TW201405274A - 開關電路及應用其之充電幫浦 - Google Patents

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Abstract

一種開關電路及應用其之充電幫浦。開關電路包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、第五開關、第六開關及第七開關。第一開關將電壓輸入端耦接至飛馳電容之一端，且第二開關將飛馳電容之一端耦接至輸出電容之一端。第三開關將飛馳電容之一端耦接至共同端，且第四開關將飛馳電容之另一端耦接至輸出電容之一端。第五開關將輸出電容之一端耦接至正電壓輸出端，且第六開關將飛馳電容之另一端耦接至共同端。第七開關將飛馳電容之另一端耦接至負電壓輸出端。

Description

開關電路及應用其之充電幫浦
本揭露是有關於一種開關電路及應用其之充電幫浦。
隨著科技的進步，製程技術越趨先進。電源設計紛紛都朝向低電源電壓與小尺寸的方向進行設計，而在電源管理上，電荷幫浦(Charge Pump)是目前最被廣泛應用的技術之一。電荷幫浦的基本運作原理則是利用電容搭配開關切換進行電荷儲存及轉換。
相對於電感式的線性穩壓系統，電荷幫浦除了有較低的電磁干擾(EMI,Electromagnetic interference)，且相當適合應用於低電壓與低成本的設計上。對於低功率設計上，因為電荷幫浦尺寸夠小，使其相當適合應用於積體電路上的製作。
本揭露係有關於一種開關電路及應用其之充電幫浦。
根據本揭露，提出一種開關電路。開關電路包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、第五開關、第六開關及第七開關。第一開關將電壓輸入端耦接至飛馳電容之一端，且第二開關將飛馳電容之一端耦接至輸出電容之一端。第三開關將飛馳電容之一端耦接至共同端，且第四開關將飛馳電容之另一端耦接至輸出電容之一端。第五開 關將輸出電容之一端耦接至正電壓輸出端，且第六開關將飛馳電容之另一端耦接至共同端。第七開關將飛馳電容之另一端耦接至負電壓輸出端。
根據本揭露，提出一種充電幫浦。充電幫浦(Charge Pump)包括電壓輸入端、共同端(Common Terminal)、正電壓輸出端、負電壓輸出端及開關電路。開關電路包括第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、第五開關、第六開關及第七開關。第一開關將電壓輸入端耦接至飛馳電容之一端，且第二開關將飛馳電容之一端耦接至輸出電容之一端。第三開關將飛馳電容之一端耦接至共同端，且第四開關將飛馳電容之另一端耦接至輸出電容之一端。第五開關將輸出電容之一端耦接至正電壓輸出端，且第六開關將飛馳電容之另一端耦接至共同端。第七開關將飛馳電容之另一端耦接至負電壓輸出端。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請同時參照表1及第1圖，第1圖繪示係為依照實施例之一種充電幫浦之電路圖。充電幫浦1包括開關電路11、開關控制器12、電壓輸入端N1、共同端(Common Terminal)N2、正電壓輸出端N3及負電壓輸出端N4。電壓輸入端N1用以接收輸入電壓VDD，而共同端N2例如為接地端。正電壓輸出端N3用以輸出電壓VOUT+至負載，而負電壓輸出端N4用以輸出電壓VOUT-至負載。
