TW201244344A - Device and method for a feedback control of switch capacitive regulator - Google Patents

Description

201244344 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種電荷幫浦控制的方法，特別是關於—種電荷幫浦回 授控制裝置及其方法。 【先前技術】 由於可攜式電子產品近年來的蓬勃發展，可有效管理其電力之電源管理 丨C(P〇We「議agement丨〇成林可或輸_崎。電源管理丨c可將 電池電壓轉換成可攜式電子產品當中不同子電路所需求之固定電廢，例 如：將3.3伏特轉i.2伏特，或者，將3 3伏特轉2 5伏特等。此類電壓轉 換應用範管理魏，纽計重似冑鱗、緒確度、讎訊且 積J為目k身又而。電源轉換器分為三種：交換式麵器⑽隨叩 申_、線性穩壓器(Uner regu_及電荷幫浦麵器 「剛丨刪。其中，相較於交換式供應器(Switching regula㈣與線性穩壓

It ’電荷幫浦穩壓11_讲pump)具有體積小且低設計成本的優勢。 電荷幫浦穩壓器(Switched_capacitor p〇wer c〇nve㈣的核心是電容陣 •歹1J(Capacitorarray) ’是由數個切換器與數個電容所組成的電路，藉由切換 .或關進而改變電容的連馳態，不__可進行電容充電或放電 以達到能量傳遞與調整賴的目的，一般控制電荷幫浦可分為開迴路與閉 迴路控制。 先前技術大多採用開迴路控制，例如第1a圖所示，其中電荷幫浦的控 架構匕3 .電荷幫浦單元5〇與控制單元6〇。接著，請參考第化圓，其 電荷幫浦單元是由第一開關S1、第二開關S2、第三開關S3、第四開關S4 201244344 與電容C1顺合而成。㈣解元6q騎物 數個相位控制訊號，該些相位控制訊號，請參考第】導其動作^生ί 7L 6。主動地產生第―相位而使得電細單元5 早 則一與C1進行充電，如第_所示娜:=導通， 示’由控鮮術__期爾糊 γ ^ S3、S4導通，則C1會㈣與Ο)進行放電。所以針對輸出電壓中二關 電壓的公式推導，請參考如下： ， 與輸入 公式1 公式2 公式3 Q\ = {Vi ~ Vo)* C\ Q,+ = y〇* ci Q~-Q；=/*r

