專利名稱：直流/直流轉(zhuǎn)換器及其開關(guān)電路與包括該轉(zhuǎn)換器的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流/直流轉(zhuǎn)換器與操作直流/直流轉(zhuǎn)換器的方法。本發(fā)明的另 一方面涉及一種直流/直流轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電路。本發(fā)明的又一方面涉及一種包含直流/直 流轉(zhuǎn)換器的裝置。
背景技術(shù)：
便攜式裝置的電力通常來自電池，電池將電池電壓傳送到便攜式裝置的電路。然 而，該電路的運(yùn)行有時(shí)會(huì)需要比電池電壓還大的電壓，且此較大的電壓一般也必須是穩(wěn)定 的特定電壓，例如具有5. 5V的特定電壓電平。因此，需要利用一直流/直流轉(zhuǎn)換器來將輸 入電壓(如前述電池電壓)轉(zhuǎn)換為一輸出電壓(例如前述特定電壓)，提供給輸出端。其中一種直流/直流轉(zhuǎn)換器的型式稱為電荷泵式(charge-pump type)。電荷泵式 直流/直流轉(zhuǎn)換器的操作于一充電階段對(duì)一電容充電，于一充電期間內(nèi)將該電容連接至一 輸入電壓與一接地電壓之間，接著于一放電階段對(duì)該電容放電，于一放電期間內(nèi)將該電容 連接至一輸出端子與該輸入電壓之間，以于該輸出端子處提供一輸出電壓。該輸出電壓在 理想狀況下(例如無切換損耗與寄生損耗)可對(duì)應(yīng)于兩倍的輸入電壓，也就是在充電階段 載入該電容的輸入電壓加上放電階段的輸入電壓。該輸出電壓與輸入電壓間的比例可稱為 增益因子(gain factor)，由于實(shí)際上轉(zhuǎn)換器會(huì)有一些損耗，因此該輸出電壓與輸入電壓間 的比例會(huì)限制在稍小于2的增益因子。電容的充放電一般利用多個(gè)開關(guān)來進(jìn)行，這些開關(guān)的配置選擇性地使該電容的一 極連接到輸入端或接地端，并選擇性地使該電容的另一極連接到輸出端或輸入端。輸出電 壓可通過調(diào)整開關(guān)的壓降而加以調(diào)整。例如當(dāng)使用晶體管作為開關(guān)時(shí)可調(diào)整晶體管的開啟 電阻值。然而這樣會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的效率，因?yàn)殚_關(guān)的壓降代表額外的電力減損。此減損的效 率對(duì)節(jié)能來講沖擊很大，而節(jié)能又是移動(dòng)式應(yīng)用上的一大重點(diǎn)。調(diào)整后輸出電壓與輸入電 壓間的比例又稱為增量因子(boosting factor)，此增量因子對(duì)應(yīng)于該增益因子乘上轉(zhuǎn)換 器效率。當(dāng)使用上述電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器時(shí)，可利用降低效率以得到比增益因子低 的增量因子。當(dāng)增益因子為2而所需的增量因子為1. 5時(shí)，則轉(zhuǎn)換器的效率必須降至75% (忽略其它損耗)。歐洲專利申請(qǐng)案EP 1 073 185 A2揭示一種電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器，其使用 兩個(gè)電容Cl與C2，每一電容分別利用四個(gè)開關(guān)進(jìn)行充放電，即與電容Cl相關(guān)的開關(guān)Si、 S2、S3、S4以及與電容02相關(guān)的開關(guān)55、56、57、58，如圖1所示。與一個(gè)電容相關(guān)的四個(gè) 開關(guān)可選擇性使相對(duì)應(yīng)的電容在充電期間連接到輸入電壓Vin或參考電壓GND，接著通過 在放電期間內(nèi)將該相對(duì)應(yīng)電容連接至一輸出端子Vout與該輸入電壓Vin之間進(jìn)行該相對(duì) 應(yīng)電容于放電階段的放電動(dòng)作。電容Cl與C2的配置可利用另一開關(guān)S9串聯(lián)或并聯(lián)，使得 該轉(zhuǎn)換器可于兩種不同模式下進(jìn)行操作第一模式為兩個(gè)電容串聯(lián)，如圖2(a)所示，第二 模式為兩個(gè)電容并聯(lián)，如圖2(b)所示。詳細(xì)而言，如圖1所示的直流/直流轉(zhuǎn)換器將一輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為一輸出電壓
5Vout，兩者均相對(duì)于一參考電壓GND，也就是接地電壓，進(jìn)行測(cè)量。第一電荷泵電容Cl具有 第一電極Cla與第二電極Clb，第二電荷泵電容C2具有第一電極C2a與第二電極C2b。分 別與兩電荷泵式相關(guān)的第一開關(guān)Sl與S5可將相對(duì)應(yīng)電荷泵電容Cl，C2的第二電極Clb， C2b連接至輸入電壓Vin ；分別與兩個(gè)電荷泵電容相關(guān)的第二開關(guān)S2與S6可將相對(duì)應(yīng)電荷 泵電容Cl，C2的第二電極Clb，C2b連接至參考電壓GND ；分別與兩個(gè)電荷泵電容相關(guān)的第 三開關(guān)S3與S7可將相對(duì)應(yīng)電荷泵電容Cl，C2的第一電極Cla，C2a連接至輸入電壓Vin ； 分別與兩個(gè)電荷泵電容相關(guān)的第四開關(guān)S4與S8可將相對(duì)應(yīng)電荷泵電容Cl，C2的第一電極 Cla, C2a連接至輸出電壓Vout。另于第一電荷泵電容Cl的第一電極Cla與第二電荷泵電 容C2的第二電極C2b間提供一開關(guān)S9，開關(guān)S9可使第一電荷泵電容Cl與第二電荷泵電容 C2串聯(lián)。在如圖2(a)所示的直流/直流轉(zhuǎn)換器的第一模式的充電階段，其中開關(guān)Sl S9 建立了第一電荷泵電容Cl與第二電荷泵電容C2的串聯(lián)配置，使其于充電階段中串聯(lián)于輸 入電壓Vin與參考電壓GND之間，因此得以對(duì)第一電荷泵電容Cl與第二電荷泵電容C2充 電至VCl = VC2 = Vin/2，其中VCl代表第一電荷泵電容Cl的電壓，而VC2代表第二電荷泵 電容C2的電壓。另一方面，在如圖2(b)所示的直流/直流轉(zhuǎn)換器的第二模式的充電階段， 其中開關(guān)Sl S9建立了第一電荷泵電容Cl與第二電荷泵電容C2的并聯(lián)配置，使其于充 電階段中并聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間，因此得以對(duì)第一電荷泵電容Cl與第二 電荷泵電容C2充電至VCl = VC2 = Vin0如歐洲專利申請(qǐng)案EP 1 073 185 A2中所述，第一與第二電荷泵電容Cl與C2在 充電階段可以利用圖2(a)所示第一模式的串聯(lián)配置或利用圖2(b)所示第二模式的并聯(lián)配 置分別載入Vin/2或Vin。之后，進(jìn)行圖2(c)所示直流/直流轉(zhuǎn)換器的放電階段，其中開關(guān) Sl S9建立了第一電荷泵電容Cl與第二電荷泵電容C2的并聯(lián)配置，使其于放電階段中并 聯(lián)于輸入電壓Vin與該輸出電壓Vout之間，因此得以提供Vout = Vin+VCl = Vin+VC2的 輸出電壓，其中VCl = VC2。