TWM656550U

TWM656550U - 電能轉換晶片

Info

Publication number: TWM656550U
Application number: TW112213999U
Authority: TW
Inventors: 蕭芳城
Original assignee: 飛虹高科股份有限公司
Priority date: 2023-10-24
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2024-06-11

Abstract

一種電能轉換晶片，包含一第一接腳、一第二接腳、一第三接腳、一交流直流轉換電路以及一負電壓轉換電路。所述第一接腳用於接收一交流電源的輸入。所述第二接腳用於輸出一正直流電壓。所述第三接腳用於輸出一負直流電壓。所述交流直流轉換電路連接於所述第一接腳及所述第二接腳，用於將所述交流電源轉換為所述正直流電壓。所述負電壓轉換電路連接於所述交流直流轉換電路與所述第三接腳之間，用於將所述正直流電壓轉為所述負直流電壓。

Description

電能轉換晶片

本創作係關於一種電能轉換晶片。

目前一般市售的電能轉換晶片，大多透過電感元件來將交流電轉換為低壓直流電，其成本較高且結構較複雜。另外，一般的電能轉換晶片僅提供正直流電壓的輸出，無法滿足特定裝置的需求。

鑒於上述，本創作提供一種電能轉換晶片。

依據本創作一實施例的電能轉換晶片，包含一第一接腳、一第二接腳、一第三接腳、一交流直流轉換電路以及一負電壓轉換電路。所述第一接腳用於接收一交流電源的輸入。所述第二接腳用於輸出一正直流電壓。所述第三接腳用於輸出一負直流電壓。所述交流直流轉換電路連接於所述第一接腳及所述第二接腳，用於將所述交流電源轉換為所述正直流電壓。所述負電壓轉換電路連接於所述交流直流轉換電路與所述第三接腳之間，用於將所述正直流電壓轉為所述負直流電壓。

藉由上述結構，本案所揭示的電能轉換晶片，透過交流直流轉換電路將交流電源轉換為正直流電壓，透過負電壓轉換電路將正直流電壓轉換為負直流電壓，使得在一個晶片中，同時具有用於輸出正直流電壓的接腳以及用於輸出負直流電壓的接腳，滿足市場上各種電子產品的需求。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本創作之精神與原理，並且提供本創作之專利申請範圍更進一步之解釋。

1,1’:電能轉換晶片

11:第一接腳

12:第二接腳

13:第三接腳

14:交流直流轉換電路

141:橋式整流器

142:取樣保持子電路

143:線性穩壓器

144:第三電容器

145:第四電容器

15,15’:負電壓轉換電路

151:電荷泵

1511:第一開關元件

1512:第二開關元件

1513:第三開關元件

1514:第四開關元件

152:第一電容器

153:第二電容器

154:振盪器

1541,1543,1544,1552,1553,1554,1555,1556,1557:開關元件

1542:電阻器

1545,1551,1558:放大器

1546:驅動器

155:位準移位器

V_in:輸入電壓

PV:正直流電壓

NV:負直流電壓

n1:節點

T1-T11:端點

t1,t2:時間點

C1:第一控制訊號

C2:第二控制訊號

圖1係依據本創作一實施例所繪示的電能轉換晶片的功能方塊圖。

圖2係依據本創作一實施例所繪示的電能轉換晶片的負電壓轉換電路的電路示意圖。

圖3係依據本創作另一實施例所繪示的電能轉換晶片的負電壓轉換電路的電路示意圖。

圖4係依據圖3實施例所繪示的電能轉換晶片的振盪器的電路示意圖。

圖5係依據圖3實施例所繪示的電能轉換晶片的位準移位器的電路示意圖。

圖6係依據本創作一實施例所繪示的電能轉換晶片的控制訊號的示意圖。

圖7係依據本創作另一實施例所繪示的電能轉換晶片的功能方塊圖。

以下在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本創作之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本創作之觀點，但非以任何觀點限制本創作之範疇。

請參考圖1，圖1係依據本創作一實施例所繪示的電能轉換晶片的功能方塊圖。如圖1所示，電能轉換晶片1包含一第一接腳11、一第二接腳12、一第三接腳13、一交流直流轉換電路14以及一負電壓轉換電路15。第一接腳11用於接收一交流電源的輸入電壓V_in。第二接腳12用於輸出一正直流電壓PV。第三接腳13用於輸出一負直流電壓NV。交流直流轉換電路14連接於第一接腳11及第二接腳12，用於將所述交流電源的輸入電壓V_in轉換為正直流電壓PV。負電壓轉換電路15連接於交流直流轉換電路14與第三接腳13之間，用於將正直流電壓PV轉為負直流電壓NV。

