TW201601430A - 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法 - Google Patents

充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201601430A
TW201601430A TW103122110A TW103122110A TW201601430A TW 201601430 A TW201601430 A TW 201601430A TW 103122110 A TW103122110 A TW 103122110A TW 103122110 A TW103122110 A TW 103122110A TW 201601430 A TW201601430 A TW 201601430A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
interval
driving
driving capability
signal
duty cycle
Prior art date
Application number
TW103122110A
Other languages
English (en)
Inventor
邱珦益
Original Assignee
聯詠科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 聯詠科技股份有限公司 filed Critical 聯詠科技股份有限公司
Priority to TW103122110A priority Critical patent/TW201601430A/zh
Priority to US14/501,060 priority patent/US20150381034A1/en
Publication of TW201601430A publication Critical patent/TW201601430A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output

Abstract

一種充電幫浦裝置，包含有一驅動級，用來產生對應於一驅動能力之一驅動訊號；一充電幫浦電路，用來根據該驅動訊號，產生一輸出電壓；一比較電路，根據該輸出電壓及一參考電壓，產生一比較結果；一責任週期偵測電路，用來偵測指示該比較結果之一指示訊號之一責任週期之大小，以產生一偵測結果指示該責任週期之大小；以及一驅動能力控制電路，耦接於該責任週期偵測電路與該驅動級之間，用來於一操作期間內根據該偵測結果，控制該驅動訊號所對應之該驅動能力。

Description

充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法
本發明係指一種充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法，尤指一種可根據輸出電壓與參考電壓之比較結果之相關責任週期調變輸出驅動能力，並同時兼顧輸出漣波及供載能力之效能的充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法。
一般來說，一充電幫浦(charge pump)可用來提供穩定輸出電壓至不同負載，而習知對充電幫浦之控制方式有兩種，分別為以運算放大器及以比較器進行控制。在以運算放大器進行控制的架構下，輸出電壓具有較小的輸出漣波，但在不同負載和外部元件下會有穩定度之考量；而在以比較器進行控制的架構下，雖然沒有穩定度問題，但有輸出電壓具有較大之週期性輸出漣波，且在某些負載下可能會產生音頻雜訊。
舉例來說，請參考第1A圖，第1A圖為習知一充電幫浦裝置10之示意圖。充電幫浦裝置10係以運算放大器(operational amplifier)控制之架構，包含有一充電幫浦電路102、一運算放大器104、一調整電晶體106以及一驅動級108。簡單來說，充電幫浦電路102可根據驅動級108所產生之一驅動訊號DRVP，產生一輸出電壓VGH。譬如充電幫浦電路102可為一狄克森充電幫浦，其於驅動訊號DRVP為低準位時，一輸入電壓AVDD可對飛 馳電容(flying capacitor)CF1、CF2充電，使得於驅動訊號DRVP為高準位而抬升飛馳電容CF1、CF2電位時，飛馳電容CF1、CF2所儲存之電荷可傳輸至一輸出電容CS1，以將輸出電壓VGH幫浦至所欲準位。
在產生進行控制之驅動訊號DRVP方面，分壓電阻R1、R2可將 輸出電壓VGH分壓以產生一回授電壓FBP予運算放大器104。運算放大器104可比較回授電壓FBP及一參考電壓VREF以提供一輸出訊號OP_OUT予調整電晶體106進行調整，即當輸出電壓VGH較高時，回授電壓FBP亦較高，而拉高輸出訊號OP_OUT，使得調整電晶體106之導通電阻變大(閘極電壓較高)；當輸出電壓VGH較低時，回授電壓FBP亦較低，而拉低輸出訊號OP_OUT，使得調整電晶體106之導通電阻變小(即閘極電壓較低)。接著，驅動級108根據調整電晶體106及一時脈訊號CLK產生驅動訊號DRVP，以控制充電幫浦電路102產生所欲之輸出電壓VGH。
詳細來說，請參考第1B圖，第1B圖為第1A圖所示之充電幫浦 裝置10之訊號示意圖。如第1B圖所示，由於驅動級108係於時脈訊號CLK之高準位時不斷將所產生之驅動訊號DRVP觸發至高準位，且調整電晶體106之導通電阻會因輸出電壓VGH進行調整，因此最後充電幫浦電路102對輸出電容CS1之輸出電壓VGH之充電電流對等於於外在負載之放電電流。由於輸出電壓VGH之漣波大小正比於充放電電流，因此具有較小輸出漣波(運算放大器控制之架構之驅動訊號DRVP之高準位較比較器控制之架構下較小，此部份稍後解釋)。
然而，由於充電幫浦裝置10之架構在輸出會有一個極點 1/(2π*CS1*外在負載值)，因此在不同外在負載和輸出電容CS1時會改變此極點，因而有穩定度之考量。