因此，當(dāng)?shù)谝浑姾杀秒娙軨l與第二電荷泵電容C2在放電階段 前的充電階段利用第二模式載入Vin時(shí)，該直流/直流轉(zhuǎn)換器可提供Vout = 2*Vin的輸出 電壓。而當(dāng)?shù)谝浑姾杀秒娙軨l與第二電荷泵電容C2在放電階段前的充電階段利用第一模 式載入VCl = VC2 = Vin/2時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器可提供Vout = 1. 5*Vin的輸出電壓。因 此，直流/直流轉(zhuǎn)換器可在增益因子為2或1. 5下操作。如上所述，歐洲專利申請(qǐng)案EP 1 073 185 A2揭示，當(dāng)利用兩個(gè)電容并聯(lián)的第二模 式進(jìn)行充放電時(shí)，增益因子為2(忽略損耗)，而當(dāng)利用兩個(gè)電容串聯(lián)的第一模式進(jìn)行充電 并利用兩個(gè)電容并聯(lián)的第二模式進(jìn)行放電時(shí)，增益因子為1.5(忽略損耗)，因此，在以第一 或第二模式進(jìn)行充電后選擇以第二模式進(jìn)行放電，則在最大效率下可提供兩個(gè)增量因子為 2. O與1.5。此外可得知利用歐洲專利申請(qǐng)案EP 1 073 185 A2中所述電路也可在最大效 率下提供增量因子為3，因?yàn)槔脙蓚€(gè)電容并聯(lián)的第二模式進(jìn)行充電并利用兩個(gè)電容串聯(lián) 的第一模式進(jìn)行放電時(shí)，如圖2(d)所示，相關(guān)的增益因子為3。因此，歐洲專利申請(qǐng)案EP 1 073 185 A2中所述的電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器可 提供具有不同增益因子的多種模式，使得最大效率下的轉(zhuǎn)換器可在多種增量因子下運(yùn)行。 然而最大效率只能利用串或并聯(lián)的充電以及串或并聯(lián)的放電而在三種增量因子(忽略損 耗)下實(shí)現(xiàn)。即使當(dāng)電容的數(shù)目增加時(shí)，例如N個(gè)全部串聯(lián)或并聯(lián)的電容，最大效率也只能在三種增量因子(忽略損耗)下實(shí)現(xiàn)，即對(duì)應(yīng)于第一增益因子2、第二增益因子1+1/N、以及 第三增益因子1+N。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器與相關(guān)裝 置，可提供電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器更多不同的增量因子，以達(dá)最大效率。根據(jù)本發(fā)明提供一種直流/直流轉(zhuǎn)換器，包括一輸入端，用以接收一輸入電壓； 一輸出端，用以提供一輸出電壓；一接地端，用以提供一參考電壓；多個(gè)電荷泵電容，包括 至少第一電荷泵電容、第二電荷泵電容與第三電荷泵電容；以及一開關(guān)電路，包括多個(gè)開 關(guān)，其組成可通過選擇性導(dǎo)通一部分開關(guān)而使所述多個(gè)電荷泵電容以混合串/并聯(lián)模式連 接于該輸入端與該接地端間或該輸入端與該輸出端間。在一實(shí)施例中，該直流/直流轉(zhuǎn)換器更包括一控制器，用以控制該開關(guān)電路開關(guān) 的導(dǎo)電模式，以使該直流/直流轉(zhuǎn)換器于多個(gè)電荷泵電容連接于該輸入端與該接地端間的 充電模式以及多個(gè)電荷泵電容連接于該輸入端與該輸出端間的放電模式之間切換，并建立 包括于充電階段或放電階段中使用串/并聯(lián)配置的多種模式之一。根據(jù)本發(fā)明更提供一具有一直流/直流轉(zhuǎn)換器的裝置。除了上述的直流/直流轉(zhuǎn) 換器外，該裝置更包括一電池與一電路配置，其中該電池用以提供一電池電壓作為該直流/ 直流轉(zhuǎn)換器的該輸入電壓，而該直流/直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)置用以提供該輸出電壓予該電路配 置。根據(jù)本發(fā)明更提供一種與多個(gè)電荷泵電容一起用于一直流/直流轉(zhuǎn)換器中的開 關(guān)電路。該直流/直流轉(zhuǎn)換器至少包括第一電荷泵電容、第二電荷泵電容與第三電荷泵電 容、一用以接收一輸入電壓的輸入端、一用以提供一輸出電壓的輸出端、以及一用以提供一 參考電壓的接地端，該開關(guān)電路包括第一電路，與該第一電荷泵電容相關(guān)，該第一電荷泵 電容的一電極可通過第一開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第二開關(guān)耦合至該參考電壓，而 該第一電荷泵電容的另一電極可通過第三開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第四開關(guān)耦合至 該輸出電壓；第二電路，與該第二電荷泵電容相關(guān)，該第二電荷泵電容的一電極可通過第五 開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第六開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第二電荷泵電容的另一 電極可通過第七開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第八開關(guān)耦合至該輸出電壓；第三電路，與 該第三電荷泵電容相關(guān)，該第三電荷泵電容的一電極可通過第九開關(guān)耦合至該輸入電壓， 并通過第十開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第三電荷泵電容的另一電極可通過第十一開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第十二開關(guān)耦合至該輸出電壓；第一額外開關(guān)，可使該第一電荷泵 電容的該電極選擇性連接到第二電荷泵電容的該另一電極；第二額外開關(guān)，可使該第二電 荷泵電容的該電極選擇性連接到第三電荷泵電容的該另一電極；以及第三額外開關(guān)，可使 該第一電荷泵電容的該電極選擇性連接到第三電荷泵電容的該另一電極。在一實(shí)施例中，該開關(guān)電路以以下的方式選擇性連接所述多個(gè)電荷泵電容于第 一模式中使所有所述多個(gè)電荷泵電容串聯(lián)；于第二模式中使所有所述多個(gè)電荷泵電容并 聯(lián)；以及于第三模式中以第一混合串/并聯(lián)配置連接所述多個(gè)電荷泵電容，該第一混合串 /并聯(lián)配置包括所述多個(gè)電荷泵電容中的至少兩個(gè)并聯(lián)的第一子配置以及該第一子配置與 其它電荷泵電容串聯(lián)的第二子配置；且該開關(guān)電路進(jìn)一步將所述多個(gè)電荷泵電容選擇性連接于該輸入端與該接地端間用以對(duì)所述多個(gè)電荷泵電容充電，以及選擇性連接于該輸入端 與該輸出端間用以使所述多個(gè)電荷泵電容放電。 本發(fā)明可提供電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器更多不同的增量因子，以達(dá)最大效率。