RL

帶入公式3 ⑺Ί阶C1 = P；^經由公式推導，可得到公式4 、2·ς+_」__ ..................公式 4 由公式4的推導’我們可以得知電荷幫浦單元5Q的輸出電壓v〇與輪 入電壓Vi的關係與fs和RL有相#程度的_。其％在固定的情形下， 依據公式4可知，輸出電壓與輸入電壓的增益與fs切換的鮮及ο的容 值有關。但由以上的先前技術得知其問題點，以往的電荷幫浦穩壓器架構 大多採用開迴路設計，其切換的頻率fs為固定時，# RL負載發生變化時， 往往造成輸出電壓除於輸入電墨的增益比(_)產生變化，以致於使得輪出 電壓產生嚴重的變化，例如：V〇=gain*Vi，一旦gain產生變化，輸出電壓 4 201244344 也產生變重的變化’使得漣波電壓的變化會過大。開回路架構的電荷幫東 僅能針對固定負載供電，當負載改變時則輸出電壓也跟著改變。 以下列舉二個先前技術當fs固定情形下的問題： 問題一：以往先前技術fs是固定的情形下，當負載電流變大時，亦是 負載RL變小時，其依據公式4可知，其分母變大而導致輸出電壓v〇變小。 若不加以控制會導致輸出電壓Vo過低’進而使得連接的電路造成不動作的 現象。 問題二：以往先前技術fs是固定的情形下，當負載電流變小時，亦是 負載RL變大時’其依據公式4可知’其分母變小而導致輸出電壓v〇變大。 若不加以控制會導致輸出電壓Vo過高，進而使得連接的電路上之元件，因 電壓過高而導元件有燒毁的現象。 又，目前已有因應開迴路的問題點而以閉迴路控制設計之電荷幫浦的控 制架翻卿比較電路來當貞回授控_㈣電荷幫_關，並依據輸 出電壓而利用回授控制電路與—參考電壓進行比較而產生至少—個時脈訊 絲控制電鄕浦的關錢行至少—個電容的纽電而產綺壓或降壓 的輸出電壓，域得輸出電舰贼穩定且包含更_漣波雜訊。 另外-個閉稱控制設計的先前技術為提出湘電壓控錄器(vc〇) 或電流控振盪器(cco)的方法來達到閉迴路控制之電荷幫浦。其依據一偵測 與控制電路_輸出端的貞載領或電流變化，纽電麵舰盪器或電 流控制振盈n產生至少—辦脈職來控制電荷幫浦賴關以進行 至少一 電今的充放電而產生升壓或降壓的輸出電壓，且使得輸出電壓能夠更穩 定且包含更低的漣波電壓。 201244344 所以先前技術有幾個問題點，以下分別列出： 1. 若電何幫浦採用採用開迴路設計，可得知先前技術無法因負載發生 變化時，而立即地調整輸出電壓以維持更好的精確度，藉以能夠 因應負載之變動，而即時調整輸出電壓。 2. 若電荷幫浦採用採用閉迴路設計，先前技術採用比較器並利用比較 之方式來比較輸出電壓與一參考電壓來產生回授控制訊號，並將 回授控制訊號產生至少一個時脈訊號來控制電荷幫浦的關關。若 架構只單純採用比較器之方式’容昜發生系統不穩定的現象。 【發明内容】 本發明的目的為提供一種電荷幫浦回授控制裝置，耗接於一電荷幫浦 單元，該電荷幫浦單元接收一輸入電壓而產生一輸出電壓，且該電荷幫浦 單元具有複數個開關與至少一個電容，該裝置包含：補償單元、調變單元 與相位控制單元。補償單元，耦接電荷幫浦單元，用以接收輸出電壓並進 行穩定度補償而產生一誤差訊號(error Sjgnal); 一調變單元，耦接補償單 元，用以接收誤差訊號並進行調變而產生一調變訊號；及一相位控制單元’ 耦接調變單元，用以接收調變訊號並產生複數個相位訊號，電荷幫浦單元 依據該些相位訊號對該些開關進行切換，而使得一輸入電壓對該電荷幫浦 單元之該至少一個電容進行充放電之動作而產生該輸出電壓。 本發明的另一目的為提供一種電荷幫浦回授控制方法，包含以下步驟： 依據複數個相位訊號之切換而控制一輸入電壓對至少一個電容充放電而產 生一輸出電壓；補償輸出電壓而產生一誤差訊號；調變誤差訊號而產生一 調變訊號；及，接收調變訊號並產生相位訊號。 6 201244344 本發明的又一目的為提供一種電荷幫浦回授控制裴置，耦接於一電荷 幫浦單元，該電荷幫浦單元接收一輸入電壓而產生一輸出電壓，且該電荷 幫浦單元具有複數個開關與至少一個電容，該裝置包含：一比較器，耦接 . 電荷幫浦單元，比較器之一輸出端耦接電容，用以接收輸出電壓並與一參 - 考電壓比較後而產生—比較城。-調變單元，雛比較n，用以接收比 較讯號並依據比較訊號進行省略調變而產生一調變訊號。一相位控制單 元，祕調變單元，用以接收調變訊號並產生複數個相位訊號，依據相位 δ孔號對電荷幫浦單元之開關進行切換，而使得輸入電壓對電荷幫浦單元之 電容進行充放電而產生輸出電壓。 本發明的再-目的為提供-種電荷幫浦穩壓器回授控制方法，包含以 下步驟：依據複數個相位訊號之切換而控制_輸人電壓對至少—個電容充 放電而產生-輸出電壓；比較判斷輸出電壓之高低而產生—比較訊號；依 據比較訊號而省略產生-調變訊號；及，依據調變訊號產生相位訊號。 