應(yīng)用于高負(fù)載電流的電荷注入式開關(guān)電容穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于高負(fù)載電流的電荷注入式開關(guān)電容穩(wěn)壓器，用來于一輸出端點產(chǎn)生一輸出電壓，包含有一儲存電容、一開關(guān)模塊、一電流源以及一控制單元，其中該開關(guān)模塊耦接于該儲存電容與一第一供應(yīng)電壓、一第二供應(yīng)電壓以及該輸出端點之間；該電流源耦接于該輸出端點，且用以選擇性地提供一電流至該輸出端點；以及該控制單元耦接于該開關(guān)模塊與該輸出端點，且用來控制該開關(guān)模塊以對該儲存電容進(jìn)行充電或放電，以及控制該電流源以選擇性地提供該電流至該輸出端點，以調(diào)整該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位。本發(fā)明的開關(guān)電容穩(wěn)壓器即使在過大的負(fù)載電流下也能提供穩(wěn)定輸出電壓。
【專利說明】應(yīng)用于高負(fù)載電流的電荷注入式開關(guān)電容穩(wěn)壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，尤指一種即使在過大的負(fù)載電流下也能提供穩(wěn)定輸出電壓的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器。

【背景技術(shù)】
[0002]在一般的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器中，如果負(fù)載電流超過了系統(tǒng)所能提供的最大電流值時，則開關(guān)電容式穩(wěn)壓器的輸出電壓會產(chǎn)生很大的壓降，而造成開關(guān)電容式穩(wěn)壓器無法提供一個穩(wěn)定的輸出電壓；此外，由于輸出電壓的下降，也會進(jìn)一步使得負(fù)載電流的容許值下降，而造成系統(tǒng)組件在操作上的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的目的在于公開一種開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其可以在過大的負(fù)載電流下提供穩(wěn)定輸出電壓，以解決上述的問題。
[0004]根據(jù)本發(fā)明一實施例，一種應(yīng)用于高負(fù)載電流的電荷注入式開關(guān)電容穩(wěn)壓器，用來于一輸出端點產(chǎn)生一輸出電壓，包含有一儲存電容、一開關(guān)模塊、一電流源以及一控制單元，其中該開關(guān)模塊耦接于該儲存電容與一第一供應(yīng)電壓、一第二供應(yīng)電壓以及該輸出端點之間；該電流源耦接于該輸出端點，且用以選擇性地提供一電流至該輸出端點；以及該控制單元耦接于該開關(guān)模塊與該輸出端點，且用來控制該開關(guān)模塊以對該儲存電容進(jìn)行充電或放電，以及控制該電流源以選擇性地提供該電流至該輸出端點，以調(diào)整該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器的示意圖。
[0006]圖2為圖1所示的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器的輸出電壓位于不同電壓區(qū)間時，對儲存電容進(jìn)行充放電與對輸出端點進(jìn)行充電的示意圖。
[0007]圖3為當(dāng)負(fù)載電流超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最大負(fù)載電流時，開關(guān)電容式穩(wěn)壓器的輸出電壓的變化的示意圖。
[0008]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0009]100開關(guān)電容式穩(wěn)壓器
[0010]110開關(guān)模塊
[0011]120控制單元
[0012]122能帶隙電壓產(chǎn)生電路
[0013]124第一比較器
[0014]126第二比較器
[0015]128第一控制信號產(chǎn)生單元
[0016]129第二控制信號產(chǎn)生單元
[0017]Cs儲存電容
