應(yīng)用于高負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位。本發(fā)明的開關(guān)電容穩(wěn)壓器即使在過大的負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，也會進一步使得負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，對儲存電容進行充放電與對輸出端點進行充電的示意圖。
[0007]圖3為當負載電流超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最大負載電流時，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 負載電容
[0019]I電流源
[0020]Iload負載電流
[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)分的準則。在通篇說明書及后續(xù)的請求項當中所提及的「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連接至一負載(圖標的Cltjad為負載電容，而IlMd為負載電流)。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。詳細來說，控制單元120會根據(jù)輸出電壓Vout的準位來控制SWl~SW4的開啟/關(guān)閉來對儲存電容Cs進行充電或放電，以維持固定的輸出電壓Vout,然而，當負載電流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進行充電，以進一步提升輸出電壓Vout的準位。以下將針對電容式穩(wěn)壓器100中每個組件的詳細操作作說明。
[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]詳細來說，當輸出電壓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會緩慢的進行放電，以使得輸出電壓Vout保持在Vkefi電壓準位；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進行充電放電來使得輸出電壓Vout保持在Vkefi電壓準位。詳細來說，當對儲存電容Cs進行充電時，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進行充電，且對Vout供應(yīng)電流，此時對儲存電容Cs進行充電的示意圖如圖2(b)所示；當對儲存電容Cs進行放電時,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進行放電，此時對儲存電容Cs進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，當輸出電壓Vout小于參考電壓Vkef2時，此時代表負載電流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進行充電以進一步提升輸出電壓Vout的準位，而此時晶體管Ml對輸出端點Nout進行充電的示意圖如圖2(c)所示。
[0032]如上所述，由于在負載電流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進行充電以進一步提升輸出電壓Vout的準位，因此，即使如圖3所示的負載電流Iltjad超過了系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最大負載電流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，當開關(guān)電容式穩(wěn)壓器的輸出電壓因為過大的負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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于高負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位來控制該開關(guān)模塊以選擇性地對該儲存電容進行充電或放電，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