以下在實施方式巾詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其内容足以 •使任何《相關技藝者瞭解本發明之技_容並據財施，且根據本說明 書所揭露之内容、巾請專利細及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理 解本發明相關之目的及優點。 【實施方式】 本發明是於電荷幫浦穩壓料_建立電荷幫浦回授控魏置，透過 回授控制調節輸出電壓，具較佳的輪出電壓而且可提供大範圍變動的負載 工作(例如：1mA〜輸Α)。本發明_補償單元補償電荷f浦穩壓器系統 之穩定度，使得電荷幫浦穩壓器之輪出電屢能夠穩定且包含更低的雜訊。 201244344 而電荷幫浦回授控制裝置中更採用調變訊號的方式產生調變訊號，再依據 調變訊號輸出複數個相位訊號以控制不同架構的電荷幫浦。調變訊號的方 式’可採用脈波頻率調變(pulse frequency modulation，簡稱PFM)或脈波 切換調變(pulse skip modulation，簡稱 PSM)。 請先參考第2a圖，其為本發明之交換式穩壓器電感檢查裝置之功能方 塊圖。其中，電荷幫浦回授控制裝置100包含：電荷幫浦單元5〇、分壓單 元110、補償單元120、調變單元130與相位控制單元14〇。補償單元12〇 輕接電荷幫浦單元5G ’用以接收輸出電壓並進行敎度補償而產生誤差訊 號。調變單it 130 _補償單元12〇，用以接收誤魏號並進行調變而產 生調變訊號。相位控制單it 14Q输調變單元13Q，用以接收調變訊號並 產生至少一個相位訊號，電荷幫浦單元5〇依據相位訊號對電荷幫浦單元 50之開關進行切換’而使得電荷幫浦單元5〇之電容進行充放電之動作而 產生輸出電壓。接著，再加入分壓單元11〇即為第2b圖。其中，分壓單 110元耗接於電荷f浦單元50與補償單元12〇之間，用以接收輸出電壓並 利用一第一電阻與一第二電阻進行分壓後送至補償單元12〇。 由第1b圖中可得知，電荷幫浦單元50是由第一開關S1、第二開關 S2、第三開關S3、第四開關S4與電容C1所構成之實施例。其中相位控 制單元140係針對產生複數個相位控制訊號對電荷幫浦單元5〇進行相控 制，產生第一相位而使得電荷幫浦單元5〇中的開關S1、S2導通，則vj 會對C0與C1進行充電，如第1c圖所示。接著，由相位控制單元主動地 產生第二相位而使得電荷幫浦單元中的開關S3、S4導通，則C1會對rl 進行放電。 201244344 由於在開鹏的系統巾’其輸出電壓會因貞載的變化與高頻雜訊的干 擾，使得電前浦單元之輸出電壓_幅度不甚穩定地 ，一旦輸出電壓不 甚穩定，容昜導致所連接的電路故障或燒毀的現象 。由於開迴路系統的不 •穩所以本發明加入閉迴路控制’使得輸出電壓的變化能夠更穩定，且更 '不又雜訊的干擾與貞載的影響。且销迴路控制更加人補償單元，而該補 償早兀係利用控制系統中穩定度之方法對電荷幫麵壓器系統進行穩定度 補償，使得電鮮雜鞋讀出霞_更贩應並得更敎的錢波 輸出電壓其巾’控㈣統中穩定度方法_般常用波德圖分析相位邊限 (Phase m_ ’簡稱PM)與增益邊界(_，簡稱gm)的角度或是 奈氏圖等。 電荷幫浦回授控制裝置100中的調變單元13〇更採用調變訊號的方 式，藉以輸出至少-個她訊號。且調變職的方式，麟驗波頻率調 變(pulse frequency modulati〇n’簡稱PFM)或脈衝省略調變_明级丨叩丨·叩 modulation，簡稱 PSM)。 其中’相位控制單元140係為組合邏輯路或循序輯路所組合而成，主 要利用其邏輯電路之組合而產生多個相位訊號…般來講，電荷幫浦單元 5〇的組合為多個電容搭配多個開關之組合，可依據其為實現升壓或降壓來 進行設計與變b電荷幫浦單元5()依據相位訊號制關進行切換，而使得 電荷幫浦單元5G之電容進行絲電之動作而產生對輸人賴義或降壓的 輸出電壓。 以下，將列舉兩個之電荷幫浦回授控制裝置之之詳細實施例。 請參考第3a圖，其說明本發明之電荷幫浦回授控制裝置之第一詳細實 201244344 施例，其為脈波頻率調變(PFM)之一實施例。其中，補償單元12〇包含·· 第三電阻R3(等校電阻)與誤纽大器122。誤差放大器122耗接分屋單元 110與第三電阻R3’放大器122之輸入正端麵接參考電駿付，用以接收 第二電阻R2的分_進行穩定度猶而產生誤差訊i調變單元⑽為 一電1控制振賴vco)’耦接誤差放大器122,用以接收誤差放大器122 輸出端之電壓’並依據電壓之大小以產生不_脈波頻率訊號，亦即，調 變訊號。 當輸入的電壓Vi若為3.3伏特，且輸出電壓v〇若為12伏特時，分壓 單元110接收輸出電壓12伏特，並利用第一電阻R1與第二電阻阳進行 分塵為分壓電壓。誤差放大器Ί22的輸出電壓Verr0r丨可由公式5計算得出：