另一方面，請參考第2A圖，第2A圖為習知一充電幫浦裝置20 之示意圖。充電幫浦裝置20之與充電幫浦裝置10部分相似，因此元件及訊號之作用相似者以相同符號表示。充電幫浦裝置20係以比較器控制之架構，包含有一充電幫浦電路102、一比較電路204、一驅動級206以及分壓電阻R1、R2，而比較電路204包含有一比較器208、一正反器(flip-flop)210以及一反及閘(NAND gate)212。簡單來說，充電幫浦電路102可根據驅動級206所產生之驅動訊號DRVP，將輸出電壓VGH幫浦至所欲準位之運作與上述相似，於此不再贅述。
在產生進行控制之驅動訊號DRVP方面，分壓電阻R1、R2可將 輸出電壓VGH分壓以產生回授電壓FBP予比較器208。比較器208可比較回授電壓FBP及參考電壓VREF以提供一比較輸出訊號COMP_OUT，正反器210可於時脈訊號CLK之上緣觸發並輸出當時比較輸出訊號COMP_OUT之電壓準位，以提供一比較取樣訊號COMP_SAM(即比較取樣訊號COMP_SAM於時脈訊號CLK之一週期內維持相同準位，不同於比較輸出訊號COMP_OUT可能會受外界雜訊或干擾而有準位變化)，而反及閘212可根據比較取樣訊號COMP_SAM及時脈訊號CLK產生一比較結果訊號COMP_SIG予驅動級206，使得驅動級206可據以產生驅動訊號DRVP，以控制充電幫浦電路102產生所欲之輸出電壓VGH。
詳細來說，請參考第2B圖，第2B圖為第2A圖所示充電幫浦裝 置20之訊號示意圖。如第2B圖所示，當輸出電壓VGH低於一目標電壓後(即回授電壓FBP小於參考電壓VREF)，比較取樣訊號COMP_SAM於時脈訊號CLK之一上緣開始輸出一個週期的高準位，比較取樣訊號COMP_SAM與時脈訊號CLK皆為高準位時(即比較結果訊號COMP_SIG為低準位)，驅 動訊號DRVP為高準位以控制充電幫浦電路102不斷對輸出電壓VGH充電。接著，於輸出電壓VGH高於目標電壓後，比較取樣訊號COMP_SAM於時脈訊號CLK之另一上緣開始輸出一個週期的低準位，使驅動訊號DRVP維持低準位而不對輸出電壓VGH充電，此時輸出電容CS1之輸出電壓VGH會因對外在負載供電而逐漸降低，直到低於目標電壓後再重覆上述行為。在此情形下，由於充電幫浦裝置20僅比較回授電壓FBP及參考電壓VREF，因此沒有穩定度問題。
另一方面，相較於充電幫浦裝置10於時脈訊號CLK之高準位時皆將驅動訊號DRVP觸發至高準位，充電幫浦裝置20僅於比較取樣訊號COMP_SAM與時脈訊號CLK皆為高準位才將驅動訊號DRVP觸發至高準位(驅動訊號DRVP選擇性地觸發)，每次充放電的電流會大於平均電流(即負載電流)，因此穩態時充電幫浦電路102對輸出電容CS1之輸出電壓VGH之平均充電電流對等於外在負載之放電電流，以將輸出電壓VGH維持於一目標電壓。
詳細來說，驅動訊號DRVP為高準位時之準位高低和驅動訊號DRVP驅動能力有關。若是比較器架構，則驅動級206之電晶體會全力打開，故驅動訊號DRVP為高準位時之準位會較高；若是運算放大器架構，則運算放大器104之輸出訊號OP_OUT會藉由調整電晶體106調整驅動級108之輸出能力，故驅動訊號DRVP為高準位時之準位會較低。充電幫浦電路102提供負載能量的大小由驅動訊號DRVP觸發為高準位的次數與振幅決定，在不同負載下，比較器架構調變的是觸發為高準位的次數，運算放大器架構調變的是觸發為高準位的振幅。
當系統處於穩態時，充電幫浦電路102對輸出電壓VGH之充電 電流必須等於負載電流，這樣輸出電壓VGH才能穩定。由於運算放大器架構之驅動訊號DRVP不斷切換，故充電幫浦電路102對輸出電壓VGH之充電電流就等於負載電流；而比較器架構之驅動訊號DRVP週期性切換，故充電幫浦電路102對輸出電壓VGH之充電電流會大於負載電流。又輸出漣波大小正比於充放電電流，故充電電流較大之比較器架構造成輸出電壓VGH會有較大之週期性輸出漣波。
在此情況下，雖然以比較器控制之充電幫浦裝置20沒有穩定度 問題，但其具有較大輸出漣波，若透過降低驅動訊號DRVP之驅動能力以減少輸出漣波，其可供載能力亦會下降，有可能無法適當供載。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可根據輸出電壓與參考電壓之比較結果之相關責任週期調變輸出驅動能力，並同時兼顧輸出漣波及供載能力之效能的充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法。
本發明揭露一種充電幫浦裝置。該充電幫浦裝置包含有一驅動級，用來產生對應於一驅動能力之一驅動訊號；一充電幫浦電路，用來根據該驅動訊號，產生一輸出電壓；一比較電路，根據該輸出電壓及一參考電壓，產生一比較結果；一責任週期偵測電路，用來偵測指示該比較結果之一指示訊號之一責任週期之大小，以產生一偵測結果指示該責任週期之大小；以及一驅動能力控制電路，耦接於該責任週期偵測電路與該驅動級之間，用來於一操作期間內根據該偵測結果，控制該驅動訊號所對應之該驅動能力。
本發明另揭露一種驅動能力調整方法，用於一充電幫浦裝置中。該驅動能力調整方法包含於一操作期間內，比較該充電幫浦裝置之一輸出電 壓及一參考電壓，產生一比較結果；以及偵測指示該比較結果之一指示訊號之一責任週期之大小，以設定一驅動能力來驅動該充電幫浦裝置。
10、20、30、40‧‧‧充電幫浦裝置
102、304‧‧‧充電幫浦電路
104‧‧‧運算放大器
106‧‧‧調整電晶體
108、206、302‧‧‧驅動級
204、306‧‧‧比較電路
208、602‧‧‧比較器
210、604‧‧‧正反器
212、606‧‧‧反及閘
308‧‧‧責任週期偵測電路
310‧‧‧驅動能力控制電路
50‧‧‧流程
500~520‧‧‧步驟
608‧‧‧低通濾波器
610‧‧‧比較單元
708‧‧‧計數器
710‧‧‧除法器
DRVP、DRVP’‧‧‧驅動訊號
VGH、VGH’‧‧‧輸出電壓
AVDD‧‧‧輸入電壓
CF1、CF2、CS1‧‧‧電容
R1、R2‧‧‧電阻
FBP、FBP’‧‧‧回授電壓
VREF、VREF1‧‧‧參考電壓
OP_OUT‧‧‧輸出訊號
CLK‧‧‧時脈訊號
COMP_OUT、COMP_OUT’‧‧‧比較輸出訊號
COMP_SAM、COMP_SAM’‧‧‧比較取樣訊號
COMP_SIG、COMP_SIG’‧‧‧比較結果訊號