例；
電階段
電階段
圖1示出一使用兩個(gè)電荷泵電容的直流/直流轉(zhuǎn)換器； 圖2(a)到圖2(d)示出圖1中的直流/直流轉(zhuǎn)換器的第一與第二模式； 圖3示出本發(fā)明的一裝置； 圖4示出本發(fā)明的另一裝置；
圖5 (a)與圖5(b)示出本發(fā)明一使用三個(gè)電荷泵電容的直流/直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)施
圖6(a)到圖6(i)示出圖5(a)與圖5(b)中的直流/直流轉(zhuǎn)換器的各種模式的充
圖7(a)到圖7(g)示出圖5(a)與圖5(b)中的直流/直流轉(zhuǎn)換器的各種模式的放
圖8示出本發(fā)明另一使用三個(gè)電荷泵電容的直流/直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例； 圖9(a)到圖9(c)示出圖8中的直流/直流轉(zhuǎn)換器的各種模式的充電階段； 圖10(a)到圖10(c)示出圖8中的直流/直流轉(zhuǎn)換器的各種模式的放電階段； 圖11(a)與圖11(b)示出相對(duì)于輸入電壓下，提供例如固定輸出電壓的直流/直
流轉(zhuǎn)換器間的比較；圖12與圖13示出本發(fā)明使用四個(gè)電荷泵電容的直流/直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例；圖14示出本發(fā)明圖12或圖13的直流/直流轉(zhuǎn)換器的充電階段例；以及圖15與圖16示出本發(fā)明圖12或圖13的直流/直流轉(zhuǎn)換器的放電階段例。上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下Cl, C2, C3, CCl，CC2, CC3, CC4, Cla, C2a, C3a, Clb, C2b, C3b 電荷泵電容Si, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, Sll, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, S41, S42, S43, S44, SXl，SX2, SX3, SXX, SXX2, SXX3 開關(guān)Vin輸入電壓GND參考電壓10直流/直流轉(zhuǎn)換器14顯示器18發(fā)光二極管電路22控制器110第二實(shí)線曲線210第二虛線曲線
Vout輸出電壓 1，2裝置 12電池
16發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器 20開關(guān)電路 100第一實(shí)線曲線 200第一虛線曲線 310虛線-點(diǎn)曲線
具體實(shí)施例方式圖3示出本發(fā)明的裝置1。裝置1包括一直流/直流轉(zhuǎn)換器10，連接至一電池12，用以接收電池12所供應(yīng)的
8輸入電壓Vin，并連接至接地端GND以及一電路14，以供應(yīng)一輸出電壓Vout予電路14。在圖 1所示的實(shí)例中，電路14包括一顯示器，電池12所供應(yīng)的輸入電壓Vin例如可為2. 0-4. OV, 并可能在使用中產(chǎn)生變化，例如電池12可能會(huì)因使用而消耗，而顯示器14所需的輸出電壓 Vout可為5. 5V或6. 0V。直流/直流轉(zhuǎn)換器10通過調(diào)整其增量因子，特別是調(diào)整增益因子 與電阻負(fù)載，而將輸出電壓Vout控制在一基本上固定的電平。調(diào)整電阻負(fù)載例如可對(duì)應(yīng)至 調(diào)整直流/直流轉(zhuǎn)換器10中一晶體管(圖3中未示出)的開啟電阻值。裝置1可另外包 括圖3所示元件以外的其它元件。舉例而言，裝置1可為一移動(dòng)電話，其另外包括如與直流 /直流轉(zhuǎn)換器10信號(hào)連接的裝置控制器、顯示器、收音機(jī)、鍵盤、麥克風(fēng)、以及擴(kuò)音器等。圖4示出本發(fā)明的另一裝置2。圖4的裝置2包括與圖3的裝置1類似的元件，但 圖4所示的直流/直流轉(zhuǎn)換器10連接至一包括發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)器16的電路，以供 應(yīng)一輸出電壓Vout予發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器16。該直流/直流轉(zhuǎn)換器10可將輸出電壓Vout 控制在發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器16所需的電平。發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器16連接至包括一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光二極管的發(fā)光二極管電路18，并使發(fā)光二極管電路18在一 LED電流下運(yùn)行。裝置2可另 外包括圖4所示元件以外的其它元件。舉例而言，裝置2可為一手電筒，其另外包括如殼體 內(nèi)的使用者開關(guān)，以因應(yīng)使用者的操作而開啟或關(guān)閉該手電筒。裝置2可并入圖3的裝置 1中，其中發(fā)光二極管電路18可用作一顯示器背光元件的光源，用以照亮顯示器14，也可用 作鍵盤背光元件的光源，用以照亮鍵盤。裝置1與裝置2，舉例而言，可為一移動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、筆 記本電腦、臺(tái)式電腦、電視、車用導(dǎo)航裝置、全球定位系統(tǒng)(GPS)、航空電子用顯示器、便攜式 DVD播放器、或者任何其它具有電池、直流/直流轉(zhuǎn)換器與顯示器的適合裝置。圖5(a)與圖5(b)示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，使用三個(gè)電荷泵電容的直流/直 流轉(zhuǎn)換器。圖5 (a)示出直流/直流轉(zhuǎn)換器10。直流/直流轉(zhuǎn)換器10將一輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換 為一輸出電壓Vout，兩者的值相對(duì)于一參考電壓GND，也就是接地電壓，加以測(cè)量。直流/ 直流轉(zhuǎn)換器10具有第一電荷泵電容Cl，其具有第一電極Cla與第二電極Clb，以及第二電 荷泵電容C2，其具有第一電極C2a與第二電極C2b，以及第三電荷泵電容C3，其具有第一電 極C3a與第二電極C3b。如圖5(b)所示，直流/直流轉(zhuǎn)換器10的開關(guān)電路20包括與第一電荷泵電容Cl 相關(guān)的第一電路、與第二電荷泵電容C2相關(guān)的第二電路、以及與第三電荷泵電容C3相關(guān)的 第三電路。