CN100382418C - 一种可程控调整输出电压的倍增电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可程控调整输出电压的倍增电路，其通过输出电压的回朔与参考电压进行比较，以通过时钟发生器来控制电压泵是否运作来对输出电压加压，藉以将输出电压维持在预定的范围内，并可再通过稳压电路的稳压来提供稳定的输出电压以供给负载使用。

Description

一种可程控调整输出电压的倍增电路

技术领域

本发明涉及一种电压倍增电路，特别一种低耗损且可程控调整输出电压的倍增电路。

背景技术

直流电(DC)为电子设备最常使用的电压源，为了适用于不同驱动电压的电子设备(或电子元件)，一般会使用DC-DC转换器来改变电压的大小。请参阅图1所示，其为一般常用的DC-DC电压转换器，其包括一个降压器1(bandgap)、一个电压泵2(pumpingCKT)与一个稳压电路3(regulator)，使用者可根据所需的电压供应去选择元件的特性；假设使用者需要7.2v的输出电压Vout，且具有2.4v～3.6v的***电压Vcc，则其可以选择1.2v的降压器1与6倍的电压泵2，该***电压Vcc先经过降压器1的降压形成1.2v后，再经过电压泵2的6倍加压即可形成7.2v的输出电压Vout，最后再经过该稳压电路3的稳压，即可提供所需的7.2v稳定的输出电压Vout，若客户不在意略微的电压变动，则该稳压电路3也可不使用。

前述的电压转换器经过降压器1的降压，再利用高倍数的电压泵2加压，因此其能量耗损相当严重，因此请参阅图2所示，目前已发展出直接使用***电压Vcc作为电压泵2的来源电压的运作方式，同样假设使用者需要7.2v的输出电压Vout且具有2.4v～3.6v的***电压Vcc，则其只需要使用3倍的电压泵2，再经过稳压电路3的降压与稳压，即可提供所需的7.2v稳定的输出电压Vout，据此其可改善电压泵2的运作效率，并降低整体能量的耗损。

又如***电压Vcc的工作电压较广时，但又需直接使用***电压Vcc作为电压泵2的来源电压的运作方式时，如假设需要5.0v的输出电压Vout，但具有2.0v～3.6v的***电压Vcc时，则当***电压Vcc＝3.0～3.6v时，使用2倍的电压泵2；当***电压Vcc＝2.0～2.5v时，使用3倍的电压泵2；当***电压Vcc＝2.5～3.0v时，则电压泵2在2到3倍之间切换，再通过稳压电路3的降压与稳压将输出电压Vout稳定在5.0v，这一运作方式虽可适用于具有较广的***电压Vcc，然而当***电压Vcc在2.5～3.0v时，电压泵2会在2到3倍之间切换，而严重影响其电压的转换效率。

显然前述的DC-DC电压转换器虽可根据使用者的需求供给电压，然而其在电压转换的过程却不可避免地需要经过降压，以供给负载所需的电压，因而会造成不必要的能量损耗。

发明内容

于是本发明的主要目的在于提供一种低耗损的倍增电路。

本发明的次要目的在于提供一种可程控调整输出电压的倍增电路。

本发明是一种可程控调整输出电压的倍增电路，其包括一个电压泵(pumping CKT)、一个时钟发生器(CLK generator)、与一个比较器(comparator)，该电压泵具有一个输入端、一个控制端与一个输出端；该时钟发生器与该电压泵的控制端连接，其产生时钟信号控制该电压泵的动作，让该电压泵的输入端的输入电压，通过该电压泵的加压在该输出端产生输出电压；该比较器具有两个输入端与一个输出端，该比较器的输出端与该时钟发生器连接，该比较器的一个输入端与该电压泵的输出端连接，该比较器的另一输入端输入参考电压，据此当该电压泵的输出端的输出电压低于该参考电压时，利用该比较器启动该时钟发生器驱动该电压泵进行加压动作，直到该电压泵的输出端的输出电压高于该参考电压时，再利用该比较器关闭该时钟发生器，因此只要程控该参考电压即可控制该电压泵的输出端的输出电压以供一个负载使用。

此外为避免该电压泵开关次数过于频繁而导致效率损失与减少寿命，由该电压泵的输出端回朔的输出电压可先经过一个分压电路产生一个第一回朔电压与一个第二回朔电压，再经过一个多路转换器(multiplexer)的辅助同时与该比较器连接，据此当该第一回朔电压低于该参考电压时，利用该比较器启动该时钟发生器驱动该电压泵进行加压动作，直到该第二回朔电压高于该参考电压时，再利用该比较器关闭该时钟发生器，据此可减少该电压泵开关的频率。

