TWI577122B - 電荷幫浦電路及使用其的馬達驅動電路 - Google Patents

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Description

電荷幫浦電路及使用其的馬達驅動電路
本發明係關於一種電荷幫浦電路及使用其的馬達驅動電路，且特別是一種高效率的電荷幫浦電路，以及使用其的馬達驅動電路。
隨著科技的進步，馬達已成為資訊社會不可或缺的電子裝置。常見的馬達例如直流馬達、交流馬達、步進馬達等，已被普便應用於驅動風扇。
目前的馬達驅動電路中普遍需要一組供電電路，以供應電壓給馬達驅動電路中的各個元件。接著馬達驅動電路透過上橋開關與下橋開關改變馬達轉子或定子的極性，使得馬達持續運轉。常見的作法大致可分成自舉升壓電路(Bootstrap Circuit)與電荷幫浦電路(Charge Pump Circuit)。
自舉升壓電路中往往需要至少一個自舉升壓二極體與至少一個自舉升壓電容，以對應地控制上橋開關與下橋開關。當馬達的相數(例如馬達為三相馬達)越多，則自舉升壓電路需要設置越多的自舉升壓二極體與自舉升壓電容，使得自舉升壓電路的製造成本與晶片面積提升。此外，自舉升壓電路的運作原理仰賴上橋開關與下橋開關依序導通。換言之，使用自舉升壓電路的馬達驅動電路無法做到持續地導通上橋開關或下橋開關。因此，目前的馬達驅動電路多以電荷幫浦電路為主。
請參閱圖1，圖1是傳統的電荷幫浦電路的電路圖。傳統的電荷幫浦電路包括第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3、第四電晶體M1_4、第一電容C1_1以及第二電容C1_2。第一電晶體M1_1耦接於第二電晶體M1_2，且第一電晶體M1_1接收第一供應電壓VCC1。第三電晶體M1_3耦接於第四電晶體M1_4，且第三電晶體M1_3接收第二供應電壓VCC2。第一電容C1_1的一端耦接於第一電晶體M1_1與第二電晶體M1_2之間，而第一電容C1_1的另一端耦接於第三電晶體M1_3與第四電晶體M1_4之間。第二電容C1_2耦接於第四電晶體M1_4以及輸出端Vo。
在電荷幫浦電路開始運作時，第一電晶體M1_1與第四電晶體M1_4截止，且第二電晶體M1_2與第三電晶體M1_3導通。此時，電流透過第三電晶體M1_3與第一電容C1_1流向第二電晶體M1_2。第一端點N1_1的電壓為0，而第二端點N1_2的電壓為VCC2。換言之，第一電容C1_1開始充電，直到第一電容C1_1的跨壓為VCC2。在第一電容C1_1完成充電後，第一電晶體M1_1與第四電晶體M1_4導通，且第二電晶體M1_2與第三電晶體M1_3截止。此時，電流透過第一電晶體M1_1與第一電容C1_1流向第四電晶體M1_4。第一端點N1_1的電壓為VCC1，而第二端點N1_2的電壓為(VCC1+VCC2)。換言之，第一電容C1_1開始對第二電容C1_2充電，直到第二電容C1_2的跨壓為(VCC1+VCC2)。
然而，傳統的電荷幫浦電路存在著幾個缺點。首先，當電荷幫浦電路工作於高壓環境下，第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4需要使用可以承受高電壓的高壓元件。舉例來說，VCC1為24V，VCC2為5V。在第一電容C1_1開始充電時，根據電流的流向，第一電晶體M1_1與第四電晶體M1_4的跨壓為24V。另一方面，在第二電容C1_2開始充電時，第二電晶體M1_2與第三電晶體M1_3的跨壓同樣為 24V。因此，第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4需要使用高壓元件，才可以承受24V的電壓。