[0018]Cload 負(fù)載電容
[0019]I電流源
[0020]Iload負(fù)載電流
[0021]Ml晶體管
[0022]Nout 輸出端點
[0023]Sffl ~SW4 開關(guān)

【具體實施方式】
[0024]在說明書及后續(xù)的申請專利范圍當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及后續(xù)的申請專利范圍并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及后續(xù)的請求項當(dāng)中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或者通過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0025]請參考圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器100的示意圖，其中開關(guān)電容式穩(wěn)壓器100是用來于一輸出端點Nout產(chǎn)生一穩(wěn)定的輸出電壓Vout,且輸出端點Nout連接至一負(fù)載(圖標(biāo)的Cltjad為負(fù)載電容，而IlMd為負(fù)載電流)。如圖1所示，開關(guān)電容式穩(wěn)壓器100包含有一儲存電容Cs、一開關(guān)模塊110、一電流源(于本實施例中，該電流源是以一晶體管Ml來實現(xiàn))以及一控制單元120，其中該開關(guān)模塊110包含有四個開關(guān)SW1、Sff2, Sff3, Sff4,開關(guān)SWl耦接于一供應(yīng)電壓Vdd與儲存電容Cs的一第一端點，且用以選擇性地將供應(yīng)電壓Vdd連接至儲存電容Cs的該第一端點；開關(guān)SW2耦接于儲存電容Cs的該第一端點與輸出端點Nout之間，且用以選擇性地將儲存電容Cs的該第一端點連接至輸出端點Nout ;開關(guān)SW3耦接于儲存電容Cs的一第二端點與輸出端點Nout之間，且用以選擇性地將儲存電容Cs的該第二端點連接至輸出端點Nout ;開關(guān)SW4則耦接于另一供應(yīng)電壓(于本實施例中為接地電壓GND)與儲存電容Cs的該第二端點，且用以選擇性地將接地電壓GND連接至儲存電容Cs的該第二端點。另外，控制單元120包含有一能帶隙電壓產(chǎn)生電路122、一第一比較器124、一第二比較器126、一第一控制信號產(chǎn)生單元128以及一第二控制信號產(chǎn)生單元129，且控制單元120產(chǎn)生多個第一控制信號Va」、Vcl2與一第二控制信號來分別控制開關(guān)模塊110與晶體管Ml的操作。
[0026]在開關(guān)電容式穩(wěn)壓器100的操作上，是通過控制開關(guān)SWl~SW4的開啟/關(guān)閉來對儲存電容Cs進(jìn)行充電或放電，以及通過控制晶體管Ml的開啟/關(guān)閉來選擇性地對輸出端點Nout進(jìn)行充電，以使得輸出電壓Vout可以維持在一個穩(wěn)定的電壓值。詳細(xì)來說，控制單元120會根據(jù)輸出電壓Vout的準(zhǔn)位來控制SWl~SW4的開啟/關(guān)閉來對儲存電容Cs進(jìn)行充電或放電，以維持固定的輸出電壓Vout,然而，當(dāng)負(fù)載電流Iltjad過大造成輸出電壓Vout持續(xù)下降而無法維持在一個穩(wěn)定的電壓值的時候，控制單元120則會另外開啟晶體管M1，以使得晶體管Ml可以作為一電流源以另外對輸出端點Nout進(jìn)行充電，以進(jìn)一步提升輸出電壓Vout的準(zhǔn)位。以下將針對電容式穩(wěn)壓器100中每個組件的詳細(xì)操作作說明。
[0027]能帶隙電壓產(chǎn)生電路122會產(chǎn)生兩個參考電壓VKEn與Vkef2，其中參考電壓VKEn為開關(guān)電容式穩(wěn)壓器100的輸出電壓Vout的理想值，而參考電壓Vkef2的準(zhǔn)位則略低于參考電壓VKEF1。舉例來說，假設(shè)供應(yīng)電壓Vdd為3.3V，參考電壓Vkefi為1.2V，則參考電壓Vkef2可以為1.0V或是1.1V。
