專利名稱：具電流偵測的電荷泵電路及其電路單元的制作方法
具電流偵測的電荷泵電路及其電路單元技術領域
本發(fā)明設計一種電荷泵的電路設計，尤指一種具有電流偵測的電荷泵電路及其電 路單元。
背景技術：
由于發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode)具有高發(fā)光效率、高亮度、耗電量 低、使用壽命長、安全可靠、利于環(huán)保以及快速啟動等等的特性，因此許多高科技產(chǎn)品，均應 用LED作為光源。一般來說，LED的驅動通常由一個恒定直流的電流源驅動，以保持恒定的 亮度。特別是，對于以電池作為供電電源的便攜設備，由于電池所能提供的電壓不高，不適 合直接驅動多個串聯(lián)的LED光源。這意味著操作這些LED時，需要對電池的電壓進行升壓， 才能夠順利驅動這些LED發(fā)光。對電池進行升壓的辦法一般是使用升壓DC-DC轉換器，其 轉換效率高，但是，代價是成本和PCB面積也會大幅度的增加。另外一種對電池進行升電壓 的方法是使用電荷泵電路。
圖1所示為公知調整LED亮度的電流變化示意圖。
一般公知調整LED亮度的方法，最簡單的就是調整LED電流。公知技術是將能夠 產(chǎn)生較高亮度的電流Il調整為較低亮度的電流12，但是會造成LED的發(fā)光頻譜產(chǎn)生漂移。 于某些高階產(chǎn)品或者是對于發(fā)光色度特別敏感的產(chǎn)品，例如顯示器等，就不能夠容許LED 的發(fā)光頻譜有這樣的漂移。
圖2所示為公知調整LED亮度的電流切換示意圖。
為了改善LED發(fā)光頻譜漂移的問題，發(fā)展出另外一種技術，其利用人眼對于閃爍 光有視覺暫留的特性，將輸入至LED的電流做快速的切換，如此可以使得LED進行快速的閃爍。
可利用一個切換開關將圖1的電流Il進行快速的切換，由于人眼對于閃爍光具有 視覺暫留的特性，尤其是對于短于16. 67微秒的閃爍光，即是以60Hz以上進行切換的閃爍 光，是無法辨識的。因此，利用這種技術，等效于對LED供應平均電流所造成的亮度，且使 LED不會產(chǎn)生發(fā)光頻譜的漂移。
圖3所示為公知電荷泵電路的輸入電流波形圖。
公知的電荷泵電路僅具有數(shù)個切換開關以及電容等元件，因此，當操作電荷泵電 路的切換開關對電容進行充電時，由于無電阻等元件阻流，因此輸入的電流會產(chǎn)生如圖3 所示的電流尖峰。即是，當開關打開，并對電容充電時，則輸入電流一開始會以較大電流進 行充電，而后輸入電流才隨著電容電壓上升而降低。特別是，這種輸入電流的尖峰會對于便 攜設備造成不良的影響。由于便攜設備通常利用電池作為電源供應，而突然的大電流輸出 會造成電池電壓的突然下降。另外，可便攜設備內(nèi)通常同時具有數(shù)個不同功能的電路，同時 都使用此電源來進行驅動與操作。因此，同樣使用可攜裝置電池的其他電路就會受到如圖 3所示的電流尖峰的干擾，例如，對于聲訊電路產(chǎn)生噪聲等。
因此，為了達到對LED等發(fā)光裝置提供穩(wěn)定的輸出電流以及不干擾便攜設備內(nèi)使用同個電源的其它電路，因此需要對電荷泵電路做更進一步的改善。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種具有電流偵測的電荷泵電路及其電路單元。根據(jù)本發(fā)明 實施例的具有電流偵測的電荷泵電路，其中，反饋電路單元可偵測從一個負載電路產(chǎn)生的 反饋電流，并可根據(jù)反饋電流的大小對電荷泵電路單元的被控電流源進行調整，以達到穩(wěn) 定電流的目的。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提出一種電荷泵電路，與一負載電路電性連接，該負載電 路根據(jù)該電荷泵電路單元的該驅動電壓產(chǎn)生一負載電流，包括一電荷泵電路單元，產(chǎn)生一 驅動電壓，其中電荷泵電路單元具有一被控電流源，以控制輸入該電荷泵電路單元的一輸 入電流；一偵測電路單元，與該負載電路電性連接，且根據(jù)該負載電流產(chǎn)生一反饋信號；以 及一反饋電路單元，與該偵測電路單元電性連接，并根據(jù)該反饋信號控制該被控電流源的 輸入電流。