TWI398084B - 升壓控制晶片及升壓電路 - Google Patents

Description

升壓控制晶片及升壓電路

本發明係有關於一種升壓控制晶片，特別是有關於一種用於升壓電路的升壓控制晶片。

隨著科技的進步，電子產品的種類及功能日漸增加，其中又以可攜式電子產品為市場主流。一般而言，可攜式電子產品的運作係利用內部的電池。為了節省電池的電力損耗，習知的做法係降低可攜式電子產品的操作電壓。但是，低操作電壓可能無法正常地驅動電子產品內部的部分元件。因此，需要一升壓電路，提升低操作電壓。

第1圖為習知升壓電路100之示意圖。為了得知流經電晶體150的電流大小，習知升壓電路100具有電阻170。電阻170係為一偵測電阻，其根據流經電晶體150的電流，提供一偵測電壓予升壓控制晶片110。升壓控制晶片110根據電阻170的偵測結果，控制電晶體150的導通與否。然而，電阻170的存在將增加元件的數量，並降低電路的可使用空間。

本發明提供一種升壓控制晶片，可耦接一電感以及一N型電晶體，並包括第一至第三接腳。第一接腳用以接收一操作電壓，並可耦接電感之一端。第二接腳用以接收一第一電壓，並可耦接電感之另一端以及N型電晶體之汲極。第三接腳可耦接N型電晶體之閘極。N型電晶體之源極直接連接一接地電壓。

本發明另提供一種升壓電路，包括一升壓控制晶片、一電感以及一N型電晶體。升壓控制晶片具有第一至第三接腳。第一接腳接收一操作電壓。第二接腳接收一第一電壓。電感耦接於第一及第二接腳之間。N型電晶體之閘極耦接第三接腳，其源極直接連接一接地電壓，其汲極耦接第二接腳。當N型電晶體導通時，電感儲存能量。當N型電晶體不導通時，電感釋放能量。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第2A圖為本發明之升壓電路之一可能實施例。在本實施例中，升壓電路200包括升壓控制晶片210、電感230、N型電晶體250。升壓控制晶片210具有接腳VIN、LXCS以及NGBT。電感230耦接於接腳VIN與LXCS之間。N型電晶體250之閘極耦接接腳NGBT，其源極直接連接一接地電壓GND，其汲極耦接接腳LXCS。升壓控制晶片210的接腳VIN接收操作電壓VS，其中操作電壓VS大於接地電壓GND。

升壓控制晶片210透過接腳LXCS，接收第一電壓CS(即N型電晶體250的汲極電壓)，並透過接腳NGBT，控制N型電晶體250。當第一電壓CS小於一預設值時，則升壓控制晶片210透過接腳NGBT，導通N型電晶體250。因此，電感230開始儲存能量。然而，當第一電壓CS大於預設值時，則升壓控制晶片210透過接腳NGBT，不導通N型電晶體250。因此，電感230開始釋放能量。

第2B圖為本發明之升壓電路之另一可能實施例。第2B圖相似於第2A圖，不同之處在於，第2B圖多了二極體270、電容290以及接腳VFBBT。在本實施例中，二極體270之陽極耦接N型電晶體250的汲極。電容290耦接於二極體270之陰極與接地電壓GND之間。

另外，升壓控制晶片210的接腳VFBBT耦接二極體270之陰極，用以將電容290所儲存的電壓，回授至升壓控制晶片210。在一可能實施例中，由於電容290可累積電感230所釋放的能量，故電容290所儲存的電壓可能大於操作電壓VS。

第3A圖為本發明之升壓控制晶片之一可能實施例。如圖所示，升壓控制晶片210包括切換模組310、轉換模組330以及比較模組350。切換模組310傳送第一電壓CS或是操作電壓AVSS予轉換模組330。在一可能實施例中，操作電壓AVSS為接地電壓GND。

當切換模組310傳送第一電壓CS時，轉換模組330將第一電壓CS轉換成第二電壓ISNS。本發明並不限定第一電壓CS與第二電壓ISNS之間的關係。在本實施例中，若第一電壓CS變大，則第二電壓ISNS變小。相反地，若第一電壓CS變小，則第二電壓ISNS變大。在其它實施例中，若第一電壓CS變大，則第二電壓ISNS也會隨之變大。相反地，若第一電壓CS變小，則第二電壓ISNS也會隨之變小。

