TWI412218B - 昇壓型ｄｃ-ｄｃ及具有昇壓型ｄｃ-ｄｃ的半導體裝置 - Google Patents
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Description
本發明係一種關於具有將輸入電力變換成比輸入電力之電壓還高之電壓的輸出電力之昇壓型DC－DC半導體裝置，特別是關於具有當該昇壓型DC－DC一旦起動時，該昇壓型DC－DC，係以該輸出電力來動作之方式所構成之昇壓型DC－DC的半導體裝置。
圖3，係具有習知之昇壓型DC－DC的半導體裝置。
如圖3所示，以將電源101及電源101之電力變換成更高電壓之昇壓電力的昇壓電路102、肖特基二極體304、以及以昇壓電力動作之負載103所構成，肖特基二極體304係以從昇壓電路102之輸入端子111往昇壓電路102之電源端子102之方向為順向的方式，設置於昇壓電路102之輸入端子111與昇壓電路102之電源端子112之間，此外昇壓電路102之輸出端子113，係連接於昇壓電路102之電源端子112與負載103所構成。
藉由以上之構成，昇壓電路102起動時，因輸入昇壓電路102之輸入端子111的電源101之電力，係透過肖特基二極體304輸入於昇壓電路102之電源端子112，昇壓電路102開始準備起動。接著，昇壓電路102於是起動，當昇壓電路102之輸出端子113產生了昇壓電力時，昇壓電路102，係以將此昇壓電力送回昇壓電路102之電源端子110，而可使昇壓動作持續。當然，此昇壓電力，係藉由肖特基二極體304之整流作用，而不會往電源101逆流。但是，如上述，當欲起動昇壓電路102時，因電源101之電壓為透過肖特基二極體304供給昇壓電路102之電源端子112，故若未能輸入比昇壓電路102最低起動電壓還高之包含肖特基二極體304之順向壓降電壓(此後簡稱為Vf)之部分的話，昇壓電路102係無法起動，進一步當昇壓電路102起動，負載103若動作時，Vf會更增加，從昇壓電路102之輸入端子111到昇壓電路102之電源端子112間，寄生阻抗等以串聯存在時，若不輸入更高之電源電壓，昇壓電路102係無法起動。
因此，習知之昇壓型DC－DC，在專利文獻1中，係在上述構成之昇壓型DC－DC之昇壓電路102之輸出端子113與負載103間，設置切換元件，在昇壓電路102起動之際，將此切換元件關閉，消除因負載103之動作所造成Vf的增加，即使些許也想以較低電壓之電源電壓的方式來起動昇壓電路102。
【專利文獻1】日本特開平5－304765
如上述，存在著為了起動習知之昇壓型DC－DC，除內部之昇壓電路可起動之電壓外，若不輸入加上肖特基二極體304之Vf部分之電源電壓時，則無法起動之課題。
為解決上述課題，本發明之第一手段，其構成係具有：供給電力之電源；將該電力變換為比該電力之電壓還高之電壓的昇壓電力之昇壓電路；以該昇壓電力動作之負載；設置於該電源與該昇壓電路之電源端子之間，以控制供給該昇壓電路之該電力的切換元件；蓄積該電力作為蓄電電力，即使供給該昇壓電路之電源端子之該電力中斷，亦可使該昇壓電路以該蓄電電力於既定時間動作之蓄電電容；及檢測該昇壓電路之電源端子之電壓，按照該電壓的檢測結果，控制切換元件之開啟/關閉之電壓檢測電路，該昇壓電路，係以透過該切換元件所供給之該電力，或將該昇壓該電力輸入該電源端子來動作、該電壓檢測電路，係該昇壓電路之電源端子在比該昇壓電路可動作之電壓高的第1電壓以上時，使已開啟之該切換元件關閉，一旦使該切換元件關閉後，該昇壓電路之電源端子之電壓在該昇壓電路可動作之電壓以上且直到未滿該第1電壓之第2電壓以下為止，不使已關閉之該切換元件開啟，此外一旦使該切換元件開啟後，昇壓電路之電源端子之電壓直到變成第1電壓以上為止，不使已開啟之該切換元件關閉。
藉由上述構成，相較於前述習知之昇壓型DC－DC，可實現以低電壓之電源電壓來起動之昇壓型DC－DC。接著，第二手段，其構成係具有：供給電力之電源；將該電力變換為比該電力之電壓還高之電壓的昇壓電力之昇壓電路；以該昇壓電力動作之負載；設置於該電源與該昇壓電路之電源端子間，以控制供給該昇壓電路之電源端子之該電力的切換元件；蓄積該電力作為蓄電電力，即使供給該昇壓電路之電源端子之該電力中斷，亦可使該昇壓電路以該蓄電電力於既定時間動作之蓄電電容；檢測該昇壓電路之電源端子之電壓，按照該電壓的檢測結果，以控制切換元件之開啟/關閉之電壓檢測電路，該昇壓電路，係以透過該切換元件所供給之該電力，或將該昇壓電力輸入該電源端子來動作、該電壓檢測電路，係該昇壓電路之電源端子在比該昇壓電路可動作之電壓高的第1電壓以上時，使已開啟之該切換元件關閉，一旦使該切換元件關閉後，在既定時間不使已關閉之該切換元件開啟。
