CN1866706A - 电子电路 - Google Patents

Abstract

提供一种具有升压电路的电子装置，其中，即使当输入等于或高于标准电压的电压时也能防止升压电路和其它电路被损坏。用于升高输入电压并且输出升高电压的升压电路具有用于调整输入电压的上限的输入电压限制器电路，并且升压电路通过使用电容器以固定放大率升高输入电压。

Description

电子电路

技术领域

本发明涉及一种电子电路，尤其涉及一种通过使用电容器用于升高输入电压的升压电路。

背景技术

图4示出了一种使用电容器的传统升压电路。该使用电容器的传统升压电路由每个都与二极管相连接的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)61到65、电容器67到71以及时钟发生器电路72构成。该MOSFET 61到65每个都具有连接到其漏极端的栅极端以及连接到每个电容器67到71的一个电极上的源极端，并且每个电容器67到71的另一个电极连接到时钟发生器电路72，从而形成一个电路块。提供多个如此形成的电路块，并且这些电路块串联连接。MOSFET 65的源极端连接到MOSFET 66的漏极端并且也连接到MOSFET 66的栅电极上，并且MOSFET 66的源极端形成传统电子电路的输出端。时钟发生器电路72产生彼此相位相差180度的不同的两个脉冲信号CLKA和CLKB，并且将这些脉冲信号提供给每个电容器67到71的一个电极。

在没有负载连接到输出端O2的状态下，将描述使用电容器的传统升压电路的操作。提供给输入端12的电荷通过MOSFET 61到65在电容器67到71中充电。在该情况下，电容器67的一个电极的电位Vc67-1对应于通过从输入电压中减去Vf而获得的值(输入电压)-Vf。这里，Vf是MOSFET 61到66中的二极管压降的量。当脉冲信号CLKA将电容器67的一个电极的电位Vc 67-2增加脉冲信号的峰值(电压)时，电容器67的另一个电极的电位Vc 67-1变为峰值，该峰值对应于通过将脉冲信号加到输入电压减去Vf而获得的值(输入电压)-Vf+(脉冲信号)。此时，电容器68的一个电极连接到与脉冲信号CLKA的相位相差180度的不同的脉冲信号CLKB，从而电容器68的一个电极的电位Vc 68-2处于低电平(接近于地电位的电平)。因此电容器68的一个电极的电位V 68-1对应于相对从电容器67发送电压的MOSFET 62的二极管压降量的值，即，((输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值))-Vf。

另外，当脉冲信号CLKB在随后的步骤中改变处于高电平，并且电容器68的一个电极的电位V 68-2被增加脉冲信号的峰值(电压)的量时，电容器68的另一个电极的电位Vc 68-1变为((输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值))的峰值-Vf+脉冲信号。在随后的操作中，重复以上操作，并且在电容器中已经充电的电荷电压被增加并且发送到随后的电容器。在图6示出的电子电路中，输出端O2的电压变为(输入电压)-6×Vf+5×(脉冲信号的峰值)。

作为具有与上述相同电路结构的另一实例，JP 2005-057867 A公开了一种用于防止电子电路中的元件被破坏的电路技术。

在上述电子电路中，以由电路结构确定的放大率来升高输入电压值，而不管输入电压值是低或高。由于这个原因，例如，在图4示出的升压电路中，当使用在3V电压将会损坏的MOSFET并且1V输入到输入端12时，电容器69的一个电极的电位Vc 69-1超出3V，这引起MOSFET 63和64损坏。从而当输入大于期望电压的电压作为输入电压时，不能防止传统的电子电路损坏。

为了解决以上缺点，到现在为止，以如下这种方式根据施加到输入端12的电压值来控制升压放大率或升压步骤的数量：内部MOSFET不达到引起其损坏的电压，或者当将会引起损坏的电压输入内部MOSFET时停止升压电路的操作。

发明内容

在考虑到以上传统技术的缺点的基础上已经进行了本发明，并且因此本发明具有提供一种电压限制器电路的目的，当低电压输入到输入端时该电压限制器电路用于输出该输入电压，并且当高于设定值的电压输入到输入端时，该电压限制器电路调整输入电压到设定值并且输出如此调整的输入电压，以便由此防止一部分升压电路在升压操作中超过MOSFET的耐受电压，并且从而能够阻止元件损坏。

为了获得以上目的，根据本发明，提供一种通过使用电容器用于以固定放大率升高输入电压的升压电路，其中提供输入电压限制器电路用于调整输入电压的上限。

通过以上结构，能够防止一部分升压电路超过MOSFET的耐受电压，并因此能够防止元件被损坏。

在上述根据本发明的以上电子电路中，即使当等于或高于最大电压值的电压输入到电子电路时，不存在如下的情况：施加等于或高于耐受电压的电压到MOSFET而引起对升压电路中元件的损坏。

同时，即使当等于或高于最大电压值的电压输入到电子电路时，升压电路持续操作，这使得能够连续地驱动负载。

而且，输入电压限制器电路使用耗尽型MOSFET。因此，即使输入电压减小的话，恒压也能够总是施加到升压电路。

当包括在电子电路中的升压电路的输出电压将要增加到等于或高于在升压电路内的MOSFET耐受电压时，输出电压限制器电路操作，并因此不会损坏元件。

即使电子电路包括升压放大率不同的升压电路，由于对其提供了输入电压限制器电路和输出电压限制器电路，在电子电路内处理的电压不增加到等于或高于构成电子电路内部的MOSFET或电容器的损坏耐受电压。

