專利名稱：定電流式電荷泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵的技術，尤其是一種應用在發(fā)光二極管 驅動電i 各的電4肓泵。
背景技術：
近年來，；f于動電話及PDA等可攜式電子產(chǎn)品的液晶顯示器逐 漸從黑白屏幕更換成彩色屏幕，由于液晶本身不發(fā)光，所以液晶顯 示器必須利用背光照明才能顯示屏幕的信息?？蓴y式電子產(chǎn)品的背 光單元基于耗電的考慮，使得白光發(fā)光二極管(LED)快速取代傳 統(tǒng)燈泡成為背光單元的主要發(fā)光元件。為了點亮白光LED必須佳: 用高順向電壓與順向電流，尤其是背光單元的電流控制，對可攜式 電子產(chǎn)品的電池工作時間具有絕對性影響，而針對高點燈效率所需 要的電荷泵設計倍數(shù)常見的有1.5倍及2倍二種類型。
在一般的白光LED驅動晶片(driver IC )的應用下，因為輸入 電壓并不高，常為2.6v到3.5V，但是因為白光LED的應用需要用 電流驅動， 一般約為20mA,這是因為白光LED的順向電壓比輸入 電壓高(約3.6 4V)，所以我們需用電荷泵電^各^fe輸入電壓升高。
請參照圖1,在現(xiàn)有的電荷泵產(chǎn)品中以2倍(2x)的電荷泵 (charge pump )電^各10為例， 一般2倍的電荷泵電路10外4妄有一 泵電容Cp，而其輸出端接有一接地的輸出電容Co。而電荷泵電路 10的特性為單純將輸入電壓倍壓2倍，所以要達到穩(wěn)定調(diào)節(jié)的電流
需在負載20 (白光LED)之后加一電流調(diào)節(jié)器30,通過該電流調(diào) 節(jié)器30串耳關在負載20之后獲4f一定電流20mA。
請再參照圖2，對于設有一充電晶體管11與一放電晶體管12 的電荷泵電^各10，其原已有外4妄該泵電容Cp兩端的4妄扭卩的焊墊 (PAD)Pd、Pc2,及輸出端OUT的接到負載20的接腳的焊墊PouT， 以及接地的焊墊PGND。若將該電流調(diào)節(jié)器30整合入電荷泵IC內(nèi)， 則IC需外加一引腳(pin)來4妄入負載20,使該負載20與該電流 調(diào)節(jié)器30串接，且因為白光LED的電流需求很大，所以此引腳數(shù) 目需要多個焊墊PLED并聯(lián)供電(圖中以10個焊墊PLED為例)，所 以在整體考慮下焊墊PLED的增加會使IC面積增加，且需要多個焊 墊布局安排也不容易。

發(fā)明內(nèi)容
于是，為解決上述的缺點，避免缺點存在，本發(fā)明的目的在于， 減去在負載之后加電流調(diào)節(jié)器的作法，簡化引腳的設計。本發(fā)明是 利用在輸出電壓與負載(白光LED )之間加入一檢測及調(diào)節(jié)電路形 成一定電流式電荷泵，通過檢測輸出電流變化而調(diào)節(jié)要增壓(pump ) 輸出的電流，以達到穩(wěn)定輸出電流的效果，且在不同輸入電壓及負 載變化時，其輸出電流變化相當小。
本發(fā)明是一種定電流式電荷泵，該定電流式電荷泵包括 一用 以增壓放大電壓的泵電路， 一反相器用以控制該泵電路外接的一泵 電容，一i殳于泵電^各的輸出處用以檢測輸出電流且將電流轉成電壓 的電流4全測電3各；以及一調(diào)節(jié)電路，其4妻入一輸入電壓及該電流才企 測電3各送出的電壓，形成負回4受的沖幾制以調(diào)節(jié)該泵電路的$lr出電
流o
其中，該電流4全測電路包括^妄于該泵電路與$命出端用以檢測#r 出電流的電阻，及接入該電阻的兩端電壓且將電壓》文大傳到該調(diào)節(jié) 電路的電壓放大器。
該調(diào)節(jié)電路包括一接入該電流4企測電路傳入的電壓與 一參考 電壓并比較的誤差放大器，及一調(diào)節(jié)晶體管，其接入一輸入電壓且 受該誤差方文大器的控制，用以調(diào)節(jié)該泵電路的輸出電流。
其中，該調(diào)節(jié)電路接入該反相器，通過該反相器增加該泵電容 所需的增壓電壓?；蛟撜{(diào)節(jié)電^各可4妾入該泵電路的^r入端，4空制該 調(diào)節(jié)晶體管要增壓輸入多少電流給該泵電路內(nèi)的充電晶體管。
我們在泵電路的輸出端放一個電流檢測電路及調(diào)節(jié)電路，以便 控制泵電路的$俞出電流，當負載變動時，該電路改變泵電流量，以 1更達到調(diào)節(jié)輸出電流的目的。該方法并不需在負載之后加一電流調(diào) 節(jié)器，且在不同輸入電壓及負載變化時，其輸出電流變化相當小， 約在0.5%內(nèi)，結果的表現(xiàn)與外加電流調(diào)節(jié)器的結果相當接近，且令 人滿意。


圖i是已知的電荷泵電^^的連接示意圖，