藉由上述構成，與第一手段相同地，相較於前述習知之昇壓型DC－DC，可實現以低電壓之電源電壓來起動之昇壓型DC－DC。
又，第三手段，其構成係具有：供給電力之電源；將該電力變換為比該電力之電壓還高之電壓的昇壓電力之昇壓電路；以該昇壓電力動作之負載；設置於該電源與該昇壓電路之電源端子間，以控制供給該昇壓電路之電源端子之該電力的切換元件；蓄積該電力作為蓄電電力，即使供給該昇壓電路之電源端子之該電力中斷，亦可使該昇壓電路以該蓄電電力於既定時間動作之蓄電電容；檢測該昇壓電路之內部振盪電路之時脈信號所輸出之時脈輸出端子之時脈信號的頻率，且按照該時脈信號之頻率來控制切換元件之開啟/關閉之時脈檢測電路，該昇壓電路，係以透過該切換元件所供給之該電力，或將該昇壓該電力輸入該電源端子來動作、該時脈檢測電路，係該時脈信號的頻率在比該昇壓電路可產生該昇壓電力之頻率高的第1頻率以上時，將已開啟之該元件關閉，一旦將該切換元件關閉後，該時脈信號的頻率在該昇壓電路可產生該昇壓電力之頻率高的第1頻率以上，且低於未滿該第1頻率之第2頻率為止，不使已關閉之該元件開啟，此外一旦將該切換元件開啟後，直到該時脈信號的頻率變成該第1頻率以上為止，不使已開啟之該切換元件關閉。
藉由上述構成，相較於前述習知之昇壓型DC－DC，當然可實現以低電壓之電源電壓來起動之昇壓型DC－DC，亦可實現比該第一及第二手段之昇壓型DC－DC更低電壓之電源電壓來起動的昇壓型DC－DC。
接著，第四手段，其構成係具有：供給電力之電源；將該電力變換為比該電力之電壓還高之電壓的昇壓電力之昇壓電路；以該昇壓電力動作之負載；設置於該電源與該昇壓電路之電源端子間，以控制供給該昇壓電路之電源端子之該電力的切換元件；蓄積該電力作為蓄電電力，即使供給該昇壓電路之電源端子之該電力中斷，亦可使該昇壓電路以該蓄電電力於既定時間動作之蓄電電容；檢測該昇壓電路之內部振盪電路之時脈信號所輸出之時脈輸出端子之時脈信號的頻率，且按照該時脈信號之頻率來控制切換元件之開啟/關閉之時脈檢測電路、該昇壓電路，係以透過該切換元件所供給之該電力，或將該昇壓電力輸入該電源端子來動作、該時脈檢測電路，係該時脈信號的頻率在比該昇壓電路可產生該昇壓電力之頻率高的第1頻率以上時，將已開啟之該切換元件關閉，一旦將該切換元件關閉後，不使在既定時間已關閉之該切換元件開啟。
藉由上述構成，相較於前述習知之昇壓型DC－DC，當然可實現以低電壓之電源電壓來起動之昇壓型DC－DC，亦可實現與前述第三手段之昇壓型DC－DC大致相同低電壓之電源電壓來起動的昇壓型DC－DC。
如以上所說明，本發明之昇壓型DC－DC，比習知之昇壓型DC－DC，係可以低電壓之電源電壓來起動。
以圖1來顯示本發明之第一實施例之具有昇壓型DC－DC的半導體裝置。
如圖1所示，取代習知之昇壓型DC－DC之構成所使用之肖特基二極體，而設置P通道型MOS(金屬氧化半導體)電晶體(此後簡稱為PMOS)104作為切換元件、此外追加之構成係：檢測習知昇壓型DC－DC構成中之昇壓電路102之電源端子112的電壓，並按照此檢測結果來控制PMOS104之開啟/關閉之電壓檢測電路105、對昇壓電路102之電源端子112的電力供給即使中斷，可以所蓄積之電力在既定時間使昇壓電路102動作之蓄電電容106，其構成係：PMOS104以串聯方式連接於昇壓電路102之輸入端子111與昇壓電路102之電源端子112之間、昇壓電路102之輸出端子113，係連接於昇壓電路102之電源端子112與負載103、蓄電電容106，係連接於昇壓電路102之電源端子112與GND(接地)端子之間。此外，進一步電壓檢測電路105，係具有遲滯之構成，其係昇壓電路102之電源端子112的電壓在比昇壓電路102能起動之最低電壓高0.05V左右的第一電壓以上時，將PMOS104關閉，且一旦將PMOS104關閉後，昇壓電路102之電源端子112之電壓，不比該第一電壓更低0.05V左右時，不使PMOS104開啟。