电子电路的输入端和输出端每个均与MOSFET相连接，当电子电路处于备用模式时其能够抑制电流消耗。

当电子电路处于备用模式时，暂停用作升压电路操作源的振荡器电路的操作，由此抑制电流消耗。

在电子电路内的升压电路使用具有通过第二升压电路变高的峰值的时钟和电平转换器电路，这使得能够通过小的驱动器面积而传送大的电流供应性能。换句话说，通过更小的芯片面积能够获得大的驱动性能。

输出电压限制器电路具有用于打开/关闭布置在其内操作的开关，并因此甚至在电流消耗大的输出电压控制电路中也能够抑制功率消耗。另外，如此提供的该开关使得即使输出电压限制器的电流消耗大时升压电路也能够稳定操作。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的电子电路的示意性结构的框图；

图2是示出根据该实施例的输入电压限制器电路的示意性结构的电路图；

图3是示出根据本实施例的恒压发生器电路的示意性结构的电路图；

图4是示出传统升压电路的示意性结构的电路图；

图5是示出传统升压电路的示意性结构的电路图；

图6是示出根据本实施例的输出电压限制器电路的输出特性的图表；

图7是示出根据另一实施例的电子电路的示意性结构的电路图；

图8是示出根据本发明另一实施例的升压电路的示意性结构的电路图；

图9是示出根据另一实施例的第二升压电路的示意性结构的电路图；

图10是示出根据另一实施例的电平转换器电路的示意性结构的电路图；

图11是示出根据另一实施例的输出电压限制器电路的示意性结构的电路图；

图12是示出根据另一实施例的电压检测器电路的示意性结构的电路图；

图13是示出根据另一实施例的电压检测器电路的示意性结构的电路图；以及

图14是示出根据另一实施例的应用的示意性结构的电路图。

具体实施方式

(第一实施例)

现在，将参照附图给出本发明优选实施例的详细描述。

图1示出根据本发明第一实施例的电子电路的示意性结构。该电子电路包括用于调整输入电压的上限的输入电压限制器电路1和通过使用电容器用于以固定放大率升高输入电压的升压电路2。

如图2所示，输入电压限制器电路1由耗尽型MOSFET 22和恒压发生器电路21构成。输入端I1连接到恒压限制器电路21的电源端D21和耗尽型MOSFET 22的漏极端上。耗尽型MOSFET 22的源极端连接到输入电压限制器电路1的输出端O1上。耗尽型MOSFET 22的栅极端连接到恒压发生器电路21的输出端O21上。

图3示出恒压发生器电路21的实例。该恒压发生器电路21由用作恒流元件的耗尽型MOSFET和用作电阻元件的增强型MOSFET构成。恒压发生器电路21的电源端D21连接到耗尽型MOSFET 23的漏极端上。耗尽型MOSFET 23的源极端连接到耗尽型MOSFET 23的栅极端、增强型MOSFET 24的漏极端、增强型MOSFET 24的栅极端和恒压发生器电路21的输出端O21。增强型MOSFET 24的源极端连接到增强型MOSFET 25的漏极端和增强型MOSFET 25的栅极端。增强型MOSFET 25的源极端连接到接地端上。

恒压发生器电路21的输出电压变为|耗尽型MOSFET的阈值电压|+(增强型MOSFET的阈值电压)×(增强型MOSFET的数量)。因此，增强型MOSFET 25的源极端像与增强型MOSFET 25连接一样进一步与增强型MOSFET连接，能够增加恒压发生器电路21的输出电压。相反，省略增强型MOSFET 25，并且增强型MOSFET 24的源极端连接到接地端，由此使得能够减小恒压发生器电路21的输出电压。

升压电路2例如是使用线圈和电容器的调整器或者仅仅使用电容器的电荷泵系统。在该实施例中，因为本发明在恒定次数的升压操作中有效，所以采用仅仅使用电容器的升压电路。

之后，将对参照图4作为升压电路实例的电荷泵系统的结构给出详细描述。

如图4所示，电荷泵系统的升压电路由振荡器电路72、n-沟道MOSFET 61到66和升压电容器67到71构成。n-沟道MOSFET 61到66分别与二极管相连接，并且在升压电路2的输入端I2和输出端O2之间彼此串联连接，使得向前方向从输入端I2指向输出端O2。分别地，在n-沟道MOSFET 61和n-沟道MOSFET 62之间的节点与升压电容器67的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET 62和n-沟道MOSFET 63之间的节点与升压电容器68的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET 63和n-沟道MOSFET 64之间的节点与升压电容器69的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET 64和n-沟道MOSFET 65之间的节点与升压电容器70的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET 65和n-沟道MOSFET 66之间的节点与升压电容器71的一个电极相连接。升压电容器67、69和71的另一电极连接到振荡器电路72的时钟A端CLKA，并且升压电容器68和70的另一电极连接到振荡器电路72的时钟B端CLKB。50％工作的时钟信号A从振荡器电路72的时钟A端CLKA输出，并且在相位上从时钟信号A移位180度并且其它状况完全与时钟信号A一致的时钟信号B从振荡器电路72的时钟B端CLKB输出。振荡器电路72的电源端Dosc连接到升压电路2的输入端I2上。由振荡器电路72输出的时钟信号A和时钟信号B的频率设定为大约1MHz，并且升压电容器67到71设定为大约100pF。因此，升压电容器67到71能够与n-沟道MOSFET 61到66和振荡器电路72一样在相同芯片内形成。