COMP‧‧‧比較結果
COMP_IND‧‧‧指示訊號
DET‧‧‧偵測結果
I1~I3‧‧‧區間
I11~I12、I31~I32‧‧‧子區間
D‧‧‧資料輸入端
CK‧‧‧時脈端
Q、QB‧‧‧輸出端
RSTB‧‧‧重置端
第1A圖為習知一充電幫浦裝置之示意圖。
第1B圖為第1A圖所示之充電幫浦裝置之訊號示意圖。
第2A圖為習知另一充電幫浦裝置之示意圖。
第2B圖為第2A圖所示充電幫浦裝置之訊號示意圖。
第3A圖為本發明實施例一充電幫浦裝置之示意圖。
第3B圖為本發明實施例不同負載下第3A圖中一指示訊號之一責任週期之示意圖。
第4圖為本發明實施例一責任週期之三個區間之示意圖。
第5圖為本發明實施例一驅動能力調整流程之示意圖。
第6圖為本發明一實施例中第3A圖所述之充電幫浦裝置之部分電路示意圖。
第7圖為本發明另一實施例中第3A圖所述之充電幫浦裝置之部分電路示意圖。
在本發明之範例實施例之充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法中，藉由偵測輸出電壓與參考電壓之比較結果之相關責任週期，對應地調整驅動級之驅動能力，進而能夠兼顧輸出漣波及供載能力之效能。為更清楚地瞭解本發明，以下將配合圖式，以至少一範例實施例來作詳細說明。在本發明之範例實施例中，所提到的連接用語，例如：耦接或連接等，僅是參考附加圖式用以例示說明，並非用來限制實際上兩個元件之間的連接關係是直接耦接或間接耦接。
請參考第3A圖，第3A圖為本發明實施例之一充電幫浦(charge pump)裝置30之示意圖。如第3A圖所示，充電幫浦裝置30包含有一驅動級302、一充電幫浦電路304、一比較電路306、一責任週期(duty cycle)偵測電路308以及一驅動能力控制電路310。
簡單來說，驅動級302可產生對應於一驅動能力之一驅動訊號 DRVP’。充電幫浦電路304可根據驅動訊號DRVP’，產生一輸出電壓VGH’。比較電路306可根據輸出電壓VGH’及一參考電壓VREF1(回授電壓FBP’可為輸出電壓VGH’之分壓，而參考電壓VREF1可與目標電壓相關)，產生一比較訊號COMP。責任週期偵測電路308可偵測指示比較結果COMP之一指示訊號COMP_IND之一責任週期D之大小，以產生一偵測結果DET指示責任週期D之大小。驅動能力控制電路310耦接於責任週期偵測電路308與驅動級302之間，可於一操作期間內根據偵測結果DET，控制驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
在此情況下，請參考第3B圖，第3B圖為本發明實施例不同負載 下指示訊號COMP_IND之責任週期D之示意圖。如第3B圖所示，負載較小時責任週期D會較小，負載較大時責任週期D會較大(責任週期D為指示訊號COMP_IND之高準位時間除以高準位時間加上低準位時間，即指示訊號COMP_IND中兩次上緣觸發間高準位時間所佔比例)，因此責任週期D過小表示目前驅動能力過大(即將驅動訊號DRVP’觸發至高準位少量次數即可使輸出電壓VGH’維持於目標準位)而具有較大輸出漣波。反之，責任週期D過大表示目前驅動能力過小(即將驅動訊號DRVP’觸發至高準位大量次數才可使輸出電壓VGH’維持於目標準位)而供載能力較不足。因此，驅動能力控制電路310可偵測結果DET指示責任週期D之大小，控制驅動訊號 DRVP’所對應之驅動能力，使得責任週期D維持於適當區間內而具有適當驅動能力。如此一來，本實施例可根據責任週期D之大小控制驅動能力，以將責任週期D維持於適當區間內而具有適當驅動能力，以具有較小輸出漣波及足夠的供載能力，而兼顧輸出漣波及供載能力之效能。
詳細來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例責任週期D之區間I1~I3之示意圖。如第4圖所示，偵測結果DET可指示責任週期D之大小位於區間I1~I3當中一者，而區間I1低於區間I2且區間I2低於區間I3。舉例而言，可設計區間I1為0~1/3、區間I2為1/3~2/3而區間I3為2/3~1。然各區間的大小亦可根據設計需要來調整。當偵測結果DET指示責任週期D位於該第一區間、該第二區間與該第三區間時，該驅動能力控制電路310分別降低、維持與增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。如此一來，本實施例可將責任週期D維持於適當區間I2內而具有適當驅動能力，以具有較小輸出漣波及足夠的供載能力，而兼顧輸出漣波及供載能力之效能。
須注意，當偵測結果DET指示責任週期D位於區間I1時，驅動能力控制電路310降低驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力之方式，可為當偵測結果DET指示責任週期D位於區間I1中之任何責任週期時，驅動能力控制電路310均以固定的下降間隔來降低驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力；或者，區間I1可另包含多個子區間I11~I12，子區間I11~I12中各子區間分別對應不同的下降間隔，而當偵測結果DET指示責任週期D位於多個子區間I11~I12當中之一子區間時，驅動能力控制電路310係以該子區間所對應之下將間隔來降低驅動訊號DRVP’所對應之該驅動能力(如子區間I11可較子區間I12對應較大的下降間隔，以快速將降低驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力而將責任週期D維持於區間I2中)。
相似地，當偵測結果DET指示責任週期D位於區間I3時，驅動 能力控制電路310增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力之方式，可為當偵測結果DET指示責任週期D位於區間I3中之任何責任週期時，驅動能力控制電路310均以固定的增加間隔來增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力；或者，區間I3可另包含多個子區間I31~I32，子區間I31~I32中各子區間分別對應不同的增加間隔，而當偵測結果DET指示責任週期D位於多個子區間I31~I32當中之一子區間時，驅動能力控制電路310係以該子區間所對應之增加間隔來增加驅動訊號DRVP’所對應之該驅動能力(如子區間I32可較子區間I31對應較大的增加間隔，以快速將增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力而將責任週期D維持於區間I2中)。