另外，第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4包括了導通電阻。導通電阻的電阻值越小，第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4的跨壓就越小，且實際提供給第一電容C1_1與第二電容C1_22的電流越大。為了將導通電阻的電阻值降低，第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4的面積需增加。然而，增加第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4的面積不僅會造成電路的整體面積增加，亦會造成第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4需要更長時間的預驅動(Pre-drive)，使得第一電晶體M1_1、第二電晶體M1_2、第三電晶體M1_3以及第四電晶體M1_4難以驅動。
本發明實施例提供一種電荷幫浦電路。所述電荷幫浦電路包括電壓輸入模組以及開關電晶體模組。開關電晶體模組耦接於第一電容、第二電容與電壓輸入模組。開關電晶體模組係由複數個低壓元件所組成。電壓輸入模組用以提供輸入電壓。開關電晶體模組用以接收供應電壓與輸入電壓，並對第一電容與第二電容充電。供應電壓與輸入電壓間具有電壓差。於第一充電期間，開關電晶體模組對第一電容充電，使第一電容的跨壓為所述電壓差。於第二充電期間，開關電晶體模組對第二電容充電，使第二電容的跨壓為供應電壓與所述電壓差之總和。開關電晶體模組對第二電容進行充電的頻率高於第二電容供電至橋式電路的頻率，且橋式電路之上橋開關係N型金氧半場效電晶體。
本發明實施例提供一種馬達驅動電路，用以驅動一馬達。所述馬達驅動電路包括電荷幫浦電路以及至少一橋式電路。電荷幫浦電路包括電壓輸入模組以及開關電晶體模組。橋式電路包括上橋開關與下橋開關，且上橋開關係N型金氧半場效電晶體。開關電晶體模組係由複數個低壓元件所組成。橋式電路耦接於電荷幫浦電路。開關電晶體模組耦接於第一電容、第二電容與電壓輸入模組。電壓輸入模組用以提供輸入電壓。開關電晶體模組用以接收供應電壓與輸入電壓，並對第一電容與第二電容充電。供應電壓與輸入電壓間具有電壓差。於第一充電期間，開關電晶體模組對第一電容充電，使第一電容的跨壓為所述電壓差。於第二充電期間，開關電晶體模組對第二電容充電，使第二電容的跨壓為供應電壓與所述電壓差之總和。開關電晶體模組對第二電容進行充電的頻率高於第二電容供電至橋式電路的頻率。
綜上所述，本發明實施例所提供之電荷幫浦電路以及使用其的馬達驅動電路，可以提供穩定的電壓給橋式電路，使得上橋開關與下橋開關可以被完全導通。此外，電荷幫浦電路係由複數個低壓元件所組成，故電荷幫浦電路的面積可以減少，且電荷幫浦電路在切換過程中產生的切換雜訊也被降低，使得馬達的運轉效率提升。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1、7、8‧‧‧馬達驅動電路
10、70、80‧‧‧電荷幫浦電路
11、71、81‧‧‧脈衝寬度調變信號產生器
12‧‧‧橋式電路
72、82‧‧‧第一橋式電路
73、83‧‧‧第二橋式電路
84‧‧‧第三橋式電路
100‧‧‧開關電晶體模組
101‧‧‧電壓輸入模組
120‧‧‧切換控制模組
1200‧‧‧電位平移單元
1201‧‧‧反相器
1202‧‧‧電流鏡
△V‧‧‧電壓差
Vo‧‧‧輸出端
M1_1、M1‧‧‧第一電晶體
M1_2、M2‧‧‧第二電晶體
M1_3、M3‧‧‧第三電晶體
M1_4、M4‧‧‧第四電晶體
M6‧‧‧第六電晶體
M7‧‧‧第七電晶體
C1_1、C1‧‧‧第一電容
C1_2、C2‧‧‧第二電容
N1_1、N1‧‧‧第一端點
N1_2、N2‧‧‧第二端點
VCC1‧‧‧第一供應電壓
VCC2‧‧‧第二供應電壓
VCC‧‧‧供應電壓
PWM、PWM’‧‧‧脈衝寬度調變信號
i1‧‧‧第一電流
i2‧‧‧第二電流
OPA‧‧‧負回授放大器
UG‧‧‧上橋開關
LG‧‧‧下橋開關
IS‧‧‧電流源
S501、S502‧‧‧曲線
圖1是傳統的電荷幫浦電路的電路圖。
