示图1中的开关模块11内部结构示意图。如图3所示，开关模块11还包括：第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3及第四开关SW4，其中，第一开关SW1与第四开关SW4彼此串接且第二开关SW2与第三开关SW3彼此串接，第一开关SW1耦接输入电压Vin且第二开关SW2耦接接地电压GND，第三开关SW3耦接输出电压Vout且第四开关SW4耦接接地电压GND；及第三电容C3，第三电容C3的其一端耦接至第一开关SW1与第四开关SW4之间且其另一端耦接至第二开关SW2与第三开关SW3之间。
图4A显示根据本发明的电荷泵电路的操作波形图。如图4A所示，当电荷泵电路进入重载期间，频率产生电路121的分压电压Vdiv1上升到与第一输入比较信号Vref2相同并使第一输出信号Vcom1转态；频率产生电路121的分压电压Vdiv1上升的同时频率调整电路122的第一电流I1对第一电容C1进行充电，当频率调整电路122的第三输入端d的电压Vsaw1相同于频率调整电路122的第四输入端e的第二输入比较信号Vref2时，会使第二输出信号Vcom2转态；频率调整电路122的第五输入端g的电压Vsaw1尚未升压至频率调整电路的第六输入端h的第三输入比较信号Vref3，第三输出信号Vcom3尚未转态：第一输出信号Vcom1转态先于第二输出信号Vcom2与第三输出信号Vcom3转态，最大频率由频率调整电路122的第二输出信号Vcom2转态点决定。
当电荷泵电路进入中载期间，频率调整电路122的第一电流I1对第一电容C1进行充电，当频率调整电路122的第三输入端d的电压Vsaw1相同于频率调整电路的第四输入端e的第二输入比较信号Vref2时，会使第二输出信号Vcom2转态；频率调整电路122的第五输入端g的电压Vsaw1尚未升压至频率调整电路的第六输入端h的第三输入比较信号Vref3，第三输出信号Vcom3尚未转态；期间频率产生电路121的分压电压Vdiv1上升到与第一输入比较信号Vref1相同并使第一输出信号Vcom1转态：第一输出信号Vcom1转态于第二输出信号Vcom2转态之后且第三输出信号Vcom3尚未转态时，频率由频率产生电路121的第一输出信号Vcom1转态点决定。
当电荷泵电路进入轻载期间，频率调整电路122的第一电流I1对第一电容C1进行充电，当频率调整电路122的第三输入端d的电压Vsaw1相同于频率调整电路的第四输入端e的第二输入比较信号Vref2时，会使第二输出信号Vcom2转态；当频率调整电路122的第五输入端g的电容电压信号Vsaw1相同于频率调整电路122的第六输入端h的第三输入比较信号Vref3时，会使第三输出信号Vcom3转态，此时频率产生电路121的分压电压Vdiv1尚未升压至与第一输入比较信号Vref2相同，第一输出信号Vcom1未转态；第二输出信号Vcom2及第三输出信号Vcom3已转态，且第一输出信号Vcom1尚未转态时，最小频率由频率调整电路122的第三输出信号Vcom3转态点决定。
电荷泵电路的一个完整充放电周期的起始时，占空比固定电路123的第二电流I2对第二电容C2进行充电，使占空比固定电路123的第七输入端j的第二电容电压信号Vsaw2由该占空比固定电路123的第八输入端k的第四输入比较信号Vref4的位准开始升压，升压至频率产生电路121的第一输出信号Vcom1转态点或频率调整电路122的第二输出信号Vcom2转态点或第三输出信号Vcom3转态点时，占空比固定电路123的第三电流I3对同第二电容C2进行放电降压，降压至占空比固定电路123的第七输入端j的第二电容电压信号Vsaw2相同于占空比固定电路123的第八输入端k的第四输入比较信号Vref4时，会使第四输出信号Vcom4转态，此时结束电荷泵电路的一个完整的周期；线性频率调整模块12中的占空比固定电路123将会固定电荷泵电路的占空比，其中，占空比由第二电流I2与第三电流I3所决定及固定。
图4B显示图4A中频率与负载间的关系示意图。图4B及图4A所示，最大频率FMAX与最小频率FMIN间的频率FSW呈线性增加，且在轻负载时，对应最小频率FMIN，来改进电荷泵电路在轻载时的执行效能，在重负载时，对应最大频率FMAX，来维持电荷泵的执行效能。
