專利名稱：不需外加穩(wěn)壓器即具穩(wěn)壓效果的電荷泵電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵電路的技術，尤指一種不需外加穩(wěn)壓器 即具穩(wěn)壓效果的電荷泵電路。
背景技術：
在一般的薄膜晶體管液晶顯示器(TFT- LCD )驅(qū)動元件(driver IC)應用下，因為驅(qū)動元件(driver IC )的輸入(input)電壓并不 高，通常為2.6V到3.3V;然而，因為液晶面4反內(nèi)液晶的應用需要 較高的電壓驅(qū)動(約4.5V)。因此，我們需4吏用電荷泵(charge pump )電路將輸入電壓升高， 而電荷泵電路的特性為單純將輸入電壓倍壓兩倍，故當輸入電壓為 2.6V到3.3V時，其倍壓后的結果為5.2V到6.6V。因此，若其余模 擬電路需要輸出高壓時，設計者必須將此變化范圍極大的電壓做為 端電壓。這時整體電路的特性不好掌握，增加了設計的困難度，并 且也需要較高的電路面積預防高壓的破壞。請參閱圖1，即傳統(tǒng)電荷泵電路的示意圖。 一般2倍(2x)的 電荷泵(charge pump )電路11外4妄有泵電容Cp,而其輸出接有4妄 地的輸出電容Co， 一般為luF。目前為解決前述倍壓后的缺點，較 好的解決方法是，在電荷泵電路11輸出電壓后加上低壓降線性穩(wěn) 壓器(low drop-out linear regulator; LDO ) 12,穩(wěn)、壓到特定電壓(如
4.8V)，此電壓即不隨負載或l俞入電壓的改變而變4匕，^旦為了快速 的電流負載響應，必須在其之后加上外加電容Ca,該外加電容一般 與豐lT出電容Co相同為luF。低壓降線性穩(wěn)壓器12的操作原理為，當輸入電壓大于輸出電 壓，即由晶體管吸收輸入和輸出的電壓差，并且由回授控制電路控 制來提供平穩(wěn)的輸出電壓。所以，現(xiàn)有的電荷泵電路11想要獲得 比輸入電壓高且穩(wěn)定，而且不隨負載或輸入電壓改變的輸出電壓， 必須先讓輸入電壓經(jīng)過電荷泵電路11獲得兩倍的輸入電壓，再經(jīng) 過低壓降線性穩(wěn)壓器12而得到經(jīng)過調(diào)節(jié)(regulation)的輸出電壓， 此電壓穩(wěn)定且不隨輸入電壓與負載的改變而改變。但此做法需要外 加電容Ca，通常為luF。然而，很多情況下我們并無法外加此電容， 一般設計者的電路系統(tǒng)上往往也無此電容的設計。發(fā)明內(nèi)容因此，為解決上述的缺陷，避免缺陷存在，本發(fā)明在輸入電壓 和電荷泵電路之間放置輸入調(diào)節(jié)電路，借此控制電荷泵電路的輸入 電壓，當負栽大時，此限制電路通過較多的輸入電壓，負栽小時， 通過較低的電壓，借此達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，并且不需在電荷 泵電路之后加上低壓降線性穩(wěn)壓器(LDO)以及額外的外加電容。為達到上述的目的，本發(fā)明的電荷泵電路外接有泵電容，其輸 出端接有4妄地的輸出電容，并且輸入調(diào)節(jié)電路設置于輸入電壓與電 荷泵電路之間，利用負回授的機制檢測電荷泵電路的輸出電壓的變 化，借此調(diào)節(jié)要輸入到電荷泵電路的電壓，以達到穩(wěn)定輸出電壓的效果。其中該輸入調(diào)節(jié)電路包含調(diào)節(jié)晶體管，其設置于輸入電壓與電 荷泵電路之間，第一電阻與第二電阻串聯(lián)地電連接于該電荷泵電路 的車#出端，該第一電阻與第二電阻^直的比為n:l,用來在第一電阻 與第二電阻間的接點產(chǎn)生n分之一的分壓電壓到該誤差放大及比較 元4牛，其中該n大于1。以及誤差放大及比較元件，其輸入端連接參考電壓，另一輸入 端連接于該第 一 電阻與第二電阻間的接點來取得輸出電壓在此接 點的分壓，形成負回授機制，并且該誤差放大及比較元件的輸出端 連接到該調(diào)節(jié)晶體管的控制端，用來控制該調(diào)節(jié)晶體管通過多少電壓。由A匕，車lr入電壓不再決定l俞出電壓，而是由該車lr入調(diào)節(jié)電路來 決定，可得到不隨負載和輸入電壓而改變的輸出電壓。


圖i為傳統(tǒng)的電荷泵電路的示意圖。圖2為本發(fā)明的電荷泵電路的示意圖。 圖3為本發(fā)明的電荷泵電路的連接示意圖。 圖4為圖3的詳細實施電路圖。 圖5為本發(fā)明的電荷泵電路的另一連接示意圖。 圖6為圖5的詳細實施電路圖。
具體實施方式