在本例中，電能轉換晶片1具有一封裝外殼以及多個接腳，該些接腳至少包含第一接腳11、第二接腳12及第三接腳13。第一接腳11用於接收市電的交流電輸入，例如電壓為90至240伏特的交流電源。第二接腳12用於輸出低壓的正直流電，例如電壓為5伏特的直流電。第三接腳13用於輸出低壓的負直流電，例如電壓為-5伏特的直流電。另外，電能轉換晶片1也可包含多個用於輸出低壓的正直流電的接腳，例如用於輸出電壓為3.3伏特的直流電的接腳。電能轉換晶片1也可包含多個用於輸出低壓的負直流電的接腳，例如用於輸出電壓為-3.3伏特的直流電的接腳。整體而言，本案的電能轉換晶片1可包含例如8個接腳、10個接腳或16個接腳等，本案不予以限制。

交流直流轉換電路14可將從第一接腳11接收到的輸入電壓V_in轉換為正直流電壓PV，並將正直流電壓PV傳輸至第二接腳12以及負電壓轉換電路15。關於負電壓轉換電路15的內部構造，請參照圖2，圖2係依據本創作一實施例所繪示的電能轉換晶片的負電壓轉換電路的電路示意圖。如圖2所示，在本例中，電能轉換晶片1的負電壓轉換電路15可包含一電荷泵151、一第一電容器152以及一第二電容器153，其中電荷泵151包含一第一開關元件1511、一第二開關元件1512、一第三開關元件1513及一第四開關元件1514，第一開關元件1511的一端連接於第二接腳12，第二開關元件1512的一端連接於第一開關元件1511的另一端，第二開關元件1512的另一端接地，第三開關元件1513的一端接地，第四開關元件1514的一端連接於第三開關元件1513的另一端，第四開關元件1514的另一端連接於用於輸出負直流電壓NV的第三接腳13，第一電容器152的一端連接於第一開關元件1511與第二開關元件1512之間且透過第一開關元件1511接收正直流電壓PV，第一電容器152的另一端連接於第三開關元件1513與第四開關元件1514之間，第二電容器153的一端接地，第二電容器153的另一端連接於第三接腳13且透過第四開關元件1514被第一電容器152充電。

在本例中，第一開關元件1511、第二開關元件1512、第三開關元件1513、第四開關元件1514可受到帶有特定時序的控制訊號控制，以達成將正直流電壓PV翻轉為負直流電壓NV的效果。具體而言，在一第一週期中，第一開關元件1511與第三開關元件1513可被導通，同時第二開關元件1512與第四開關元件1514可被關斷。在此第一週期中，正直流電壓PV將對第一電容器152進行充電，使得第一電容器152的兩端具有與正直流電壓PV相同的跨壓。進一步，在一第二週期中，第二開關元件1512與第四開關元件1514可被導通，同時第一開關元件1511與第三開關元件1513可被關斷。在此第二週期中，第一電容器152的兩端的跨壓的正負號被反向(inverted)，並且第一電容器152對第二電容器153進行充電，使得第二電容器153的一端帶有與正直流電壓PV相反的負直流電壓NV。本例的第一至第四開關元件1511至1514可透過各種電晶體來具體實現，本案不予以限制。

請參照圖3，圖3係依據本創作另一實施例所繪示的電能轉換晶片的負電壓轉換電路的電路示意圖。如圖3所示，本例的負電壓轉換電路15’除了包含與圖2相同的第一至第四開關元件1511至1514、第一電容器152及第二電容器153以外，更包含一振盪器154及一位準移位器155。振盪器154連接於第一開關元件1511、第二開關元件1512、第三開關元件1513及第四開關元件1514，用於產生一時脈訊號以在一第一週期期間導通第一開關元件1511及第三開關元件1513並關斷第二開關元件1512及第四開關元件1514，且在一第二週期期間導通第二開關元件1512及第四開關元件1514並關斷第一開關元件1511及第三開關元件1513。位準移位器155連接於振盪器154、第三開關元件1513及第四開關元件1514，用於使振盪器154對第三開關元件1513及第四開關元件1514進行控制的所述時脈訊號產生電壓移位。