比較模組350將第二電壓ISNS與調整電壓VADJ作比較，並根據比較結果Vout，決定是否導通N型電晶體250。 在本實施例中，接腳NGBT的信號與比較結果Vout為正邏輯關係，亦即當接腳NGBT的信號位準與比較結果Vout的位準相同。在本實施例中，當第一電壓CS變大時，則第二電壓ISNS變小。因此，比較模組350的比較結果Vout為低位準，故接腳NGBT的信號不導通N型電晶體250，第2A圖中的電感230開始釋放能量。相反地，當第一電壓CS變小時，則第二電壓ISNS變大。因此，比較模組350的比較結果Vout為高位準，故接腳NGBT的信號導通N型電晶體250，第2A圖中的電感230開始儲存能量。

另外，當N型電晶體250被導通時，切換模組310傳送第一電壓CS予轉換模組330。當N型電晶體250不被導通時，切換模組310傳送操作電壓AVSS(在本實施例中為接地電壓GND)予轉換模組330。

在本實施例中，切換模組310包括開關N1及N2，但並非用以限制本發明。開關N1根據控制信號NVB，傳送操作電壓AVSS。開關N2根據控制信號NV，傳送第一電壓CS。控制信號NV及NVB為互補信號，但並非用以限制本發明。

在第3A圖中，轉換模組330包括轉換器331及轉換單元333。轉換器331將第一電壓CS轉換成一電流信號。轉換單元333將電流信號轉換成第二電壓ISNS。在本實施例中，轉換單元333包括電阻R1、R2及電晶體N3。電阻R1、R2及電晶體N3串聯於預設電壓AVDD與操作電壓AVSS(在本實施例中為接地電壓GND)之間。轉換器331更接收電晶體N3的源極電壓。

第二電壓ISNS與第一電壓CS之間的關係如下式所示：

第3B圖為本發明之升壓控制晶片之另一可能實施例。第3B圖相似於第3A圖，不同之處在於第3B圖多了靜電放電保護模組370、電源切斷(power down)模組335以及電壓產生模組390。

靜電放電(electrostatic discharge；ESD)保護模組370耦接於接腳LXCS與切換模組310之間。靜電放電保護模組370避免靜電放電所產生的電流進入後端元件。在本實施例中，靜電放電保護模組370係為一電阻，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，可利用其它具有ESD防護功能的電路作為靜電放電保護模組370。

電源切斷模組335耦接電晶體N3的閘極。電源切斷模組335根據控制信號PD，使轉換器331的輸出端的信號等於操作電壓AVSS，用以不導通電晶體N3。因此，轉換模組330停止產生第二電壓ISNS。

電壓產生模組390產生調整電壓VADJ。在本實施例中，電壓產生模組390包括電阻R3以及限流單元391。電阻R3耦接於預設電壓AVDD與限流單元391之間。限流單元391根據控制信號C1及C2，提供電流I1或I2或其組合予電阻R3。調整電壓VADJ與限流單元391的輸出電流之間的關係如下式所示：VADJ=AVDD-(I*R)； 其中，I為流經該電阻之電流(即限流單元391的輸出 電流)，R為電阻R3之阻抗。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧升壓電路

110、210‧‧‧升壓控制晶片

130、230‧‧‧電感

150、250、N3‧‧‧電晶體

170‧‧‧電阻

270‧‧‧二極體

290‧‧‧電容

310‧‧‧切換模組

330‧‧‧轉換模組

350‧‧‧比較模組

N1、N2‧‧‧開關

331‧‧‧轉換器

333‧‧‧轉換單元

R1、R2、R3‧‧‧電阻

370‧‧‧靜電放電保護模組

335‧‧‧電源切斷模組

390‧‧‧電壓產生模組

391‧‧‧限流單元

第1圖為習知升壓電路之示意圖。

第2A圖為本發明之升壓電路之一可能實施例。

第2B圖為本發明之升壓電路之另一可能實施例。

第3A圖為本發明之升壓控制晶片之一可能實施例。

第3B圖為本發明之升壓控制晶片之另一可能實施例。

200‧‧‧升壓電路

210‧‧‧升壓控制晶片

230‧‧‧電感

250‧‧‧N型電晶體

Claims (22)