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提出一種電荷泵電路單元，包括一被控電流源；一虛 設路徑，將該被控電流源連接至一地端；一電容，透過一第一開關與該被控電流源以及該須 設路徑電性連接，并且該被控電流源透過該第一開關對該電容進行充電；以及一第二開關 連接該電容及一負載電路，并且該電容透過該第二開關對該負載電路進行放電；其中該第 一開關與該第二開關分別受到一第一開關信號及一第二開關信號的控制而于導通及截止 之間切換，且該第一開關與該第二開關的導通周期彼此錯開，且該被控電流源的電流于該 第一開關信號及該第二開關信號皆為截止時，透過該虛設路徑流向地端，且該被控電流源 的電流于該第一開關信號及該第二開關信號皆為低電位時，透過該虛設路徑流向地端。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出了一種具有偵測反饋電流的電荷泵電路，電荷泵 電路的反饋電路單元可偵測從負載電路產(chǎn)生的反饋電流，并根據(jù)反饋電流調整位于電荷泵 電路單元的被控電流源，以使得流經(jīng)負載電路的電流穩(wěn)定；并且另外具有一個保護電路單 元，可偵測反饋電流，并根據(jù)反饋電流進行電路的保護，以避免負載電路以及電荷泵電路受 到過電流的損毀或者于低電流狀態(tài)進行保護。
并且，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提出一種具有穩(wěn)定輸入電流的電荷泵電路。
本發(fā)明的機制與公知技術截然不同，提供具有電流偵測及具有穩(wěn)定輸入電流的的 電荷泵電路，以促進產(chǎn)業(yè)升級。
以上的概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發(fā)明為達到預 定目的所采取的方式、手段及功效。而有關本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點，將在后續(xù)的說明及附 圖中加以闡述。


圖1所示為公知調整LED亮度的電流變化示意圖2所示為公知調整LED亮度的電流切換示意圖3所示為公知電荷泵電路的輸入電流波形圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電荷泵電路的電路圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的信號示意圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入電流的波形圖7為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的具有一個虛設路徑(dummy path)的電荷泵電路 的電路圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入電流的電流波形圖9為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的具有一個虛設路徑(dummy path)的電荷泵電路 的電路圖。
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電荷泵電路的電路圖IlA以及圖IlB所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電荷泵電路單元的電路示意 圖12A、圖12B、圖12C所示為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的負載單元及偵測電路單元 的電路結構圖。
主要元件附圖標記說明
400、900、1000、1100 電荷泵電路
10被控電流源
11、22、23 電容
12負載電容
13負載單元
14偵測電阻
14a電壓偵測電阻
15、沘誤差放大器
16第一比較器
17第二比較器
18信號產(chǎn)生器
19處理器
20第三比較器
24、25、26、30 電阻
2INAND 邏輯門
27電流控制單元
四第四比較器
41、49、50電荷泵電路單元
42反饋電路單元
43保護電路單元
44負載電路
45過電流保護電路單元
46低電流保護電路單元
47偵測電路單元
48限流電路單元
Vin輸入電壓源
V。ujg動電壓
Sl S14 開關
SD調光開關
CLKl第一開關信號
CLK2第二開關信號
CLK3第三開關信號
Ikjad負載電流
Ifb反饋信號
Vfb電壓反饋信號
、。。過電流參考電壓