開關(guān)電路20包括四個(gè)與第一電荷泵電容Cl相關(guān)的開關(guān)Sll，S12，S13，S14，形 成第一電路；四個(gè)與第二電荷泵電容C2相關(guān)的開關(guān)S21，S22，S23，S24，形成第二電路；以 及四個(gè)與第三電荷泵電容C3相關(guān)的開關(guān)S31，S32，S33，S34，形成第三電路；所有這些開關(guān) 受控制器22所控制。開關(guān)Sll, S12，S13，S14，S21，S22，S23，S24與第一額外開關(guān)SXl的 功能與圖1的開關(guān)Sl S9類似。開關(guān)S31，S32，S33，S34的功能與S21，S22，S23，S24類 似。通過第二額外開關(guān)SX2可使第二電荷泵電容C2與第三電荷泵電容C3串聯(lián)。圖6(a)示出直流/直流轉(zhuǎn)換器10的第一模式的充電階段，其中開關(guān)Sll，S12， S13, S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, SXl 與 SX2 通過關(guān)上(導(dǎo)通)與第三電荷 泵電容C3相關(guān)的第三開關(guān)S33，使第三電荷泵電容C3的第一電極C3a連接至輸入電壓Vin ； 關(guān)上(導(dǎo)通)第二額外開關(guān)SX2，使第三電荷泵電容C3的第二電極C3b連接至第二電荷泵
9電容C2的第一電極C2a ；關(guān)上(導(dǎo)通)第一額外開關(guān)SX1，使第二電荷泵電容C2的第二電 極C2b連接至第一電荷泵電容Cl的第一電極Cla ；關(guān)上(導(dǎo)通)與第一電荷泵電容Cl相 關(guān)的第二開關(guān)S12，使第一電荷泵電容Cl的第二電極Clb連接至接地端GND ；以及保持其它 開關(guān)在開啟(不導(dǎo)通)狀態(tài)而使電荷泵電容Cl，C2，C3于充電階段中串聯(lián)于輸入電壓Vin 與參考電壓GND之間，因此得以對(duì)每一電荷泵電容Cl，C2，C3充電至VCl = VC2 = VC3 = Vin/3，其中VCl代表該第一電荷泵電容Cl的電壓，VC2代表該第二電荷泵電容C2的電壓， 而VC3代表該第三電荷泵電容C3的電壓。圖6(b)所示出的為直流/直流轉(zhuǎn)換器10的第二模式的充電階段，其中開關(guān)S11， S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, SXl 與 SX2 通過關(guān)上(導(dǎo)通)與第三 電荷泵電容C3相關(guān)的第三與第二開關(guān)S33，S32、關(guān)上(導(dǎo)通)與第二電荷泵電容C2相關(guān) 的第三與第二開關(guān)S23，S22、并關(guān)上(導(dǎo)通)與第一電荷泵電容Cl相關(guān)的第三與第二開關(guān) S13，S12，而其它開關(guān)保持開啟(不導(dǎo)通)狀態(tài)，使荷泵電容Cl，C2，C3于充電階段中并聯(lián) 于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間，因此得以對(duì)每一電荷泵電容Cl，C2，C3充電至VCl = VC2 = VC3 = Vin。因此第一、第二、第三電荷泵電容Cl，C2，C3可利用圖6 (a)的第一模式的串聯(lián)配 置，或利用圖6 (b)的第二模式的并聯(lián)配置在充電階段載入Vin/3或Vin。圖7(a)所示出者為直流/直流轉(zhuǎn)換器10的第一模式的放電階段，其中開關(guān)S11，
512,S13, S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, SXl 與 SX2 通過關(guān)上(導(dǎo)通)與第三 電荷泵電容C3相關(guān)的第四開關(guān)S34、關(guān)上(導(dǎo)通)第二額外開關(guān)SX2、關(guān)上(導(dǎo)通)第一額 外開關(guān)SX1、并關(guān)上(導(dǎo)通)與第一電荷泵電容Cl相關(guān)的第一開關(guān)S11，而其它開關(guān)保持開 啟(不導(dǎo)通)狀態(tài)，使電荷泵電容Cl，C2，C3于放電階段中串聯(lián)于該輸入電壓Vin與該輸出 電壓Vout之間，因此得以提供輸出電壓Vout = Vin+VCl+VC2+VC3。因此當(dāng)該電荷泵電容 Cl，C2，C3在放電階段前的充電階段利用第二模式載入Vin時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器10可提 供Vout = 4*Vin，而當(dāng)電荷泵電容Cl，C2，C3在放電階段前的充電階段利用第一模式載入 Vin/3時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器10可提供Vout = 2*Vin。圖7(b)所示出者為直流/直流轉(zhuǎn)換器10的第二模式的放電階段，其中S11，S12，
513,S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, SXl 與 SX2 通過關(guān)上(導(dǎo)通)與第三電荷 泵電容C3相關(guān)的第四與第一開關(guān)S34，S31、關(guān)上(導(dǎo)通)與第二電荷泵電容C2相關(guān)的第 四與第一開關(guān)S24，S21、并關(guān)上(導(dǎo)通)與第一電荷泵電容Cl相關(guān)的第四與第一開關(guān)S14， S11，而其它開關(guān)保持開啟(不導(dǎo)通)狀態(tài)，使電荷泵電容C1，C2，C3于放電階段中并聯(lián)于輸 入電壓Vin與輸出電壓Vout之間，因此得以提供輸出電壓Vout = Vin+VCl = Vin+VC2 = Vin+VC3，其中VC1，VC2與VC3相等。因此當(dāng)電荷泵電容Cl，C2，C3在放電階段前的充電階 段利用第二模式載入Vin時(shí)，直流/直流轉(zhuǎn)換器10可提供Vout = 2*Vin。而當(dāng)電荷泵電容 C1，C2，C3在放電階段前的充電階段利用第一模式載入VCl = VC2 = VC3 = Vin/3時(shí)，直流 /直流轉(zhuǎn)換器10可提供Vout = 1. 333*Vin。因此，圖5 (a)與圖5(b)中的直流/直流轉(zhuǎn)換器10可通過選擇如圖6 (a)與圖6(b) 中所示的第一模式與第二模式的充電模式以及如圖7(a)與圖7(b)中所示的第一模式與第 二模式的放電模式，并利用所選擇的充電模式進(jìn)行充電以及利用所選擇的放電模式進(jìn)行放 電，而在增益因子為4，2或1. 333下操作。