附图说明

图1是现有的DC-DC电压转换器的方块图。

图2是另一现有的DC-DC电压转换器的方块图。

图3是根据本发明第一实施例的DC-DC电压转换器的方块图。

图4是根据本发明第二实施例的DC-DC电压转换器的方块图。

图5是根据本发明第二实施例的时序图。

图6是根据本发明第一实施例的加装稳压电路的方块图。

图7是根据本发明第二实施例的加装稳压电路的方块图。

具体实施方式

有关本发明的详细内容及技术说明，现结合附图说明如下：

请参阅图3所示，其为本发明的第一实施例，根据本发明的倍增电路包括一个电压泵10、一个时钟发生器20、与一个比较器30。

该电压泵10具有一个输入端10a、一个控制端10c、与一个输出端10b。

该时钟发生器20与该电压泵10的控制端10c连接，其产生时钟信号控制该电压泵10的启动或停止，该电压泵10的输入端10a的输入电压Vcc，通过该电压泵10的加压于该电压泵10的该输出端10b产生输出电压Vout。

该比较器30具有两输入端30a与一个输出端30b，该比较器30的输出端30b与该时钟发生器20连接，该比较器30的一个输入端30a与该电压泵10的输出端10b连接，该比较器30的另一输入端30a则输入参考电压Vref。

电路启动时，该时钟发生器20会驱动该电压泵10不断地加压，以加压该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout，而该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout不断回朔(回馈)至该比较器30，直到当该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout高于该参考电压Vref时，利用该比较器30产生信号关闭该时钟发生器20，以停止驱动该电压泵10进行加压动作，此时该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout会被一个负载(图未式)消耗而不断降低，直到当该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout低于该参考电压Vref时，再利用该比较器30产生信号启动该时钟发生器20驱动该电压泵10进行加压动作，进而形成循环的动作回路，因此只要程控该参考电压Vref，即可控制该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout以供该负载(图中未示出)使用。

请再参阅图4所示，其为本发明的第二实施例，根据本发明的倍增电路包括一个电压泵10、一个时钟发生器20、一个比较器30、一个多路转换器40、与一个分压电路50。

该时钟发生器20与该电压泵10的控制端10c连接，其产生时钟信号控制该电压泵10的启动或停止，该电压泵10的该输入端10a的输入电压Vcc通过该电压泵10的加压在该电压泵10的该输出端10b产生输出电压Vout。

该电压泵10具有一个输入端10a、一个控制端10c、与一个输出端10b。

该时钟发生器20与该电压泵10的控制端10c连接，其产生不连续的时钟信号藉以控制该电压泵10的启动或停止，该电压泵10的该输入端10a的输入电压Vcc，通过该电压泵10的倍压电路使该电压泵10的输出端10b产生输出电压Vout。

该比较器30具有两输入端30a与一个输出端30b，该比较器30的输出端30b与该时钟发生器20连接，该比较器30的一个输入端30a输入参考电压Vref。

该多路转换器40具有一个输出端40b、一个选择端40c、一个第一输入端40a1、与一个第二输入端40a2，该多路转换器40的输出端40b与该比较器30的另一输入端30a连接，该多路转换器40的选择端40c与该比较器30的输出端30b连接。

该分压电路50具有一个输入端50a与一个输出端50b，其输入端50a到输出端50b依序串连有一个第一电阻Ra、一个第一连接点A、一个第三电阻Rc、一个第二连接点B与一个第二电阻Rb，该分压电路50的输入端50a与该电压泵10的输出端10b连接，该第一连接点A与该多路转换器40的该第一输入端40a1连接，该第二连接点B与该第二输入端40a2连接，该分压电路50的输出端50b则接地。

请再一并参阅图5所示，其为本发明的电压泵10的输出端10b的输出电压Vout、电压泵10、与时钟发生器20的时序图，如图所示，其时间区间可分为Ti区间(起始区间)、Ta区间、与Tb区间；首先为Ti区间与Ta区间，电路启动时，该时钟发生器20会驱动该电压泵10不断地加压，以增加该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout，而该输出端10b的输出电压Vout经过该分压电路50在该第一连接点A产生一个第一回朔电压Vrefl，在该第二连接点B产生第二回朔电压Vref2，该第一回朔电压Vref1与该第二回朔电压Vref2与该输出端10b的输出电压Vout、该第一电阻Ra、该第二电阻Rb与该第三电阻Rc的关系如下：