Vref - Verror Vref Vref-V〇 „ +~rT + ~ R2 ~ = 〇 ..................公式 5 可求得 = (士+ ^ +

於是，當負載電流變大時，亦是負载RL變小時，輸出電壓v〇下降， 則依據公式5得知Verror變大。反之，當負載電流變小時，亦是負載RL 變大時，輸出電壓Vo上升，則依據公式5得知Verr〇r丨變小。其中，公式 中的Verror丨亦即是誤差訊號。 在第3a圖中’調變單元130為一電壓控制振盪器_agec_d|ed oscillator，簡稱VCO )132，電壓控制振蘯器132會依據補償單元12〇所 輪出的補償訊號之不同電壓而輸出不同的頻率。請參考第3b圖，χ軸為 誤差訊號Error的電壓’ Υ軸為VCO所對應的輸出頻率。例如：誤差訊號 201244344

Error的電壓V1會對應出fi頻率的調變訊號，如第3c圖所示；而誤差訊 號Error的電壓V2會對應出f2頻率的調變訊號，如第3d圖所示。 由第3b圖可輕易看出，當誤差訊號Error的電壓較小時，其所對應的 f1頻率之調變訊號會比較慢；當誤差訊號Error的電壓較大時，其所對應的 泛頻率之調變訊號會比較快。以下針對在pFM的調變系統，說明因負載 RL產生改變的二個範例·· 範例一： 由公式4可得知，當RL變小時，為了維持, 輸入電壓的增益比，藉由把fs的頻率調快， 可降低輸出電壓的漣波。 當負载電流變大時，亦是負載RL變小時，此時輸出電壓會降低。若要 維持穩定的輸出電壓，經由輸出電壓取樣並進行分壓與穩定度補償的誤差 訊號Error之電壓會變大，而使得電壓控制振盪器132的輸出頻率變快。例 如，輸出頻率為f2。相位控制單元14〇接收f2的相位頻率，利用組合邏輯 組合成多個相位訊號，每個相位訊號彼此不相互重疊。參考第3d圖可知， 電壓震1器132所產生的f2相位訊號’輸出至相位控制單元14〇而產生第 -相位訊號phasel鮮二相健號phase2並傳送至電郷浦單元5〇， 其中第-相位訊號phase!與第二相位訊號兩者的相位不同，而使得兩者不 同步。其中’第-相位訊號phase1對電荷幫浦單元5〇之電容⑺進行充 電’而第二相位訊號phase2對則將電容C1的電荷對c〇對％進行放電。 為了維持電荷幫浦單元5()之輸出電壓與 而維持輸出電壓的穩定度，