[0028]接著，第一比較器124會比較輸出電壓Vout與參考電壓VKEn以產(chǎn)生一比較結(jié)果CPl，而第一控制信號產(chǎn)生單元128根據(jù)比較結(jié)果CPl來產(chǎn)生第一控制信號Va i與Va 2來分別控制開關(guān)SWl~SW4的開啟/關(guān)閉，其中第一控制信號Va」與Va 2為反相的信號；此外，第二比較器126會比較輸出電壓Vout與參考電壓Vkef2以產(chǎn)生一比較結(jié)果CP2，而第二控制信號產(chǎn)生單元129根據(jù)比較結(jié)果CP2來產(chǎn)生第二控制信號Vc2以控制晶體管Ml的開啟/關(guān)閉。
[0029]詳細(xì)來說，當(dāng)輸出電壓Vout大于參考電壓VKEn時，第一控制信號產(chǎn)生單元128產(chǎn)生第一控制信號Va 1、Vci 2以關(guān)閉開關(guān)SWl~SW4，使得輸出端點Nout上的輸出電壓Vout會緩慢的進(jìn)行放電，以使得輸出電壓Vout保持在Vkefi電壓準(zhǔn)位；此外，第二控制信號產(chǎn)生單元129產(chǎn)生第二控制信號Vc2以關(guān)閉晶體管Ml。
[0030]另一方面，當(dāng)輸出電壓Vout小于參考電壓Vkefi,第一控制信號產(chǎn)生單兀128產(chǎn)生周期性兩個相位的第一控制信號Va」、Vcl2,以交替地對儲存電容Cs進(jìn)行充電放電來使得輸出電壓Vout保持在Vkefi電壓準(zhǔn)位。詳細(xì)來說，當(dāng)對儲存電容Cs進(jìn)行充電時，第一控制信號Vaj會開啟開關(guān)SWl與SW3，而第一控制信號Va 2關(guān)閉開關(guān)SW2與SW4來對儲存電容Cs進(jìn)行充電，且對Vout供應(yīng)電流，此時對儲存電容Cs進(jìn)行充電的示意圖如圖2(b)所示；當(dāng)對儲存電容Cs進(jìn)行放電時,第一控制信號Va—2開啟開關(guān)SW2與SW4,而第一控制信號Veu關(guān)閉開關(guān)SWl與SW3來對儲存電容Cs進(jìn)行放電，此時對儲存電容Cs進(jìn)行放電的示意圖如圖2(a)所示；此外，若是此時輸出電壓Vout大于參考電壓￥_2時，第二控制信號產(chǎn)生單元129會產(chǎn)生第二控制信號Vc2以關(guān)閉晶體管Ml。
[0031]另外，當(dāng)輸出電壓Vout小于參考電壓Vkef2時，此時代表負(fù)載電流Iltjad過大造成輸出電壓Vout持續(xù)下降而無法維持在一個穩(wěn)定的電壓值，第一控制信號產(chǎn)生單元128持續(xù)的產(chǎn)生周期性兩個相位的第一控制信號Va i和Va—2，使得儲存電容Cs持續(xù)的對輸出端點Nout充電，第二控制信號產(chǎn)生單元129此時會產(chǎn)生第二控制信號Vffi以開啟晶體管Μ1，以作為一個電流源I對輸出端點Nout進(jìn)行充電以進(jìn)一步提升輸出電壓Vout的準(zhǔn)位，而此時晶體管Ml對輸出端點Nout進(jìn)行充電的示意圖如圖2(c)所示。
[0032]如上所述，由于在負(fù)載電流IlMd過大時，晶體管Ml會提供另外一個充電路徑來對輸出端點Nout進(jìn)行充電以進(jìn)一步提升輸出電壓Vout的準(zhǔn)位，因此，即使如圖3所示的負(fù)載電流Iltjad超過了系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最大負(fù)載電流IlMd—_，輸出電壓Vout也只會稍微降低而不會影響到系統(tǒng)其它組件的操作。
[0033]此外，雖然于圖1所示的實施例中，開關(guān)模塊120包含四個開關(guān)SWl~SW4，且電流源使用晶體管Ml來實作，然而，此一電路架構(gòu)僅為范例說明而并非作為本發(fā)明的限制。于本發(fā)明的其它實施例中，由于開關(guān)電容穩(wěn)壓器有各種架構(gòu)，開關(guān)模塊120可有數(shù)顆充放電容Cs和數(shù)個開關(guān)去組合，只要是開關(guān)電容穩(wěn)壓器的架構(gòu)，且當(dāng)輸出電壓Vout小于參考電壓Vkef2時輸出端點Nout具有如圖2(c)所示的等效電路，開關(guān)模塊120中的開關(guān)數(shù)量以及耦接方式可以有其它種類的設(shè)計，且晶體管Ml亦可以被替換為其它形式的電流源，這些設(shè)計上的變化均應(yīng)隸屬于本發(fā)明的范疇。