事實(shí)上，利用本發(fā)明圖5(b)的配置，并在充放電階段通過變化切換開關(guān)，可提供 除了圖6(a) (b)以外更多種充電模式以及除了圖7(a) (b)以外更多種放電模式。例 如圖6(c) (g)所示為略過電荷泵電容Cl，C2，C3之一，而于充電模式中以另兩個(gè)電荷泵 電容串/并聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間；而圖7(c) (g)所示為略過電荷泵電 容Cl，C2，C3之一，而于放電模式中以另兩個(gè)電荷泵電容串/并聯(lián)于輸入電壓Vin與輸出電 壓Vout之間。為實(shí)現(xiàn)此等連接關(guān)系所進(jìn)行相關(guān)開關(guān)的開閉為本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述 所推知，于此不再贅述。此外，利用本發(fā)明圖5(b)的配置，并通過變化切換開關(guān)，還可進(jìn)一步在充電階段 提供串/并聯(lián)混合模式，如圖6(h) (i)所示。圖6(h)所顯示者為使用本發(fā)明一混合串并聯(lián)配置的實(shí)施例所進(jìn)行的充電階段。 該配置包括兩個(gè)電荷泵電容Cl，C2串聯(lián)所形成的一子配置，以及該子配置再與電荷泵電容 C3并聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間所形成的另一子配置，其可通過關(guān)閉(導(dǎo)通) 圖5(b)中的開關(guān)S32，S33，S12，SX1，S23而實(shí)現(xiàn)。如此一來，兩個(gè)電荷泵電容Cl，C2各可 充電至VCl = VC2 = l/2*Vin，而電荷泵電容C3可充電至VC3 = Vin0圖6(i)所顯示為使用本發(fā)明另一混合串并聯(lián)配置的實(shí)施例所進(jìn)行的充電階段。 該配置包括兩個(gè)電荷泵電容C2，C3串聯(lián)所形成的一子配置，以及該子配置再與電荷泵電容 Cl并聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間所形成的另一子配置，其可通過關(guān)閉(導(dǎo)通) 圖5(b)中的開關(guān)S12，S13，S22，SX2，S33而實(shí)現(xiàn)。如此一來，兩個(gè)電荷泵電容Cl，C2各可 充電至VC2 = VC3 = l/2*Vin，而電荷泵電容C3可充電至VCl = Vin0為了提供更多種充放電階段的串/并聯(lián)模式，本發(fā)明的第二實(shí)施例在第一電荷泵 電容Cl的第一電極Cla與第三電荷泵電容C3的第二電極C3b間提供一第三額外開關(guān)SXX， 如圖8所示。第三額外開關(guān)SXX因而可使第一電荷泵電容Cl與第三電荷泵電容C3串聯(lián)， 并繞過第二電荷泵電容C2。圖8另外包括與圖5(b)相同的開關(guān)與電荷泵電容配置。由于加入第三額外開關(guān)SXX，可在充電階段及/或放電階段提供新的模式，并可提 供充電階段的模式與放電階段的模式的新組合，以提供新的增益因子，并因而提供最大效 率下的新的增量因子。圖9(a) (c)與圖10(a) (c)分別示出出圖8的配置可提供的其它充放電階 段模式的例子。圖9 (a)類似圖6(c)與圖6 (d)，示出從三個(gè)電荷泵電容Cl，C2，C3選擇兩個(gè)電荷 泵電容，串聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間。因此兩個(gè)電荷泵電容各充電至VC = l/2*Vin。例如，在圖9(a)的實(shí)例中，電荷泵電容Cl，C3可充電至VCl = VC3 = l/2*Vin， 而電荷泵電容C2未使用。圖9(b)所示為使用本發(fā)明另一混合串并聯(lián)配置的實(shí)施例所進(jìn)行的充電階段。該 配置包括兩個(gè)電荷泵電容Cl，C2并聯(lián)所形成的一子配置，以及該子配置再與電荷泵電容C3 串聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間所形成的另一子配置，其可通過關(guān)閉(導(dǎo)通)圖 5(b)中的開關(guān)S33，SX2，S22，SXX, S12而實(shí)現(xiàn)。如此一來，兩個(gè)電荷泵電容Cl，C2各可充 電至VCl = VC2 = l/3*Vin，而電荷泵電容C3可充電至VC3 = 2/3*Vin。圖9(c)所示為使用本發(fā)明又一混合串并聯(lián)配置的實(shí)施例所進(jìn)行的充電階段。該 配置包括兩個(gè)電荷泵電容C2，C3并聯(lián)所形成的一子配置，以及該子配置再與電荷泵電容Cl
11串聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間所形成的另一子配置，其可通過導(dǎo)通圖8中的開 關(guān)S12，SX1，S23，SXX, S33而實(shí)現(xiàn)。在此模式下，電荷泵電容C2，C3可充電至VC2 = VC3 = l/3*Vin，而電荷泵電容Cl可充電至VCl = 2/3*Vin。較佳(但非必要)所有在充電階段中充電的電荷泵電容都在放電階段中被使用， 因?yàn)槠渚哂兴休d入電荷均被轉(zhuǎn)移至輸出端的優(yōu)點(diǎn)，可以得到具有較低輸出阻抗的較高效 率轉(zhuǎn)換器。例如，圖7(a)示出第一模式的放電階段。電荷泵電容Cl，C2，C3串聯(lián)于輸入電 壓Vin與輸出電壓Vout之間。因此電荷泵電容Cl，C2，C3放電以提供輸出電壓Vout = Vin+VCl+VC2+VC3，換言之當(dāng)根據(jù)圖6(a)放電時(shí)，Vout = 2*Vin ；當(dāng)根據(jù)圖6(b)充電時(shí)，Vout = 4*Vin ；當(dāng)根據(jù)圖9(b)或(c)充電時(shí)，Vout= 2^* Vin;或當(dāng)根據(jù)圖6(h)或⑴充電時(shí)，Vout = 3*Vin。圖7(b)示出第二模式的放電階段。電荷泵電容C1，C2，C3并聯(lián)于輸入電壓Vin與 輸出電壓Vout之間。當(dāng)所有三個(gè)電荷泵電容Cl，C2，C3均已充電至相同電壓時(shí)，即VCl = VC2 = VC3，可使用第二模式的放電階段。因此電荷泵電容Cl，C2，C3放電以提供輸出電壓 Vout = Vin+VCl，換言之當(dāng)根據(jù)圖6(a)充電時(shí)，Vout=l|* Vin;或當(dāng)根據(jù)圖6(b)充電時(shí)，Vout = 2*Vin。根據(jù)圖6(b)充電后根據(jù)圖7(b)使用第二模式放電，其中增益因子為2，會(huì)比根據(jù) 圖6 (a)充電后根據(jù)圖7(b)使用第二模式放電有利，因?yàn)楦鶕?jù)圖6(a)充電時(shí)充電的有效電 容會(huì)降低。圖7 (c)與(d)示出兩個(gè)電荷泵電容串聯(lián)于輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間。 因此該等電荷泵電容放電以提供輸出電壓Vout = Vin+2*VC，換言之當(dāng)以串聯(lián)模式充電時(shí)，Vout = 2*Vin ；或當(dāng)以并聯(lián)模式充電時(shí)，Vout = 3*Vin。圖7(e)到(g)示出兩個(gè)電荷泵電容并聯(lián)于該輸入電壓Vin與該輸出電壓Vout之 間。因此該等電荷泵電容放電以提供輸出電壓Vout = Vin+VC，換言之當(dāng)以串聯(lián)模式充電時(shí)，Vout = 1. 5*Vin ；或當(dāng)以并聯(lián)模式充電時(shí)，Vout = 2*Vin。圖10(a)類似圖7(c)與(d)，所示為兩個(gè)電荷泵電容串聯(lián)于輸入電壓Vin與輸出 電壓Vout之間。例如，在根據(jù)圖9(a)或圖6(g)在充電階段對(duì)電荷泵電容C1，C3充電之后 于放電模式中使用電荷泵電容Cl，C3，因此電荷泵電容Cl，C3在放電階段所提供的輸出電 壓 Vout = Vin+2*VC，也就是當(dāng)根據(jù)圖9(a)充電時(shí)，Vout = 2*Vin ；或當(dāng)根據(jù)圖6(g)充電時(shí)，Vout = 3*Vin。圖10(b)所示為根據(jù)本發(fā)明第三模式的一實(shí)施例，利用包括第一子配置與第二子 配置的第一混合串/并聯(lián)配置的一實(shí)施例所進(jìn)行的放電階段，其中電荷泵電容Cl，C2并聯(lián)