V。vp過壓參考電壓
Vuep低電流參考電壓
Vi標準參考電壓
DIM控制信號
P1、P2虛設路徑具體實施方式
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電荷泵電路的電路圖。
電荷泵電路400具有一個電荷泵電路單元41、一個反饋電路單元42、一個保 護電路單元43以及一個偵測電路單元47。其中，電荷泵電路單元41具有一個被控電 流源10、切換開關Si、S2、S3、S4及電容11、12 ；反饋電路單元42具有一個誤差放大器 (error amplifier) 15 ；保護電路單元43具有第一與第二比較器16與17、一個信號產(chǎn)生器 (Oscillator) 18、一個處理器19 ；偵測電路單元47具有偵測電阻14。另外有一個負載電路 44具有負載單元13，于本實施例可為至少一個LED，但本發(fā)明不限于此。
電荷泵電路單元41由一輸入電壓源Vin提供一定電壓，輸入電壓源Vin與一個被控 電流源10電性連接，被控電流源10同時與開關Si、S3的第一端電性連接，開關S3的第二 端與開關S2的第一端電性連接，并且，開關S2的第二端連接至一個地端。開關Sl的第二 端同時與開關S4的第一端以及電容11的第一端相連接，電容11的第二端則與開關S2的 第一端電性連接。另外，開關S4的第二端與負載電容12的第一端以及負載電路44的負載 單元13的第一端電性連接，電容12的第二端則連接至地端。其中，開關S1、S2受到一個第 一開關信號CLKl的控制以打開或關閉，開關S3、S4受到一個第二開關信號CLK2的控制以 打開或關閉。即是，電容11透過第一開關S1、S2與被控電流源10連接以進行充電，并透過 第二開關S3、S4對電容12及負載電路44進行放電，且與驅動電壓點V。ut連接。
電荷泵電路單元41主要是提供負載電路44 一個穩(wěn)定的電流源以驅動負載單元 13，負載單元13則根據(jù)電荷泵電路單元41的驅動產(chǎn)生一個負載電流Ikjadt5
偵測電路單元47的偵測電阻14的第一端與負載單元13的第二端電性連接，且偵 測電阻14的第二端連接至地端。其中，負載電路44接受電荷泵電路單元41的驅動，并產(chǎn) 生一個負載電流I-d，偵測電路單元47則偵測此負載電流Ikjad,并且據(jù)以產(chǎn)生一個反饋信巧 Ifbo
反饋電路單元42接受偵測電路單元47的反饋信號IFB，以監(jiān)測流經(jīng)負載單元13的負載電流I-d，并根據(jù)反饋信號Ifb的大小調整被控電流源10以穩(wěn)定流經(jīng)負載單元13的負 載電流I-d。反饋單元42由一個誤差放大器15所形成，誤差放大器15的倒相輸入端連接 至偵測電路單元47的第一端，誤差放大器15的不倒相輸入端則接收標準參考電壓V”誤 差放大器15的輸出端與被控電流源10電性連接，以控制被控電流源10的電流值。另外， 誤差放大器15亦接收控制信號DIM，并根據(jù)控制信號DIM來停止或提供被控電流源10的電 流，其中，控制信號DIM可以為一調光信號，且誤差放大器15亦控制被控電流源10停止或 提供電流的頻率高于人耳可感知的頻率范圍，例如20kHz以上的頻率，如此可避免產(chǎn)生低 頻率的噪聲信號以造成上述的可攜裝置內(nèi)連接相同電源的其他電路的音頻噪聲。誤差放大 器15也接受處理器19的控制以進行控制被控電流源10。
另外，控制信號DIM亦可以直接控制處理器19以取代控制誤差放大器15?？刂菩?號DIM可以是脈沖信號或模擬信號，若為模擬信號，處理器19可根據(jù)其電平高低轉換成對 應占空比，以決定停止產(chǎn)生第一開關信號CLKl及第二開關信號CLK2的時間比，以達到調光 效果。
保護電路單元43主要是提供電荷泵電路單元41于過電流/低電流狀態(tài)的保護電 路。第一比較器16的不倒相輸入端以及第二比較器17的倒相輸入端連接至偵測電路單元 47的第一端，第一比較器16的倒相輸入端接收過電流參考電壓V。。p，第二比較器17的不倒 相輸入端接收低電流參考電壓Vu。p，并且第一與第二比較器16、17的輸出端皆連接至處理 器19。其中，過電流參考電壓V。。p大于低電流參考電壓Vu。p。處理器19與信號產(chǎn)生器18電 性連接，并且處理器19的一輸出端與誤差放大器15連接。當反饋信號Ifb大于電流參考電 壓V。。p時，代表電路異常使負載電流I^d不當上升至超過一過電流值；或者反饋信號Ifb小 于電流參考電壓Vucp時，代表電路異常使負載電流I^d無法上升至超過一過低電流值，保護 電路單元43于上述兩狀態(tài)的任一發(fā)生時，透過控制反饋電路單元42以停止被控電流源10 輸入電流。然于電荷泵電路400于啟動的初或暫時性的突然電路異常無法提供電力至負載 電路44，使反饋信號Ifb —時低于電流參考電壓Vuep，保護電路單元43可于確定過低電流狀 態(tài)持續(xù)超過一預定時間時，才停止電荷泵電路的操作，以避免誤判。
