TWI345362B

TWI345362B - Electronic instrument having booster circuit

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Publication number: TWI345362B
Application number: TW094118016A
Authority: TW
Original assignee: Seiko Instr Inc
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2011-07-11
Also published as: US7274577B2; KR100976021B1; TW200614642A; US20050265052A1; JP4785410B2; JP2006020491A; KR20060046370A

Description

1345362 (1) 九、發明說明【發明所屬之技術領域】本發明關係於一電子儀器的升壓電路’更明確地說，係有關於一電子儀器，其中一輸入電壓係低於一般升壓電路的起動電壓。【先前技術】 • 當爲電源所施加至一電子儀器的電力的電壓低於執行想要功能的負載電路之電壓時，有必要藉由使用一升壓電路，來將來自電源的電力轉換爲該負載電路可以操作的電壓的升壓電力，以藉由使用該升壓電力來操作該負載電路。然而，於近年來，由於縮小尺寸、減重、降低成本、設計及方便性的考量，所供給電力的電壓較升壓電路的起動電壓爲小的電源已經大量增加。因此，來自如上所述之電源的電力變成愈來愈不能作爲負載電路的操作。 ® 例如，單格型之燃料電池或太陽電池應用至上述狀況中。於此時，在燃料電池中，所供給電力的電壓變成0.5 至0.9伏，而在太陽電池，所供給的電壓爲0.3至0.7伏，及升壓電路並不能在此等電壓下被起動。因此，這些電池並不能用作爲負載電路的操作。再者，例如在已經被放電至低於升壓電路的起動電壓的雙層電容的電容中，剩餘的電力不能用於負載電路的操作。再者’考量上述說明，供給使用西白克（Seebeck) -4- (2) 1345362 效應的熱電元件一電壓的電力，該電壓並不能起動一般負載電路，因此，所產生之電力不能用於負載電路的操作。因此，假若升壓電路的起動電壓可以被降低，所供給電力的電壓變低時，則來自電源的電力變成不能用於負載電路的操作。因此，通常，爲了降低升壓電路的起動電壓，有必要降低在升壓電路中之驅動電晶體等等的臨限電壓。於此時，驅動電晶體等等的關閉洩漏電流增加，及升壓 • 效率由於關閉洩漏電流所造成的功率損失而變差。明確地說，使用上述的電力時，用於負載電路操作的利用率被降低。有關於此，想出一以下所述之電子儀器。如果採用了傳統電子儀器的架構，則升壓電路的起動電壓可以被降低，同時，幾乎不會降低升壓電路的升壓效率。第6圖顯示具有上述特性的傳統電子儀器的電路方塊圖。 B 如第6圖所示，傳統電子儀器（例如，日本專利特開平第11-18419A號（第2圖））包含：一電源1〇1，其中所供給之電壓的電壓係低於一般升壓電路的起動電壓：一第一升壓電路102，其中在低起動電壓時，升壓效率很低第二升壓電路103，其中在高起動電壓時，升壓效率很高：一電容105;及一負載電路104，執行想要的功能。電源101的輸出端121被個別地連接至第一升壓電路 102的輸入端122、第二升壓電路103的輸入端125、及第 —升壓電路102的電源端123。第一升壓電路1〇2的輸出 -5- (3) 1345362 端1 24係個別地連接至電容I 05的一電極、第二升壓電路 103的電源端126、第二升壓電路103的輸出端]27、及負載電路104的電源端128之一，而電容1〇5的另一電極係連接至接地端108。個別電路及電源101之GND輸入端係連接至接地端1 08。傳統電子儀器被架構如上所述。以上述架構，即使由電源1 0 1所供給之電力的電壓係低於第二升壓電路103的起動電壓，及如果有關的電壓係 ® 等於或大於第一升壓電路102的起動電壓，則第一升壓電路102係藉由使用來自電源101的電力加以起動，及來自電源101的電力可以被轉換爲高於有關電力的電壓及等於或大於第二升壓電路103的起動電壓的一第一升壓電力的電壓。另外，第二升壓電路103係爲第一升壓電路所起動，及來自電源101的電力可以被轉換爲第二升壓電力，其具有大於有關電力之電壓的電壓並大於或等於負載電路 104的操作電壓。因此，負載電路104可以使用第二升壓 •電力加以驅動。明確地說，於上述之傳統電子儀器中，在高升壓電壓的升壓效率很高的第二升壓電路係爲第一升壓電力所起動，該第一升壓電力係藉由第一升壓電路轉換來自電源的電力所取得，該第一升壓電路在低起動電壓時的升壓效率很低。然後，在第二升壓電路起動後，負載電路係藉由使用爲第二升壓電路所轉換來自電源的電力所取得之第二升壓電力加以操作。因此，即使來自供給低電壓的電力，來自電源的電力仍能有效地使用作爲負載電路的操作。 (4) 1345362 具有上述架構的傳統電子儀器的架構中，例如壓電路的電源端及負載電路的個別元件係連接至第電路的輸出端。因此，第一升壓電力並不只被充電容所消耗同時也被上述元件所消耗。注意，雖然上電子儀器的架構中並未說明，但已經想要當電容被升壓電力加以充電時，停止第二升壓電路等之個別然而’因爲個別元件的電路規模等很大，因此，即 ® 元件被停止，但其功率消耗並不會很小。因此，在上述架構的傳統電子儀器中，當爲第電路所輸出之第一升壓電力下降而低於個別元件的力時’電容的電壓並不會上升至等於或大於第二升可以被起動的電壓。