圖2是本發明實施例提供之馬達驅動電路的系統方塊圖。
圖3A是本發明實施例提供之電荷幫浦電路於第一充電期間的電路示意圖。
圖3B是本發明實施例提供之電荷幫浦電路於第二充電期間的電路示意圖。
圖4是本發明實施例提供之電壓輸入模組的電路示意圖。
圖5是本發明實施例提供之第二電容的電壓變化圖。
圖6是本發明實施例提供之橋式電路的電路示意圖。
圖7A~7B是本發明其他實施例提供之馬達驅動電路的系統方塊圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
請參閱圖2，圖2是本發明實施例提供之馬達驅動電路的系統方塊圖。馬達驅動電路1用以驅動一馬達(未繪於圖式中)，且包括電荷幫浦電路10、脈衝寬度調變信號產生器11以及至少一橋式電路12。電荷幫浦電路10與脈衝寬度調變信號產生器11分別耦接於橋式電路12。馬達例如為單相馬達、雙相馬達或是三相馬達，本發明並不對此作限制。橋式電路12的數量會根據馬達的相數而有所改變。為方便說明，本實施例係以單相馬達為例，故馬達驅 動電路1中僅包括一個橋式電路12。
電荷幫浦電路10包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以提供穩定的電壓至橋式電路12。由於電荷幫浦電路10持續提供穩定的電壓至橋式電路12，橋式電路12中的上橋開關與下橋開關(圖2未繪示)可以被完全導通(Fully Turn On)，使得馬達的運轉效率提升。
脈衝寬度調變信號產生器11包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以提供脈衝寬度調變信號PWM至橋式電路12。脈衝寬度調變信號PWM的工作週期(Duty Cycle)可依實際情況與需求而有所變化。
橋式電路12包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以根據脈衝寬度調變信號PWM選擇性地導通上橋開關與下橋開關，以改變馬達之馬達轉子(圖2未繪示)的極性，使得馬達得以運轉。
為了進一步說明電荷幫浦電路10的結構與運作，請參閱圖3A、3B，圖3A是本發明實施例提供之電荷幫浦電路於第一充電期間的電路示意圖。圖3B是本發明實施例提供之電荷幫浦電路於第二充電期間的電路示意圖。電荷幫浦電路10包括開關電晶體模組100以及電壓輸入模組101。開關電晶體模組100耦接於電壓輸入模組101。
開關電晶體模組100包括第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4。第一電晶體M1耦接於第二電晶體M2。第三電晶體M3耦接於第四電晶體M4。值得一提的是，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4均係低壓元件。
以本實施例來說，第一電晶體M1與第四電晶體M4係P型金氧半場效電晶體，而第二電晶體M2與第三電晶體M3係N型金氧半場效電晶體。然而，本發明並不以此為限。所屬技術領域具有通常知識者在參閱下述之開關電晶體模組100的運作流程後， 應能依實際需求自行設計開關電晶體模組100之結構。
第一電晶體M1的源極接收供應電壓VCC(例如為24V)，且第一電晶體M1的汲極耦接於第一端點N1。第二電晶體M2的源極耦接於電壓輸入模組101，且第二電晶體M2的汲極耦接於第一端點N1。第三電晶體M3的源極接收供應電壓VCC，且第三電晶體M3的汲極耦接於第二端點N2。第四電晶體M4的源極耦接於輸出端V0，且第四電晶體M4的汲極耦接於第二端點N2。第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4的閘極則分別耦接於一控制器(圖3A、3B未繪示)，以接收控制器輸出的控制信號。
此外，電荷幫浦電路10還包括第一電容C1與第二電容C2。第一電容C1的第一端耦接於第一端點N1，且第一電容C1的第二端耦接於第二端點N2。第二電容C2的第一端耦接於第四電晶體M4的源極，且第二電容C2的第二端接地。