[0034]簡要歸納本發(fā)明，在本發(fā)明的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器中，當(dāng)開關(guān)電容式穩(wěn)壓器的輸出電壓因為過大的負(fù)載電流而使得輸出電壓低于一參考電壓值時，開關(guān)電容式穩(wěn)壓器會使用兩個電流路徑來對輸出端點進(jìn)行充電，以使得輸出電壓可以維持在一穩(wěn)定電壓值，而不會影響到系統(tǒng)其它組件的操作。
[0035]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，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于高負(fù)載電流的電荷注入式開關(guān)電容穩(wěn)壓器，用來于一輸出端點產(chǎn)生一輸出電壓，該開關(guān)電容穩(wěn)壓器的特征在于，包含: 一儲存電容； 一開關(guān)模塊，耦接于該儲存電容與一第一供應(yīng)電壓、一第二供應(yīng)電壓以及該輸出端點之間； 一電流源，耦接于該輸出端點，用以選擇性地提供一電流至該輸出端點；以及 一控制單元，耦接于該開關(guān)模塊與該輸出端點，用來控制該開關(guān)模塊以選擇性地對該儲存電容進(jìn)行充電或放電，以及控制該電流源以選擇性地提供該電流至該輸出端點，以調(diào)整該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其特征在于，該電流源為耦接于該第一供應(yīng)電壓與該輸出端點之間的一開關(guān)組件，且用來選擇性地將該第一供應(yīng)電壓連接至該輸出端點。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其特征在于，該控制單元根據(jù)該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位來控制該開關(guān)模塊以選擇性地對該儲存電容進(jìn)行充電或放電，以及控制該電流源以選擇性地提供該電流至該輸出端點，以調(diào)整該輸出電壓的電壓準(zhǔn)位。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其特征在于，該控制單元包含: 一第一比較器，用來比較該輸出電壓與一第一參考電壓，以產(chǎn)生一第一比較結(jié)果； 一第一控制信號產(chǎn)生單元，耦接于該第一比較器，用來根據(jù)該第一比較結(jié)果來產(chǎn)生多個第一控制信號來控制該開關(guān)模塊； 一第二比較器，用來比較該輸出電壓與一第二參考電壓，以產(chǎn)生一第二比較結(jié)果；以及 一第二控制信號產(chǎn)生單元，耦接于該第二比較器，用來根據(jù)該第二比較結(jié)果來產(chǎn)生一第二控制信號來控制該電流源。
5.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器,其特征在于,該第二參考電壓低于該第一參考電壓。
6.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其特征在于，該電流源為耦接于該第一供應(yīng)電壓與該輸出端點之間的一開關(guān)組件，且用來根據(jù)該第二控制信號以選擇性地將該第一供應(yīng)電壓連接至該輸出端點。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其特征在于，當(dāng)該輸出電壓小于該第二參考電壓時，該第二控制信號產(chǎn)生單元控制該電流源以提供該電流至該輸出端點；以及當(dāng)該輸出電壓大于該第二參考電壓時，該第二控制信號產(chǎn)生單元控制該電流源以使得該電流源不會提供該電流至該輸出端點。
8.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)電容式穩(wěn)壓器，其特征在于，該第一參考電壓與該第二參考電壓均由一能帶隙電壓產(chǎn)生電路所產(chǎn)生。
【文檔編號】G05F1/56GK104049663SQ201410012755
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】王村鑫 申請人:慧榮科技股份有限公司