因此，第二升壓電路不能被起此’有必要設定第一升壓電路的輸出功率，以能輸個別元件的功率消耗的第一升壓電力。明確地說，上述架構的傳統電子儀器中，第一升壓電路必須具 ® 連接至第一升壓電路的輸出端所元件的電流消耗的率。於一般升壓電路中，升壓輸出功率愈高，則升的安裝面積及成本愈高。因此，第一升壓電路的安及成本並不能被降低，結果，傳統電子儀器的安裝成本並不能被降低。再者’於具有上述架構的傳統電子儀器中，電電速度係爲個別元件的功率消耗量所減緩。結果，供給電力至第二升壓電路起動的時間很長。明確地說’於具有上述結構的傳統電子儀器中第二升一升壓上述電述傳統以第〜元件。使上述一升壓消耗電壓電路動。因出超過在具有有超出輸出功壓電路裝面積面積及容的充從電源，具有 I345362 從電源供給電力至使用有關電力以操作負載電路所花的時間過長的問題。【發明內容】依據本發明之第一態樣，提供有一電子儀器，其特徵在於包含：一電源，用以供給電力；一第一升壓電路，以來自於電源的電力加以起動；一電容’用以儲存第一升壓電路的電力；一第二升壓電路，用以以在電容中之電力加以起動；一負載電路，以第二升壓電路的電力加以操作；一電壓檢測電路，用以檢測該電容的電壓；及一開關元件，爲一電壓檢測信號所控制，其中，當決定電容之電壓係等於或大於一預定電壓時，該電壓檢測電路導通該開關元件並以電容的電力來起動該第二升壓電路。以上述之架構，第一升壓電路的輸出功率可以被降低，因此，第一升壓電路的實際量測面積及成本可以降低。結果，電子儀器的安裝面積及成本可以降低。再者，當第一升壓電路的輸出功率未被降低時，充電電容的速度可以增加。因此，第二升壓電路的起動可以被加速。因此，由電源供給電力至電力使用以操作負載電路的時間可以被縮短。再者，依據本發明第二態樣，除了第一態樣外，也提供一電子儀器，其特徵在於開關元件爲一直導通，直到決定電容具有預定電壓或更多時，第二升壓電路結束起動爲止0 -8- (6) 1345362 以上述結構，第二升壓電路可以更可靠地起動，因此 • ，來自電源的電力可以可靠地用作爲負載電路的操作。 •再者，依據本發明第三態樣，除了第一態樣外，也提供一電子儀器，其特徵在於第一升壓電路採用使用一電容的升壓模式。以上述結構，該第一升壓電路可以組合個別的電路與電容在同一晶片上。因此，第一升壓電路的安裝面積及成 ® 本可以進一步降低，結果，電子儀器的安裝面積及成本可以進一步降低。如上所述，在以第一升壓電路的第一升壓電力充電電容時，本發明之電子儀器可以藉由開關元件，將電容與第二升壓電路與負載電路分隔。因此，相較於未設有開關元件的傳統電子儀器，並不必要設定第一升壓電路的負載能力等於或大於第二升壓電路及負載電路的功率消粍的輸出功率，因此，第一升壓電路的輸出功率可以被大量降低。 ® 當第一升壓電路的輸出功率未被降低時，電容的充電速度可以與第二升壓電路的功率消耗無關及負載電路可以被改良。因此，由電源供給電力至第二升壓電路起動的時間可以被縮短。因此，本發明之電子儀器可以解決傳統電子儀器中，不可能降低第一升壓電路的安裝面積及成本的固有問題，因爲其輸出功率並不能被降低’以及’本發明可解決由電源至使用電力以操作負載電路所花用時間很長的問題。 (7) 1345362 【實施方式】執行本發明之最佳模式將參考附圖加以說明。第1圖爲一電路圖，顯示依據最佳模式執行本發明的電子儀器。如第1圖不’該電子儀器具有如下的架構。該電子儀器具有一電源1 〇1，用以供給電力；一第一升壓電路102;—第二升壓電路103，其中的起動電壓高於第一升壓電路102的起動電壓；一電壓檢測電路106; —電容 ^ 1〇5;—開關元件107;及一負載電路104。電源101的輸出端121係連接至第一升壓電路1〇2的輸入端122、第一升壓電路的電源端123、及第二升壓電路103的輸入端 125。第一升壓電路102的輸出端124係連接至電壓檢測電路106的一電壓監測端129、電容105的一電極、及開關元件107的一電極。開關元件107的另一電極係連接至第二升壓電路〗03的電源端126、第二升壓電路103的輸出端127、及負載電路104的電源端128。電容105的另 ® —電極及個別電路的GND輸入端係連接至GND端108。用以控制開關元件1 07的導通/斷開的信號係由電壓檢測電路〗〇6的信號輸出端130輸出。再者，將說明以上述架構的本發明的實施例之操作。首先，一低於第二升壓電路103的起動電壓之電壓電力係由電源101所供給至第一升壓電路1〇2，第一升壓電路102藉由使用該電力而起動。然後，第一升壓電路1〇2 將電力轉換爲第一升壓電力，及電容1〇5開始被以第一升壓電力充電。於此時，被充電電容105的電壓並未到達一 -10 - (8) 1345362 預定電壓，因此，電壓檢測電路1 Ο 6決定電容的電壓係低於該預定電壓’並輸出一電壓，用以斷開該開關元件107 。因此’開關元件1 0 7被斷開。然後，當電壓檢測電路 106檢測出電容105的電壓上升到達該預定電壓時，電壓檢測電路1 0 6輸出一信號，以導通開關元件]〇 7，因此，開關元件107被導通。因爲開關元件107被導通，則儲存在電容105中之電力被供給至第二升壓電路103的電源端 ® 126，及第二升壓電路1〇3被儲存在電容105中之電力所起動。當第二升壓電路103被起動時，第二升壓電路103 將來自電源101的電力轉換爲第二升壓電力。第二升壓電路被用以作爲負載電路1 04的操作，另外，也被供給至第二升壓電路103的電源端126作爲第二升壓電路103的持續操作。