圖2是已知的電荷泵電路的電路示意圖， 圖3是本發(fā)明的定電流式電荷泵的連4妄示意圖， 圖4是本發(fā)明的定電流式電荷泵的電^各示意圖， 圖5是圖4的詳細實施電路圖，
圖6是本發(fā)明的定電流式電荷泵的另一詳細實施電路圖。
具體實施例方式
有關本發(fā)明的詳細內(nèi)容及技術說明，現(xiàn)以實施例來作進一步說 明，但應了解的是，這些實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋 為本發(fā)明實施的限制。
請參照圖3所示，是本發(fā)明的定電流式電荷泵的連接示意圖。 以2倍(2x)的電荷泵為例，本發(fā)明是一定電流式電荷泵100,類 似一般的電荷泵電路，其外接有一泵電容Cp，而其輸出端接有一 接地的輸出電容Co。而該定電流式電荷泵100的特性為將輸入電 壓倍壓2倍，且提供一定電流20mA給一負載200 (白光LED)。
請參照圖4所示，是本發(fā)明的定電流式電荷泵的電路示意圖。 該定電流式電荷泵100內(nèi)包4舌由一充電晶體管111與一方文電晶體管 112依序設置于輸入電壓VDD與輸出端OUT之間形成的一泵電路 110，該定電流式電荷泵100外接的泵電容Cp —端連4妄于該充電晶 體管111與該放電晶體管112之間，另一端接入一反相器101的輸 出端；且該定電流式電荷泵100的輸出端OUT接有接地的輸出電 容Co與負載200 (例如白光LED )。
本發(fā)明是在輸出端OUT之前設置一電流沖企測電路120及一調(diào) 節(jié)電3各130,以1更控制該定電流式電荷泵100的輸出電流，是由該 電流才全測電路120 4企測豐lr出電流變4匕，而該調(diào)節(jié)電^各130利用以負 回授的機制與 一個適當?shù)恼{(diào)節(jié)輸出電流機制達到的快速負載響應 與穩(wěn)定電流的作用，用于調(diào)節(jié)要增壓(pump)輸出的電流，當負載 200變動時，改變該定電流式電荷泵100電流量，以《更達到調(diào)節(jié)輸^ 出電流的目的。
其中該電流才企測電路120包4舌一電阻121 *接于該泵電路110與 豐俞出端OUT之間，該電阻121用于4企測l俞出電:i;充， 一電壓》文大器 122 4妄于該電阻121的兩端，爿尋該電阻121兩端的電壓差傳到該調(diào) 節(jié)電路130。該調(diào)節(jié)電路130包括一誤差放大器131與一調(diào)節(jié)晶體 管132,該i吳差》文大器131 4妄入該電壓》文大器122 l命出的電壓，利 用該誤差》文大器131做負回授的才幾制調(diào)節(jié)^T出電流，當該i吳差》文大 器131的正端接入?yún)⒖茧妷篤ref (如1.2V )，輸出電流轉換的電壓 再llT入到該誤差^t大器131的負端，通過該誤差》文大器131即可控 制該調(diào)節(jié)晶體管132要增壓(pump )輸出多少由該反相器101至該 泵電容Cp的電流。
當該負載200所需要的電流變大時，該誤差放大器131所接入 的回授電壓變大，即該誤差放大器131測到該誤差電壓，即會控制 該調(diào)節(jié)晶體管132通過較少電流將回授電壓穩(wěn)定在參考電壓Vref (如1.2V)，因輸出電流與回授電壓是該電壓放大器122的倍率(6 倍)及該電阻121 ( 10Q )的倍數(shù)，所以輸出電流即會穩(wěn)定在20mA。
本發(fā)明的定電流式電荷泵100電路可提供定電流給負載200， 達到調(diào)節(jié)輸出電流的目的，且并不需在泵電路110或負載200之后 加一額外的電流調(diào)節(jié)器，所以可簡^f匕IC引扭卩的i殳計。
請參照圖5所示，是圖4的詳細實施電^各圖。作支設該定電流式 電荷泵IOO是一 2x泵電路，該泵電路110中的充電晶體管111與放 電晶體管112分別受第一時脈CK1與第二時脈CK2的控制，其中 該第一時脈CK1與第二時脈CK2的時脈信號相反；及一由p型晶 體管與n型晶體管所組成的反相器101,該反相器101的第三時月永 CLK與第二時脈CK2的時脈信號同步，且輸入端接入輸入電壓 VDD (—般約2.6V-3.5V)。其中，該泵電容Cp是設置于該反相器 101的專命出端和該充電晶體管111與i丈電晶體管112之間的4姿點。
當該負載200所需要的電流變大時，該電阻121兩端的電壓差 也會變大，再通過該電壓放大器122轉成電壓提供給該誤差放大器 131，該誤差放大器131測到該誤差電壓，即會控制該調(diào)節(jié)晶體管 132通過4交少電流將回4受電壓穩(wěn)、定在參考電壓Vref (如1.2V),該 誤差放大器131即可控制該調(diào)節(jié)晶體管132要增壓(pump)輸出多 少電流給由該反相器101增加該泵電容Cp所需的增壓電壓Vjmp, 則該定電流式電荷泵100的$餘出電壓Vout為該泵電路110中充電晶 體管111所4妄入的4命入電壓VDD加上該增壓電壓Vjmp。