另外，将对参照图5作为升压电路一个实例的开关电容器系统的结构给出详细描述。该开关电容器系统升压电路反复地彼此连接电容器或者交替并联和串联地彼此连接电容器和电源，以便由此升高输入电压。该开关电容器系统升压电路由振荡器电路57、MOSFET 51到54、转换器55和56、电平转换器电路59和电容器58构成。升压电路的输入端I2连接到p-沟道MOSFET 51和52的漏极端上，并且p-沟道MOSFET 51的源极端连接到电容器58的一个电极和n-沟道MOSFET 53的漏极端上。而且，电容器58的另一电极连接到p-沟道MOSFET 52的源极端和p-沟道MOSFET 54的漏极端上。n-沟道MOSFET 53的源极端接地。p-沟道MOSFET 54的源极端连接到升压电路2的输出端O2上。p-沟道MOSFET 51的栅极端、n-沟道MOSFET 53的栅极端和转换器55的输入端I55连接到振荡器电路57的时钟C端CLKC上。电平转换器电路59的输入端I59连接到振荡器电路57的时钟D端CLKD上。转换器55的输出端O55连接到p-沟道MOSFET 52的栅极端上，电平转换器电路59的输出端O59连接到转换器56的输入端I56上，转换器56的输出端O56连接到p-沟道MOSFET 54的栅极端上。转换器55的电源端D55连接到升压电路2的输入端I2上，并且转换器56的电源端D56和电平转换器电路59的电源端D59连接到升压电路2的输出端O2上。

p-沟道MOSFET 54的源极端具有升压，并且从而必须使得升压与在输出端O2处的电压相同，以便关断p-沟道MOSFET 54。然而，从振荡器电路57输出的脉冲信号CLKD具有在输出端O2处电压一半高的电压。因此，通过将电平转换器电路59连接到脉冲信号CLKD的端子上能够将高信号的电压转换为输出端O2的电压。

在该实例中，描述了双升压电路。可替换地，通过增加电容器数量或者级联地连接图5所示升压电路，也能够使得升压的倍数为三倍、四倍等等。

如上所述连接的电子装置如下操作。

施加给电子电路2的输入端I1的电压施加给在输入电压限制器电路1中耗尽型MOSFET 22的漏极端和恒压发生器电路21的电源端。

图6示出如下获得的特性：评测施加给耗尽型MOSFET 22的漏极端的电压和输出到其源极端的电压。耗尽型MOSFET 22将已经被施加给漏极端的电压基本上按照原状输出到源极端。然而，当等于或高于给定设定值的电压施加给漏极端时，耗尽型MOSFET 22保持给定设定值的电压并且输出该电压到源极端。当给定电压施加到耗尽型MOSFET的栅极端时，获得图6所示的特性。出于此原因，通过调节从恒压发生器电路21输出的电压，能够增加或减小设定值。在本发明的该实施例中，当设定值设定到引起导致构成升压电路2的MOSFET损坏的电压或更低的(耐受电压)时，即使输入电压高于构成升压电路2的MOSFET的耐受电压，设定值的电压(＝构成升压电路2的MOSFET的耐受电压)输出到输入电压限制器电路1的输出。恒压发生器电路21调节施加给耗尽型MOSFET 22的栅极端的电压，使得输入电压限制器电路1的输出等压或低于构成升压电路2的MOSFET的耐受电压。通过增加或减小图3所示增强型MOSFET的级联连接的数量进行电压的调节。

从输入电压限制器电路1输出的电压施加给升压电路2的输入端I2。取决于升压电路2是否采用图4所示电荷泵系统或者图5所示开关电容器系统，升压电路2的操作不同。在电荷泵系统中，供应给输入端I2的电荷通过MOSFET 61到35充电电容器67到71。此时，电容器67的一个电极的电位Vc 67-1为(输入电压)-Vf。在该实例中，Vf是MOSFET 61到66两端的二极管压降的量。那么，当电容器67的一个电极的电位Vc 67-2通过脉冲信号CLKA增加脉冲信号的峰值(电压)时，电容器67的另一电极的电位Vc 67-1变为(输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值)。在该情况下，因为电容器38的一个电极连接在相位上与脉冲信号CLKA相差180度的脉冲信号CLKB，电容器38的一个电极的电位Vc 38-2处于低电平(接近接地电位的电平)。因此，电容器38的一个电极的电位V38-1变为来自已经从电容器67发送的电压的MOSFET 32的二极管压降的值，也即，((输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值))-Vf。

而且，在随后的步骤中，当脉冲信号CLKB变为处于高电平，并且电容器38的一个电极的电位V38-2增加脉冲信号的峰值(电压)时，电容器38的另一电极的电位Vc 38-1变为((输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值))-Vf+(脉冲信号的峰值)。随后，重复上面的操作，并且已经在电容器中充电的电荷电压增加并且发送到随后的电容器。在图4示出的电子电路中，输出端O2电压变为(输入电压)-6×Vf+5×(脉冲信号的峰值)。