才艮據(jù)有關本發(fā)明的詳細內(nèi)容及4支術i兌明，現(xiàn)配合附圖"i兌明如下請參閱圖2所示，即本發(fā)明的電荷泵電路的示意圖。本發(fā)明的 電荷泵電路110外4妄有泵電容Cp，其輸出端OUTPUT 4妄有接地的 輸出電容Co，并且輸入調(diào)節(jié)電路120 i殳置于電壓輸入端INPUT與 電荷泵電路110之間，利用負回授的機制檢測該電荷泵電路110的 輸出電壓Vout變化來調(diào)節(jié)要輸入到電荷泵電^各110的電壓以達到穩(wěn) 定豐lT出電壓Vout。請參閱圖3所示，即本發(fā)明的電荷泵電路的連接示意圖。其中 該輸入調(diào)節(jié)電路120包含調(diào)節(jié)晶體管121,設置于輸入電壓與電荷 泵電路110之間；第一電阻R1與第二電阻R2比為n:l，串聯(lián)電連 于該電^i泵電^各110的^T出端，用來在第一電阻與第二電阻間的4姿 點N產(chǎn)生n分之一的分壓電壓，其中該n大于l。誤差放大及比較元件122的輸入端連接參考電壓Vref,另 一輸 入端連4妾于該第 一電阻Rl與第二電阻R2間的"t妄點N，用來取得輸 出電壓Vout在此4姿點的分壓，形成負回授才幾制，并且該i吳差》文大及 比較元件122的輸出端連接到該調(diào)節(jié)晶體管121的控制端，用來控 制該調(diào)節(jié)晶體管121通過多少電壓，調(diào)節(jié)電路120就像水龍頭，當 負載很低時，此電路^r測到而通過較少的輸入電壓，負載很大時， 通過較大的輸入電壓以借此控制穩(wěn)定輸出電壓，其中該輸出電壓 Vout為(l+n ) x參考電壓Vref ( Vout = ( l+n ) x Vref )。請參閱圖4所示，即圖3的詳細實施電路圖。假設該電荷泵電 路110是2x泵電路，該電荷泵電路110內(nèi)包括充電晶體管111與放 電晶體管112，其依序設置于輸入端VP與輸出端OUTPUT之間， 其分別受第一時脈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；以及由p型晶體管113與n 型晶體管114所組成的反相器，該反相器的第三時脈CK3與第二時 脈CK2的時脈信號同步，并且輸入端VP1連接到該電壓源電壓 VDD (—般約2.6V-3.3V)。其中，該泵電容Cp設置于該反相器的 輸出端C1B和充電晶體管111與放電晶體管112的接點C1A之間。該調(diào)節(jié)晶體管121 i殳置于l俞入端INPUT電壓與電荷泵電路110 的充電晶體管111的輸入端VP (如圖4所示)之間，其中該輸入 端INPUT電壓是電壓源電壓VDD ( —般約2.6V-3.3V );々li殳該第 一電阻R1與第二電阻R2的比為3:1(例如該第一電阻R1為300KQ， 該第二電阻R2為IOOKQ)，可用來分壓產(chǎn)生一四分之一的分壓電壓 (Vout/4 )到該i吳差》文大及比4交元〗牛122。其中該電路的動作原理為，當控制該充電晶體管111的第一時 脈信號CK1為高準位時，第三時脈信號CK3為低準位，該反相器 通過該p型晶體管113對該泵電容Cp充電到該電壓源電壓VDD。 當控制該充電晶體管111的第一時脈信號CK1為^f氐準位，第二時脈 信號CK2與第三時"永信號CK3為高準位時，先利用該i吳差》文大及 比較元件122和電阻分壓來回授調(diào)節(jié)輸出電壓Vout。假設，當誤差 放大及比較元件122的正端的參考電壓Vref為1.2V,輸出電壓Vout 經(jīng)電阻分壓產(chǎn)生四分之一的電壓(Vout/4)到誤差放大及比較元件 122負端，此時誤差放大及比較元件122，即會控制該調(diào)節(jié)晶體管 121要通過多少的電壓，并且通過該充電晶體管lll對已具電壓源 電壓VDD的泵電容Cp充電；當負栽到來時，回授電壓變低，誤差 放大及比較元件122檢測到此誤差電壓，即會控制該調(diào)節(jié)晶體管121 通過較多電壓，將回授電壓穩(wěn)定到參考電壓Vref U.2V)，由于輸 出電壓Vout和回4受電壓是四比一的關系，所以i渝出電壓Vout,即 會穩(wěn)定在(1+n ) x參考電壓Vref, Vout = ( 1+n ) x Vref = ( 1+3 ) x 1.2 V = 4.8V。請同時參閱圖5、 6所示，即本發(fā)明的電荷泵電路的另一連接 示意圖及其詳細實施電路圖。相同的，假設該電荷泵電路110是2x 泵電路，并且內(nèi)部結構與前述相同。4旦該調(diào)節(jié)晶體管121i殳置于車命 入端VP1到該反相器，而該充電晶體管111的輸入端VP接入電壓 源電壓VDD。