。若要維 201244344 持穩定的輸出電壓，經由輸出電壓取樣並進行分壓與穩定度補償的誤差訊 號Error之電壓會變小’而使得電壓控繼蘆器132的輸出頻率變慢。例如， 輸出頻率為f1。而相位控制單元140接收此f1的相位頻率，利用組合邏輯 組合成多個相位訊號’且每個相位訊號彼此不相互重疊。參考第3c圖可知， 電壓震盪器132所產生的f1的相位訊號’輸出至相位控制單元14〇而產生 第相位訊號phasel與第二相位訊號phase2並傳送至電荷幫浦單元5〇, 其中第一相位訊號phasel與第二相位訊號兩者的相位不同，而使得兩者不 同步。其中，第一相位訊號phasel對電荷幫浦單元之電容ci進行充電， 而第二相位訊號phase2對則將電容C1的電荷對C0對RL進行放電。由 公式4可得知’當RL敎時，為了轉電郷辭元5Q之輸出電壓與輸 入電壓的增益比，藉由把fe的頻率調慢，而維持輸出電壓的穩定度。 清注意：第3a圖中補償單元所產生之誤差訊號係為電壓訊號，其中該 調變單元係為一電壓控制振盪器(VC0)，且電壓控制振盘器(vc〇)所對應的 調老讯號係為一脈波頻率調變(pU|sefreqUenCy m〇cjU|atj〇n，簡稱ρρΜ)訊 號。但補償單元12G所產生之誤差訊號亦可輸出電流訊號，而翻變單元 亦可為一電流控制振盪器(CC0)，且電流控制振盪器(CC〇)用以接收電流訊 號並產生所對應的調變訊號，且調變訊號係為一脈波頻率調變(pu|se frequency modulation ’簡稱PFM)之訊號，在此就不多加以重述。 請參考第4a圖’本發明之電荷幫浦回授控制裝置之第二詳細實施例， 其中與第3a圖中的主要差異為採用脈波省略調變(卩⑴％ 5邮口丨叩 modulation, PSM)來控制電荷幫浦單元5〇。補償單元12〇包含：比較器 124。比較器124搞接電荷幫浦單元5〇，其中調變單元13〇包含：振盪器 12 201244344 160與開關切換器17〇。振盈器彳㈤用以產生一振舰率。開關切換器17〇 麵接補償單it 120與振盪n，#比較器輸出訊號為高電位時使振盈訊號通 過田比較器輸出讯號為低電位時戴止振蘯訊號之通過，藉以產生脈波省 . 略調變後之調變訊號。 接著’請參考第4b圖，當分壓單S 110接受電荷幫浦單it 50的輸出 電壓而產生-分壓電壓’這分壓電壓會輸人比較器124與—參考電壓做相 互比較。當分壓電壓小於參考電壓時，則比較器輸出訊號c〇mp輸出為高 電位’反之，當分壓電壓大於參考電壓時，則比較器輸出訊號c〇mp輸出 為低電位’ sf參考第4b t的比較ϋ輸出訊號GCjmp。其巾’關切換器接 收比較器輸出訊號_p高電位時’將振i器湖所產生的頻率通過而產 生調變訊號fs，此稱之為脈波省略調變pSM。而相位控制單元14〇接收到 調變訊號fs又產生第一相位訊號phase1與第二相位訊號响滅。而電荷 幫浦單元50接收第一相位訊號Phasel與第二相位訊號Phase2，其中第 一相位afl號phasel對電荷幫浦單元5〇之電容〇1進行充電，而，其中第 二相位sfl號phase2對則將電容ci的電荷對c〇對RL進行放電。 以下針對在PSM的調變系統，說明因負載RL產生變而例舉二個範例： 範例一： 當負載電流變大時，亦是負載RL變小時，此時電壓會降低將使分塵電 壓變小。所以當分壓電壓小於參考電壓時，則比較器輸出訊號_ρ輸出 為高電位’與前次的f位她，其電位的時間將拉長，使得關切換器依 據比較器輸出訊號comp而將振盪器所產生的頻率通過的調變訊號fs變 多。此時，相位控制單元接收此污的相位頻率，利用組合邏輯組合成至少 13 201244344 一個相位訊號，且至少一個以上之相位訊號彼此不相互重疊之訊號，參考 第4c圖可知，由fs的相位訊號，可以利用相位控制單元14〇產生第—相 位訊號phasel與第二相位訊號phase2。而電荷幫浦單元5〇接收更多頻 率的第一相位訊號phasel與第二相位訊號phase2，以加速充放電的時 間。由公式4，可以確實的得知，當RL 一改時，為了維持電荷幫浦單元之 輸出電壓與輸入電壓的增益比，確實必需把fs的頻率變多，藉以以維持輸 出電壓的穩定度。 範例二： 當負載電流變小時，亦是負載RL變大時，此時電壓會接高將使分壓電 壓變高。所以當分壓電壓小於參考電壓時，則比較器輸出峨c〇mp輸出 為低電位’與前次的電仙比，其電位的時間將拉長，而使得開關切換器 170依據比較器輸出訊號CC)mp而將振堡器16〇所產生的頻率通過的調變 訊號fs變少。此時，相位控制單元14〇接收此fs的相位頻率，利用組合邏 輯組合成多個相位訊號，且多個相位訊號彼此不相互重疊，參考第4d圖可 知’由fs的相位訊號，可以利用相位控制單元]4〇產生第_相位訊號响⑷ 與第二相位訊號phasel。而電荷幫浦單元5〇接收變少頻率的第一相位訊 號phasel與第二相位訊號phase2，以降低充放電的時間。由公式4，可 以確實的得知，當RL-改時，為了維魏荷幫浦單元邱之輸出電壓與輸 入電壓的增益比，確實必需把fs的通過辭變少，確實可以維持輸出電壓 的穩定度。 晴注意：補償單it 120係為補償電荷幫浦穩壓器系統整體之相對穩定 度’藉以把祕不歡魏敎或是將穩定度更加的提升，補償電路是針 201244344 對PFM架構使用；若為psM則不需要補償電路，僅使用比較器判斷。其 補償単兀120對不限定第3a圖與第你圖的架構，任何可增加閉迴路系統 穩定度之架構’亦可實施之，在此對不加以限定之。 請參考第5a圖’本發明之電荷幫浦嫌控繼置之第三詳細實施例， 其為採用PSM調變的方式控制電荷幫浦單元之另一實施例。相位控制單元 140接收到機訊號fs會依據輸出電壓而調整第&圖巾的關，而產生電 壓上升或下降，以維持輸出電壓值。 其中，第5a圖中的電荷幫浦單元架構共有3個電容與扣個開關，利 用控制19個開_切換，對這些電容進行充放電而求得輸出電壓與輸入電 壓的增盈比。此架構的增益比分別有2小1/2、3/2、2/3、4/3與Μ等 的倍數。 以下針對利用第5a圖的3個電容與19個開關的電荷幫浦單元5〇之實 把例’ 6兒明本發明如何將升壓/降壓的輸出電壓盡可能地能夠接近33伏 特，例舉二範例如下： 範例一：升麗 當輸入電壓為1_65伏特’利用電荷幫浦單元5〇升壓至3 3伏特的輸 出電壓時。其中，電荷電荷幫浦單元50可以預設輸出電壓為輸入電壓的二 倍。月參考第5b圖相位時序圖’圖中相位控制單元接收到調變訊號fs，輸 出相位訊號Ps7、Ps10、PS12、Ps15與PS16等，使得控制電荷幫浦單元 中的開關S7、S10、S12、S15與S16等，使得對電容C2與C3充電， 此稱之為增益相位控制(gain phase)。若輸出的相位訊號為