需注意的是，於本實施例中，第一電容C1與第二電容C2係設置於開關電晶體模組100的外部。然而，本發明並不限定於此。於其他實施例中，第一電容C1與第二電容C2亦可設置於開關電晶體模組100中而一體成型為一晶片。
開關電晶體模組100用以接收供應電壓VCC，以提供穩定的電壓至第一電容C1與第二電容C2。
電壓輸入模組101包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以提供輸入電壓至開關電晶體模組100。輸入電壓與供應電壓VCC間存在一電壓差△V(例如為5V)。以本實施例來說，輸入電壓的電壓值可表示為VCC-△V。
請參閱圖4，圖4是本發明實施例提供之電壓輸入模組的電路示意圖。電壓輸入模組101包括負回授放大器OPA。負回授放大器OPA的非反向端接收電壓值為VCC-△V的電壓。負回授放大器OPA的反向端耦接於負回授放大器OPA的輸出端。此外，負回授 放大器OPA的輸出端還耦接於前述之第二電晶體的源極。如此一來，電壓輸入模組101便可提供電壓值為VCC-△V的電壓給開關電晶體模組100。
需注意的是，於本實施例中，負回授放大器OPA的非反向端係接收電壓值為VCC-△V的電壓，然而，本發明並不以此為限。於其他實施例中，負回授放大器OPA的非反向端所接收的電壓的電壓值可依實際需求而改變，使得電壓輸入模組101提供的電壓適合低壓元件運作。
此外，於其他實施例中，負回授放大器OPA的輸出端還耦接於第五電晶體(圖4未繪示)，以形成源極跟隨器。第五電晶體例如為P型金氧半場效電晶體。第五電晶體的源極耦接於前述之第二電晶體M2的源極，且第五電晶體的汲極接地。如此一來，電荷幫浦電路10內流動的電流將不會影響負回授放大器OPA。
電壓輸入模組101用以適當地提供輸入電壓至開關電晶體模組100。需注意的是，前述之電壓輸入模組101的結構僅為舉例說明，並非用以限制本發明。於其他實施例中，電壓輸入模組101亦可以是不同結構與組成，只要電壓輸入模組101可以提供輸入電壓至開關電晶體模組100即可。
復參閱圖3A，於第一充電期間，第一電晶體M1與第四電晶體M4截止，且第二電晶體M2與第三電晶體M3導通。此時，第一端點N1的電壓為VCC-△V，而第二端點N2的電壓為VCC。第一電流i1透過第三電晶體M3與第一電容C1流向第二電晶體M2(如圖3A所示)。接著，第一電容C1開始充電，直到第一電容的跨壓達到△V。
於第一充電期間，第一電晶體M1的跨壓為VCC-(VCC-△V)，即第一電晶體M1所承受的電壓為△V。另一方面，假設第二電容C2已儲存了足夠的電荷，代表第二電容C2的跨壓為VCC+△V。此時，第四電晶體M4的跨壓為(VCC+△V)-VCC，即第四電晶體 M4所承受的電壓同樣為△V。
復參閱圖3B，於第二充電期間，第一電晶體M1與第四電晶體M4導通，且第二電晶體M2與第三電晶體M3截止。此時，第一端點N1的電壓為VCC，而第二端點N2的電壓為VCC+△V。第二電流i2透過第一電晶體M1與第一電容C1流向第四電晶體M4(如圖3B所示)。接著，第二電容C2開始充電，直到第二電容的跨壓達到VCC+△V。
於第二充電期間，第二電晶體M2的跨壓為VCC-(VCC-△V)，即第二電晶體M2所承受的電壓為△V。另一方面，由於第二端點N2的電壓為VCC+△V。此時，第三電晶體M3的跨壓為(VCC+△V)-VCC，即第三電晶體M3所承受的電壓同樣為△V。
根據以上內容可知，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4只要能承受△V的電壓即可。換句話說，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4可以使用低壓元件，而不需要使用高壓元件。由於低壓元件的面積比高壓元件來的小，電荷幫浦電路10的面積可以被減少。