12形成該第一子配置，電荷泵電容C3形成該第二子配置并與該第一子配置串聯(lián)于該輸入電 壓Vin與該輸出電壓Vout之間，其可通過關(guān)閉(導(dǎo)通)圖8中的開關(guān)S34，SX2，S21，SXX， Sll而實(shí)現(xiàn)。此實(shí)施例的放電階段可于電荷泵電容Cl，C2已充電到相同的電壓VCl = VC2 時(shí)使用。而電荷泵電容Cl，C2, C3在放電階段所提供的輸出電壓Vout = Vin+VCl+VC3，也 就是當(dāng)根據(jù)圖9(b)充電時(shí)，Vout = 2*Vin ；或當(dāng)根據(jù)圖6(h)充電時(shí)，Vout = 2. 5*Vin。圖10(c)所示為根據(jù)本發(fā)明第三模式的另一實(shí)施例，利用包括第一子配置與第二 子配置的第一混合串/并聯(lián)配置的另一實(shí)施例所進(jìn)行的放電階段，其中電荷泵電容C2，C3 并聯(lián)形成該第一子配置，電荷泵電容Cl形成該第二子配置并與該第一子配置串聯(lián)于該輸 入電壓Vin與該輸出電壓Vout之間，其可通過關(guān)閉(導(dǎo)通)圖8中的開關(guān)Sll，SX1，S24， SXX，S34而實(shí)現(xiàn)。此實(shí)施例的放電階段可于電荷泵電容C2，C3已充電到相同的電壓VC2 = VC3時(shí)使用。而電荷泵電容Cl，C2，C3在放電階段所提供的輸出電壓Vout = Vin+VCl+VC3, 也就是當(dāng)根據(jù)圖6(a)充電時(shí)，Vout =If* Vin ；當(dāng)根據(jù)圖6(b)充電時(shí)，Vout = 3*Vin ；當(dāng)根據(jù)圖9(c)充電時(shí)，Vout = 2*Vin ；或當(dāng)根據(jù)圖6 (i)充電時(shí)，Vout = 2. 5*Vin。由上述例子可知，利用如圖8的配置搭配如圖6(a) (i)與圖9(a) (c)的不 同充電模式與如圖7(a) (g)與圖10(a) (c)的不同放電模式加以選用，可使本發(fā)明的 直流/直流轉(zhuǎn)換器于4,3,2.5,2. 333,2,1. 6667或1. 3333等不同增益因子下操作。圖11 (a)與圖11 (b)為一提供固定輸出電壓(如6. OV)的直流/直流轉(zhuǎn)換器的效 率相對(duì)于輸入電壓的函數(shù)比較圖。其中，圖11(a)與圖11(b)的橫軸對(duì)應(yīng)于電池輸送到該 直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vin。圖11(a)的縱軸對(duì)應(yīng)于效率，以η表示，而圖11(b)的 縱軸對(duì)應(yīng)于增益因子與增量因子的值。圖11 (b)的虛線-點(diǎn)曲線310對(duì)應(yīng)于橫軸所示輸入電壓Vin下欲得到6. OV輸出 電壓所需的增量因子。圖11(a)的第一實(shí)線曲線100對(duì)應(yīng)于使用兩個(gè)電荷泵電容串聯(lián)與并聯(lián)模式進(jìn)行充 放電的直流/直流轉(zhuǎn)換器的效率，其增益因子如上所述為3，2以及1. 5。此相對(duì)應(yīng)的增益因 子見于圖11(b)的第二實(shí)線曲線110。圖11(a)的第一虛線曲線200對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明使用三個(gè)電荷泵電容串聯(lián)、并聯(lián) 或者串/并聯(lián)混合模式進(jìn)行充放電的直流/直流轉(zhuǎn)換器的效率，其增益因子如上所述為3， 2.5，2，1|以及1+。此相對(duì)應(yīng)的增益因子見于圖11(b)的第二虛線曲線210。當(dāng)比較第二虛線曲線200與第一實(shí)線曲線100時(shí)可得知，若直流/直流轉(zhuǎn)換器只 使用兩個(gè)電荷泵電容，輸入電壓為2. 9V左右，效率可能降至70%以下，而輸入電壓為3. 9V 左右，效率可能降至80%以下，若使用本發(fā)明包括三個(gè)電荷泵電容的直流/直流轉(zhuǎn)換器，則 效率均可保持在80%以上。同樣地，當(dāng)比較第二虛線曲線210與虛線-點(diǎn)曲線310的差異以及第二實(shí)線曲線 110與虛線_點(diǎn)曲線310的差異時(shí)可得知，本發(fā)明的直流/直流轉(zhuǎn)換器與公知直流/直流轉(zhuǎn)換器相較之下，增益因子與增量因子在平均值上以及最大值上的差異較小。圖12與圖13所示出的直流/直流轉(zhuǎn)換器包括分別與四個(gè)電荷泵電容CC1，CC2， CC3與CC4的第一、第二、第三與第四電路，每一電路均有四個(gè)相關(guān)的開關(guān)，如所示的S11， S12, S13, S14 ；S21, S22, S23, S24 ；S31, S32, S33, S34 ；以及 S41, S42, S43, S44。開關(guān)的配 置與圖8所示與三個(gè)電荷泵電容Cl，C2，C3相關(guān)的電路配置Sll，S12，S13，S14，S21，S22， S23，S24，S31，S32，S33，S34類似。本實(shí)施例的開關(guān)單元更包括額外開關(guān)SXl, SX2與SX3， 用以串聯(lián)所有電荷泵電容CCl，CC2，CC3與CC4，其配置與圖8所示具有三個(gè)電荷泵電容Cl， C2，C3的配置中的SXl，SX2類似。在圖12與圖13中另有額外開關(guān)SXX與SXX2，其中開關(guān)SXX用以建立第一電荷泵 電容CCl與第三電荷泵電容CC3的串聯(lián)，并繞過第二電荷泵電容CC2，其配置與圖8所示的 開關(guān)SXX類似；而開關(guān)SXX2用以建立第二電荷泵電容CC2與第四電荷泵電容CC4的串聯(lián)，并 繞過第三電荷泵電容CC3。在圖13中另加入額外開關(guān)SXX3，用以建立第一電荷泵電容CCl 與第四電荷泵電容CC4的串聯(lián)，并繞過第二電荷泵電容CC2與第三電荷泵電容CC3。圖12與圖13的配置可提供更多種增益因子，對(duì)應(yīng)出更多具有最大效率的增量因 子，以進(jìn)一步增加效率。舉圖14所示模式的充電階段為例，第二電荷泵電容CC2與第三電荷泵電容CC3并 聯(lián)形成第一子配置，第一子配置再與一包括第一電荷泵電容CCl及第四電荷泵電容CC4的 第二子配置串聯(lián)于輸入電壓Vin與參考電壓GND之間，形成第一混合并聯(lián)-串聯(lián)的配置。 如此可對(duì)第一電荷泵電容CCl及第四電荷泵電容CC4充電至VCCl = VCC4 = 0. 