注意基於以下考量，當開關元件107被導通時，在電容105的電壓被設定爲不落在第二升壓電路1〇3的起動電 ® 壓以下。即：由於第二升壓電路103及負載電路104在第二升壓電路]03起動前所消耗的電力，造成之電容1〇5的電壓降；連接至第二升壓電路103的電源端]26等之節點之寄生電容；及當提供一平滑電容，用於第二升壓電路 103的電源端126或輸出端127或負載電路104的電源端 128時，因爲平滑電容被以在電容1〇5中之電力充電，所以電容105發生一壓降。如上所述之問題，在傳統電子儀器中，當電容以第一升壓電路所輸出之第一升壓電力充電時，第一升壓電力係 -11 - (9) 1345362 也被連接至該電容的個別元件所消耗’因此’有必要設定 • 第一升壓電力大於個別元件的電流消耗’以充電該電容。 •因此，第一升壓電路的安裝面積及成本並不能被降低。再者，因爲電容的充電速度緩慢’所以由電源取出電力至第二升壓電路的起動，花費很長時間。傳統電子儀器具有上述問題》因此，在傳統電子儀器中，有著安裝面積及成本不能降低及由電源至負載電路操作花用太多時間的問題。 • 然而，在如第1圖所示之依據本發明最佳模式之電子儀器中，採用了上述架構，及上述操作被允許加以執行。於此 ~~方式中，當電容被以第一升壓電路所輸出的第一升壓電力充電時，於電容及上述個別元件間之連接可以爲開關元件所斷開，因此，第一升壓電力並未爲個別元件所消耗。因此，即使第一升壓電力很小，花上時間仍可以充電該電容，或者，充電該電容所花的時間可以被加速。明確地說，第二升壓電路的起動時間係被儘可能地加長，因而，能 ® 縮小第一升壓電路的尺寸。結果，可以縮小如第1圖所示之實施本發明的最佳模式的電子儀器，及由電源供給電力至負載電路操作的時間可以縮短。明確地說，如第1圖所示之依據執行本發明最佳模式所示之電子儀器可以解決傳統電子儀器中的固有問題。注意，如第1圖所示，依據執行本發明最佳模式的電子儀器的電源係爲一有效率的電源，其中當考量縮小尺寸、減重、降低成本、設計及方便時，所供給之電力的電壓下降低於第二升壓電路的起動電壓。例如，上述電源對於 -12- (10) 1345362 單格太陽電池、單格燃料電池、或例如電雙層電容之電容 r • 係有效的。 • 再者’對於如第1圖所示之執行本發明的最佳模式之電子儀器的第一升壓電路，推薦使用一線圈及一變壓器的開關調整器、或者，使用充電泵模式或開關電容模式之使用一電容的升壓電路。尤其，當使用充電泵模式或開關電容模式之使用有電容的升壓電路時，因爲升壓電路的升壓 ® 輸出功率可能被降低，所以可以採用低電容値之電容。因此，已經佔用有一空間作爲外部件的電容可以加入作爲升壓電路的同一晶片中。因此，有可能更進一步縮小第一升壓電路的尺寸，結果，可能進一步縮小上述之電子元件的尺寸。再者，如第1圖所示，依據執行本發明之最佳模式的電子儀器之電壓檢測電路係被架構以對檢出電壓提供一磁滞，或在電壓檢出後，提供一延遲時間。以此一方式，提 ® 供一電路操作，以不由導通開關元件斷開開關元件，以完成第二升壓電路的起動，因而，可能更確定地起動第二升壓電路。再者，如第1圖所示，對於依據最佳模式來執行本發明之電子儀器的第二升壓電路，推薦採用一架構，其係藉由使用第二升壓電路以持續操作，只要一旦被起動，有部份輸入電力即可。再者，雖然未在執行本發明之最佳模式中說明，但不必說，藉由在第二升壓電路被起動後，停止第一升壓電路的操作，來自電源的電力也可以更有效地用 -13- (11) (11)1345362 作負載電路的操作。第一實施例弟2圖爲一電路方塊圖，顯不本發明電子儀器的第一實施例。以下的說明將基於第2圖，來說明本發明電子儀器的第一實施例。如第2圖所示，電子儀器具有以下架構。明確地說，單格太陽電池2 01係被用作如第1圖所示之電源1 〇 1 ;— 充電泵模式的升壓電路（以下簡稱CP升壓電路）202係被使用作爲如第1圖所示之第一升壓電路102; — P通道型MOSFET (以下稱PMOS) 207係被用作爲第1圖所示之開關元件107;及一使用一線圈的開關調整器模式之升壓電路（以下稱SWR升壓電路）203係被使用作爲第1圖所示之第二升壓電路103。單格太陽電池201之輸出端 221係連接至CP升壓電路202的輸入端222、CP升壓電路2 02的電源端223、及SWR升壓電路203的輸入端225 。CP升壓電路202的輸出端224係連接至電壓檢測電路 106的電壓監視端129、電容105之一電極、PMOS207的源極、及一基板電極。PMOS207的汲極電極係連接至 SWR升壓電路203的電源端226、SWR升壓電路203的輸出端227、及負載電路104的電源端128。電容105的另一電極及個別電路的GND輸入端係連接至GND端108。再者，對於單格太陽電池201，此一電池被採用，其 -14- (12) 1345362 輸出電壓在開路時間約Ο . 6伏，可以取得約1.2瓦的功率，及其輸出電壓於此時變成0.4伏。該CP升壓電路202 由輸入端222接收電壓0.3伏或更大之電力。然後，在此例子中，電子儀器可以起動，可能輸出約1 .5伏電壓的輸出電力。再者，輸出電力被降低至約5微瓦，因而，降低升壓電容的電容値，以加入有關升壓電容於該晶片內側。單格太陽電池20 1係被架構如上所述。電壓檢測電路1 06 ® 係被操作以監視電容1 〇 5的電壓，以當電容1 0 5的電壓到達1.5伏時，將已經被斷開的PMOS207導通，以持續導通PMOS207，直到電容105的電壓在PMOS207導通後落在1.0伏下爲止，以當電容105的電壓低於1.0伏時，斷開PMOS207，並持續斷開PMOS207，直到在PMOS207斷開時’電容105的電壓再次超出約1.5伏爲止。