此外，由於第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4為低壓元件，意味著第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4的寄生電容變小，進而使得第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4不需要太長時間的預驅動(Pre-drive)。換句話說，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4的導通延遲(Delay)降低。如此一來，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4的切換頻率可以被提高。
電荷幫浦電路10對第一電容C1與第二電容C2充電的頻率相關於第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四 電晶體M4的切換頻率。第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4的切換頻率提高，意味著電荷幫浦電路10對第一電容C1與第二電容C2充電的頻率亦提高。如此一來，第二電容C2的跨壓可以保持在VCC+△V。
請參閱圖5，圖5是本發明實施例提供之第二電容的電壓變化圖。圖5之縱軸代表電壓(V)，而橫軸代表時間(微秒)。圖5中提供了兩條曲線。曲線S501係本發明實施例提供之電荷幫浦電路10之第二電容C2的電壓變化曲線，而曲線S502則是傳統的電荷幫浦電路中之第二電容的電壓變化曲線。值得一提的是，傳統的電荷幫浦電路與本發明實施例之電荷幫浦電路10的最大差別在於，傳統的電荷幫浦電路中的電晶體係使用高壓元件，而本發明實施例之電荷幫浦電路10中的電晶體係使用低壓元件。
當第二電容C2透過輸出端V0對橋式電路12供電，第二電容C2的跨壓開始下降。由於本發明實施例之電荷幫浦電路10對第二電容C2充電的頻率很高，代表第二電容C2的跨壓可以在很短的時間內就回到VCC+△V。由曲線S501與曲線S205可知，本發明實施例之第二電容C2的跨壓回到VCC+△V所需的時間比傳統的電荷幫浦電路來的短。
舉例來說，本發明實施例之第二電容C2每50微秒會提供電壓給橋式電路12。電荷幫浦電路10可能每30微秒就對第二電容C2充電。如此一來，第二電容C2每次都會提供足夠的電壓給橋式電路12，使得橋式電路12之上橋開關與下橋開關可以被完全導通，進而提升馬達的運轉效率。
另一方面，由於第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4係使用低壓元件，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3以及第四電晶體M4係使用低壓元件在切換過程中所產生的切換雜訊也可以被減少，使得馬達得以穩定地運轉。
為使本發明實施例更加明確，請參閱圖6，圖6是本發明實施例提供之橋式電路的電路示意圖。橋式電路12包括上橋開關UG、下橋開關LG以及切換控制模組120。上橋開關UG與下橋開關LG分別耦接於切換控制模組120。切換控制模組120耦接於電荷幫浦電路10以及脈衝寬度調變信號產生器(如圖2之脈衝寬度調變信號產生器11)。
上橋開關UG與下橋開關LG的導通情況直接影響馬達之馬達轉子或定子的極性。換言之，上橋開關UG與下橋開關LG的導通情況相關於馬達的運轉狀態。
於本發明實施例之使用電荷幫浦電路的馬達驅動電路中，上橋開關係N型金氧半場效電晶體，而下橋開關亦為N型金氧半場效電晶體。
上橋開關UG的汲極接收供應電壓VCC。上橋開關UG的閘極耦接於切換控制模組120。上橋開關UG的源極耦接於下橋開關LG的汲極。下橋開關LG的閘極接收脈衝寬度調變信號PWM。下橋開關LG的源極接地。