請結合圖3參照圖4，圖4係依據圖3實施例所繪示的電能轉換晶片的振盪器的電路示意圖。如圖4所示，振盪器154可包含兩個開關元件1541和1543以及一個半導體電容器1544，其中開關元件1541為P型電晶體，開關元件1543為N型電晶體。開關元件1541的源極連接於端點T1，開關元件1541的汲極連接於開關元件1543的汲極。開關元件1543的源極接地。在兩開關元件1541及1543之間設置有兩個電阻器1542。開關元件1541的閘極連接於端點T2且受控於端點T2提供的控制訊號。當端點T2提供的控制訊號控制開關元件1541導通時，端點T1提供的第一訊號會通過開關元件1541的源極與汲極，並可經過兩電阻器1542。開關元件1543的閘極連接於端點T3且受控於端點T3提供的控制訊號。當端點T3提供的控制訊號控制開關元件1543導通時，所述第一訊號會通過開關元件1543接地。半導體電容器1544的閘極連接於兩電阻器1542之間，半導體電容器1544的基極接地。端點T5提供的電壓可作為放大器1545及驅動器1546的電源訊號。進一步，所述第一訊號可通過兩放大器1545被傳輸至驅動器1546，接著，驅動器1546可根據所述第一訊號產生上述時脈訊號，並透過端點T4傳輸至圖3的節點n1以及位準移位器155，以控制第一開關元件1511至第四開關元件1514的開關運作。舉例而言，上述控制訊號可為頻率為200千赫茲且工作週期(duty cycle)為50%的方波振盪訊號，且驅動器1546可產生較高的輸出功率。

請結合圖3參照圖5，圖5係依據圖3實施例所繪示的電能轉換晶片的位準移位器的電路示意圖。如圖5所示，位準移位器155可包含兩個前端的放大器1551、六個開關元件1552至1557以及兩個後端的放大器1558。兩放大器1551連接於端點T6，且兩放大器1551受到端點T7提供的電壓驅動。開關元件1552及1553的源極分別連接於端點T8及 T9，開關元件1552及1553的汲極分別連接於開關元件1554及1555的汲極。開關元件1554及1555的源極分別連接於開關元件1556及1557的汲極。開關元件1556及1557的源極接地。開關元件1556的閘極連接於放大器1558。開關元件1557的汲極連接於放大器1558。放大器1558受到端點T10提供的電壓驅動，並透過端點T11輸出訊號。在本例中，端點T6用於接收來自振盪器154的上述時脈訊號。所述時脈訊號經過放大器1551調製後，作為開關元件1552及1553的閘極控制訊號。透過以所述時脈訊號作為閘極控制訊號，六個開關元件1552至1557可保有所述時脈訊號的控制時序的資訊，並具有電壓位準的偏移。最終，位準移位器155產生的第二訊號可透過端點T10傳送至圖3的第三開關元件1513及第四開關元件1514。透過此位準移位器155，可將振盪器154產生的時脈訊號的極性進行改變。

請結合圖3參照圖6，圖6係依據本創作一實施例所繪示的電能轉換晶片的控制訊號的示意圖。如圖6所示，第一控制訊號C1用於控制第一開關元件1511與第二開關元件1512，第二控制訊號C2用於控制第三開關元件1513與第四開關元件1514，其中第一控制訊號C1為振盪器154直接輸出至節點n1(以輸出至第一開關元件1511與第二開關元件1512)的訊號，第二控制訊號C2為位準移位器155輸出至第三開關元件1513與第四開關元件1514的訊號。在本例中，第一控制訊號C1的第一週期與第二控制訊號C2的第二週期在時序上彼此交錯，且所述第一週期與所述第二週期具有相同的時間長度。需要注意的是，如圖3所示，本例的第一開關元件1511及第三開關元件1513為P型電晶體，第二開關元件1512及第四開關元件1514為N型電晶體。第一開關元件1511的源極連接於第二接腳12，第一開關元件1511的汲極連接於第二開關元件1512的汲極，第二開關元件1512的源極接地，第三開關元件1513的源極接地，第三開關元件1513的汲極連接於第四開關元件1514的汲極，第四開關元件1514的源極接地。透過此配置，第一開關元件1511及第三開關元件1513可同時受到第一控制訊號C1的控制而導通或關斷，第二開關元件1512及第四開關元件1514可同時受到第二控制訊號C2的控制而導通或關斷，且第一控制訊號C1與第二控制訊號C2的導通週期可彼此錯開。