值得注意的是，在此實施例中，係將責任週期區分為三個區間， 但於其他實施例中，可不限制於此。可取較少或較多個區間，達到較粗略或更精細的調整。
關於第3A圖之充電幫浦裝置30之詳細運作，如第5圖所示，其顯示本發明一實施例之一驅動能力調整流程50，包含以下步驟：步驟500：開始。
步驟502：於一操作期間前之一啟動期間內，控制驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力為一最強驅動能力。
步驟504：於該啟動期間內，偵測輸出電壓VGH’是否達到一目標電壓。若是，則進行步驟506；若否，則進行步驟502。
步驟506：控制驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力為一初始驅動能力以進入該操作期間。
步驟508：於該操作期間內，比較充電幫浦裝置30之輸出電壓VGH’及參考電壓VREF1，產生一比較結果COMP。
步驟510：偵測指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND之責任週期D之大小。若責任週期D落於區間I3(譬如大於2/3)，則進行步驟 512；若責任週期D落於區間I2(譬如大於1/3並小於2/3)，則進行步驟516；若責任週期D落於區間I1(譬如小於1/3)，則進行步驟518。
步驟512：增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
步驟514：判斷責任週期D是否落於區間D2(譬如大於1/3並小於2/3)。若是，則進行步驟516；若否，則進行步驟512。
步驟516：維持驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
步驟518：降低驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
步驟520：判斷責任週期D是否落於區間D2(譬如大於1/3並小於2/3)。若是，則進行步驟516；若否，則進行步驟518。
根據驅動能力調整流程50，於該充電幫浦裝置之一操作期間前之一啟動期間中，驅動能力控制電路310控制驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力為一特定驅動能力，較佳為最強驅動能力但不限制於此。接著，責任週期偵測電路308可持續偵測指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND，以產生偵測結果DET指示充電幫浦電路304根據對應最強驅動能力之驅動訊號DRVP’所產生之輸出電壓VGH’是否達到一目標電壓(即輸出電壓VGH’大於參考電壓VREF1)。若輸出電壓VGH’未達到目標電壓，則驅動能力控制電路310控制驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力持續為最強驅動能力以進行驅動。若輸出電壓VGH’達到目標電壓，則驅動能力控制電路310控制驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力為一初始驅動能力(初始驅動能力可設定為任一驅動能力)。換言之，於啟動期間內，驅動能力控制電路310於輸出電壓VGH’達到於目標電壓前，設定驅動能力為最強驅動能力來驅動。
於該操作期間內，比較電路306比較充電幫浦裝置30之輸出電壓VGH’及參考電壓VREF1，產生比較結果COMP，責任週期偵測電路308偵測指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND之責任週期D之大小，若責 任週期D落於區間I2(譬如大於1/3並小於2/3)，則驅動能力控制電路310維持驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
另一方面，若責任週期D落於區間I3(譬如大於2/3)，則驅動能 力控制電路310增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。然後以增加之驅動能力驅動譬如一特定時間後，責任週期偵測電路308再偵測指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND之責任週期D之大小，若責任週期D仍未落於區間I2(譬如大於1/3並小於2/3)，則驅動能力控制電路310持續增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力，直到責任週期D落於I2(譬如大於1/3並小於2/3)才維持驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
相似地，若責任週期D落於區間I1(譬如小於1/3)，則驅動能力 控制電路310降低驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。然後以降低之驅動能力驅動譬如特定時間後，責任週期偵測電路308再偵測指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND之責任週期D之大小。若責任週期D仍未落於區間I2(譬如大於1/3並小於2/3)，則驅動能力控制電路310持續降低驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力，直到責任週期D落於區間I2(譬如大於1/3並小於2/3)才維持驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。在驅動能力控制電路310維持驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力後，比較電路306及責任週期偵測電路308仍持續進行比較及偵測，以維持責任週期D落於區間I2(譬如大於1/3並小於2/3)。