切換控制模組120用以接收脈衝寬度調變信號產生器11輸出的脈衝寬度調變信號PWM，並選擇性地導通上橋開關UG與下橋開關LG。切換控制模組120包括電位平移單元1200、反相器(Inverter)1201、電流鏡1202、第六電晶體M6、第七電晶體M7以及電流源IS。電位平移單元1200耦接於脈衝寬度調變信號產生器11。反相器1201耦接於電位平移單元1200的輸出端與第六電晶體M6的閘極。電流源IS耦接於電荷幫浦電路10的輸出端。第六電晶體M6耦接於電流源IS以及電流鏡1202。第七電晶體M7耦接於電荷幫浦電路10的輸出端、電流鏡1202以及上橋開關UG的閘極，且第七電晶體M7的閘極耦接於電位平移單元1200的輸出端。電流鏡1202耦接於上橋開關UG以及下橋開關LG。
於本實施例中，第六電晶體M6與第七電晶體M7皆為P型金 氧半場效電晶體。然而，本發明並不以此為限。於其他實施例中，第六電晶體M6與第七電晶體M7亦可以皆為N型金氧半場效電晶體。或者，第六電晶體M6與第七電晶體M7可以係P型金氧半場效電晶體與N型金氧半場效電晶體之組合。
電位平移單元1200包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以接收電荷幫浦電路10提供的電壓(如VCC+△V)，並平移脈衝寬度調變信號PWM的邏輯準位。舉例來說，脈衝寬度調變信號PWM的邏輯高準位為5V，且邏輯低準位為0V。經過平移後，電位平移單元1200輸出脈衝寬度調變信號PWM’，其中脈衝寬度調變信號PWM’的邏輯高準位為VCC+5V，且邏輯低準位為VCC。
電流鏡1202包括兩個N型金氧半場效電晶體，且電流鏡1202的電流複製比例為1：N。需注意的是，上述電流鏡1202的結構與組成僅為示意。使用者可依需求自行設計電流鏡1202，本發明不加以限定。
欲導通上橋開關UG時，電位平移單元1200輸出邏輯低準位的脈衝寬度調變信號PWM’，使得第七電晶體M7導通。接著，電荷幫浦電路10之第二電容(圖5未繪示)開始提供電壓給第七電晶體M7，並導通上橋開關UG。
此外，反相器1201將邏輯低準位的脈衝寬度調變信號PWM’轉換成邏輯高準位的脈衝寬度調變信號PWM”，並將邏輯高準位的脈衝寬度調變信號PWM”輸入第六電晶體M6，使得第六電晶體M6截止。
另一方面，下橋電路LG接收邏輯低準位的脈衝寬度調變信號PWM而截止。
欲導通下橋開關LG時，下橋開關LG接收邏輯高準位的脈衝寬度調變信號PWM而開始導通。
此時，電位平移單元1200輸出邏輯高準位的脈衝寬度調變信號PWM’，使得第七電晶體M7截止。另一方面，反相器1201將 邏輯高準位的脈衝寬度調變信號PWM’轉換成邏輯低準位的脈衝寬度調變信號PWM”，使得第六電晶體M6開始導通。接著，電荷幫浦電路10之第二電容開始提供電壓給第六電晶體M6。切換控制模組120透過電流源IS控制流經第六電晶體M6的電流量，使得電流鏡1202接收電流並開始運作使得電流鏡1202接收電流並開始運作。此時，上橋開關UG之閘極的電位下降，使得上橋開關UG截止。透過切換控制模組120控制上橋開關UG的導通狀況以及脈衝寬度調變信號PWM直接控制下橋開關LG，即可驅動馬達運轉。
由前述內容可知，電荷幫浦電路10每次都會提供足夠的電壓給橋式電路12。電荷幫浦電路10之第二電容C2所提供的電壓會直接影響上橋開關UG的導通電壓。因此，上橋開關UG可以被完全導通，使得馬達有效地運用能量。
相反地，第二電容C2所提供的電壓不足將導致上橋開關UG的導通電壓下降，使得上橋開關UG不能完全導通。上橋開關UG不能完全導通將造成馬達的運轉效率下降。也就是說，本發明實施例所提供之電荷幫浦電路10可以讓馬達具有高運轉效率。
需注意的是，本實施例之橋式電路12的結構僅為舉例說明，並非用以限制本發明。所屬技術領域具有通常知識者可依實際情況與需求自行調整橋式電路12之結構。
接著，請參閱圖7A~7B，圖7A~7B是本發明其他實施例提供之馬達驅動電路的系統方塊圖。與圖2提供之馬達驅動電路1驅動的馬達不同的是，圖7A提供之馬達驅動電路7驅動的馬達係雙相馬達，而圖7B提供之馬達驅動電路8驅動的馬達係三相馬達。