$V_{\mathrm{ref}1}=V_{\mathrm{out}}\left(\frac{R_b+R_c}{R_a+R_b+R_c}\right)$

$V_{\mathrm{ref}2}=V_{\mathrm{out}}\left(\frac{R_b}{R_a+R_b+R_c}\right)$

一开始该多路转换器40选择该第二输入端40a2为通路，让该第二回朔电压Vref2不断回朔至该比较器30，直到当该第二回朔电压Vref2高于该参考电压Vref时，即利用该比较器30产生信号关闭该时钟发生器20，进而停止该电压泵10的动作，且该比较器30同时产生信号改变该多路转换器40的通路，选择该第一输入端40a1为通路，此时该比较器30的输入端30a改为输入该第一回朔电压Vref1，然由于此时该第二回朔电压Vref2小于该第一回朔电压Vref1，因此当该多路转换器40改为选择该第一输入端40a1为通路时，并不会使该比较器30的状态改变而产生时钟信号。

接着为Tb区间，随时间经过该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout会被负载(图中未示出)消耗而不断降低，相对的该第一回朔电压Vref1也会不断降低，直到当该第一回朔电压Vref1低于该参考电压Vref时，此时该比较器30即会产生信号启动该时钟发生器20驱动该电压泵10进行加压动作，并同时改变该多路转换器40的通路，使其选择该第二输入端40a2为通路，同样的此时第二回朔电压Vref2小于该第一回朔电压Vref1，此时改变该多路转换器40选择该第一输入端40a2为通路，并不会使该比较器30的状态改变；如上所述，Ta区间与Tb区间会不断重复，即形成循环动作。且可使该电压泵10的输出端的输出电压Vout保持在

$\left(\frac{R_a+R_b+R_C}{R_b+R_C}\right)V_{\mathrm{ref}}\≤V_{\mathrm{OUT}}\≤\left(\frac{R_a+R_b+R_c}{R_b}\right)V_{\mathrm{ref}}$ 之间，

因此只要程控该参考电压Vref、该第一电阻Ra、该第二电阻Rb、或该第三电阻Rc，即可控制该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout以供该负载(图中未示出)使用。

此外，如图6与图7所示，前述的第一实施例与第二实施例均可在该电压泵10的输出端10b后加装一个稳压电路60(regulator)，该稳压电路60是由比较器、晶体管Q、与电阻R1、R2所构成，其可通过调整电阻R1、R2的大小对输出电压Vout作最后的稳压与降压，其可以提供负载(图中未示出)更稳定的电压供给；而第二实施例中的第一电阻Ra、第二电阻Rb、与第三电阻Rc可以采用半导体制成可程控调整的可变电阻，藉此调整该第三电阻Rc，即可调整该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout的振荡幅度，而调整该第一电阻Ra与该第二电阻Rb则可改变该电压泵10的输出端10b的输出电压Vout，因而可以符合不同负载的需求，且达到程控调整的需求。

如上所述，本发明不需经过降压的程序，即可倍增电压来提供所需的输出电压供负载使用，因而可以减少不必要的能量损耗，且其可以程控改变可变电阻的电阻值，藉以改变输出电压。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可程控调整输出电压的倍增电路，其特征在于包括：

电压泵(10)，具有一个输入端(10a)、一个控制端(10c)与一个输出端(10b)；

时钟发生器(20)，与所述电压泵(10)的控制端(10c)连接，其产生时钟信号以控制所述电压泵(10)的动作；

比较器(30)，所述比较器(30)具有两个输入端(30a)与一个输出端(30b)，所述比较器(30)的输出端(30b)与所述时钟发生器(20)连接，所述比较器(30)的一个输入端(30a)输入一个参考电压(Vref)；

多路转换器(40)，所述多路转换器(40)具有一个输出端(40b)、一个选择端(40c)、一个第一输入端(40a1)、与一个第二输入端(40a2)，所述多路转换器(40)的输出端(40b)与所述比较器(30)的另一输入端(30a)连接，所述多路转换器(40)的选择端(40c)与所述比较器(30)的输出端(30b)连接；

分压电路(50)，具有一个输入端(50a)与一个输出端(50b)，其输入端(50a)到输出端(50b)依序串连有一个第一电阻(Ra)、一个第一连接点(A)、一个第三电阻(Rc)、一个第二连接点(B)、与一个第二电阻(Rb)，所述分压电路(50)的输入端(50a)与所述电压泵(10)的输出端(10b)连接，所述第一连接点(A)与所述多路转换器(40)的第一输入端(40a1)连接，所述第二连接点(B)与所述多路转换器(40)的第二输入端(40a2)连接，所述分压电路(50)的输出端(50b)则接地。

2.根据权利要求1所述的倍增电路，其特征在于，所述电压泵(10)的输出端(10b)还连接一个稳压电路(60)。

3.根据权利要求1所述的倍增电路，其特征在于，所述第三电阻(Rc)是可程控调整的可变电阻。

4.根据权利要求1所述的倍增电路，其特征在于，所述第一电阻(Ra)与所述第二电阻(Rb)是可程控调整的可变电阻。

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