4*Vin ；并 對(duì)第二電荷泵電容CC2與第三電荷泵電容CC3充電至VCC2 = VCC3 = 0. 2*Vin，其中VCC1， VCC2, VCC3與VCC4代表分別載入電荷泵電容CCl，CC2，CC3與CC4中的電壓。在另一變化例中，第一電荷泵電容CC1、第二電荷泵電容CC2與第三電荷泵電容 CC3并聯(lián)形成另一第一子配置，第一子配置再與第四電荷泵電容CC4所形成的第二子配置 串聯(lián)，以提供另一混合并聯(lián)_串聯(lián)配置的實(shí)施例。如此可對(duì)第一、第二與第三電荷泵電容 CCl，CC2，CC3充電至VCCl = VCC2 = VCC3 = 0. 25*Vin ；并對(duì)第四電荷泵電容CC4充電至 VCC4 = 0. 75*Vin。舉圖15所示模式的放電階段為例。圖15顯示第二電荷泵電容CC2與第三電荷泵 電容CC3串聯(lián)的子配置。該子配置再與第一電荷泵電容CCl及第四電荷泵電容CC4并聯(lián)于 輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間。當(dāng)使用圖14的模式進(jìn)行充電之后，在放電階段使用 本實(shí)施例的模式，可在放電階段提供相對(duì)應(yīng)的輸出電壓Vout = Vin+VCCl = 1.4*Vin。再舉圖16所示模式的放電階段為例。圖16顯示第二電荷泵電容CC2與第一電荷 泵電容CCl串聯(lián)的第一子配置，以及第四電荷泵電容CC4與第三電荷泵電容CC3串聯(lián)的第 二子配置。第一子配置與第二子配置再并聯(lián)于輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之間。當(dāng)使 用圖14的模式進(jìn)行充電之后，在放電階段使用本實(shí)施例的模式，可提供相對(duì)應(yīng)的輸出電壓 Vout = Vin+VCCl+VCC2 = 1. 6*Vin。應(yīng)注意為上述實(shí)施例用以示出而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在所附權(quán)利要 求所涵蓋的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出許多變形。例如，雖然以上的例子中舉了多個(gè)基本上電容值相同 的電容器為例，但這些電容器的電容值也可以不同，而得到更多不同值的增量因子。又如， 在所附權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)，也可使用與上述不同型式的開關(guān)。開關(guān)sil，S12，S13，S14, S21, S22, S23, S24, S31, S32, S33, S34, S41, S42, S43, S44, SXl, SX2, SX3, SXX, SXX2 與SXX3可為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，也可為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。 所述開關(guān)可為不連續(xù)開關(guān)或整合在單一集成電路中的多個(gè)開關(guān)。另外，在說明書中的”和/ 或” 一詞代表一個(gè)或多個(gè)所列相關(guān)項(xiàng)目的所有組合。 以上說明了實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于所述的最佳實(shí)施方式， 可在無損于本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行變。
權(quán)利要求
一種直流/直流轉(zhuǎn)換器，包括一輸入端，用以接收一輸入電壓；一輸出端，用以提供一輸出電壓；一接地端，用以提供一參考電壓；多個(gè)電荷泵電容，包括至少第一電荷泵電容、第二電荷泵電容與第三電荷泵電容；以及一開關(guān)電路，包括多個(gè)開關(guān)，其組成可通過選擇性導(dǎo)通一部分開關(guān)而使所述多個(gè)電荷泵電容以混合串/并聯(lián)模式連接于該輸入端與該接地端間或該輸入端與該輸出端間。
2.如權(quán)利要求1的直流/直流轉(zhuǎn)換器，更包括一控制器，用以控制該開關(guān)電路開關(guān)的導(dǎo) 電模式，以使該直流/直流轉(zhuǎn)換器于所述多個(gè)電荷泵電容連接于該輸入端與該接地端間的 充電模式以及多個(gè)該電荷泵電容連接于該輸入端與該輸出端間的放電模式之間切換，并建 立包括于充電階段或放電階段中使用串/并聯(lián)配置的多種模式之一。
3.如權(quán)利要求2的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該多種模式包括一些或所有所述多個(gè)電荷 泵電容的基本串聯(lián)配置。
4.如權(quán)利要求2的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該多種模式包括一些或所有所述多個(gè)電荷 泵電容的基本并聯(lián)配置。
5.如權(quán)利要求2的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該控制器控制所述多個(gè)開關(guān)的組態(tài)，使其在 充電階段與放電階段自該多種模式中選擇相同或不同的配置。
6.如權(quán)利要求1的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該混合串/并聯(lián)配置包括所述多個(gè)電荷泵 電容中的至少兩個(gè)并聯(lián)的第一子配置以及該第一子配置與其它電荷泵電容串聯(lián)的第二子 配置。
7.如權(quán)利要求1的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該混合串/并聯(lián)配置包括所述多個(gè)電荷泵 電容中的至少兩個(gè)串聯(lián)的第一子配置以及該第一子配置與其它電荷泵電容并聯(lián)的第二子 配置。
8.如權(quán)利要求1的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該開關(guān)電路包括第一電路，與該第一電荷泵電容相關(guān)，該第一電荷泵電容的一電極可通過第一開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第二開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第一電荷泵電容的另一電極可 通過第三開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第四開關(guān)耦合至該輸出電壓；第二電路，與該第二電荷泵電容相關(guān)，該第二電荷泵電容的一電極可通過第五開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第六開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第二電荷泵電容的另一電極可 通過第七開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第八開關(guān)耦合至該輸出電壓；第三電路，與該第三電荷泵電容相關(guān)，該第三電荷泵電容的一電極可通過第九開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第十開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第三電荷泵電容的另一電極可 通過第十一開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第十二開關(guān)耦合至該輸出電壓；第一額外開關(guān)，可使該第一電荷泵電容的該電極選擇性連接到第二電荷泵電容的該另 一電極；以及第二額外開關(guān)，可使該第二電荷泵電容的該電極選擇性連接到第三電荷泵電容的該另 一電極。