其次，上述構成之本發明之第一實施例的動作，係首先輸入昇壓電路102之輸入端子111之電源101之電壓較低，昇壓電路102之電源端子112達不到能起動昇壓電路102之既定電壓時，電壓檢測電路105，係使PMOS104開啟。因此，與電源101電壓相同之電壓供給昇壓電路102之電源端子112。
接著，電源101之電壓上昇，因昇壓電路102之輸入端子111之電壓上昇，昇壓電路102之電源端子112之電壓也上昇，當昇壓電路102之電源端子112之電壓上昇至比能起動昇壓電路102之最低電壓高0.05V左右的第一電壓以上時，電壓檢測電路105則將PMOS104關閉。因此，雖然從電源101往昇壓電路102之電源端子112之電力供給中斷，但藉由蓄電電容106之蓄電電力，昇壓電路102在暫時之間可持續起動動作，昇壓電路102之電源端子112在比該第一電壓更低0.05V左右，電壓檢測電路105將PMOS104開啟前，產生昇壓電力。又，此昇壓電力，因PMOS104係關閉中，故不會往電源101逆流。因此，昇壓電路102之輸出端子113與電源端子112，係上昇至負載103可動作之電壓為止，且負載103可使動作開始，因昇壓電路102以昇壓電力可使動作持續，故一旦產生昇壓電力，即使電源101之電壓降至比昇壓電路102之可起動電壓還低，只要從電源101所供給之電力是在昇壓電力之電壓可維持昇壓電路102之起動電壓以上之電力時，則昇壓電路102，係可持續產生昇壓電力。
因此，習知之昇壓型DC－DC，係須要使輸入電壓上昇至不只是內部之昇壓電路可起動之電壓，還要包含肖特基二極體之Vf電壓(0.15V~0.3V)部分。本發明之第一實施例之昇壓型DC－DC，係只要使輸入電壓上昇至內部之昇壓電路可起動之電壓高0.05V左右。換言之，本發明之第一實施例之昇壓型DC－DC比習知之昇壓型DC－DC，可使起動電壓降低0.1~0.25V左右。
此外，在上述第一實施例中，敘述了電壓檢測電路係具有遲滯之情形，當然以PMOS一旦關閉後暫時不開啟的方式設置延遲時間來代替此遲滯，在此延遲時間內使昇壓電路起動之方法亦可。
又，昇壓電路，當然使用線圈或變壓器之型式、或使用電容器之型式皆可。
將本發明之第二實施例之具有昇壓型DC－DC的半導體裝置顯示於圖2。
如圖2所示，其構成係設置圖1所示之第一實施例之昇壓型DC－DC之昇壓電路102、為了取代電壓檢測電路105，在圖1所示之昇壓電路102中，追加輸出昇壓電路102之內部振盪電路之時脈信號之時脈輸出端子114之昇壓電路202、以及時脈檢測電路205其係從昇壓電路202之時脈輸出端子114所輸出之時脈信號，若在比昇壓電路202可產生昇壓電力之頻率稍高之頻率的第一頻率以上時，將PMOS104關閉，此時脈信號之頻率未滿昇壓電路202可產生昇壓電力之頻率時，將PMOS104開啟，其他之構成或動作，係與該圖1所示之第一實施例完全相同。
本發明之第二實施例之昇壓型DC－DC，係藉由上述構成，在使用該第一實施例之電壓檢測電路時，因昇壓電路以該昇壓電路之電源電壓間接地檢測轉變為昇壓電路可起動時之時脈頻率，檢測精度不佳，故須擴大檢測電壓之裕度，有因為此裕度部分使昇壓電路之起動電壓提高之問題，而使用時脈檢測電路之昇壓電路因直接檢測時脈頻率，檢測精度較佳，該第二實施例比前面第一實施，少了該裕度之部分，可以更低輸入電壓起動昇壓電路的方式來設定，其結果為可更降低昇壓型DC－DC之起動電壓。
此外，在該第二實施例中，敘述了時脈檢測電路係於欲檢測之時脈頻率設置遲滯之情形，當然亦可以PMOS一旦關閉後暫時不開啟的方式設置延遲時間來代替此遲滯，而在此延遲時間內使昇壓電路起動之方法。
又，昇壓電路，當然使用線圈或變壓器之型式、或使用電容器之型式皆可。
本發明之昇壓型DC－DC，係可有效利用於將電壓低之電源之電力變換成負載可動作之電壓的電力。特別是在最近受到注目之燃料電池或太陽電池等自然能源發電之電源，因小型化故所輸出之電壓逐漸降低，可有效利用於在將此種電源之電力變換成負載可動作之電壓的電力之情形。
101．．．電源
102，202．．．昇壓電路
103．．．負載
104．．．PMOS(P通道型金屬氧化半導體)
105．．．電壓檢測電路
106．．．蓄電電容
205．．．時脈檢測電路
304．．．肖特基二極體
[圖1]係顯示本發明之第一實施例之具有昇壓型DC－DC的半導體裝置之圖。
[圖2]係顯示本發明之第二實施例之具有昇壓型DC－DC的半導體裝置之圖。