馬達驅動電路7包括電荷幫浦電路70、脈衝寬度調變信號產生器71、第一橋式電路72以及第二橋式電路73。第一橋式電路72以及第二橋式電路73分別耦接於電荷幫浦電路70以及脈衝寬度調變信號產生器71。第一橋式電路72以及第二橋式電路73的 結構與作動類似於前述之橋式電路12，於此不再多加冗述。
馬達驅動電路8包括電荷幫浦電路80、脈衝寬度調變信號產生器81、第一橋式電路82、第二橋式電路83以及第三橋式電路84。第一橋式電路82、第二橋式電路83以及第三橋式電路84分別耦接於電荷幫浦電路80以及脈衝寬度調變信號產生器81。第一橋式電路82、第二橋式電路83以及第三橋式電路84的結構與作動同樣類似於前述之橋式電路12，於此不再多加冗述。
馬達驅動電路7、8的運作過程類似於前述之馬達驅動電路1，電荷幫浦電路70、80提供穩定且足夠的電壓給各個橋式電路，該些橋式電路再根據脈衝寬度調變信號PWM導通各自的上橋開關與下橋開關，使得馬達之馬達轉子(圖7A、7B未繪示)的極性改變。
附帶一提，本實施例係以雙相馬達以及三相馬達為例，但並不以此為限。所屬技術領域具有通常知識者在參閱本案說明書後，應能依實際情況與需求調整馬達之相數，並獲得前述之功效。
綜上所述，本發明實施例所提供之電荷幫浦電路以及使用其的馬達驅動電路，可以提供穩定的電壓給橋式電路，使得上橋開關與下橋開關可以被完全導通。此外，電荷幫浦電路係由複數個低壓元件所組成，故電荷幫浦電路的面積可以減少，且電荷幫浦電路在切換過程中產生的切換雜訊也被降低，使得馬達的運轉效率提升。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10‧‧‧電荷幫浦電路
100‧‧‧開關電晶體模組
101‧‧‧電壓輸入模組
△V‧‧‧電壓差
Vo‧‧‧輸出端
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
M3‧‧‧第三電晶體
M4‧‧‧第四電晶體
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
N1‧‧‧第一端點
N2‧‧‧第二端點
VCC‧‧‧供應電壓
i1‧‧‧第一電流

Claims (17)

  1. 一種電荷幫浦電路，包括：一電壓輸入模組，用以提供一輸入電壓；以及一開關電晶體模組，耦接於一第一電容、一第二電容與該電壓輸入模組，用以接收一供應電壓與該輸入電壓，並對該第一電容與該第二電容充電，其中該開關電晶體模組係由複數個低壓元件所組成，且該供應電壓與該輸入電壓間具有一電壓差；其中，於一第一充電期間，該開關電晶體模組對該第一電容充電，使該第一電容的跨壓為該電壓差；於一第二充電期間，該開關電晶體模組對該第二電容充電，使該第二電容的跨壓為該供應電壓與該電壓差之總和；其中，該開關電晶體模組對該第二電容進行充電的頻率高於該第二電容供電至一橋式電路的頻率，且該橋式電路之一上橋開關係一N型金氧半場效電晶體。
  2. 如請求項第1項所述之電荷幫浦電路，其中該開關電晶體模組包括：一第一電晶體，耦接於該第一電容之第一端，且該第一電晶體接收該供應電壓；一第二電晶體，耦接於該第一電容之第一端與該電壓輸入模組；一第三電晶體，耦接於該第一電容之第二端，且該第三電晶體接收該供應電壓；以及一第四電晶體，耦接於該第三電晶體與該第二電容之第一端，該第二電容之第二端接地。
  3. 如請求項第2項所述之電荷幫浦電路，其中於該第一充電期間，該第一電晶體與該第四電晶體截止，且該第二電晶體與該第三電晶體導通，一第一電流透過該第三電晶體與該第一電容 流向該第二電晶體，使得該第一電容的跨壓為該供應電壓與該輸入電壓間的該電壓差。
  4. 如請求項第2項所述之電荷幫浦電路，其中於該第二充電期間，該第一電晶體與該第四電晶體導通，且該第二電晶體與該第三電晶體截止，一第二電流透過該第一電晶體與該第一電容流向該第四電晶體，使得該第二電容的跨壓為該供應電壓與該電壓差之總和。