另外，處理器19亦根據(jù)信號產(chǎn)生器18產(chǎn)生第一開關信號CLKl以及第二開關信號 CLK2。其中，信號產(chǎn)生器18的頻率為固定頻率，以便于濾除電磁干擾。
電荷泵電路單元41經(jīng)被控電流源10接收來自輸入電壓源Vin的一個穩(wěn)定的電流。 當開關S1、S2接受第一開關信號CLKl控制而導通且開關S3、S4接受第二開關信號CLK2控 制而不導通，則產(chǎn)生一個充電路徑對電容11進行充電，此時，負載電路44由電容12(的放 電)提供操作所需的電力。當開關S3、S4接受第二開關信號CLK2控制而導通，同時開關 Si、S2接受第一開關信號CLKl控制而不導通，則產(chǎn)生一個放電路徑使得電容11對負載電 路44以及電容12進行放電。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的信號示意圖。需注意，下述說明中，以高電位 代表導通對應開關，低電位代表截止對應開關，然實際應用時，應視開關性質調整，例如對 于P型金氧半晶體管開關，則以低電位導通，高電位截止。
第一開關信號CLKl以及第二開關信號CLK2為由處理器19根據(jù)信號產(chǎn)生器18所 產(chǎn)生的信號，并且第一與第二開關信號CLK1、CLK2互不重迭且的間有一時間間隔ΔΤ，即是 第一開關信號CLKl與第二開關信號CLK2不同時為高電位，且第一開關信號CLKl為高電位與第二開關信號CLK2為高電位之間有一時間間隔ΔΤ，于此時間間隙ΔΤ，第一與第二開關 信號CLK1、CLK2皆為低電位。第一與第二開關信號CLKl與CLK2分別控制開關S1、S2與開 關S3、S4。由于開關Si、S2導通時，開關S3、S4須為不導通，反之亦同，即開關Si、S2不同 時與開關S3、S4導通。并且于開關Si、S2導通至開關S3、S4導通之間須有一個時間間隙 ΔΤ,以避免兩組開關的同時導通造成電容11不當放電或者影響反饋控制的穩(wěn)定度。
請再參考圖4。負載電路44接收本實施例的電荷泵電路單元41的電力提供，因此 即產(chǎn)生一個負載電流I^d流經(jīng)負載單元13。偵測電路單元47即根據(jù)此負載電流I^d產(chǎn)生 一個反饋信號IFB，反饋電路單元42接收此反饋信號Ifb，即可根據(jù)反饋信號Ifb與參考電壓 Vi進行比較，進而調整被控電流源10的電流值。若是反饋信號Ifb大于標準參考電壓Vi，則 誤差放大器15減少被控電流源10的電流值。反之，反饋信號Ifb小于標準參考電壓Vi，誤 差放大器15增加被控電流源10的電流值。從而對負載單元13進行電流補償，得以保持負 載電流I^d于一個穩(wěn)定的電流值。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入電流的波形圖。
由于本發(fā)明實施例利用一個被控電流源10以控制輸入電流Iin的大小，因此，當開 關S1/S2以及開關S3/S4分別由第一開關信號CLKl以及第二開關信號CLK2控制導通與不 導通時，輸入電流Iin將會如圖6所示的具有一個穩(wěn)定的輸入電流Iin。因此，于本發(fā)明的實 施例就不會產(chǎn)生如圖3所示的電流尖峰。
其中，由于開關切換間具有時間間隙ΔΤ，于這段時間間隙ΔΤ所有開關Si、S2、 S3、S4皆為不導通，因此會造成電流源的輸入電流Iin中斷。
圖7為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的具有一個虛設路徑(dummy path)的電荷泵電路 的電路圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入電流的電流波形圖。
如上所述，由于第一開關信號CLKl與第二開關信號CLK2的間具有一時間間隙 Δ T，于此時間間隙Δ T開關Si、S2、S3、S4皆處于不導通狀態(tài)，此時輸入電流Iin即會變?yōu)?零電流。