請參照圖7，圖7係依據本創作另一實施例所繪示的電能轉換晶片的功能方塊圖。如圖7所示，本例的電能轉換晶片1’包含與圖1相同的第一接腳11、一第二接腳12、一第三接腳13、一交流直流轉換電路以及一負電壓轉換電路15，其中交流直流轉換電路包含一橋式整流器141、一取樣保持子電路142、一線性穩壓器143、一第三電容器144及一第四電容器145。橋式整流器141連接於第一接腳11，且取樣保持子電路142連接於橋式整流器141。線性穩壓器143連接於取樣保持子電路142。第三電容器144連接於取樣保持子電路142與線性穩壓器143之間並接地，第四電容器145連接於線性穩壓器143與第二接腳12之間並接地。透過此配置，本例的電能轉換晶片1’可使用橋式整流器141、一取樣保持子電路142、一線性穩壓器14、一第三電容器144及一第四電容器145將交流市電的輸入電壓V_in轉換為低壓直流電的正直流電壓PV，並使用負電壓轉換電路15將正直流電壓PV轉換為負直流電壓NV。上述橋式整流器、一取樣保持子電路、一線性穩壓器(Low-Dropout Regulator，LDO) 可透過本領域據通常知識者能理解的方式來實施，於此不贅述。另外，本案的電能轉換晶片的各個實施例可互相結合，而非限於以上所描述的實施態樣。

雖然本創作以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作。在不脫離本創作之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本創作之專利保護範圍。關於本創作所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1:電能轉換晶片

11:第一接腳

12:第二接腳

13:第三接腳

14:交流直流轉換電路

15:負電壓轉換電路

Vin:輸入電壓

PV:正直流電壓

NV:負直流電壓

Claims

一種電能轉換晶片，包含：一第一接腳，用於接收一交流電源的輸入；一第二接腳，用於輸出一正直流電壓；一第三接腳，用於輸出一負直流電壓；一交流直流轉換電路，連接於該第一接腳及該第二接腳，用於將該交流電源轉換為該正直流電壓；以及一負電壓轉換電路，連接於該交流直流轉換電路與該第三接腳之間，用於將該正直流電壓轉為該負直流電壓。
如請求項1所述的電能轉換晶片，其中該負電壓轉換電路包含一電荷泵、一第一電容器以及一第二電容器，該電荷泵包含一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件及一第四開關元件，該第一開關元件的一端連接於該第二接腳，該第二開關元件的一端連接於該第一開關元件的另一端，該第二開關元件的另一端接地，該第三開關元件的一端接地，該第四開關元件的一端連接於該第三開關元件的另一端，該第四開關元件的另一端連接於該第三接腳，該第一電容器的一端連接於該第一開關元件與該第二開關元件之間且透過該第一開關元件接收該正直流電壓，該第一電容器的另一端連接於該第三開關元件與該第四開關元件之間，該第二電容器的一端接地，該第二電容器的另一端連接於該第三接腳且透過該第四開關元件被該第一電容器充電。
如請求項2所述的電能轉換晶片，其中該負電壓轉換電路更包含一振盪器，連接於該第一開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件及該第四開關元件，用於產生一時脈訊號以在一第一週期期間導通該第一開關元件及該第三開關元件並關斷該第二開關元件及該第四開關元件，且在一第二週期期間導通該第二開關元件及該第四開關元件並關斷該第一開關元件及該第三開關元件。
如請求項3所述的電能轉換晶片，其中該第一週期與該第二週期在時序上彼此交錯，且該第一週期與該第二週期具有相同的時間長度。
如請求項3所述的電能轉換晶片，其中該負電壓轉換電路更包含一位準移位器，連接於該振盪器、該第三開關元件及該第四開關元件，用於使該振盪器對該第三開關元件及該第四開關元件進行控制的該時脈訊號產生電壓移位。
如請求項2所述的電能轉換晶片，其中該第一開關元件及該第三開關元件為P型電晶體，該第二開關元件及該第四開關元件為N型電晶體。
如請求項6所述的電能轉換晶片，其中該第一開關元件的源極連接於該第二接腳，該第一開關元件的汲極連接於該第二開關元件的汲極，該第二開關元件的源極接地，該第三開關元件的源極接地，該第三開關元件的汲極連接於該第四開關元件的汲極，該第四開關元件的源極接地。
如請求項1所述的電能轉換晶片，其中該交流直流轉換電路包含一橋式整流器及一取樣保持子電路，該橋式整流器連接於該第一接腳，且該取樣保持子電路連接於該橋式整流器。
如請求項8所述的電能轉換晶片，其中該交流直流轉換電路更包含一線性穩壓器，該線性穩壓器連接於該取樣保持子電路。
如請求項9所述的電能轉換晶片，其中該交流直流轉換電路更包含一第三電容器及一第四電容器，該第三電容器連接於該取樣保持子電路與該線性穩壓器之間並接地，該第四電容器連接於該線性穩壓器與該第二接腳之間並接地。