SWR升壓電路203被架構以當50微瓦的電力被輸入至在約1.〇伏或更多之電壓的電源端226持續約0.1秒時被起動，並將 ® 單格太陽電池201之輸入電力轉換爲約1.5伏電壓的約1 瓦的電力’然後，由輸出端227輸出如此轉換的電力。再者，SWR升壓電路203被架構以藉由使用約50微瓦，以如此轉換之電力持續升壓操作。負載電路104被架構以藉由使用大約1瓦於I·5伏的電力，來執行想要的操作，該電力係爲 SWR升壓電路 203所輸出。注意，如果 PMOS207的導通電阻大約2千歐姆或更少，則起動SWR 升壓電路203不會有問題。第3圖爲本發明第一實施例之電子儀器的顯示於第2 -15- (13) 1345362 圖之CP升壓電路203的電路圖。以下將基於第3圖說明CP升壓電路202的架構。如第3圖所示，該CP升壓電路202係由振盪電路 320、使用SOI晶圓的全空乏N通道型MOSFETC以下簡稱FD-SOI型NMOS) 301至306、及升壓電容307至311 所構成。該CP升壓電路202係架構如下。個別FD-S0I 型NMOS301至306係個別連接至二極體。於CP升壓電路 Φ 202的輸入端222及輸出端224間，二極體係被串聯連接，使得由輸入端222至輸出端224的方向係爲一順向。升壓電容307之一電極係連接至FD-S0I型NMOS301及FD-SOI型NMOS3 02間之一節點。升壓電容3 08之一電極係連接至 FD-S0I 型 NMOS302 及 FD-S0I 型 NMOS303 間之一節點。升壓電容 309之一電極係連接至 FD-S0I型 NMOS303及FD-S0I型NMOS304間之一節點。升壓電容 310之一電極係連接至FD-S0I型NMOS304及FD-S0I型 B NMOS 3 05間之一節點。升壓電容311之一電極係連接至 FD-S05 型 NMOS301 及 FD-S0I 型 NMOS306 間之一節點〇注意 FD-S0I型 NMOS301至 3 06的臨限電壓係約 0.15伏’及振盪電路320係由使用SOI晶圓的全空乏 CM0SFET (以下簡稱FD-S0I型CMOS)所構成。因此，當極端低電一杢的0.3伏的電力被輸入至電源端321時， CP升壓電路202可以作動。

再者’爲振盪電路320所輸出之時鐘信號A(CLKA -16- (14) (14)1345362 )及時鐘信號B ( CLKB)的頻率被設定大約爲1MHz，如果，由CP升壓電路202之輸出端224所輸出的電力約5 微瓦，則此頻率係足夠的。因此，滿足了每一升壓電容 307至31 1具有約l〇〇pF的電容値。因此，升壓電容307 至311可以被組合至與FD-SOI型NMOS301至306及振盪電路320的同一晶片上。明確地說，採用了具有上述架構的CP升壓電路。以此方式，可以實現CP升壓電路，其中安裝面積很小，並且，當CP升壓電路的輸入端及電源端彼此連接時，可以以藉由升壓〇 · 3伏或更高之電壓至1 . 5伏所取得之電壓，來取得約5微瓦的電力。第4圖顯示可以被組裝至與FD-SOI型NMOS301至 3〇6與振盪電路320同一晶片的電路圖。明確地說，採用了具有上述架構的CP升壓電路。以此方式，可以實現CP升壓電路，其中安裝面積很小，並且，當CP升壓電路的輸入端及電源端被輸入0.3伏或更大之電壓時，可以藉由升壓0.3伏或更高之電壓至1.5 伏所取得之電壓，來取得約5微瓦的電力。第4圖爲顯示於第2圖中，本發明之第一實施例之電子儀器的SWR升壓電路203的電路圖。以下將基於第4圖說明SWR升壓電路203的架構。如第4圖所示，SWR升壓電路203包含有：振盪電路 406，以產生一時鐘信號（CLK)、一洩放電阻410，用以藉由將SWR升壓電路203的輸出227的電壓相除所得， -17- (15) 1345362 而輸出被除電壓；一Vref電路408，用以輸出一參考電壓 • ;—誤差放大器409，用以輸出每一被除電壓與參考電壓 •間之差的放大信號；一PWM電路405，用以輸出一切換信號作爲一信號，該信號反應於被放大之信號，而改變被輸出時鐘信號的導通工作週期加以取得；一NMOS電晶體 4 02，用以藉由在其閘極接收該切換信號，而執行一切換操作；一線圈401 ;及一蕭基二極體403。SWR升壓電路 ® 203被架構如下。SWR升壓電路203的輸入端225係連接至線圈401的一電極，及線圈401的另一電極係連接至 NMOS電晶體402的汲極及蕭基二極體403的P型電極。蕭基二極體403的N型電極係連接至洩放電阻的正側輸入端及SWR升壓電路203的輸出端227。SWR升壓電路203 的電源端226係連接至振盪電路406的電源端412、PWM 電路的電源端411、及誤差放大器的電源端413。GND端如上所述係連接至NMOS電晶體402的源極、洩放電阻的 ^ GND輸入端、誤差放大器的GND輸入端、及個別電路的 GND終端。採用了具有上述架構的SWR升壓電路。因此，累積在線圈401中之電力每當重覆導通及斷開的NMOS電晶體 402導通時，被經由蕭基二極體403輸入至SWR升壓電路 203的輸出端227，每當NMOS電晶體402斷開》以此方式，筒於自SWR升壓電路203之輸入端225輸入之電壓的電力被由SWR升壓電路203的輸出端22*7輸出。