為了要將輸入電流Iin的輸入電流波形變?yōu)槠椒€(wěn)，因此根據(jù)本發(fā)明提出一種具有 虛設路徑的電荷泵電路900的實施例。如圖7所示的電荷泵電路900增加一條虛設路徑 Ρ1，虛設路徑Pl連接被控電流源10的第二端與一地端。另外，偵測電路單元更具有輸出電 壓偵測電阻14a。電壓偵測電阻14a的第一端與負載單元13的第一端電性連接，且電壓偵 測電阻Ha的第二端連接至地端，并根據(jù)負載單元13的驅動電壓V。ut產(chǎn)生一電壓反饋信號 VFB。保護電路單元43的第一比較器16改為一第三比較器20。第三比較器20的不倒相輸 入端接收電壓反饋信號Vfb，倒相輸入端接收一過壓參考電壓V。vp。電壓反饋信號Vfb大于過 壓參考電壓V-時，代表電路異常使驅動電壓V。ut不當上升至超過一過壓值。保護電路單元 43于上述過壓狀態(tài)發(fā)生時，透過誤差放大器15以停止被控電流源10輸入電流。而圖7所 示的其他元件與連接關皆與圖4無異，在此不再累述。
于上述時間間隙ΔΤ時，截止開關Si、S4而導通開關S2、S3。此時，輸入電流Iin 可透過開關S2、S3所組成的虛設路徑Pl流向地端，因此輸入電流Iin并不會產(chǎn)生劇烈的電 流波動。所以，輸入電流Iin即可如圖8所示的輸入電流波形圖，具有一平穩(wěn)的輸入電流。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的具有一個虛設路徑(dummy path)的電荷泵電路的電路圖。
根據(jù)本發(fā)明實施例的電荷泵電路1100增加一條虛設路徑P2，虛設路徑P2連接被 控電流源10的第二端與一地端，且于虛設路徑P2上設置一個開關S5，開關S5的第一端與 被控電流源10的第二端電性連接，開關S5的第二端則連接到一地端。另外，電荷泵電路 1100增加一調光開關SD，耦接于負載單元13及偵測電阻14之間，并根據(jù)控制信號DIM導 通、截止。相較于圖4及圖7所示的實施電路，圖9的實施電路以調光開關SD取代誤差放 大器15來接收控制信號DIM，可避免負載電容12于調光過程的充放電所造成的調光上的 時間延遲，故可使調光控制能更為精確。圖9所示的其他元件與連接關皆與圖7無異，在此 不再累述。另外有一 NAND邏輯門21，其輸入端分別接收第一開關信號CLKl以及第二開關 信號CLK2，并產(chǎn)生一個第三信號CLK3，且第三開關信號CLK3為控制開關S5的打開與關閉。 即是，當?shù)谝婚_關信號CLKl以及第二開關信號CLK2皆為一低電位時，NAND邏輯門即產(chǎn)生 第三開關信號CLK3，且為一高電位。因此開關S5即可根據(jù)此第三信號CLK3而導通，輸入 電流Iin即可透過虛設路徑P2及開關S5流向地端。因此，輸出電流Iin仍可保持一平穩(wěn)狀 態(tài)。所以，輸入電流Iin即可如圖8所示的輸入電流波形圖，具有一平穩(wěn)的輸入電流。
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電荷泵電路的電路圖。
電荷泵電路1000具有一被控電流源10，其中被控電流源10由一電阻30以及一開 關S14串聯(lián)組成，另外，反饋電路單元42的誤差放大器15的不倒相輸入端輸入反饋信號Ifb 以及倒相輸入端輸入標準參考電壓Vi，并且于反饋電路單元42的輸出端連接一限流電路單 元48，其中，限流電路單元48由一個誤差放大器觀以及一個第四比較器四所組成，且開關 S14于本實施例為一 PMOS晶體管開關。電阻30的第一端與輸入電壓Vin連接，晶體管開關 S14的第一端則是與電阻30的第二端以及誤差放大器觀及第四比較器四的倒相輸入端連 接，柵極則是與誤差放大器觀的輸出端連接，第二端則是連接到開關Si、S3的第一端。誤 差放大器觀的不倒相輸入端以及第四比較器四的不倒相輸入端與誤差放大器15的輸出 端連接，且誤差放大器觀接收第四比較器四的輸出信號，并根據(jù)第四比較器四的輸出信 號進行運作或關閉。除調光方式與圖9相同外，其他的元件以及其連接方式皆與圖4相同。