Ps2、Ps3、Ps4、

Ps5 Ps6與pS9等’其代表控制電荷幫浦單元巾的S2、S3、S4、S5、 15 201244344 S6與S9等開關導通，使得對電容Ci、C2與 “ 共问對C〇放電，此稱之 為共同相位控制(common phase)。 接著請參考下列公式的推導： 在增益相位控制時，請參考第5d圖，其C2電容的電壓為μ 電容的電壓為Vc3，此時，Vc2=Vc3=Vi。 而在共同相位控制時，請參考第5f圖，v〇 vw+Vi，因Vc3等於 所以 Vo=2*Vi，其 v〇/Vi=gain=2 倍。 所以當Vi輸入1.65伏特時，將使得65=3 3伏特 範例二：降壓 當輸入電壓為4.4伏特，且利用電荷幫浦單元降壓至^伏特的輸出電 壓時。其中，電荷電荷幫浦單元5〇可以預設_壓為輸入電壓的四分之 蒼其中’街m刪序圖，铜中相哟單元接收到調 變訊號fS，輸出相位訊號Ps8、Ps11、Ps10與Ps13等，使得控制電荷幫 浦料中的S8、S11、S10與S13等開關導通，使得對電容㈡、C2與 C1對Vo放電，此稱之為增益相健制__句。而輸出相位訊號若為

Ps2 Ps3、Ps4、Ps5、PS6與ps9等，代表控制電荷幫浦單元中的s2、 S3 S4 S5'S6與S9等開關導關，使得輸入電壓對電容ci、c2與 充電放再共同對Co放電，此稱之為共同相位控制(c〇mm〇_ase)。 接著請參考下列公式的推導： 在增益相位控制時，請參考第5d圖，其C1電容的電壓為Μ，且Μ 電容的電壓為Vc2,又C3電容的電壓為Vc3,此時，Vc1=Vc2=Vc3=1/3V〇e 而在共同相健制時，請參考第5e圖，V()=VG1+Vi=_1/3VQ+Vi，因 16 201244344