另外，於洩放電阻4 I 〇中之電阻比率被事先設定，以使得當 -18- (16) 1345362 SWR升壓電路203的輸出端227的電壓到每一個爲洩放電阻4 1 0所輸出的分壓電壓 408所輸出之參考電壓相等。因此，誤達 PWM電路405調整於NMOS電晶體402 作週期，使得SWR升壓電路2 03的輸出瑞伏，藉此調整累積於線圈40 1中之電力，升壓電路203之輸出端227的電力。因此 • 203的輸出端227的電壓被控制約1.5伏。注意，爲了設定SWR升壓電路203 瓦，有約5微亨利電感及約5 0毫歐姆直用作爲線圈401 ;導通電阻爲約50毫歐功體被使用作爲NMOS電晶體402 ;及當0 其中有一順偏壓降約0.1伏的蕭基二極體極體403。爲振盪電路406所輸出的時鐘頻率被設定約1MHz。 B 第5圖爲一電路圖，顯示如第2圖所實施例之電子儀器的電壓檢測電路1 06 ^ 以下將基於第5圖說明電壓檢測電路如第5圖所示，電壓檢測電路1 0 6係壓檢測電路106包含電阻501 ' 5 02及503 509 ' — Vref 電路 5 08、及一 NMOS504。阻及比較器電路5 09的電源端5丨3係個別電路的監視端1 2 9。電阻5 0 1的另一電彳 502的一電極及比較器電路509的負輸入丨達約1 . 5伏時，丨及爲Vref電路 I放大器409及導通時的導通工异2 2 7到達約].5 即被供給至SWR ，SWR升壓電路的輸出功率爲1 流電阻的線圈被母的N Μ 0 S電晶 .8安的電流流經被用作爲蕭基二信號（CLK)的示之本發明第一 106的架構。被架構如下。電、一比較器電路電阻5 0 1的一電連接至電壓檢測極係連接至電阻瑞。電阻502的 19- (17) (17)1345362 另一電極係連接至電阻5 03的一電極及NMOS5 04的汲極。爲Vref電路5 08所輸出之參考電壓係被輸入至比較器電路509的正輸入端，及電壓檢測電路1〇6的信號輸出端 ]30係個別連接至比較器電路509的輸出端及NMOS504 的閘極。GND端係連接至電阻 5 03的另一電極、 NMOS504的源極、及Vref電路508及比較器電路509的 GND輸入端。以上述架構，電壓檢測電路1 0 6可以執行以下操作。明確地說，當NMOS504導通時，比較器電路509比較被除的電壓與Vref電路508所輸出之參考電壓，該被除的電壓係爲以電阻501及電阻502除以來自電壓監視端129 的電壓加以取得。同時，當NMOS 5 04斷開時，比較器電路5 09比較被除的電壓與Vref電路508所輸出之參考電壓，該被除的電壓係爲將來自電壓監視端129輸入的電壓除以電阻501及串聯連接電阻503與電阻502所形成的電阻所取得。當上述之個別被除電壓低於參考電壓時，比較器電路5 09可以輸出一等於電壓監視端129的電壓給信號輸出端130。同時，當個別之被除電壓高於參考電壓，則比較器電路5 09可以輸出一等於GND端電壓之電壓至信號輸出端1 3 0。注意，電阻5 0〗及電阻5 02的電阻比率係被事先設定，使得當電壓監視端129的電壓到達1 .5伏時，爲電阻 501及電阻502所除之電壓係等於參考電壓。電阻503的値被事先決定，使得當電壓監視端1 29的電壓低於1 ·0伏 -20- (18) 1345362 時，爲電阻501與串聯連接電阻5 03與電阻502所形成的 • 電阻所除之電壓變成等於參考電壓。 • 因此，當電壓監視端1 2 9的電壓低於1 .5伏時，電壓檢測電路1 06輸出一等於來自信號輸出端1 3 0的電壓監視端1 2 9的電壓。同時，當電壓監視端1 2 9的電壓到達].5 伏或更多時，電壓檢測電路106輸出一等於來自信號端 130之GND端的電壓。然後，一旦電壓監視端129的電壓 • 到達1 . 5伏或更多時，電壓檢測電路1 06可以執行一操作，以輸出等於來自信號輸出端130的GND端的電壓，即，具有〇 . 5伏磁滯的檢測操作，直到電壓監視端1 2 9的電壓低於1.0伏爲止。當電壓監視端129的電壓低於1.0伏時，電壓檢測電路106可以執行輸出一等於電壓監視端 129電壓的操作。如上所述，在有關本發明電子儀器的第一實施例中，採用了上述架構》因此，即使藉由使用單格太陽電池，其 ® 中輸出電力的電壓係低至約0.5伏，有關的輸出電力可以被轉換爲約1.5伏的電力，可以使用該電力來操作負載電路。該負載電路可以使用如此轉換所得之電力加以操作。再者，當以上述CP升壓電路的輸出電力充電上述電容時，電容至SWR升壓電路或負載電路的連接可以爲 PMOS電晶體207所斷開。以此一方式，即使CP升壓電路的輸出功率並未設定在超出SWR升壓電路或負載電路的功率消耗，電容的電壓可以上升至SWR升壓電路可以起動的電壓。因此，CP升壓電路的輸出功率可以大範圍 -21 - (19) 1345362 降低，及CP升壓電路的升壓電容可以加入該晶片中。因 • 此，此一 CP升壓電路可以被實現，其中外部部件很少， • 及安裝面積係極端地小。結果，依據本發明第一實施例的電子儀器變成極端小。第二實施例第7圖爲電路方塊圖，顯示依據本發明第二實施例之 •電子儀器。以下將基於第2圖說明本發明第二實施例的電子儀器〇第二實施例的架構係如下。首先，一第二電壓檢測電路706、一第一蕭基二極體731、及一第二蕭基二極體73 2 被加入至第2圖所示之第一實施例中。然後，具有能反應於輸入至停止信號輸入端725的信號而有選擇是否電子儀器爲要操作的功能之ENCP升壓電路702係被用來替代第 ^ 2圖所示之CP升壓電路202。如第7圖所示，電子儀器係被架構如下。第二電壓檢測電路706的電壓監視端730係連接至SWR升壓電路203的輸出端227及負載電路104 的電源端128。