當偵測電路單元47所偵測的負載電流I^d較小時，則產(chǎn)生的反饋信號Ifb則會低 于標準參考電壓Vi,此時反饋電路單元42的誤差放大器15的輸出電壓電平下降以增加限 流電路單元48的限流值(即第四比較器四被觸發(fā)的點移至較高的電流值)，反之，當反饋 信號Ifb高于標準參考電壓Vi,則誤差放大器15的輸出電壓電平上升以減少限流電路單元 48的限流值。限流電路單元48以誤差放大器15的輸出信號為限流參考值，當流經(jīng)電阻30 的電流較小，則電阻30的第二端產(chǎn)生的電位高于誤差放大器15所輸出的限流參考值，第四 比較器四則輸出一低電位。誤差放大器觀接收第四比較器四輸出的低電位而停止運作， 其輸出信號在低電平使得開關S14保持于最小的導通阻抗。反之，若流經(jīng)電阻30的電流較 高使電阻30的第二端產(chǎn)生的電位低于限流參考值，第四比較器四則輸出一高電位，且誤差 放大器觀接收比高電位而開始運作。此時，誤差放大器觀的倒相端電壓電平低于不倒相 端的電壓電平，則誤差放大器觀輸出的電壓電平上升使倒相端的電壓電平與不倒相端的 電壓電平維持相同。也就是此時流經(jīng)電阻30的電流被箝制在一預定箝制電流值上，而此預 定箝制電流值根據(jù)反饋信號Ifb而決定。
于此，若第四比較器四的倒相輸入端的輸入電壓接近限流值時，即容易因為噪聲10影響流經(jīng)電阻30的電流產(chǎn)生變化，造成第四比較器四的倒相輸入端的輸入電壓于限電流 值的附近變化，使得比較器隨著輸入電壓的變化而頻繁地輸出高電位或低電位，造成誤差 放大器觀接收第四比較器四的信號而進行頻繁的運作或關閉的切換。因此，第四比較器 29的不倒相端的輸入信號電平最好略高于誤差放大器觀的不倒相端的輸入信號電平，以 避免噪聲造成誤差放大器頻繁切換。
圖IlA以及圖IlB所示為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電荷泵電路單元的電路示意 圖。
請參考圖11A，為本發(fā)明應用至0. 5倍壓電荷泵電路單元49的電路示意圖，其中包 括一個被控電流源10、開關S6 SlO以及電容12、22、23。輸入電壓源Vin提供電壓至電荷 泵電路單元49。被控電流源10的第一端與輸入電壓源Vin相連接，第二端則與開關S6的 第一端電性連接；開關S6的第二端同時與開關S9與電容22的第一端電性連接；電容22的 第二端同時與開關S7以及開關S8的第一端電性連接；開關S7的第二端則與開關SlO以及 電容23的第一端電性連接；開關S8的第二端以及電容23的第二端則分別連接到一地端； 最后，開關S9以及開關SlO的第二端與電容12以及負載單元13的驅動電壓V。ut點電性連 接。
其中，開關S6、開關S7受到第一開關信號CLKl的控制，開關S8、S9、S10皆受到第 二開關信號CLK2的控制。因此，當開關S6、S7受到第一開關信號CLKl控制而導通，同時開 關S8、S9、SlO則為不導通則輸入電壓源Vin對電容22、23進行充電。接下來，開關S8、S9、 SlO受到第二開關信號CLK2的控制而導通，同時開關S6、S7則為不導通，則電容22的第二 端則會連接到地端。于是電容22以及電容23的電位則會透過開關S9以及開關SlO輸出 至電容12以及負載單元13。因此透過本實施例的電路，可以彈性地將輸入電位Vin轉變?yōu)?最高0. 5倍輸入電位以驅動電壓至負載單元13。
如圖IlB所示的電荷泵電路單元50，其中所包括的元件與圖IlA相似，僅刪除了開 關S8，并增加了開關S11、S12、S13。其中，被控電流源10、電容12、22、23以及開關S6、S7、 S9、S10的連接關皆與圖IlA相同。開關S12、S13的第一端與被控電流源10的第二端以及 開關S6的第一端電性連接；開關Sll的第一端與電容23以及開關S12的第二端電性連接； 且開關Sll的第二端連接至地端；開關S13的第二端則與電容22的第二端以及開關S7的 第一端電性連接。
其中，開關S6、S7、S11受到第一開關信號CLKl的控制，并且開關S9、S10、S12、S13 皆受到第二開關信號CLK2的控制。因此，當開關S6、S7、Sll受到第一開關信號CLKl控制 而導通，同時開關S9、S10、S12、S13則為不導通，則輸入電壓源Vin對電容22、23進行充電。 接下來，開關S9、S10、S12、S13受到第二開關信號CLK2的控制而導通，同時開關S6、S7、S11 則為不導通，則電容22的第二端則會透過開關13連接到輸入電壓源Vin的電位，并且電容 23的第二端亦透過開關12連接到輸入電壓源Vin的電位。于是電容22以及電容23的電 位則會分別透過開關S9以及開關SlO輸出至電容12以及負載單元13。因此透過本實施例 的電路，可以彈性地將驅動電壓V。ut轉變?yōu)樽罡?. 5倍輸入電位Vin以輸出至負載電路44。