然后，在开关电容器系统的情况中，供应给输入端I2的电荷施加给MOSFET 51和52的源极端。在该实例中，当振荡器电路57的脉冲信号CLKC是高信号时，p-沟道MOSFET 51截止，p-沟道MOSFET 52导通，这是由于时钟信号通过转换器55供应给其栅极端，并且n-沟道MOSFET 53导通。在该情况下，由于脉冲信号CLKD在相位上与脉冲信号CLKC相差180，所以脉冲信号CLKD是低信号。因此，p-沟道MOSFET 54的栅极电压是高的，这是由于该栅极电压通过电平转换器电路59和转换器56，并且p-沟道MOSFET 54截止。因此，电容器58具有连接到输入端I2上的一个电极和连接到接地端上的另一电极，由此使得能够充电输入电压。

然后，当振荡器电路57的脉冲信号CLKC是低信号时，p-沟道MOSFET 51导通，p-沟道MOSFET 52截止，这是由于时钟信号通过转换器55供应给其栅极端，并且n-沟道MOSFET 53截止。在该情况下，脉冲信号CLKD在相位上与脉冲信号CLKC相差180，因此脉冲信号CLKD是高信号。因此，p-沟道MOSFET 54的栅极电压是低的，这是由于该栅极电压通过电平转换器电路59和转换器56，并且p-沟道MOSFET 54导通。因此，因为电容器58具有连接到输入端I2上的一个电极和连接到输出端O2上的另一电极，所以是输入电压两倍的电压能够输出到输出端O2。

将给出根据该实施例如上所述构造的电子电路的具体使用实例的描述。

根据该实施例的电子电路应用到功率产生源的升压电路，其中连接到输入端I1上的电源根据诸如自然能量之类的环境而很大改变，以便由此增强本发明的作用。在具有诸如光、热或动量之类的自然能量源作为电源的升压电路中，具有许多情况，其中通过使用电容器用于以固定放大率升高电压的升压电路比使用线圈的开关调整器更合适。在使用开关调整器的情况中，自然能量源的内部电阻很大，并且具有如下担心：电流持续从功率产生源供应直到输出想要的电压为止，引起在功率产生源的输出电压的减小。当施加固定放大率时，没有功率产生源的输出电压减小的担心，并且能够恒定提取升高的电压。然而，传统技术的问题在于当高于期望电压的电压输入作为输入电压时，输入电压超过在升压操作过程中构成升压电路的MOSFET的耐受电压，导致引起电路损坏。本发明在于在使用具有固定放大率的升压电路时改进这些缺点。

同时，根据该实施例的电子电路适合于如下情况：其中升压电路由使用精密工艺的MOSFET或者器件在很薄硅层上形成的SOI MOSFET构成。这些装置不仅仅MOSFET的耐受电压低而且比传统MOSFET泄漏电流更大。泄漏电流的增加如果不损坏MOSFET的话也会带来电子电路的不稳定性。在该实例中，抑制施加给升压电路的电压，并因此能够低消耗地进行稳定的操作，并具有最小的无用泄漏电流。

(第二实施例)

现在，参照图7将要给出其中具有固定放大率升压电路的情况的描述，上述升压电路在根据本发明的另一实施例的一个电路内具有不同的升压放大率。

图7示出根据本发明另一实施例的电子电路的示意性结构。该电子电路包括：p-沟道MOSFET 90，用于当电子电路备用时切断在电流消耗中的浪费；输入电压限制器电路1，其用于调整输出电压的上限；升压电路92，其通过使用电容器用于以固定放大率升高输入电压；振荡器电路93，其用于将时钟信号供应给升压电路92；第二升压电路94，用于产生需要的电压来增加时钟信号的振幅；以及电平转换器电路95，其将时钟信号与第二升压电路94的输出电压结合，以便产生振幅大的时钟信号。该电子电路也包括：输出电压限制器电路97，用于调整升压电路92的输出电压的上限；p-沟道MOSFET 96，用于打开/关闭输出电压限制器电路97的操作；电容器85，用于充电升压电路92的输出；以及p-沟道MOSFET 98，其是所需的用于从输出端82向外部输出在电容器85中充电电荷的开关。该电子电路进一步包括：电压检测器电路99，其用于监控电容器85两端的电压，并且当被监控的电压等于或高于设定值时传送信号到p-沟道MOSFET 98；p-沟道MOSFET 100，以当电子电路备用时切断在从输出端82流出的电流消耗中的浪费；以及电压检测器电路101，用于监控外部电压，并且当外部电压等于或高于设定值时输出备用模式的信号。

当电子电路备用时，p-沟道MOSFET 90操作以便切断在电流消耗中的浪费。除了p-沟道MOSFET之外也可以使用n-沟道MOSFET或用于进行开/关操作的其它开关。

如图2所示，输入电压限制器电路1由耗尽型MOSFET 22和恒压发生器电路21构成。输入端I1连接到恒压发生器电路21的电源端D21和耗尽型MOSFET 22的漏极端上。耗尽型MOSFET 22的源极端连接到输入电压限制器电路2的输出端O1上。耗尽型MOSFET 22的栅极端连接到恒压发生器电路21的输出端O21上。在该实例中，描述图2中示出的电路。可替换地，可以施加电压限制方法，其中稳压二极管连接在输入端I1和GND端之间，并且在施加等于或高于设定电压的电压的情况下，允许电压通过稳压二极管释放到GND。