值得注意的是，本實施例之主要精神在於可根據輸出電壓VGH’ 及參考電壓VREF1之比較結果COMP之相關責任週期D之大小控制驅動能力，以將責任週期D維持於適當區間內而具有適當驅動能力，以具有較小輸出漣波及足夠的供載能力，而兼顧輸出漣波及供載能力之效能，本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，不限於此。舉例來說，第4圖中係繪示責任週期D具有相同寬度之區間I1~I3，且區間I1為0~1/3、區間I2為1/3 ~2/3而區間I3為2/3~1，但在其它實施例中，亦可設定區間I1~I3為其它數值而具有不同寬度，如區間I1為0%~60%、區間I2為60%~80%而區間I2為80%~100%，以具有更小輸出漣波而仍具有足夠的供載能力，而不限定區間I1~I3為特定區間，只要能依責任週期D分別於區間I1~I3時分別降低、維持與增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力，以將責任週期D維持於區間I2即可。此外，若操作期間中負載過大，輸出電壓VGH’持續無法到達目標電標而使得指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND持續位於高準位，可自動判斷責任週期D位於區間I3而增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。
再者，比較電路306、責任週期偵測電路308以及驅動能力控制 電路310亦可以任意電路實施，只要能達成其各別功能即可。舉例來說，請參考第6圖，第6圖為本發明一實施例中充電幫浦裝置30之部分電路示意圖。如第6圖所示，第6圖所示之比較電路306與第2A圖所示之比較電路204相似，因此元件及訊號之作用相似者以相同符號表示。如第6圖所示，比較電路306包含有一比較器602、一正反器604以及一反及閘606。比較器602具有兩輸入端分別耦接至輸出電壓VGH’(回授電壓FBP’為輸出電壓VGH’之分壓)與參考電壓VREF1，以及一輸出端，用於提供一比較輸出訊號COMP_OUT’。正反器604包含有一重置端RSTB、一資料輸入端D耦接至比較器602之輸出端、一時脈端CK用來接收一時脈訊號CLK，以及一資料輸出端Q，用於提供一比較取樣訊號COMP_SAM’(即正反器604可於時脈訊號CLK之上緣觸發並輸出當時比較輸出訊號COMP_OUT’之電壓準位，因此比較取樣訊號COMP_SAM’於時脈訊號CLK之一週期內維持相同準位，不同於比較輸出訊號COMP_OUT’可能會受外界雜訊或干擾而有準位變化)。反及閘606具有兩輸入端分別耦接至正反器604之資料輸出端Q以及時脈訊號CLK，以及一輸出端，用於提供一比較結果訊號COMP_SIG’(比 較輸出訊號COMP_OUT’、比較取樣訊號COMP_SAM’及比較結果訊號COMP_SIG’與比較輸出訊號COMP_OUT、比較取樣訊號COMP_SAM及比較結果訊號COMP_SIG大致相似)。
值得注意的是，前述比較結果COMP係包括比較輸出訊號 COMP_OUT’與比較取樣訊號COMP_SAM’當中至少之一者。換言之，雖然第6圖繪示責任週期偵測電路308接收比較取樣訊號COMP_SAM’作為指示訊號COMP_IND，但實際上責任週期偵測電路308可接收比較輸出訊號COMP_OUT’或比較取樣訊號COMP_SAM’(穩定度較佳)作為指示訊號COMP_IND。
此外，如第6圖所示，責任週期偵測電路308包括一低通濾波器 608以及一比較單元610。低通濾波器608可將指示訊號COMP_IND進行低通濾波，以產生一濾波後電壓VLPF，而比較單元610包含有複數個比較器，可將濾波後電壓VLPF與複數個比較電壓進行比較，以產生偵測結果DET。 在此情況下，由於進行低通濾波所得之濾波後電壓VLPF與指示訊號COMP_IND之責任週期D乘上指示訊號COMP_IND之高準位電壓呈正比(責任週期D為50%時，濾波後電壓VLPF為指示訊號COMP_IND之高準位電壓之二分之一)，因此可設定複數個比較電壓分別對應特定責任週期大小(如設定兩比較電壓分別為指示訊號COMP_IND之高準位電壓之三分之一及三分之二而分別對應責任週期D為1/3及2/3)，再由比較單元610之複數個比較器將濾波後電壓VLPF與複數個比較電壓進行比較而得到責任週期D所在之區間。須注意，若操作期間中負載過大，輸出電壓VGH’持續無法到達目標電標而使得指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND持續位於高準位，則濾波後電壓VLPF會大於最大之比較電壓，可自動判斷責任週期D位於區間I3而增加驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。如此一來，責任週期 偵測電路308可將指示訊號COMP_IND進行低通濾波，以產生與責任週期D相關之濾波後電壓VLPF，再將濾波後電壓VLPF與複數個比較電壓進行比較而得到責任週期D所在之區間。
另一方面，請參考第7圖，第7圖為本發明另一實施例中充電幫 浦裝置30之部分電路示意圖。如第7圖所示，第7圖所示之比較電路306與第6圖所示之比較電路306之實施方式相同，因此元件及訊號之以相同符號表示，其中，責任週期偵測電路308接收比較輸出訊號COMP_OUT’作為指示訊號COMP_IND，但實際上責任週期偵測電路308可接收比較輸出訊號COMP_OUT’或比較取樣訊號COMP_SAM’(穩定度較佳)作為指示訊號COMP_IND。