圖12A、圖12B、圖12C所示為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的負載單元及偵測電路單元 的電路結構圖。
圖12A為復數(shù)個LED串聯(lián)的電路，并于這些LED后串聯(lián)一偵測電阻14。由于LED于制造時的均勻性，因此造成復數(shù)個LED之間常具有不同的閾值電壓Vth，例如3. 2 3. 6V。 因此，若是將這些具有不同閾值電壓Vth的LED串聯(lián)在一起，則需要提供較高的驅動電壓以 保證這些LED都可以順利驅動并達到預定的發(fā)光亮度。以本實施例為例，例如達到設定發(fā) 光亮度的驅動電壓可能有10. 8V(3. 6V*3)、10. 2V(3. 4V*3)、9. 6V(3. 2V*3)等(對應不同的 閾值電壓Vth狀態(tài)時)，此時把驅動電壓V。ut設定在12V才可以確保都可以驅動。但是，此時 的電荷泵電路單元41的驅動效率也會變得較差。從以上的例子(9. 6V(3. 2V*3))，電荷泵電 路單元41最低的驅動效率為9. 6V/12V = 80%。但是，若根據(jù)本發(fā)明實施例，利用反饋電路 單元42偵測反饋信號Ifb的方式則可以大幅度的增加電荷泵電路單元41的驅動效率。假 設偵測電阻14上需跨壓0. 5V，因此僅需于驅動電壓V。ut以10. IV進行驅動，并且，由于這些 LED流經(jīng)相同電流，因此這些LED會具有大致相同的亮度。此時，電荷泵電路單元41的效率 為9.6V/(9.6V+0.5V) =95%。這是電荷泵電路單元41使用偵測反饋信號Ifb的一個重要 原因。
圖12B為數(shù)個LED與一個電阻串聯(lián)形成一組LED串行電路，并與數(shù)組LED串行電 路并聯(lián)，再與一個偵測電阻14串聯(lián)的電路。于這些LED串行電路中，皆串聯(lián)一個電阻M、 25、26。這些電阻對、25、沈主要是進行平衡電流為目的。由于如上所述的LED常會具有不 同的閾值電壓Vth，因此當這些LED串聯(lián)在一起，會因為閾值電壓Vth的不同而會造成與其 他組LED串行電路的電流上的差異。因此為了平衡每一組LED串行電路的電流，加上一個 電阻以減小這些LED因具有不同的Vth造成的電流上的影響。所以，若是這些LED的閾值電 壓Vth的差異越小，則所需要串聯(lián)的電阻值也就可以越小。
圖12C為數(shù)組LED串并聯(lián)再與一個電流控制單元27串聯(lián)形成一組LED串并聯(lián)電 路，再與一個偵測電阻14串聯(lián)的電路。與圖12B近似，但是于本實施例，利用一個電流控制 單元27來控制每一組LED串行電路的電流，因此即可以達到平衡每一組LED串行電路的電流。
但是，以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例的詳細說明及附圖而已，并非用以限制 本發(fā)明，本發(fā)明的所有范圍應以應以權利要求為準，任何普通技術人員在本發(fā)明的領域內(nèi)， 可輕易思及的變化或修改皆可涵蓋在本發(fā)明權利要求保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種電荷泵電路，與一負載電路電性連接，該負載電路根據(jù)該電荷泵電路單元的該 驅動電壓產(chǎn)生一負載電流，其特征在于，包括一電荷泵電路單元，產(chǎn)生一驅動電壓，其中該電荷泵電路單元具有一被控電流源，以控 制輸入該電荷泵電路單元的一輸入電流；一偵測電路單元，與該負載電路電性連接，且根據(jù)該負載電流產(chǎn)生一反饋信號；以及一反饋電路單元，與該偵測電路單元電性連接，并根據(jù)該反饋信號控制該被控電流源 的該輸入電流。
2.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該電荷泵電路單元包括該被控電流 源；一電容，透過一第一開關與該被控電流源電性連接，并且該被控電流源透過該第一開關 對該電容進行充電；一第二開關連接該電容，并且該電容透過該第二開關進行放電；其中 該第一開關與該第二開關分別受到一第一開關信號及一第二開關信號的控制而于導通及 截止之間切換，且該第一開關與該第二開關的導通周期彼此錯開。