如图8所示，通过使用电荷泵系统的升压电路，升压电路92由n-沟道MOSFET 111到116、升压电容器117到121和转换器122构成。n-沟道MOSFET 111到116分别与二极管连接，并且在升压电路92的输入端I92和输出端O92之间彼此串联连接，使得向前方向从输入端I92指向输出端O92。分别地，在n-沟道MOSFET 111和n-沟道MOSFET112之间的节点与升压电容器117的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET112和n-沟道MOSFET 113之间的节点与升压电容器118的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET 113和n-沟道MOSFET 114之间的节点与升压电容器119的一个电极相连接，在n-沟道MOSFET 114和n-沟道MOSFET115之间的节点与升压电容器120的一个电极相连接，以及在n-沟道MOSFET 115和n-沟道MOSFET 116之间的节点与升压电容器121的一个电极相连接。升压电容器117、119和121的另一电极连接到与升压电路92的时钟端C92连接的时钟A线路CLKA，并且升压电容器118和120的另一电极连接到通过转换器122与升压电路92的时钟端C92连接的时钟B线路CLKB。升压电路92的时钟端C92是施加从电平转换器电路95输出的时钟信号的端。转换器112具有连接到升压电路92的时钟端C92上的上的输入端I122，以及连接到升压电容器118和120的另一电极上的输出端O122，以便输出在相位上从时钟A线路CLKA移位180度的信号。时钟信号的频率设定为大约1MHz，并且升压电容器117到121设定为大约100pF。因此，能够在与n-沟道MOSFET 111到116和转换器122的芯片相同的芯片内形成升压电容器117到121。在该实例中，电荷泵系统的升压电路描述作为升压电路92。可替换地，可以使用开关电容器系统的升压电路。

振荡器电路93供应时钟信号到第二升压电路94和电平转换器电路95。振荡器电路93是由转换器和电容器构成的环形振荡器电路。50％工作的时钟信号从振荡器电路93的输出端O93输出。振荡器电路93的电源端D93连接到输入限制器电路1的输出端O1上。以通过振荡器电路92输出的时钟信号的频率变为大约1MHz的方式调节转换器和电容器。同时，振荡器电路93装备有时钟信号输出控制端E93，并且根据从电压检测器电路101输出的信号能够停止振荡器电路93的操作。换句话说，取决于从电压检测器电路101输出的信号，能够从振荡器电路93的输出端O93输出或不输出1MHz的时钟信号。在该实例中，环形振荡器电路用作振荡器电路。可替换地，也可以使用采用了压电材料的振荡器电路或者与逻辑电路相结合的振荡器电路。

第二升压电路94根据从振荡器电路93输出的时钟信号升高输入电压限制器电路1的输出电压，并且供应电力到电平转换器电路95的电源端D95。第二升压电路94由图9示出的开关电容器系统的升压电路构成。开关电容器系统升压电路反复彼此连接电容器，或者可替换地并联或串联地将电容器与电源连接，由此使得能够升高输入电压。

开关电容器系统升压电路由MOSFET 131到134、转换器135到137、电平转换器电路138和电容器139构成。第二升压电路94的输入端I94连接到p-沟道MOSFET 131和132的漏极端上，并且p-沟道MOSFET 131的源极端连接到电容器139的一个电极和n-沟道MOSFET 133的漏极端上。另外，电容器139的另一电极连接到p-沟道MOSFET 132的源极端和p-沟道MOSFET 134的漏极端上。n-沟道MOSFET 133的源极端接地。p-沟道MOSFET 134的源极端连接到第二升压电路94的输出端O94上。p-沟道MOSFET 131的栅极端、n-沟道MOSFET 133的栅极端、转换器135的输入端I135和转换器137的输入端I137连接到第二升压电路94的时钟端C94上。转换器135的输出端O135连接到p-沟道MOSFET 132的栅极端上，转换器137的输出端O137连接到电平转换器电路138的输入端I138上，电平转换器电路138的输出端O138连接到转换器136的输入端I136上，并且转换器136的输出端O136连接到p-沟道MOSFET 134的栅极端上。转换器135的电源端D55和转换器137的电源端D137连接到第二升压电路94的输入端I94上，并且转换器136的电源端D56和电平转换器电路138的电源端D138连接到第二升压电路94的输出端O94上。

电平转换器电路95将从振荡器电路93输出的时钟信号与第二升压电路94的输出电压结合，以便产生振幅大的时钟信号。如图10所示，电平转换器电路95由p-沟道MOSFET、n-沟道MOSFET和转换器构成。电平转换器电路95的时钟端C95连接到n-沟道MOSFET 142的栅极端和转换器145的输入端I145上。转换器145的输出端O145连接到n-沟道MOSFET 144的栅极端上，并且n-沟道MOSFET 142和144的源极端接地。电平转换器电路95的电源端D95连接到p-沟道MOSFET141和143的源极端上，并且p-沟道MOSFET 141漏极端连接到n-沟道MOSFET 142的漏极端和p-沟道MOSFET 143的栅极端上。然后，p-沟道MOSFET 143的漏极端连接到n-沟道MOSFET 144的漏极端、p-沟道MOSFET 141的栅极端和电平转换器电路95的输出端O95上。