請參照圖6所示，是本發(fā)明的定電流式電荷泵的另一詳細實施 電路圖。與圖4及圖5不同的是該調(diào)節(jié)電路130的調(diào)節(jié)晶體管132 是接在該泵電路110之前，如本實施例是設在該充電晶體管111之 前。實施動作上，當該負載200所需要的電流變大時，該電阻121 兩端的電壓差也會變大，再通過該電壓放大器122轉成電壓提供給 該誤差放大器131，該誤差放大器131測到該誤差電壓，即會控制 該調(diào)節(jié)晶體管132通過較少電流將回授電壓穩(wěn)定在參考電壓Vref (如1.2V)，該誤差放大器131即可控制該調(diào)節(jié)晶體管132要增壓 (pump )輸入多少電流給該泵電路110的充電晶體管111需要的輸 入電壓Vin，則該定電Wu式電荷泵100的$俞出電壓Vout為由該反相 器101 4妄入的電壓源電壓VDD加上該豸#入電壓Vin。
本發(fā)明的精神在于想要一個猶如電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的穩(wěn)定電流， 而又不想外加該電路、增加引腳與焊墊凄t目(焊墊PLED)。本發(fā)明 在泵電路110與負載200之間加入一控制電路(電流檢測電路120 與調(diào)節(jié)電3各130 )，該電^各像一水管，當輸入電壓或負載電阻變化時， 該電路檢測到而改變7K管寬窄，而穩(wěn)定電流量，此時輸入電壓及負 載內(nèi)電阻不再決定輸出電流，而是由此一控制回路決定，因此可得 到一我們想要的不隨負載及輸入電壓變動的電流。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā) 明。在上述實施例中，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1. 一種定電流式電荷泵，其特征在于，所述定電流式電荷泵(100)包括:泵電路(110)，用于增壓放大電壓；反相器(101)，用于控制所述泵電路(110)外接的泵電容(Cp)；電流檢測電路(120)，設于泵電路(110)的輸出處，用于檢測輸出電流且將電流轉成電壓；以及調(diào)節(jié)電路(130)，所述調(diào)節(jié)電路接入輸入電壓(VDD)及所述電流檢測電路(120)送出的電壓，形成負回授的機制調(diào)節(jié)所述泵電路(110)的輸出電流。
2. 根據(jù)權利要求1所述的定電流式電荷泵，其特征在于，所述電 ;危才企測電^各(120)包括電阻(121),所述電阻4妄于所述泵電路(110)與l俞出端 (OUT )用于檢測輸出電流；以及電壓放大器(122),所述電壓放大器接入所述電阻(121 ) 的兩端電壓，且將電壓放大傳到所述調(diào)節(jié)電路(130)。
3. 才艮據(jù)^L利要求1所述的定電流式電荷泵，其特4i在于，所述調(diào) 節(jié)電i 各(130)包4舌誤差放大器(131)，所述誤差放大器接入所述電流檢測 電路(120)傳入的電壓與參考電壓(Vref)并比較；以及調(diào)節(jié)晶體管(132),所述調(diào)節(jié)晶體管接入輸入電壓(VDD) 且受所述誤差放大器(131 )的控制，用于調(diào)節(jié)所述泵電路(110)的車lr出電;;危。
4. 根據(jù)權利要求1所述的定電流式電荷泵，其特征在于，所述調(diào) 節(jié)電路(130 )接入所述反相器(101 )，通過所述反相器(101 ) 增加所述泵電容(Cp)所需的增壓電壓(Vjmp)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的定電流式電荷泵，其特征在于，所述調(diào) 節(jié)電路(130)接入所述泵電路(110)的輸入端，控制所述調(diào) 節(jié)晶體管(132)要增壓輸入多少電流給所述泵電路(110)內(nèi) 的充電晶體管(111 )。
全文摘要
一種定電流式電荷泵，是在泵電路的輸出端放一個電流檢測電路及調(diào)節(jié)電路，從而控制泵電路的輸出電流，當負載變動時，檢測輸出電流變化而調(diào)節(jié)泵電路要增壓輸出的電流，以達到穩(wěn)定輸出電流的效果，且在不同輸入電壓及負載變化時，其輸出電流變化相當小。
文檔編號G05F1/46GK101383557SQ20071014805
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權日2007年9月3日
發(fā)明者吳繼浩 申請人:矽創(chuàng)電子股份有限公司