此外，如第7圖所示，責任週期偵測電路308包括一計數器708 以及一除法器710。計數器708計數指示訊號COMP_IND為一特定準位之一時間T及指示訊號COMP_IND之一週期C，除法器710將時間T除以指示訊號COMP_IND之週期C，以產生偵測結果DET。在此情況下，該特定準位可為指示訊號COMP_IND之高準位電壓，因此計數器708所計數之時間T即為指示訊號COMP_IND為高準位之時間，計數器708再將指示訊號COMP-_IND為低準位之時間與時間T相加即可得到週期C，而除法器710將時間T除以指示訊號COMP_IND之週期C即可得到指示責任週期D之大小之偵測結果DET(責任週期偵測電路308亦可透過計數指示訊號COMP_IND為低準位之時間得到指示責任週期D之偵測結果DET)。須注意，若操作期間中負載過大，輸出電壓VGH’持續無法到達目標電標而使得指示比較結果COMP之指示訊號COMP_IND持續位於高準位，則計數器708所計數之時間T會超過計數器708所設定之記憶空間而溢位(overflow)，此時可自動判斷時間T等於週期C，而由偵測結果DET指示責任週期D位於區間I3而增加 驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。如此一來，責任週期偵測電路308可計數指示訊號COMP_IND，以得到指示責任週期D之大小之偵測結果DET。
再者，驅動能力控制電路310可調整驅動訊號DRVP’驅動充電 幫浦電路304連續進行充電之次數、產生驅動訊號DRVP’之電晶體之尺寸、並聯產生驅動訊號DRVP’之電晶體之數目當中至少之一者以調整驅動訊號DRVP’所對應之驅動能力。舉例來說，第6圖所示之驅動級302可藉由使用不同尺寸之電晶體來產生驅動訊號DRVP’，驅動能力控制電路310再根據指示責任週期D之大小之偵測結果DET控制驅動級302使用相對應尺寸之電晶體來產生驅動訊號DRVP’；或者，驅動級302亦可藉由使用不同數目之並聯電晶體來產生驅動訊號DRVP’，驅動能力控制電路310再根據指示責任週期D之大小之偵測結果DET控制驅動級302使用相對應數目之電晶體來產生驅動訊號DRVP’。此外，如第7圖所示，驅動能力控制電路310除耦接於責任週期偵測電路308與驅動級302之間外，亦可另耦接於比較電路306與驅動級302之間，以根據指示責任週期D之大小之偵測結果DET控制驅動級302調整驅動訊號DRVP’驅動充電幫浦電路304連續進行充電之次數(如原本所對應之驅動能力為僅能連續進行充電3次，當比較結果訊號COMP_SIG’傳來連續6個週期長度之高準位訊號時，則驅動能力控制電路310先連續傳送3個脈波予驅動級302以產生驅動訊號DRVP’，然後遮蔽1個或數個脈波不傳送，接著再傳送2個或剩餘之脈波予驅動級302以產生驅動訊號DRVP’，此時若指示責任週期D之大小之偵測結果DET指示需增加驅動能力，則增加連續進行充電之次數，若指示責任週期D之大小之偵測結果DET指示需降低驅動能力，則減少連續進行充電之次數)。
在習知技術中，以運算放大器控制之架構在輸出會有一個極點， 在不同外在負載和輸出電容CS1時會改變此極點，因而有穩定度之考量。而 雖然以比較器控制之充電幫浦裝置沒有穩定度問題，但其具有較大輸出漣波，若透過降低驅動訊號之驅動能力以減少輸出漣波，其可供載能力亦會下降，有可能無法適當供載。
相較之下，本發明之上述實施例可根據輸出電壓VGH’及參考電壓VREF1之比較結果COMP之相關責任週期D之大小控制驅動能力，以將責任週期D維持於適當區間內而具有適當驅動能力，以具有較小輸出漣波及足夠的供載能力，而兼顧輸出漣波及供載能力之效能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
30‧‧‧充電幫浦裝置
302‧‧‧驅動級
304‧‧‧充電幫浦電路
306‧‧‧比較電路
308‧‧‧責任週期偵測電路
310‧‧‧驅動能力控制電路
DRVP’‧‧‧驅動訊號
VGH’‧‧‧輸出電壓
FBP’‧‧‧回授電壓
VREF1‧‧‧參考電壓
COMP‧‧‧比較結果
COMP_IND‧‧‧指示訊號
DET‧‧‧偵測結果

Claims (20)

  1. 一種充電幫浦(charge pump)裝置，包含有：一驅動級，用來產生對應於一驅動能力之一驅動訊號；一充電幫浦電路，用來根據該驅動訊號，產生一輸出電壓；一比較電路，根據該輸出電壓及一參考電壓，產生一比較結果；一責任週期(duty cycle)偵測電路，用來偵測指示該比較結果之一指示訊號之一責任週期之大小，以產生一偵測結果指示該責任週期之大小；以及一驅動能力控制電路，耦接於該責任週期偵測電路與該驅動級之間，用來於一操作期間內根據該偵測結果，控制該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  2. 如請求項1所述之充電幫浦裝置，其中該偵測結果係指示該責任週期之大小位於一第一區間、一第二區間以及一第三區間當中一者，該第一區間低於該第二區間且該第二區間低於該第三區間。
  3. 如請求項2所述之充電幫浦裝置，其中當該偵測結果指示該責任週期位於該第一區間、該第二區間與該第三區間時，該驅動能力控制電路分別降低、維持與增加該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  4. 如請求項2所述之充電幫浦裝置，其中當該偵測結果指示該責任週期位於該第一區間時，該驅動能力控制電路降低該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  5. 如請求項4所述之充電幫浦裝置，其中當該偵測結果指示該責任週期位於該第一區間中之任何責任週期時，該驅動能力控制電路均以固定的下 降間隔來降低該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  6. 如請求項4所述之充電幫浦裝置，其中該第一區間包含多個子區間，各該子區間分別對應不同的下降間隔，以及當該偵測結果指示該責任週期位於該多個子區間當中之一子區間時，該驅動能力控制電路係以該子區間所對應之下降間隔來降低該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  7. 