3.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，更包括一保護電路單元，該保護電路 單元包括一過電流保護電路單元、一過壓保護電路單元或一低電流保護電路單元。
4.如權利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，該過電流保護電路單元偵測該反饋 信號，并于該反饋信號高于一過電流參考電壓或低于一低電流參考電壓時，停止該電荷泵 電路的操作。
5.如權利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，該低電流保護電路單元偵測該反饋 信號，并于該反饋信號于一低電流參考電壓持續(xù)一預定時間時，停止電荷泵電路的操作。
6.如權利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，該過壓保護電路單元偵測該反饋信 號，并于該電荷泵電路單元的一驅動電壓高于一過壓值時，停止電荷泵電路的操作。
7.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該電荷泵電路單元更根據(jù)一調光信 號以一調光頻率停止及提供該輸入電流，該調光頻率高于人耳可感知的頻率范圍。
8.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該虛設路徑更包括一第三開關連接 于該被控電流源以及該地端之間，且該第三開關受到一第三開關信號控制于導通與截止之 間，該第三開關的導通周期與該第一開關及該第二開關的導通周期錯開。
9.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該負載單元包括一發(fā)光二極管模塊， 該發(fā)光二極管模塊包含至少一個發(fā)光二極管，且流經(jīng)每一個發(fā)光二極管的電流大致相同。
10.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，更包括一限流電路單元，用以控制 該被控電流源使該輸入電流被前置于一預定箝制電流之內(nèi)，該預定箝制電流根據(jù)反饋信號 調整。
11.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，更包括一調光開關，與該負載電路 串聯(lián)，該調光開關更根據(jù)一調光信號控制該負載電流是否流經(jīng)該負載電路。
12.—種電荷泵電路單元，其特征在于，包括一被控電流源；一虛設路徑，將該被控電流源連接至一地端；一電容，透過一第一開關與該被控電流源以及該須設路徑電性連接，并且該被控電流 源透過該第一開關對該電容進行充電；以及一第二開關連接該電容及一負載電路，并且該電容透過該第二開關對該負載電路進行放電；其中該第一開關與該第二開關分別受到一第一開關信號及一第二開關信號的控制而 于導通及截止之間切換，且該第一開關與該第二開關的導通周期彼此錯開，且該被控電流 源的電流于該第一開關信號及該第二開關信號皆為截止時，透過該虛設路徑流向地端。
13.如權利要求12所述的電荷泵電路單元，其特征在于，更包括一限流電路單元，用以 箝制流經(jīng)該被控電流源的一輸入電流于一預定箝制電流之內(nèi)，該預定箝制電流根據(jù)該負載 電路的電流調整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有電流偵測的電荷泵電路及其電路單元；本發(fā)明的具有電流偵測的電荷泵電路包含一個電荷泵電路單元，其中具有一個被控電流源；一個負載電路，與該電荷泵電路單元電性連接，并接受該電荷泵電路單元的驅動以產(chǎn)生一個負載電流；一偵測電路單元，與該負載電路電性連接，并根據(jù)該負載電流產(chǎn)生一反饋信號；以及提供一反饋電路單元，與該偵測電路單元電性連接，該反饋電路單元接受該反饋信號，并據(jù)以調整該被控電流源的該輸入電流；本發(fā)明的電荷泵電路另外具有一個保護電路單元，可偵測反饋信號，并根據(jù)反饋信號的大小進行電路的保護。
文檔編號H02M3/07GK102035370SQ20091017608
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權日2009年9月28日
發(fā)明者徐獻松 申請人:登豐微電子股份有限公司