Vo 1/3Vo Vin，所以 v〇=3/4*\/i，其 v〇/Vi=gain=3/4 倍。 所以當V丨輸入4 4伏特時，將使得ν〇=3/4Μ·4=3·3伏特。 拉思._本發明確實可以改善電荷幫浦穩鞋之負載調節率與線性 •調郎率。負載調節率的改善，為當負載有變化時，-般輸出電壓會跟著改 變’本發明藉由回脸制產生_變減使得輸出電壓猶波電壓變小， 且有更好的輸出電流範圍(例如：1mA~1〇〇mA)。所以採用本發明於娜在 更低的情形’仏變大的結果’將使得負載調節率變的較好。本發明的電荷 幫浦麵器，當輸入電壓改變時，輸出電壓能夠一直維持穩定^所以杨在 更低的情形’且⑽在f麵細下’將使得線性調節率能触為降低。 請參考第6A圖’本發明的電荷幫浦回授控制裝置流程圖之實施例，包 含以下的步驟： 步驟501 :依據複數個相位訊號之切換而控制一輸入電壓對至少一個 電容充放電而產生一輸出電壓。 步驟502 :補償輸出電壓而產生一誤差訊號。 步驟503 :調變誤差訊號而產生一調變訊號。 步驟504 :依據調變訊號產生相位訊號。 其中該調變訊號係為一脈波頻率調變訊號。脈波頻率調變訊號係利用 一電壓振盪器依據誤差訊號來進行調變，誤差訊號為類比訊號，町連續調 整震盪頻率以維持輸出電壓的穩定。 請參考第6B圖’本發明的電荷幫浦回授控制裝置流程圖之另一實施例， 包含以下的步驟： 步驟511:依據複數個相位訊號之切換而控制一輸入電壓對至少〆個電 17 201244344 容充放電而產生一輸出電壓β 步驟512 :比較判斷輸出電壓之高低而產生一比較訊號。 步驟513 :依據比較訊號而省略產生一調變訊號。 步驟514 :依據調變訊號產生相位訊號。 其中該調變訊號係為一脈波省略調變訊號。脈波省略調變訊號係利用 一開關切換器依據比較器輸出訊號之一電壓位準來進行調變，當補償訊號 為高電位時’而使得缝器所產生之振舰號通過，以產生調變訊號丨當 補償訊號為低電辦截止紐喊之通過，域止調變喊。如此，即可 產生脈波省略調變後之調變訊號。 請注意：本發明之此電荷幫浦回授控制裝置與方法確實可改善負載調 節率與線性調料，相對於傳統關迴路的控繼置，賴迴路的控制裝 置有更加的穩錄出電1，其輸出電壓的漣波會更低。且本發明更加入補 償單元以改善電荷幫浦賴控織置之歡度，使得系統能夠獲得更快的 暫態響應。本發财務上確纽善先前技術無法穩定輸出電壓，及改善輸 出電壓的漣波高度1本發㈣—主要是目的提出彻靖的方裝置與方 法產生多個相位訊控制電郷浦的多個開關與至少_個電容，以將輸入電 厘並利用至少-個電容進行充放電而產生輸出電壓。而電荷幫浦升壓與降 壓之倍數與與電荷幫浦之架構已是此技藝人士所熟知的範圍，在此就不加 以會Μ。 然本發明的技術内容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 ^本發明，贿«此鋪者，在稀縣發社料 潤㈣崎財㈣她，崎恢鱗_視後附之申、 201244344 請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1 a圖係為先前技術的電荷幫浦穩壓器； . 第1b圖係為先前技術的電荷幫浦單元電路圖； . 第1G圖係為先前技術的電荷幫浦穩壓ϋ之控制ϋ時序圖； 第1d圖係為先前技術的電荷冑浦單元之充電電路圖； 第1e圖係為先前技術的電荷幫浦單元之放電電路圖； 第2a圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置實施例； 第2b圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置另一實施例； 第3a圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之第-詳細實施例； 第3b圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之第一詳細實施例之 控制振盪器之電壓頻率線性圖； 第3c圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之第一詳細實施例之相位 控制單元之第一頻率對應圖； . 帛3d®係為本發_電荷幫浦回授控制裝置之第細實施例之相位 控制單元之第二頻率對應圖； 第4a圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之第二詳細實施例； 第4b圖係為本發_電荷㈣回健制裝置之第二詳細實施例之第一 相位控制時圖； 第4c圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之第二詳細實施例之第二 相位控制時圖； 第如圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之第二詳細實施例之第三 201244344 相位控制時圖； 第5a圖係為本發明的電荷f浦回授控制裝置實施例之第三詳細實施例; 第5b圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置實施例之第三詳細實施例 之升壓時序圖； 第5c圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置實施例之第三詳細實施例 之降壓時序圖； 第5d圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置實施例之第三詳細實施例 之升壓增益相位控制圖； 第5e圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置實施例之第三詳細實施例 之降壓增益相位控制圖； 第5f圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置實施例之第三詳細實施例 之共同相位控制圖； 第6A圖係為本發明的電荷幫浦回授控制裝置之流程圖之_實施例；及 第6B圖係為本發’電荷幫浦回授控制裝置之絲圖之另—實施例。 【主要元件符號說明】 10 開迴路電荷幫浦麵器 50 電荷幫浦單元 60 控制單元 100 電荷幫浦穩壓器 110 分壓單元 120 補償單元 122 運算放大器 20 201244344 124 130 132 140 160 170

CO C1 C2 C3 R1 R2 R3

RL 運算放大器 調變單元 電壓控制振盪器 相位控制單元 振盪器 開關切換器 電容 電容 電容 電容 第一電阻 第二電阻 第三電阻 負載電阻 S1〜S19 開關

Vi 輸入電壓

Vo 輸出電壓

Claims (1)