1. 一種升壓控制晶片，可耦接一電感以及一N型電晶體，並包括：一第一接腳，用以接收一操作電壓，並可連接該電感之一端；一第二接腳，用以接收一第一電壓，並可耦接該電感之另一端以及該N型電晶體之汲極；以及一第三接腳，可耦接該N型電晶體之閘極，該N型電晶體之源極直接連接一接地電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之升壓控制晶片，其中該第二接腳更可耦接一二極體之陽極，該二極體之陰極耦接一電容，該電容之另一端接收該接地電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之升壓控制晶片，更包括：一切換模組，傳送該第一電壓或是該接地電壓；一轉換模組，當該切換模組傳送該第一電壓時，將該第一電壓轉換成一第二電壓；以及一比較模組，將該第二電壓與一調整電壓作比較，並根據比較結果，決定是否透過該第三接腳，導通該N型電晶體。
4. 如申請專利範圍第3項所述之升壓控制晶片，其中當該N型電晶體被導通時，該切換模組傳送該第一電壓，當該N型電晶體不被導通時，該切換模組傳送該接地電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之升壓控制晶片，其中該切換模組包括： 一第一開關，根據一第一控制信號，傳送該第一電壓；以及一第二開關，根據一第二控制信號，傳送該接地電壓，該第一及第二控制信號為互補信號。
6. 如申請專利範圍第3項所述之升壓控制晶片，其中該轉換模組包括：一轉換器，將該第一電壓轉換成一電流信號；以及一轉換單元，將該電流信號轉換成該第二電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之升壓控制晶片，其中該轉換單元包括：一第一電阻；一第二電阻；以及一電晶體，與該第一及第二電阻串聯於一預設電壓與該接地電壓之間，其中該第二電壓等於該預設電壓減去該第二電阻的電壓。
8. 如申請專利範圍第3項所述之升壓控制晶片，更包括一電壓產生模組，用以產生該調整電壓(VADJ)，該電壓產生模組包括：一電阻，耦接於一預設電壓；以及一限流單元，提供一第一電流或一第二電流或其組合予該電阻。
9. 如申請專利範圍第8項所述之升壓控制晶片，其中VADJ=AVDD-(I*R)，其中VADJ為該調整電壓，AVDD為該預設電壓，I為流經該電阻之電流，R為該電阻之阻抗。
10. 如申請專利範圍第3項所述之升壓控制晶片，更包 括一靜電放電保護模組，耦接於該第二接腳與該切換模組之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之升壓控制晶片，其中該靜電放電保護模組係為一電阻。
12. 一種升壓電路，包括：一升壓控制晶片，具有一第一接腳，一第二接腳以及一第三接腳，該第一接腳接收一操作電壓，該第二接腳接收一第一電壓；一電感，一端連接該第一接腳，另一端耦接該第二接腳；以及一N型電晶體，具有一閘極、一源極以及一汲極，該閘極耦接該第三接腳，該源極直接連接一接地電壓，該汲極耦接該第二接腳。
13. 如申請專利範圍第12項所述之升壓電路，更包括：一二極體，其陽極耦接該汲極；以及一電容，耦接於該二極體之陰極與該接地電壓之間，其中該操作電壓大於該接地電壓。
14. 如申請專利範圍第12項所述之升壓電路，其中該升壓控制晶片包括：一切換模組，傳送該第一電壓或是該接地電壓；一轉換模組，當該切換模組傳送該第一電壓時，將該第一電壓轉換成一第二電壓；以及一比較模組，將該第二電壓與一調整電壓作比較，並根據比較結果，決定是否導通該N型電晶體。
15. 如申請專利範圍第14項所述之升壓電路，其中當該 N型電晶體被導通時，該切換模組傳送該第一電壓，當該N型電晶體不被導通時，該切換模組傳送該接地電壓。
16. 如申請專利範圍第15項所述之升壓電路，其中該切換模組包括：一第一開關，根據一第一控制信號，傳送該第一電壓；以及一第二開關，根據一第二控制信號，傳送該接地電壓，該第一及第二控制信號為互補信號。
17. 如申請專利範圍第14項所述之升壓電路，其中該轉換模組包括：一轉換器，將該第一電壓轉換成一電流信號；以及一轉換單元，將該電流信號轉換成該第二電壓。
18. 如申請專利範圍第17項所述之升壓電路，其中該轉換單元包括：一第一電阻；一第二電阻；以及一電晶體，與該第一及第二電阻串聯於一預設電壓與該接地電壓之間，其中該第二電壓等於該預設電壓減去該第二電阻的電壓。
19. 如申請專利範圍第14項所述之升壓電路，其中該升壓控制晶片更包括一電壓產生模組，用以產生該調整電壓，該電壓產生模組包括：一電阻，耦接於一預設電壓；以及一限流單元，提供一第一電流或一第二電流或其組合予該電阻。
20. 如申請專利範圍第19項所述之升壓電路，其中VADJ=AVDD-(I*R)，其中VADJ為該調整電壓，AVDD為該預設電壓，I為流經該電阻之電流，R為該電阻之阻抗。
21. 如申請專利範圍第14項所述之升壓電路，其中該升壓控制晶片更包括一靜電放電保護模組，耦接於該第二接腳與該切換模組之間。
22. 如申請專利範圍第21項所述之升壓電路，其中該靜電放電保護模組係為一電阻。