当升压电路92的输出电压增加到等于或高于设定值时，输出电压限制器电路97允许电荷释放到接地端，以便防止升压电路92的输出电压增加到设定值或更高。根据该实施例的输入电压限制器电路由如图11所示的多个n-沟道MOSFET构成。输出电压限制器电路97的输入端I97连接到n-沟道MOSFET 150的栅极端和漏极端上，并且n-沟道MOSFET 150的源极端连接到n-沟道MOSFET 151的栅极端和漏极端上，并且n-沟道MOSFET 152的漏极端接地。在该实例中，每个均具有彼此连接的n-沟道MOSFET的漏极端和栅极端的三个块级联连接。根据设定输出电压极限值改变级联连接的数量。在该实施例中，采用n-沟道MOSFET。可替换地，稳压二极管可以用于获得相同效果。

p-沟道MOSFET 96打开/关闭输入电压限制器电路97的操作。p-沟道MOSFET可以由n-沟道MOSFET或进行开/关操作的其它开关替换。

电容器85在其内储存已经由升压电路92升高的电压。

电压检测器电路99监控电容器85两端的电压，并且当电容器85两端的电压变为等于或高于设定电压时输出信号，以便导通p-沟道MOSFET 96和98。如图12所示，电压检测器电路99由比较器电路、恒压发生器电路和电阻构成。电压检测器电路99的输入端I99连接到电阻163的一端上，并且电阻163的另一端连接到比较器的第一输入端166和电阻162的一端上。电阻162的另一端接地。比较器的第二输入端167连接到恒压发生器电路161的输出上。比较器电路160的输出端连接到电压检测器电路99的输出端O99上。

当接收从电压检测器电路99输出的信号时，p-沟道MOSFET 98将储存在电容器85中的电荷输出到电子电路的输出端上。p-沟道MOSFET可以由n-沟道MOSFET或者进行开/关操作的其它开关替换。

电压检测器电路101监控外部电压，并且当该电压等于或高于设定值时输出信号，以便关断p-沟道MOSFET 90和100。如图13所示，电压检测器电路101由比较器电路、恒压发生器电路、电阻和转换器构成。电压检测器电路101的输入端I101连接到电阻173的一端上，并且电阻173的另一端连接到比较器的第一输入端176和电阻172的一端上。电阻172的另一端接地。比较器的第二输入端177连接到恒压发生器电路171的输出上。比较器电路170的输出端连接到转换器178的输出端上，并且转换器178的输出端连接到电压检测器电路101的输出端O101上。

当接收从电压检测器电路100输出的信号时，p-沟道MOSFET 100阻挡电子电路的输出端82和p-沟道MOSFET，并且当电子电路处于备用模式时防止电流从电子电路的输出端82流出。p-沟道MOSFET可以由n-沟道MOSFET或者进行开/关操作的其它开关替换。

将要给出由上述电路决构成的电子电路的连接的描述。

该电子电路的输入端80连接到p-沟道MOSFET 90的源极端上，并且将p-沟道MOSFET 90的漏极端连接到输入限制器电路1的输入端I1上。输入限制器电路1的输出端O1连接到第二升压电路94的输入端I94、振荡器电路93的电源端D93和第二升压电路94的输入端I94。振荡器电路93的输出端O93连接到第二升压电路94的时钟端C94和电平转换器电路95的输入端I95。第二升压电路94的输出端O94连接到电平转换器电路95的电源端D95。电平转换器电路95的输出端O95连接到升压端92的时钟端C92。升压电路92的输出端O92连接到p-沟道MOSFET 96的源极端、电容器85的一个电极Vc 85-1、p-沟道MOSFET 98的源极端和电压检测器电路99的输入端I99。p-沟道MOSFET 96的漏极端连接到输出电压限制器电路97的输入端I97，并且电容器85的另一电极Vc 85-2接地。p-沟道MOSFET 98的漏极端连接到p-沟道MOSFET 100的漏极端，并且p-沟道MOSFET 100的源极端连接到电子电路的输出端82。电压检测器电路99的输出端O99连接到p-沟道MOSFET 98和97的栅极端，并且电子电路的外部监控器端83连接到电压检测器电路101的输入端I101。然后，电压检测器电路101的输出端O101连接到p-沟道MOSFET 90和100，并且连接到振荡器电路93的时钟信号输出控制端E93。

如上描述连接的电子电路如下操作。

当没有电压施加到外部监控器端时，p-沟道MOSFET 90和100导通。当电压施加到电子电路的输入端80时，该电压施加到在输入电压限制器电路1中耗尽型MOSFET 22的漏极端和恒压发生器电路21的电源端上。

通过估算施加到耗尽型MOSFET 22的漏极端上的电压和输出到其源极端的电压而获得图6所示的特性。该耗尽型MOSFET 22将已经被施加到漏极端的电压基本上按原样输出到源极端。然而，当等于或高于给定设定值的电压施加到漏极端上时，耗尽型MOSFET 22保持给定设定值的电压并且将该电压输出到源极端。当给定电压被施加到耗尽型MOSFET的栅极端时，获得图6中示出的特性。处于此原因，调节由恒压发生器电路21输出的电压，由此使得能够增加或减小该设定值。在本发明的该实施例中，当设定值设定为等于或低于引起构成振荡器电路93和第二升压电路94的MOSFET损坏的电压(耐受电压)时，即使当输入电压高于构成振荡器电路93和第二升压电路94的MOSFET的耐受电压时，设定值的电压(＝构成升压电路2的MOSFET的耐受电压)输出到输入电压限制器电路1的输出。恒压发生器电路21调节施加给耗尽型MOSFET 22的栅极端的电压，使得输入电压限制器电路1的输出等于或低于构成振荡器电路93和第二升压电路94的MOSFET的耐受电压。通过增加或减小图3所示增强型MOSFET的级联连接的数目而进行电压的调节。