  5. 如請求項第2項所述之電荷幫浦電路，其中該第一電晶體與該第四電晶體為P型金氧半場效電晶體，且該第二電晶體與該第三電晶體為N型金氧半場效電晶體。
  6. 如請求項第2項所述之電荷幫浦電路，其中該電壓輸入模組包括：一源極跟隨器；以及一第五電晶體，耦接於該源極跟隨器與該第二電晶體，以提供該輸入電壓至該開關電晶體模組。
  7. 如請求項第1項所述之電荷幫浦電路，其中由於該開關電晶體模組對該第二電容進行充電的頻率高於該第二電容供電至該橋式電路的頻率，該第二電容提供至該橋式電路的電壓維持該供應電壓與該電壓差之總和，使得該橋式電路之該上橋開關被完全導通(Fully Turn-ON)。
  8. 如請求項第1項所述之電荷幫浦電路，其中由於該開關電晶體模組係由該些低壓元件所組成，該開關電晶體模組在運作過程中產生的一切換雜訊被降低。
  9. 一種馬達驅動電路，用以驅動一馬達，且該馬達驅動電路包括：一電荷幫浦電路，包括；一電壓輸入模組，用以提供一輸入電壓；以及一開關電晶體模組，耦接於一第一電容、一第二電容與該電壓輸入模組，用以接收一供應電壓與該輸入電壓， 並對該第一電容與該第二電容充電，其中該開關電晶體模組係由複數個低壓元件所組成，且該供應電壓與該輸入電壓間具有一電壓差；至少一橋式電路，耦接於該電荷幫浦電路，該橋式電路包括一上橋開關，其中該上橋開關係一N型金氧半場效電晶體：其中，於一第一充電期間，該開關電晶體模組對該第一電容充電，使該第一電容的跨壓為該電壓差；於一第二充電期間，該開關電晶體模組對該第二電容充電，使該第二電容的跨壓為該供應電壓與該電壓差之總和；其中，該開關電晶體模組對該第二電容進行充電的頻率高於該第二電容供電至該橋式電路的頻率。
  10. 如請求項第9項所述之馬達驅動電路，其中該橋式電路還包括：一下橋開關，耦接於該上橋開關，其中該上橋開關與該下橋開關的導通情況相關於該馬達的一運轉狀態；以及一切換控制模組，耦接於該電荷幫浦電路、該上橋開關與該下橋開關，用以選擇性地導通該上橋開關與該下橋開關。
  11. 如請求項第9項所述之馬達驅動電路，其中該開關電晶體模組包括：一第一電晶體，耦接於該第一電容之第一端，且該第一電晶體接收該供應電壓；一第二電晶體，耦接於該第一電容之第一端與該電壓輸入模組；一第三電晶體，耦接於該第一電容之第二端，且該第三電晶體接收該供應電壓；以及一第四電晶體，耦接於該第三電晶體與該第二電容之第一端，該第二電容之第二端接地。
  12. 如請求項第11項所述之馬達驅動電路，其中該第一充電期間，該第一電晶體與該第四電晶體截止，且該第二電晶體與該第三 電晶體導通，一第一電流透過該第三電晶體與該第一電容流向該第二電晶體，使得該第一電容的跨壓為該供應電壓與該輸入電壓間的該電壓差。
  13. 如請求項第11項所述之馬達驅動電路，其中於該第二充電期間，該第一電晶體與該第四電晶體導通，且該第二電晶體與該第三電晶體截止，一第二電流透過該第一電晶體與該第一電容流向該第四電晶體，使得該第二電容的跨壓為該供應電壓與該電壓差之總和。
  14. 如請求項第11項所述之馬達驅動電路，其中該第一電晶體與該第四電晶體為P型金氧半場效電晶體，且該第二電晶體與該第三電晶體為N型金氧半場效電晶體。
  15. 如請求項第11項所述之馬達驅動電路，其中該電壓輸入模組包括：一源極跟隨器；以及一第五電晶體，耦接於該源極跟隨器與該第二電晶體，以提供該輸入電壓至該開關電晶體模組。
  16. 如請求項第9項所述之馬達驅動電路，其中由於該開關電晶體模組對該第二電容進行充電的頻率高於該第二電容供電至該橋式電路的頻率，該第二電容提供至該橋式電路的電壓維持該供應電壓與該電壓差之總和，使得該橋式電路之該上橋開關被完全導通。
  17. 如請求項第9項所述之馬達驅動電路，其中由於該開關電晶體模組係由該些低壓元件所組成，該開關電晶體模組在運作過程中產生的一切換雜訊被降低。
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