[圖3]係顯示習知之具有昇壓型DC－DC的半導體裝置之圖。
101．．．電源
102．．．昇壓電路
103．．．負載
104．．．PMOS(P通道型金屬氧化半導體)
105．．．電壓檢測電路
106．．．蓄電電容
111．．．輸入端子
112．．．電源端子
113．．．輸出端子
Claims (10)
- 一種半導體裝置，係具有：電源，其係供給電力；昇壓電路，其係具有從該電源輸入電力的輸入端子、及電源輸入端子、及對負載輸出昇壓電力的輸出端子，使從該電源輸入的電力昇壓；切換元件，其係被連接於該電源與該昇壓電路的電源輸入端子之間；蓄電電容，其係一方的端子與該昇壓電路的電源輸入端子及輸出端子連接，另一方的端子與GND連接；及電壓檢測電路，其係按照檢測出該昇壓電路的電源輸入端子的電壓的結果，開啟/關閉該切換元件，控制是否對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該電源的電力。
- 如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置，其中，該電壓檢測電路係具有檢測出比該昇壓電路可動作之電壓高的第2電壓，以及比該第2電壓高之第1電壓的功能。
- 如申請專利範圍第2項所記載之半導體裝置，其中，該電壓檢測電路係具有在檢測出該第1電壓以上時，以能夠對昇壓電路的電源輸入端子輸入該昇壓電力之方式，控制該切換元件，直到檢測出該第2電壓以下為止，保持該切換元件之狀態的功能。
- 如申請專利範圍第2項所記載之半導體裝置，其中，該電壓檢測電路係具有在檢測出該第2電壓以下時，以能夠對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該電源的電力之方式，控制該切換元件，直到檢測出該第1電壓以上為止，保持該切換元件之狀態的功能。
- 如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置，其中，該電壓檢測電路係具有在檢測出該第1電壓以上時，以能夠對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該昇壓電力之方式，控制該切換元件，然後，在既定時間保持該切換元件之狀態的功能。
- 一種半導體裝置，係具有：電源，其係供給電力；昇壓電路，其係具有從該電源輸入電力的輸入端子、及電源輸入端子、及對負載輸出昇壓電力的輸出端子，及輸出依昇壓狀態而變化的時脈信號的時脈輸出端子，使從該電波輸入的電力昇壓；切換元件，其係被連接至該電波與該昇壓電路的電源輸入端子之間；蓄電電容，其係一方的端子與該昇壓電路的電源輸入端子及輸出端子連接，另一方的端子與GND連接；及時脈檢測電路，其係被連接至該昇壓電路的時脈輸出端子，按照檢測出該時脈輸出端子的時脈信號的頻率，開啟/關閉切換元件，控制是否對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該電源的電力。
- 如申請專利範圍第6項所記載之半導體裝置，其中，該時脈檢測電路係具有檢測出比該昇壓電路所可產生該昇壓電力之頻率高的第2頻率，以及比該第2頻率高之第1頻率的功能。
- 如申請專利範圍第7項所記載之半導體裝置，其中，該時脈檢測電路係具有在檢測出該第1頻率以上時，以能夠對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該昇壓電力之方式，控制該切換元件，直到檢測出該第2頻率以下為止，保持該切換元件之狀態的功能。
- 如申請專利範圍第7項所記載之半導體裝置，其中，該時脈檢測電路係具有在檢測出該第2頻率以下時，以能夠對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該電源的電力之方式，控制該切換元件，直到檢測出該第1頻率以上為止，保持該切換元件之狀態的功能。
- 如申請專利範圍第6項所記載之半導體裝置，其中，該時脈檢測電路係具有在檢測出該第1頻率以上時，以能夠對該昇壓電路的電源輸入端子輸入該昇壓電力之方式，控制該切換元件，然後，在既定時間保持該切換元件之狀態的功能。
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