已经从输入电压限制器电路1输出的电压施加到升压电路92的输入端I92、振荡器电路93的电源端D93和第二升压电路94的输入端I94。当电压首先施加到振荡器电路93时，该振荡器电路93开始操作，并且从振荡器电路93的输出端O93输出50％工作的时钟信号。当接收到输出的时钟信号时，第二升压电路94开始操作。

以如下方式进行第二升压电路94的操作：当高脉冲信号输入到第二升压电路94的时钟端C94时，p-沟道MOSFET 132和n-沟道MOSFET133导通，并且电容器139由电荷充电。然后，当低脉冲信号输入到第二升压电路94的时钟端C94时，p-沟道MOSFET 131和134导通，(输入电压)+(在电容器139中充电的电压)输出到第二升压电路94的输出端O94。因此，该输出电压大约是已经输入到第二升压电路94的电压的两倍。当通过第二升压电路94发展成是已经施加到电子电路的输入端80的电压两倍的电压时，该电压和已经从振荡器电路93输出的时钟信号通过电平转换器电路95乘(multiplied)在一起，并且从电平转换器电路95输出如下的时钟信号：其具有是已经施加到电子电路的输入端80的电压两倍的峰值，并且具有是已经从振荡器电路93输出的时钟频率的频率。

升压电路92根据已经从电平转换器电路95输出的时钟信号开始操作，并且升高已经从输入电压限制器电路1输出的电压。

在升压电路92中使用的电荷泵系统中，已经供应给输入端I92的电荷通过MOSFET 111和115在电容器117到121中充电。在该情况下，电容器117的一个电极的电位Vc 117-1为(输入电压)-Vf。在该实例中，Vf等于在MOSFET 111到116中的二极管压降。然后，当脉冲信号CLKA将电容器117的一个电极的电位Vc 117-2增加脉冲信号的峰值(电压)时，电容器117的另一电极的电位Vc 311-1变为(输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值)。在该情况下，因为电容器118的一个电极连接到与脉冲信号CLKA在相位上相差180度的脉冲信号CLKB，从而电容器118的一个电极的电位Vc 1188-2处于低电平(接近于地电位的电平)。因此电容器118的一个电极的电位V118-1变为来自已经从电容器117传送的电压的MOSFET 112的二极管压降值，即，((输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值))-Vf。

而且，作为随后的步骤，当脉冲信号CLKB改变为高电平，并且电容器118的一个电极的电位V118-2增加脉冲信号的峰值(电压)时，电容器118的另一个电极的电位Vc 118-1变为((输入电压)-Vf+(脉冲信号的峰值))-Vf+(脉冲信号的峰值)。随后，重复以上操作，并且已经在电容器中充电的电荷在增加电压的同时发送到随后的电容器。在图8示出的电子电路中，输出端O92的电压变为(输入电压)-6×Vf+5×(脉冲信号的峰值)。

已经通过升压电路92升压的电荷储存在电容器85中。当电荷储存在电容器中时，电容器85两端的电压逐渐增加。由于电容器85两端的电压总是由电压检测器电路99监控，因此当电容器85两端的电压超过设定值时，从电压检测器电路99的输出端O99输出信号。在该实例中设定的电压是从电子电路的输出端82输出的期望电压。不必说该电压低于引起构成电子电路的MOSFET和电容器的损坏的电压。

当接收到已经从电压检测器电路99输出的信号时，p-沟道MOSFET96和98导通。由于p-沟道MOSFET 100首先导通，储存在电容器85中的电荷从电子电路的输出端82输出。

现在，将要描述输出电压控制电路97。该输出电压控制电路97构造成使得与二极管连接的晶体管彼此级联连接，并且当高电压施加到电路时，当高电压超过给定阈值电压时，输出电压限制器电路97使得大电流在接地端中流动。出于此原因，当阈值电压设定为低于引起构成电子电路的MOSFET或电容器损坏的电压的电压时，通过允许电流流动能够抑制该电压增加。在电荷泵系统的升压电路中，施加给升压电路92内部的最大电压变为升压电路92的输出端O92的电压。出于此原因，有必要在升压电路92的输出端O92处的电压不变为引起构成电子电路的MOSFET或电容器损坏的电压。当输出电压限制器电路97连接到升压电路92的输出端上时，能够保护内部电路免受高电压。然而，因为当施加高电压时输出电压限制器电路97需要使得大量的电流流动，因此当输出电压限制器电路97不操作时电流消耗也很大。因此，即使当通过升压电路92供应电荷时，输出电压限制器电路97消耗这些电荷。出于此原因，如上所述，输出电压限制器电路97仅仅在电容器85两端的电压超过设定值之后将打开/关闭输出电压限制器电路97的操作的p-沟道MOSFET导通，并因而进行输出电压限制操作。