開關電路11例如係以積體電路(Integratad Circuit,IC)實現，且開關電路11包括開關S1、開關S2、開關S3、開關S4、開關S5、開關S6及開關S7。開關S1、開關S2、開關S3、開關S4、開關S5、開關S6及開關S7分別受控於開關控制器12所產生之控制訊號CS1至CS7以依序且反覆地進入充電(charge)階段、均衡(equalize)階段及幫浦(pump)階段。
開關S1用以將電壓輸入端N1耦接至飛馳電容(Flying Capacitor)CF之一端，而開關S2用以將飛馳電容之一端耦接至輸出電容CT。輸出電容CT之另一端係耦接至共同端N2。開關S3用以將飛馳電容CF之一端耦接至共同端N2，而開關S4用以將飛馳電容CF之另一端耦接至輸出電容CT之一端。開關S5用以將輸出電容CT之一端耦接至正電壓輸出端N3，而開關S6用以將飛馳電容CF之另一端耦接至共同端N4。開關S7用以將飛馳電容CF之另 一端耦接至負電壓輸出端N4。儲能電容CR1之一端係耦接至正電壓輸出端N3，且儲能電容CR1之另一端係耦接至共同端N2。儲能電容CR2之一端係耦接負電壓輸出端N4，而儲能電容CR2之另一端係耦接至共同端N2。
請同時參照表1、第2圖及第3圖，第2圖繪示係為充電幫浦於充電階段之示意圖，第3圖繪示係為第2圖開關電路之等效電路圖。開關S1及開關S4於充電階段導通(Turn On)，開關S2、開關S3、開關S5、開關S6及開關S7於充電階段截止(Turn Off)。飛馳電容CF與輸出電容CT串聯，輸入電壓VDD對飛馳電容CF與輸出電容CT進行充電。
請同時參照表1、第4圖及第5圖，第4圖繪示係為充電幫浦於均衡階段之示意圖，第5圖繪示係為第4圖開關電路之等效電路圖。開關S2及開關S6於均衡(Equal ize)階段導通，開關Sl、開關S3、開關S4、開關S5及開關S7於均衡階段截止。飛馳電容CF與輸出電容CT並聯，使得飛馳電容CF的跨壓等於輸出電容CT的跨壓。
請同時參照表1、第6圖及第7圖，第6圖繪示係為充電幫浦於均衡階段之示意圖，第7圖繪示係為第6圖開關電路之等效電路圖。開關S3、開關S5及開關S7於一幫浦(Pump)階段導通，開關S1、開關S2、開關S4及開關S6於幫浦階段截止。輸出電容CT與儲能電容CR1並聯，且飛馳電容CF與儲能電容CR2並聯。輸出電容CT將正電壓輸出端N3之電壓VOUT+調整為輸入電壓VDD的二分之一，且飛馳電容CF將負電電壓輸出端N4之電壓VOUT-調 整為輸入電壓VDD的負二分之一。
綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧充電幫浦
11‧‧‧開關電路
12‧‧‧開關控制器
N1‧‧‧電壓輸入端
N2‧‧‧共同端
N3‧‧‧正電壓輸出端
N4‧‧‧負電壓輸出端
VDD‧‧‧輸入電壓
VOUT+、VOUT-‧‧‧電壓
CR1、CR2‧‧‧儲能電容
CT‧‧‧輸出電容
CF‧‧‧飛馳電容
CS1~CS7‧‧‧控制訊號
S1~S7‧‧‧開關
第1圖繪示係為依照實施例之一種充電幫浦之電路圖。
第2圖繪示係為充電幫浦於充電階段之示意圖。
第3圖繪示係為第2圖開關電路之等效電路圖。
第4圖繪示係為充電幫浦於均衡階段之示意圖。
第5圖繪示係為第4圖開關電路之等效電路圖。
第6圖繪示係為充電幫浦於均衡階段之示意圖。
第7圖繪示係為第6圖開關電路之等效電路圖。
1‧‧‧充電幫浦
11‧‧‧開關電路
12‧‧‧開關控制器
N1‧‧‧電壓輸入端
N2‧‧‧共同端
N3‧‧‧正電壓輸出端
N4‧‧‧負電壓輸出端
VDD‧‧‧輸入電壓
VOUT+、VOUT-‧‧‧電壓
CR1、CR2‧‧‧儲能電容
CT‧‧‧輸出電容
CF‧‧‧飛馳電容
CS1~CS7‧‧‧控制訊號
S1~S7‧‧‧開關

Claims (20)