如請求項2所述之充電幫浦裝置，其中當該偵測結果指示該責任週期位於該第二區間時，該驅動能力控制電路維持該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  8. 如請求項2所述之充電幫浦裝置，其中當該偵測結果指示該責任週期位於該第三區間時，該驅動能力控制電路增加該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  9. 如請求項8所述之充電幫浦裝置，其中當該偵測結果指示該責任週期位於該第三區間中之任何責任週期時，該驅動能力控制電路均以固定的增加間隔來增加該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  10. 如請求項8所述之充電幫浦裝置，其中該第一區間包含多個子區間，各該子區間分別對應不同的增加間隔，以及當該偵測結果指示該責任週期位於該多個子區間當中之一子區間時，該驅動能力控制電路係以該子區間所對應之增加間隔來增加該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  11. 如請求項1所述之驅動能力調整方法，更包括：於該充電幫浦裝置之該操作期間前之一啟動期間中，該驅動能力控制電路控制該驅動訊號所對應之該驅動能力為一最強驅動能力。
  12. 如請求項9所述之驅動能力調整方法，其中於該充電幫浦裝置開機之該啟動期間中，該充電幫浦電路根據對應最強驅動能力之該驅動訊號所產生之該輸出電壓達到一目標電壓時，該驅動能力控制電路控制該驅動訊號所對應之該驅動能力為一初始驅動能力。
  13. 如請求項1所述之充電幫浦裝置，其中該責任週期電路係包括：一低通濾波器，用來將該指示訊號進行低通濾波，以產生一濾波後電壓；以及一比較單元，包含有複數個比較器，用來將該濾波後電壓與複數個比較電壓進行比較，以產生該偵測結果。
  14. 如請求項1所述之充電幫浦裝置，其中該責任週期電路係包括：一計數器，用來計數該指示訊號為一特定準位之一時間及該指示訊號之一週期；以及一除法器，用來將該時間除以該指示訊號之該週期，以產生該偵測結果。
  15. 如請求項1所述之充電幫浦裝置，其中該比較電路包括：一比較器，其具有兩輸入端分別耦接至該輸出電壓與該參考電壓，以及一輸出端，用於提供一比較輸出訊號；一正反器，包含有一資料輸入端耦接至該比較器之該輸出端、一時脈端用來接收一時脈訊號，以及一資料輸出端，用於提供一比較取樣訊號；以及一反及閘(NAND gate)，具有兩輸入端分別耦接至該正反器之該資料輸出端以及該時脈訊號，以及一輸出端，用於提供一比較結果訊號，其中該比較結果係包括該比較輸出訊號與該比較取樣訊號當中至少 之一者。
  16. 如請求項15所述之充電幫浦裝置，其中該責任週期偵測電路係接收該比較輸出訊號或該比較取樣訊號作為該指示訊號。
  17. 如請求項1所述之充電幫浦裝置，其中該驅動能力控制電路調整該驅動訊號驅動該充電幫浦電路連續進行充電之次數、產生該驅動訊號之電晶體之尺寸、並聯產生該驅動訊號之電晶體之數目當中至少之一者以調整該驅動訊號所對應之該驅動能力。
  18. 一種驅動能力調整方法，用於一充電幫浦(charge pump)裝置中，包含：(i)於一操作期間內，比較該充電幫浦裝置之一輸出電壓及一參考電壓，產生一比較結果；以及(ii)偵測指示該比較結果之一指示訊號之一責任週期之大小，以設定一驅動能力來驅動該充電幫浦裝置。
  19. 如請求項18所述之驅動能力調整方法，更包括：於該操作期間之前之一啟動期間內，依據該充電幫浦裝置之該輸出電壓是否達到於一目標電壓來設定該驅動能力為一最強驅動能力來驅動該充電幫浦裝置；偵測該輸出電壓是否達到該目標電壓；以及若該該輸出電壓是否達到該目標電壓，控制該驅動訊號所對應之該驅動能力為一初始驅動能力以進入該操作期間。
  20. 如請求項18所述之驅動能力調整方法，其中步驟(ii)係包括：偵測該責任週期之大小是位於一第一區間、一第二區間以及一第三區間 當中何者，其中該第一區間低於該第二區間且該第二區間低於該第三區間；以及當偵測到該責任週期位於該第一區間、該第二區間與該第三區間時，該驅動能力分別控制電路降低、維持與增加該驅動訊號所對應之該驅動能力。
TW103122110A 2014-06-26 2014-06-26 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法 TW201601430A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103122110A TW201601430A (zh) 2014-06-26 2014-06-26 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法
US14/501,060 US20150381034A1 (en) 2014-06-26 2014-09-30 Charge Pump Device and Driving Capability Adjustment Method Thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103122110A TW201601430A (zh) 2014-06-26 2014-06-26 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201601430A true TW201601430A (zh) 2016-01-01

Family

ID=54931568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103122110A TW201601430A (zh) 2014-06-26 2014-06-26 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150381034A1 (zh)