然后，电压检测器电路101监控外部电压，并且当外部电压超过设定值电压时，电压检测器电路101检测该电压，并且关断p-沟道MOSFET 90和100，并且停止振荡器电路93的操作。该操作是监控外部电压并且设定电子电路到备用模式的功能。在空闲模式中，由于升压电路92的操作不必要，因此停止作为升压电路92的操作基础的振荡器电路93的操作。另外，为了防止电流从电子电路的输入端80和输出端82流出，p-沟道MOSFET 90和100截止，以便由此抑制无用的功率消耗。

将要给出使用根据如上所述构造的该实施例的电子电路的另一具体实例的描述。

根据另一实施例的电子电路在如下装置中有效：该装置的构成电子电路的MOSFET或电容器的损坏电压低。特别地，在最近几年，因为小型化已经发展进步，并且电子电路的耐受电压已经降低，因此本发明对于近来的电子电路有效。

图7所示的电子电路在用于触发电路应用的想要目的中有效，特别是当供给电压低并且不能操作电路应用时有效。更具体地说，升压DC/DC转换器能够从低电压升高电压，而本发明在需要高电压用于其自身操作的升压DC/DC转换器的操作触发器中有效。在该情况下，正如这种升压DC/DC转换器必须具备的，电子电路能够从低电压操作，并且在电路中MOSFET或电容器的损坏耐受电压低。另一方面，升压DC/DC转换器耐受电压高并且能够从低电压升高电压，并且需要高电压用于其自身操作。如图14所示，电路应用由图7所示的电子电路180、升压DC/DC转换器181和二极管182构成。输入端183连接到电子电路的输入端I180和升压DC/DC转换器181的输入端I181。电子电路180的输出端O180连接到升压DC/DC转换器181的电源端D181和二极管182的阴极端C182。升压DC/DC转换器181的输出端O181连接到输出端184和二极管182的阳极端A182。

在如上描述连接的电路应用中，当输入端183的电压低时，升压DC/DC转换器181不能操作。然而，由于电子电路180能够操作，因此在电路内部进行升压操作，并且储存在电容器中的电荷从电子电路180的输出端O180输出。因为输出电压是高电压，升压DC/DC转换器181能够开始升压操作。开始升压操作的升压DC/DC转换器181升高输入端183的电压，并且供应电荷到输出端184上。在该情况下，因为升压DC/DC转换器181的输出端O181通过二极管182连接到升压DC/DC转换器181的电源端D181，因此升压DC/DC转换器181能够通过使用升高的高电压而自身工作。在该情况下，因为电子电路180不需要供应电荷到升压DC/DC转换器181的电源端D181，因此该电路应用通过使用外部监控器端M180来监控升压DC/DC转换器181的输出电压，并且当电压变为等于或高于设定值时设定电子电路180到备用模式。在该情况下，理想的是电子电路180不消耗电流，但是因为根据该实施例的电子电路使用p-沟道MOSFET 90和100，因此在备用模式时的电流消耗能够抑制到很小的值。

Claims (9)

1.一种电子装置，包括：

电压限制器电路，其连接到输入端上并且调整输入到输入端的输入电压的上限；以及

升压电路，其连接到电压限制器电路上并且以固定放大率升高输入电压，以便输出升高的电压到输出端。

2.如权利要求1所述的电子电路，其中升压电路包括：

用于产生时钟信号的时钟发生器电路；

整流器元件；以及

电容器。

3.如权利要求2所述的电子电路，其中整流器元件包括与二极管连接的MOSFET。

4.如权利要求1所述的电子电路，其中：

升压电路包括：

升压单元电路，其包括二极管或与二极管相连接的MOSFET的阳极作为输入端，和具有连接到该二极管或与该二极管相连接的MOSFET的阴极的一个电极的电容器；以及

连接到电容器的另一电极上的时钟发生器电路，以及

提供升压单元电路中一个或多个进行级联连接。

5.如权利要求1所述的电子电路，其中：

升压电路具有多个升压单元电路；

该多个升压单元电路具有如下构造：

第一MOSFET的漏极连接到第二MOSFET的漏极上以形成输入端；

第一MOSFET的源极连接到第三MOSFET的漏极上并且连接到电容器的第一电极上；

第二MOSFET的源极连接到电容器的第二电极上并且连接到第四MOSFET的漏极上；

第四MOSFET的源极用作输出端；

第三MOSFET的源极接地；

第一和第三MOSFET的栅极连接到时钟发生器电路的时钟输出端；

第二MOSFET的栅极和电平转换器电路的输入端连接到时钟发生器电路的反向时钟输出端；以及

电平转换器电路的输出端连接到第四MOSFET的栅极端；以及

多个升压单元电路级联地进行连接。

6.如权利要求1所述的电子电路，其中：

电压限制器电路包括：

恒压发生器电路，用于输入输入电压和输出恒定电压；以及

耗尽型MOSFET，具有由恒压发生器电路输出的恒压控制的栅极电压。

7.如权利要求6所述的电子电路，其中：

恒压发生器电路包括：

恒流源；和

电阻元件，

恒流源和电阻元件在输入端和接地端之间彼此串联地进行连接；以及

输入端由连接点形成，在该连接点处恒流源和电阻元件彼此连接。

8.如权利要求7所述的电子电路，其中，恒流源包括耗尽型MOSFET，该耗尽型MOSFET具有彼此连接的栅极和源极。

9.如权利要求7所述的电子电路，其中，电阻元件包括与二极管相连接的MOSFET。

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