相同的，該輸入端INPUT電壓是電壓源電壓VDD;且假設該 第一電阻R1與第二電阻R2的比為3:1(如第一電阻R1為300KQ, 第二電阻R2為lOOKQ)，用來分壓產(chǎn)生四分之一的電壓到該誤差i文 大及比較元件122。此連接方法的電路工作原理為，當控制該充電晶體管111的第 一時脈信號CK1為高準位，第三時脈信號CK3為低準位時，先利 用該誤差放大及比較元件122和電阻分壓來回授調(diào)節(jié)輸出電壓，當 誤差》文大及比4交元件122的正端的參考電壓Vref為1.2V時，輸出 電壓經(jīng)電阻分壓來產(chǎn)生四分之一的電壓(Vout/4)到"i吳差^t大及比 較元件122的負端，此時誤差放大及比較元件122,即會控制該調(diào) 節(jié)晶體管121要通過多少的電壓，并且通過該p型晶體管113對該 泵電容Cp充電。當控制該充電晶體管111的第一時脈信號CK1為 低準位，第二時脈信號CK2與第三時脈信號CK3為高準位時，輸 入端VP通過該充電晶體管lll對已具電壓的泵電容Cp充電電壓源 電壓VDD， l吏車lr出電壓Vout穩(wěn)、定在(l+n ) x參考電壓Vref, Vout =(l+n) xvref- (1+3) xi.2V = 4.8V。綜合來說，本發(fā)明的精神在于輸入電壓跟電荷泵電路之間放置 車lr入調(diào)節(jié)電3各，用來控制電荷泵電路的輸入電壓，當負栽大時，此 限制電路通過較多的輸入電壓，負載小時則通過較低的電壓。該調(diào) 節(jié)電路就像水龍頭，當負載很低時，此電路將檢測到從而通過較少 的輸入電壓，負載很大時通過較大的輸入電壓，借此控制調(diào)節(jié)穩(wěn)定 輸出電壓，并且不需在電荷泵電路后加上低壓降線性穩(wěn)壓器(LDO ) 及額外的外加電容。以上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實 施的范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆 為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
權利要求
1. 一種不需外加穩(wěn)、壓器即具穩(wěn)、壓效果的電荷泵電路，所述電荷泵電路(110)外接有泵電容(Cp)，其輸出端接有接地的輸出 電容(Co),其特征在于，包括有輸入調(diào)節(jié)電路(120),設置于輸入電壓與電荷泵電路(110) 之間，利用負回授的機制檢測電荷泵電路(110)的輸出電壓 (Vout)變化，調(diào)節(jié)要輸入到電荷泵電路(110)的電壓以達 到穩(wěn)定輸出電壓(Vout)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，所述輸入調(diào) 節(jié)電路(120)包含調(diào)節(jié)晶體管(121)，設置于輸入電壓與 電荷泵電路(110)之間；第一電阻(Rl )與第二電阻(R2),串聯(lián)地電連接于所述 電荷泵電-各(110)的ilr出端；誤差放大及比較元件(122 )，其輸入端連接參考電壓 (Vref)，另一輸入端連接于所述第一電阻(Rl)與第二電阻 (R2)間的4妄點(N)，用來取4尋llT出電壓(Vout)在此4妻點 的分壓，形成負回授才幾制，并且所述誤差》文大及比4交元件(122 ) 的輸出端連4妻至所述調(diào)節(jié)晶體管(121)的控制端，用來控制 所述調(diào)節(jié)晶體管(121)通過多少電壓。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電荷泵電路，其特征在于，所述第一電 阻(Rl )與第二電阻(R2)的比為n:l，用來產(chǎn)生n分之一的 分壓電壓至所述誤差放大及比較元件(122),且所述n大于1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不需外加穩(wěn)壓器即具穩(wěn)壓效果的電荷泵電路，即將輸入調(diào)節(jié)電路設置于輸入電壓與電荷泵電路之間，利用負回授的機制檢測電荷泵電路的輸出電壓變化，借此調(diào)節(jié)要輸入到電荷泵電路的電壓，以達到穩(wěn)定輸出電壓的效果。使輸入電壓不再決定輸出電壓，而是由該輸入調(diào)節(jié)電路決定，可得到不隨負載和輸入電壓而改變的輸出電壓。
文檔編號H02M3/07GK101123392SQ20061010975
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權日2006年8月9日
發(fā)明者吳繼浩 申請人:矽創(chuàng)電子股份有限公司