第二電壓檢測電路706的信號輸出端729 係連接至ENCP升壓電路702的停止信號輸入端725。第 —蕭基二極體731係設在PMOS207的汲極與SWR升壓電路203的電源端226之間，使得由PMOS207的汲極至 SWR升壓電路203的電源端226的方向爲順向。第二蕭基二極體73 2被設在SWR升壓電路2〇3的電源端22 6與 -22- (20) 1345362 SWR升壓電路203的輸出端227之間，使得由SWR升壓電路203的輸出端227至SWR升壓電路203的電源端226 的方向爲順向。以上述架構，在本發明之第二實施例中，除了上述本發明第一實施例的特徵外，第二電壓檢測電路706也監視 SWR升壓電路203的輸出端227的電壓及負載電路104的電源端的電壓。當決定具有想要電壓的電力被產生時，一 ® 停止信號被輸出至ENCP升壓電路702的停止信號輸入端 7 2 5，因而，使得它可能停止EN CP升壓電路702的操作。因此，在本發明的第二實施例中，ENCP升壓電路702 的操作可以在SWR升壓電路203被起動後被停止，因此 ’藉由其量，該單格太陽電池201的電力也可以在本發明之第二實施例中，以比本發明第一實施例更有效率地方式被利用。再者，藉由第一蕭基二極體731，在SWR升壓電路203被起動後，輸出端227的電壓被設定爲高於約3伏 ® ，該電壓係爲ENCP升壓電路702的崩潰電壓。即使SWR 升壓電路203的輸出端227到達超出3.0伏，施加至 ENCP升壓電路702的輸出端724的電壓可以被降低至3.0 伏或更少。因此，SWR升壓電路203的輸出電壓可以在本發明之第二實施例中，以優於第一實施例的方式作進一步加強。因此，可以驅動具有較高操作電壓的負載電路。再者，當PMOS207爲第二蕭基二極體732所導通及電容105 的電力係用以起動SWR升壓電路203時，電容105的電力只被施加至SWR升壓電路203的電源端226，並未被施 -23- (21) 1345362 加至SWR升壓電路203的輸出端227及負電源端128。因此，即使當負載電路104的需要以附著至SWR升壓電路203的輸出端滑電容的電容値很大時，SWR升壓電路203 ，而不會增加在電容105中的儲存電力。因升壓電路2 03的輸出平滑電容很大及負載電消耗很大，儲存在電容105中之電力量可以 ® 實施例中作成小於第一實施例者。因此，起電路203所需的時間被縮短。明確地說，如上所述，不同於本發明第發明的第二實施例中，作爲電源的單格太陽以更有效地利用，並可以驅動操作電壓較高並且，由單格太陽電池所產生之電力以起動的畤間可以被縮短。注意，雖然以使用蕭基二極體作爲在第 ® 整流元件，但不必說明任意元件均可以使用整流功能即可。第8圖爲示於第7圖之本發明第二實施壓電路702的電路圖。ENCP升壓電路702 同於第3圖所示之CP升壓電路202的電路振盪電路320係爲一EN振盪器電路820所信號輸入端72 5係爲新設立並連接至EN振 EN 端 822。以上述架構，除了第3圖所示之CP升丨載電路1 04的電流消耗大及 227的輸出平也可以被起動此，即使S W R 路104的功率在本發明第二動 SWR升壓 —實施例，本電池的電力可的負載電路，驅動負載電路二實施例中之 ’只要其具有例之ENCP升的架構幾乎相圖，只不同於取代，及停止盪電路820的壓電路2 0 2的 -24- (22) 1345362 功能外，有可能反應於來自停止信號輸入端725輸入之信號，而加入停止EN CP升壓電路202操作的功能。第9圖爲在本發明第7圖所示的第二實施例中，第二電壓檢測電路706的電路圖。第二電壓檢測電路706的架構係幾乎相同於第5圖所示之電壓檢測電路1 〇 6，不同於電阻5 0 3及 NMOS電晶體5 04係被卸下，及電阻502與電阻5 03的連接部份被連接至GND端。以上述架構，可以實現一通用電壓檢測電路，其中檢測電壓的磁滯被免除，磁滯被提供給如第5圖所示之電壓檢測電路1 〇 6。第三實施例第〗〇圖爲一電路方塊圖，顯示本發明電子儀器的第三實施例。以下將基於第10圖說明本發明第三實施例的電子儀 ®器。第三實施例的架構係如下。首先，一作爲該開關元件之NMOS電晶體10 02、一反相電路1003、及作爲停止 SWR升壓電路203及ENCP升壓電路702的電源所消耗的電力用信號的輸入停止信號給負載電路104的輸出功能被加入至第7圖所示之第二實施例的架構中。另外，用以輸出輸入信號信號之輸入停止信號輸出端1 004被加入至第二實施例的架構中，及一單格燃料電池1001被提供，以替代單格太陽電池2 01，作爲電源。第三實施例之電子儀 -25- (23) 1345362 器被架構如下。單格燃料電池1 00 1的輸出端〗02 I係被連接至ENCP升壓電路7 02的輸入端222及電源端223及 NMOS1002的汲極》NMOS1002的源極係被連接至SWR升壓電路203的輸入端225。負載電路104的輸入停止信號輸出端1 004係連接至ENCP升壓電路702的停止信號輸入端72 5、第二電壓檢測電路706的信號輸入端729、及反相電路1 003的輸入端。反相電路ί〇〇3的輸出端係連接 ® 至NMOS 1 002的閘極端，及反相電路1 003的電源係共接至SWR升壓電路203的電源。其餘架構係與第7圖所示之本發明第二實施例相同。注意，於此架構中，對於由負載電路104的輸入停止信號輸出端1〇〇4輸出之輸入停止信號給予較由第二電壓檢測電路706之信號輸出端729爲高的優先權。