TW (1) TW201601430A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11611276B2 (en) * 2014-12-04 2023-03-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Charge pump circuit
KR102282401B1 (ko) * 2015-01-02 2021-07-26 삼성전자주식회사 기준 전압 트레이닝 장치 및 방법
US10157644B1 (en) * 2017-08-08 2018-12-18 Micron Technology, Inc. Methods and apparatus for generation of voltages

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5103084B2 (ja) * 2007-07-26 2012-12-19 ローム株式会社 チャージポンプ回路ならびにその制御回路
US7889523B2 (en) * 2007-10-10 2011-02-15 Freescale Semiconductor, Inc. Variable load, variable output charge-based voltage multipliers
US7847621B2 (en) * 2007-11-13 2010-12-07 Rohm Co., Ltd. Control circuit and control method for charge pump circuit
TWI358884B (en) * 2008-06-13 2012-02-21 Green Solution Tech Co Ltd Dc/dc converter circuit and charge pump controller
US8111107B2 (en) * 2010-07-07 2012-02-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Charge pump control scheme
TWI481163B (zh) * 2012-02-24 2015-04-11 Novatek Microelectronics Corp 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法
TWI463769B (zh) * 2012-03-05 2014-12-01 Novatek Microelectronics Corp 充電幫浦裝置
US8436674B1 (en) * 2012-03-23 2013-05-07 Altasens, Inc. Self-scaled voltage booster

Also Published As

Publication number Publication date
US20150381034A1 (en) 2015-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI463769B (zh) 充電幫浦裝置
US9219409B2 (en) Charge pump regulator with small ripple output signal and associated control method
US10003328B1 (en) Hybrid pulse-width control circuit with process and offset calibration
US9515556B2 (en) Current pulse count control in a voltage regulator
TWI442687B (zh) Comparator mode DC-to-DC converter
JP6211916B2 (ja) スイッチングレギュレータ
US8044708B2 (en) Reference voltage generator
EP3121948A1 (en) Constant on-time pulse width control-based scheme including capabilities of fast transient response and adaptively adjusting on-time pulse width
TWI481163B (zh) 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法
TWI626823B (zh) 電源轉換器及控制電源轉換器的電路
JP2016063723A (ja) スイッチング電源装置
TW201601430A (zh) 充電幫浦裝置及其驅動能力調整方法
JP6442262B2 (ja) 電圧検出回路
CN116418231A (zh) 一种供电电源的升压控制方法和音频装置
TW201415208A (zh) 觸控系統之電源管理裝置
JP2010278839A (ja) ピークホールド形検波回路
JP2014117045A (ja) チャージポンプ回路
US9166468B2 (en) Voltage regulator circuit with soft-start function
JP2011045216A (ja) スイッチング電源装置
US20180309385A1 (en) Power conversion device, slow soft-startup circuit, and power conversion chip
US20190115832A1 (en) Power conversion device, time signal generator and method thereof
CN116545422B (zh) 一种基于计时器控制的超低功耗负载开关及其控制方法
US20210408905A1 (en) Constant power control circuit
JP6528611B2 (ja) 制御回路およびスイッチング電源装置
KR20160139696A (ko) 전압 변환 장치