1. 201244344 七、申請專利範圍： 1_ -種電荷幫浦回授控制裝置，_於__電荷幫浦單元，該電荷幫浦單元 接收-輸増而產生-輸峨，且該電細單元具有複數個開關 與至少一個電容，該裝置包含： 一補償單元，_該電前浦單元，载接收該輸㈣壓並進行穩定 度補償而產生一誤差訊號； 一調變单元，雛該補償單元，用以接收該誤差訊號並進行調變而產 生一調變訊號；及 相位控制單疋，麵接該調變單元，用以接收該調變訊號並產生複數 個相位訊號，依據雜她崎賴電荷幫料元之触關進行切換， 而使得該輸入電壓對該電荷幫浦單元之該至少一個電容進行充放電而產生 該輸出電壓。 2. 如請求項1所述之裝置，更包含： 刀壓單元，介於該電荷幫浦單元與該補償單元之間，用以接收該電 荷幫浦單7L所輸出之該輸出電壓並於分概輸出至該補償單元。 3. 如清求項1所述之裝置’其中該調變單元係為一電壓控制振盪器 (VCO)，輕接該補償單元’用以接收該誤差訊號，並依據該誤差訊號之 大小以產生脈波頻率調變後之該調變訊號。 4. 如請求項3所述之裝置，其中該補償單元包含： 一阻抗；及 一放大器，包含： 一輸入負端’耦接一參考電壓；及 22 201244344 一輸入正端，耦接該電荷幫浦單元、與該調變單元，該阻抗跨 接該放大器之一輸入負端與該放大器之一輸出端，該放大器之一輸 入正端耦接一參考電壓，用以接收該輸出電壓並進行穩定度補償而 產生該誤差訊號。 5_如請求項1所述之裝置，其中該調變單元係為—電流控制振盡器 (CCO)，耦接該補償單元，並依據該誤差訊號之大小以產生脈波頻率調 變後之該調變訊號。 6_如請求項彳所述之裝置’其中該相位控制單元係為複數個組合邏輯，用 以將該調變訊號組合成該些相位訊號。 7. -種電荷幫浦穩壓器回授控制方法，包含以下步驟： 依據複數個條峨之切換而测—輸人賴對至少—個電容充放電 而產生一輸出電壓； 補乜該輸出電壓而產生一誤差訊號； 調變δ玄誤差訊號而產生一調變訊號；及 依據該調變訊號產生該些相位訊號。 8·如。月求項7所述之方法，更包含以下步驟： 分壓該輸出電壓。 ^如凊^項7所述之方法’其中該調變訊號係為—脈波辭調變訊號。 10_如請求項9所述之方法，其令該脈波頻率調變訊號係依據該補償訊號之 大J以產生脈波頻率調變後之該調變訊號。 ， 11 —種電辟_授控《置，输於—騎幫鮮元，該電荷幫浦單元 接收-輸入電壓而產生一輸出電壓，且該電荷幫浦單元具有複數個開關 23 201244344 與至少一個電容，該裝置包含： 比較器接該電荷H單元，該比娜之—輸出端輕接該電容，用 以接收该輸出電壓並與一參考電壓比較後而產生一比較訊號； 一調變單元，祕槪㈣，肋接收槪較《並依據該比較訊號 進行省略調變而產生一調變訊號；及 一相位控制單元，耦接該調變單元，用以接收該調變訊號並產生複數 個相位訊號，依據該些相位訊號對該電荷幫浦單元之該些開關進行切換， 而使得该輸入電壓對該電荷幫浦單元之該至少一個電容進行充放電而產生 該輸出電壓。 12.如請求項11所述之裝置，更包含： 一分壓單元，介於該電荷幫浦單元與該比較器之間，用以接收該電荷 幫浦單元所輸出之該輸出電壓並於分壓後輸出至該比較器。 13·如請求項11所述之裝置，其中該調變單元包含： 一振盪器，用以產生一振盪頻率；及 一開關切換器’耦接該比較器與該振盪器，當該比較訊號為高電位 時使該振盪訊號通過，當該比較訊號為低電位時戴止該振盪訊號之通 過，藉以產生脈波省略調變後之該調變訊號。 14. 一種電荷幫浦穩壓器回授控制方法，包含以下步驟： 依據複數個相位訊號之切換而控制一輸入電壓對至少一個電容充放電 而產生一輸出電壓； 比較判斷該輸出電壓之高低而產生一比較訊號； 依據該比較訊號而省略產生一調變訊號；及 24 201244344 依據該調變喊產生紐相位訊號。 15.如明求項μ所述之方法，更包含以下步驟： 分壓該輪出電壓。 -16_如請求項14所述之方法’其中該調變訊號係為-脈波省略調變訊號。 . 17·如請求項16所述之方法’其中該脈波省略調變訊號係利用一開關切換 器並依據該比較訊號之一電壓位準來進行調變，當該比較訊號為高電位 時，產生該調變訊號，當該比較訊號為低電位時戴止該調變訊號。 25