再者，除了上述之實施例的操作外，也執行以下操作。當停止由單格燃料電池1001供給電力至ENCP升壓電 ® 路702及SWR升壓電路203時，等於負載電路104的電源端128的電壓之”高”電壓被由負載電路〗〇4的輸入停止信號輸出端1004輸出，ENCP升壓電路702依據此”高”信號停止其操作，及反相電路1 0 03的輸出端輸出等於GND 端108的電壓之”低”電壓。因此，NMOS電晶體1 002被斷開。當未停止由單格燃料電池1001供給電力至ENCP升壓電路702及SWR升壓電路203時，等於GND端108的電壓之”低”電壓被由負載電路丨04的輸入停止信號輸出端 10 04輸出，該ENCP升壓電路702以此”低”電壓持續其操 -26- (24) 1345362 作，及反相電路1003的輸出端輸出等於SWR升壓 203之電源端226的電壓之”高’’電壓。因此，NMOS 體1 002被導通。

明確地說，於第1 0圖所示之本發明第三實施例採用了上述架構。因此，負載電路1 0 4可能來控制是自電源的電力被供給至ENCP升壓電路702及SWR 電路203的特性可以被加入至本發明如第7圖所示的 ® 實施例之特性中。因此，於本發明第三實施例中，當要供給電力至負載電路及類似電路時，來自電源的電被消耗於ENCP升壓電路及SWR升壓電路的特性也入至本發明第二實施例的特性中。因此，於本發明第施例中，對於電力有限制，例如燃料電池及電雙層電 ’有可能操作負載電路一長時間的特性，以及，當電燃料電池時，供給燃料時功率消耗可以最小的特性可入本發明第二實施例的特性中，這造成耐用性的改良 ® 再者，用於反相電路1003的電源被作成與SWR 電路203的電源端226共用。以此方式，當升壓電力被供給至負載電路104的狀態中，及電力並未由燃料供給的情形中，電源由燃料電池1 00 1所供給時，升力當然被產生，因而使得負載電路104操作。這也是明第三實施例的特性之一。這是因爲NMOS電晶體的臨限電壓爲了降低斷開洩漏電流的目的而爲高，所 NMOS電晶體並不能使用由該單格燃料電池1001及物所供給的電力所導通，其理由該電壓係太低。因此電路電晶中，否來升壓第二不必力未被加三實容時源爲以加〇升壓並未 100 1 壓電本發 1002 以，類似，有 -27- (25) 1345362 必要由來自ENCP升壓電路702或SWR升壓電路所供給之升壓電力的電壓來導通NMOS電晶體1 002。另外，有必要由ENCP升壓電路702的輸出端224、SWR升壓電路 2 03的輸出端227、及SWR升壓電路203的電源端226之任一，取出電源用於反相電路2003。然而，當使反相電路 1 003的電源爲ENCP升壓電路702之輸出端所共用時，當升壓電力由SWR升壓電路203輸出時，該ENCP升壓電 ® 路7 02被停止。因此，升壓電力並未由ENCP升壓電路 702的輸出端224輸出，及NMOS電晶體1 002被斷開。當NMOS電晶體1 002被斷開時，升壓電力並未由SWR升壓電路2 03所產生，因此，負載電路104的操作被保持爲停止。再者，當使用於反相電路1 003的電源與用於SWR 升’壓電路2 03的輸出端227的電源共用時，當升壓電力並未產生於SWR升壓電路2 03的輸出端227時，NMOS電晶體1 002被成功地斷開。當NMOS電晶體1 002被斷開時 _ ，升壓電力並未被產生於SWR升壓電路203的輸出端227 。因此，升壓電力永久不會被產生於SWR升壓電路203 的輸出端2〗7中，負載電路也被保持於不可操作的狀態。於此，若用於反相電路1 003的電源被作成與SWR升壓電路203的電源端226共用，首先，當ENCP升壓電路702 的升壓電力被供給至SWR升壓電路203的電源端226時，NMOS電晶體1 002被導通。以此方式，升壓電力係由 SWR升壓電路203所產生，及所有關的升壓電力係經由蕭基二極體732被供給至SWR升壓電路203的電源端226。 -28- (26) (26)1345362 因此，NMOS電晶體1 002可以藉由使用升壓電力，而被保持爲導通。結果，負載電路〗〇4可以起動該操作，並可以持續其操作。再者’採用該架構，其中，當由負載電路的輸入停止信號輸出端1 004所輸出的電壓爲等於GND端1 08的，，低電壓”時’ ENCP升壓電路702被操作，及NMOS電晶體 1 002被導通。再者，當升壓電路未被供給至負載電路1〇4 時’電力未由燃料電池1 00 1所供給時，電力係由燃料電池1 〇〇 1所供給時，當然產生升壓電力，因此，確定負載電路104被操作。這也是本發明第三實施例的一特性。即，因爲即使在一相反例中，即使想要電力係由作爲電源的燃料電池1 00 1所供給，個別升壓電路並不能操作，除非該電力係由外側給至負載電路104，升壓電力並不能取得、及負載電路1 04不能操作。明確地說，其理由如下。當電力未被供給至負載電路104時，即使負載電路1〇4要被操作，來自負載電路1〇4的輸入停止信號輸出端1 004的電壓變成等於GND端I 08的”低”電壓。然後，ENCP升壓電路702被帶至停止狀態，及NMOS電晶體1 002也被帶至斷開狀態。因此，電力並未不會被供給至負載電路104 ，而不管它可能等待多久，及負載電路104不能操作。再者，對於NMOS電晶體1 002，並未使用PMOS電晶體。有關於PMOS電晶體，爲了供給低電壓電力，雖然斷開洩漏增加，但有必要加入一電路用以負升壓其閘極電壓或降低臨限値的絕對値。有關於此，有必要增加電規格 -29- (27) 1345362 或允許單格燃料電池的利用效率降低。