9.如權(quán)利要求8的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該開關(guān)電路更包括第三額外開關(guān)，可使該第 一電荷泵電容的該電極選擇性連接到第三電荷泵電容的該另一電極。
10.如權(quán)利要求8的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該開關(guān)電路更包括第四電路，與該第四電荷泵電容相關(guān)，該第四電荷泵電容的一電極可通過第十三開關(guān) 耦合至該輸入電壓，并通過第十四開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第四電荷泵電容的另一電 極可通過第十五開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第十六開關(guān)耦合至該輸出電壓；以及第四額外開關(guān)，可使該第三電荷泵電容的該電極選擇性連接到第四電荷泵電容的該另 一電極。
11.如權(quán)利要求10的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該開關(guān)電路更包括第五額外開關(guān)，可使該 第二電荷泵電容的該電極選擇性連接到第四電荷泵電容的該另一電極。
12.如權(quán)利要求11的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中該開關(guān)電路更包括第六額外開關(guān)，可使該 第一電荷泵電容的該電極選擇性連接到第四電荷泵電容的該另一電極。
13.—種包括權(quán)利要求1所述直流/直流轉(zhuǎn)換器的裝置，更包括一電池與一電路配置， 其中該電池用以提供一電池電壓作為該直流/直流轉(zhuǎn)換器的該輸入電壓，而該直流/直流 轉(zhuǎn)換器的設(shè)置用以提供該輸出電壓予該電路配置。
14.如權(quán)利要求13的裝置，其中該電路配置至少與一可顯示圖像的顯示裝置相關(guān)連。
15.如權(quán)利要求13的裝置，選自移動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、筆記本電腦、臺(tái)式 電腦、電視、車用導(dǎo)航裝置、全球定位系統(tǒng)、航空電子用顯示器、便攜式DVD播放器之一。
16.一開關(guān)電路，與多個(gè)電荷泵電容一起用于一直流/直流轉(zhuǎn)換器中，該直流/直流轉(zhuǎn) 換器至少包括第一電荷泵電容、第二電荷泵電容與第三電荷泵電容、一用以接收一輸入電 壓的輸入端、一用以提供一輸出電壓的輸出端、以及一用以提供一參考電壓的接地端，該開 關(guān)電路包括第一電路，與該第一電荷泵電容相關(guān)，該第一電荷泵電容的一電極可通過第一開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第二開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第一電荷泵電容的另一電極可 通過第三開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第四開關(guān)耦合至該輸出電壓；第二電路，與該第二電荷泵電容相關(guān)，該第二電荷泵電容的一電極可通過第五開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第六開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第二電荷泵電容的另一電極可 通過第七開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第八開關(guān)耦合至該輸出電壓；第三電路，與該第三電荷泵電容相關(guān)，該第三電荷泵電容的一電極可通過第九開關(guān)耦 合至該輸入電壓，并通過第十開關(guān)耦合至該參考電壓，而該第三電荷泵電容的另一電極可 通過第十一開關(guān)耦合至該輸入電壓，并通過第十二開關(guān)耦合至該輸出電壓；第一額外開關(guān)，可使該第一電荷泵電容的該電極選擇性連接到第二電荷泵電容的該另 一電極；第二額外開關(guān)，可使該第二電荷泵電容的該電極選擇性連接到第三電荷泵電容的該另 一電極；以及第三額外開關(guān)，可使該第一電荷泵電容的該電極選擇性連接到第三電荷泵電容的該另 一電極。
17.如權(quán)利要求16的開關(guān)電路，其中該開關(guān)電路以以下的方式選擇性連接所述多個(gè)電 荷泵電容于第一模式中使所有所述多個(gè)電荷泵電容串聯(lián)；于第二模式中使所有所述多個(gè)電荷泵電容并聯(lián)；以及于第三模式中以第一混合串/并聯(lián)配置連接所述多個(gè)電荷泵電容，該第一混合串/并 聯(lián)配置包括所述多個(gè)電荷泵電容中的至少兩個(gè)并聯(lián)的第一子配置以及該第一子配置與其 它電荷泵電容串聯(lián)的第二子配置；且該開關(guān)電路進(jìn)一步將所述多個(gè)電荷泵電容選擇性連接于該輸入端與該接地端間用 以對(duì)所述多個(gè)電荷泵電容充電，以及選擇性連接于該輸入端與該輸出端間用以使所述多個(gè) 電荷泵電容放電。
全文摘要
一種直流/直流轉(zhuǎn)換器及其切換電路、以及包含該轉(zhuǎn)換器的裝置，該直流/直流轉(zhuǎn)換器包括一輸入端，用以接收一輸入電壓；一輸出端，用以提供一輸出電壓；一接地端，用以提供一參考電壓；多個(gè)電荷泵電容，包括至少第一電荷泵電容、第二電荷泵電容與第三電荷泵電容；以及一開關(guān)電路，包括多個(gè)開關(guān)，其組成可通過選擇性導(dǎo)通一部分開關(guān)而使所述多個(gè)電荷泵電容以混合串/并聯(lián)模式連接于該輸入端與該接地端間或該輸入端與該輸出端間。本發(fā)明可提供電荷泵式直流/直流轉(zhuǎn)換器更多不同的增量因子，以達(dá)最大效率。
文檔編號(hào)H02M3/07GK101951143SQ20101014952
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者大衛(wèi)·朱利安·葉慈 申請(qǐng)人:統(tǒng)寶光電股份有限公司