  1. 一種充電幫浦(Charge Pump)，包括：一電壓輸入端，用以接收一輸入電壓；一共同端(Common Terminal)；一正電壓輸出端；一負電壓輸出端；以及一開關電路，包括：一第一開關，用以將該電壓輸入端耦接至一飛馳電容(Flying Capacitor)之一端；一第二開關，用以將該飛馳電容之一端耦接至一輸出電容之一端；一第三開關，用以將該飛馳電容之一端耦接至該共同端；一第四開關，用以將該飛馳電容之另一端耦接至該輸出電容之一端；一第五開關，用以將該輸出電容之一端耦接至該正電壓輸出端；一第六開關，用以將該飛馳電容之另一端耦接至該共同端；及一第七開關，用以將該飛馳電容之另一端耦接至該負電壓輸出端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之充電幫浦，更包括：一第一儲能電容，該第一儲能電容之一端係耦接至該正電壓輸出端，該第一儲能電容之另一端係耦接至該共同端；以及 一第二儲能電容，該第二儲能電容之一端係耦接至該負電壓輸出端，該第二儲能電容之另一端係耦接至該共同端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之充電幫浦，其中該輸出電容之另一端係耦接至該共同端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之充電幫浦，其中該第一開關及該第四開關於一充電階段導通，該第二開關、該第三開關、該第五開關、該第六開關及該第七開關於該充電階段截止。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之充電幫浦，其中該第二開關及該第六開關於一均衡(Equalize)階段導通，該第一開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關及該第七開關該均衡階段截止。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之充電幫浦，其中該第三開關、第五開關及該第七開關於一幫浦(Pump)階段導通，該第一開關、該第二開關、該第四開關及該第六開關於該幫浦階段截止。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之充電幫浦，更包括：一開關控制器，用以控制該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關、該第六開關及該第七開關依序進入該充電階段、該均衡階段及該幫浦階段。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之充電幫浦，其中於該幫浦階段，該正電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的二分之一，該負電電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的負二 分之一。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之充電幫浦，其中該第二開關及該第六開關於一均衡(Equalize)階段導通，該第一開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關及該第七開關該均衡階段截止。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之充電幫浦，其中該第三開關、第五開關及該第七開關於一幫浦(Pump)階段導通，該第一開關、該第二開關、該第四開關及該第六開關於該幫浦階段截止。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之充電幫浦，其中於該幫浦階段，該正電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的二分之一，該負電電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的負二分之一。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之充電幫浦，更包括：一開關控制器，用以控制該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關、該第六開關及該第七開關。
  13. 一種開關電路，包括：一第一開關，用以將一電壓輸入端耦接至一飛馳電容(Flying Capacitor)之一端，該電壓輸入端接收一輸入電壓；一第二開關，用以將該飛馳電容之一端耦接至一輸出電容之一端；一第三開關，用以將該飛馳電容之一端耦接至一共同 端；一第四開關，用以將該飛馳電容之另一端耦接至該輸出電容之一端；一第五開關，用以將該輸出電容之一端耦接至一正電壓輸出端；一第六開關，用以將該飛馳電容之另一端耦接至該共同端；及一第七開關，用以將該飛馳電容之另一端耦接至一負電壓輸出端。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之開關電路，其中該第一開關及該第四開關於一充電階段導通，該第二開關、該第三開關、該第五開關、該第六開關及該第七開關於該充電階段截止。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之開關電路，其中該第二開關及該第六開關於一均衡(Equalize)階段導通，該第一開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關及該第七開關該均衡階段截止。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之開關電路，其中該第三開關、第五開關及該第七開關於一幫浦(Pump)階段導通，該第一開關、該第二開關、該第四開關及該第六開關於該幫浦階段截止。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之開關電路，其中於該幫浦階段，該正電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的二分之一，該負電電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的負二分之一。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之開關電路，其中該第二開關及該第六開關於一均衡(Equalize)階段導通，該第一開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關及該第七開關該均衡階段截止。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之開關電路，其中該第三開關、第五開關及該第七開關於一幫浦(Pump)階段導通，該第一開關、該第二開關、該第四開關及該第六開關於該幫浦階段截止。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之開關電路，其中於該幫浦階段，該正電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的二分之一，該負電電壓輸出端之電壓等於該輸入電壓的負二分之一。
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