相反地，對於 NMOS電晶體1 002，使用該NMOS電晶體，其中電路規格不會增加，及單格燃料電池的電力的利用率不會降低。再者，於NMOS電晶體1 002中之單格燃料電池1001的電源控制並不是用以供給至兩升壓電路，即ENCP升壓電路 702及SWR升壓電路203，而是只供給至SWR升壓電路 2 03。以此方式，負載電路104被致能以確定操作，即使 • 兩升壓電路並未產生升壓電力的情形下，這是爲本發明第三實施例的另一特性。注意本發明的電源並不限定於所述之個別實施例。不必說，即使一電源爲產生一輸入電壓的電力，該電力係不能爲一般升壓電路所轉換爲一般負載電路可以操作的升壓電力，如果有關電源被使用作爲本發明實施例的電源，則該電源可以操作該負載。再者，不必說，上述本發明每一實施例的架構係用以 B 建立負載可以在低輸入電壓下操作的特性》如果其他架構包含以低起動電壓來起動及操作SWR升壓電路的架構，則包含在本發明每一實施例中之架構，即使其他架構不同，其他架構係被加入至有關架構。以此方式，有可能將其他負載電路可以以低輸入電壓操作的特性加入。【圖式簡單說明】第1圖爲用以執行本發明之較佳模式的電路方塊圖；第2圖爲依據本發明第一實施例的電子儀器的電路方 -30- (28) (28)1345362 塊圖，第3圖爲依據本發明第一實施例之電子儀器的CP升壓電路的電路圖；第4圖爲依據本發明第—實施例之電子儀器的SWR 升壓電路的電路圖；第；5圖爲依據本發明第一實施例之電子儀器的電壓檢測電路的電路圖；第6圖爲傳統電子儀器的電路方塊圖；第7圖爲依據本發明第二實施例之電子儀器的電路方塊圖；第8圖爲依據本發明第二實施例之電子儀器的enCP 升壓電路的電路圖；第9圖爲依據本發明第二實施例之電子儀器的第二電壓檢測電路的電路圖；第10圖爲依據本發明第三實施例之電子儀器的電路方塊圖。【主要元件符號說明】 101 電源 102 第 — 升壓電路 103 第二升壓電路 1 04 負載電路 1 05 電容 1 06 電壓檢測電路 -31 - (29) 1345362

10 7 開關元件 1 OS 接地端 12 1 輸出端 1 22 輸入端 12 3 電源端 124 輸出端 125 輸入端 1 26 電源端 12 7 輸出端 12 8 電源端 1 29 電壓監視端 130 信號輸出端 20 1 單格太陽電池 202 CP升壓電路 203 S WR升壓電路 207 PMOS電晶體 22 1 輸出端 222 輸入端 223 電源端 224 輸出端 225 輸入端 226 電源端 227 輸出端 301-306 NMOS電晶體 (30)1345362

3 0 7- 3 1 1 升壓電容 3 20 振盪電路 3 2 1 電源端 40 1 線圈 4 0 2 Ν Μ 0 S電晶體 403 蕭基二極體 405 P WM電路 4 06 振盪電路 408 Vref電路 409 誤差放大器 4 10 洩放電阻 4 11 電源端 4 12 電源端 4 13 電源端 5 01- 503 電阻 5 04 NMOS電晶體 5 09 比較電路 5 13 電源端 508 Vref電路 702 ENCP升壓電路 706 第二電壓檢測電路 725 停止信號輸入端 729 信號輸出端 73 1- 732 蕭基二極體 -33- (31) 1345362 (31)

730 電壓監視端 820 ΕΝ振盪電路 822 ΕΝ端 100 1 單格燃料電池 1 002 Ν Μ 0 S電晶體 1 003 反相電路 1004 輸入停止信號輸出端 102 1 輸出端 -34-

Claims

1345362 申請專利範圍第941 1 8016號專利申請案中文申請專利範圍修正本民國97年J Η绫h甲修正 h日射 1.—種電子儀器，包含：一電源，用以供給電力；

一第一升壓電路，其係以來自電源的電力加以起動；一電容，用以儲存第一升壓電路的電力； —第二升壓電路，係以在電容中之電力加以起動；一負載電路，以第二升壓電路的電力加以操作；一電壓檢測電路，用以檢測該電容的電壓；及一開關元件，爲一電壓檢測信號所控制，其中，當決定電容的電壓爲預定電壓或更大時，電壓檢測電路導通開關元件並以電容的電力起動該第二升壓電路。

2 .如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該開關元件爲導通，一直到第二升壓電路起動結束爲止。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該第一升壓電路在第二升壓電路起動後停止其操作。 4. 如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該電壓檢測電路具有一磁滯。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該第一升壓電路採用一使用一電容的升壓模式。 6.如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該第 1345362

—升壓電路係由一使用 SOI晶圓的全空乏N通道型 MOSFET及一升壓電容所形成。 7. 如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該開關元件包含一MOS場效電晶體。 8. 如申請專利範圍第1項所述之電子儀器，其中該電源係爲單格太陽電池、單格燃料電池、例如電雙層電;胃2 電容、及使用西白克效應的熱電元件之任一。