相较于现有技术，本发明的电荷泵电路应用线性调整电路来根据输出电压进行固定占空比及频率调整并设有最高与最低频率限制，进而改善电荷泵电路在轻载时的执行效能及在重载时维持电荷泵电路执行效能，同时避开了跳过固定时脉的脉波数会有的脉波跳跃数的边界处来回震荡而产生较大的涟波的情形，以让电荷泵电路具有更低的输出纹波。
上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均落入本发明的申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括：
一开关模块，接收一输入电压，并输出一输出电压；
一线性频率调整模块，连接该开关模块，接收并侦测该输出电压，并根据该输出电压进行频率调整及占空比固定，进而决定一最大频率及一最小频率；以及
一控制模块，连接该线性频率调整模块，产生一开关信号。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该线性频率调整模块，还包括：
一频率产生电路，耦接该控制模块，用以产生一频率；
一频率调整电路，耦接该控制模块，用以决定该最大及该最小频率；以及
一占空比固定电路，耦接该控制模块，用以产生一固定占空比。
3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，该频率产生电路还包括：
一第一电阻，接收该输出电压；
一第二电阻，连接该第一电阻，其中，该第一与该第二电阻之间具有一分压电压；以及
一第一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一第一输出端，该第一输入端连接于该第一电阻与该第二电阻之间，该第二输入端具有一第一输入比较信号，该第一输出端连接该控制模块，该第一输入端接收该分压电压，该第二输入端接收一第一比较输入信号，以输出一第一输出信号，其中，该分压电压上升到与该第一输入比较信号相同并使该第一输出信号进行转态。
4.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，该频率调整电路还包括：
一第一电流；
一第三电阻，连接该第一电流源；
一第一电容，其一端连接于该第一电流与该第三电阻之间；
一第二比较器，具有一第三输入端、一第四输入端及一第二输出端，该第三输入端耦接该第一电容，其输出端连接该控制模块，该第三输入端接收一第一充放电信号，该第四输入端接收一第二输入比较信号，以输出一第二输出信号，其中，当该第一电容电压信号与该第二输入比较信号相同时，会使该第二输出信号进行转态，以决定一最大频率；以及
一第三比较器，具有一第五输入端、一第六输入端及一第三输出端，该第五输入端耦接该第一电容，该第三输出端连接该控制模块，其中，该第五输入端接收该第一电容电压信号，该第六输入端接收一第三输入比较信号，以输出一第三输出信号，其中，当该第一电容电压信号相同于该第三输入比较信号时，会使该第三输出信号进行转态，以决定一最小频率。
5.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，该占空比固定电路还包括：
一第二电流；
一第三电流，连接该第二电流；
一第二电容，其一端连接于该第二电流与该第三电流之间；以及
一第四比较器，具有一第七输入端、一第八输入端及一第四输出端，该第七输入端连接该第二电容的该端，其第四输出端连接该控制模块，其中，该第七输入端接收一第二电容电压信号，该第八输入端接收一第四输入比较信号，以输出一第四输出信号；
其中，该固定占空比由该第二电流与该第三电流所决定。
6.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该开关模块还包括：
一第一开关、一第二开关、一第三开关及一第四开关，其中，该第一开关与该第四开关彼此串接且该第二开关与该第三开关彼此串接，该第一开关耦接该输入电压且该第二开关耦接一接地电压，该第三开关耦接该输出电压且该第四开关耦接该接地电压；及
一第三电容，其一端耦接至该第一开关与该第四开关之间且其另一端耦接至该第二开关与该第三开关之间。
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