不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路的制作方法

文档序号:7288715阅读:123来源:国知局
专利名称:不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路的制作方法
技术领域
本发明涉及一种电荷泵电路的技术,尤指一种不需外加稳压器 即具稳压效果的电荷泵电路。
背景技术
在一般的薄膜晶体管液晶显示器(TFT- LCD )驱动元件(driver IC)应用下,因为驱动元件(driver IC )的输入(input)电压并不 高,通常为2.6V到3.3V;然而,因为液晶面4反内液晶的应用需要 较高的电压驱动(约4.5V)。因此,我们需4吏用电荷泵(charge pump )电路将输入电压升高, 而电荷泵电路的特性为单纯将输入电压倍压两倍,故当输入电压为 2.6V到3.3V时,其倍压后的结果为5.2V到6.6V。因此,若其余模 拟电路需要输出高压时,设计者必须将此变化范围极大的电压做为 端电压。这时整体电路的特性不好掌握,增加了设计的困难度,并 且也需要较高的电路面积预防高压的破坏。请参阅图1,即传统电荷泵电路的示意图。 一般2倍(2x)的 电荷泵(charge pump )电路11外4妄有泵电容Cp,而其输出接有4妄 地的输出电容Co, 一般为luF。目前为解决前述倍压后的缺点,较 好的解决方法是,在电荷泵电路11输出电压后加上低压降线性稳 压器(low drop-out linear regulator; LDO ) 12,稳、压到特定电压(如
4.8V),此电压即不随负载或l俞入电压的改变而变4匕,^旦为了快速 的电流负载响应,必须在其之后加上外加电容Ca,该外加电容一般 与丰lT出电容Co相同为luF。低压降线性稳压器12的操作原理为,当输入电压大于输出电 压,即由晶体管吸收输入和输出的电压差,并且由回授控制电路控 制来提供平稳的输出电压。所以,现有的电荷泵电路11想要获得 比输入电压高且稳定,而且不随负载或输入电压改变的输出电压, 必须先让输入电压经过电荷泵电路11获得两倍的输入电压,再经 过低压降线性稳压器12而得到经过调节(regulation)的输出电压, 此电压稳定且不随输入电压与负载的改变而改变。但此做法需要外 加电容Ca,通常为luF。然而,很多情况下我们并无法外加此电容, 一般设计者的电路系统上往往也无此电容的设计。发明内容因此,为解决上述的缺陷,避免缺陷存在,本发明在输入电压 和电荷泵电路之间放置输入调节电路,借此控制电荷泵电路的输入 电压,当负栽大时,此限制电路通过较多的输入电压,负栽小时, 通过较低的电压,借此达到调节输出电压的目的,并且不需在电荷 泵电路之后加上低压降线性稳压器(LDO)以及额外的外加电容。为达到上述的目的,本发明的电荷泵电路外接有泵电容,其输 出端接有4妄地的输出电容,并且输入调节电路设置于输入电压与电 荷泵电路之间,利用负回授的机制检测电荷泵电路的输出电压的变 化,借此调节要输入到电荷泵电路的电压,以达到稳定输出电压的效果。其中该输入调节电路包含调节晶体管,其设置于输入电压与电 荷泵电路之间,第一电阻与第二电阻串联地电连接于该电荷泵电路 的车#出端,该第一电阻与第二电阻^直的比为n:l,用来在第一电阻 与第二电阻间的接点产生n分之一的分压电压到该误差放大及比较 元4牛,其中该n大于1。以及误差放大及比较元件,其输入端连接参考电压,另一输入 端连接于该第 一 电阻与第二电阻间的接点来取得输出电压在此接 点的分压,形成负回授机制,并且该误差放大及比较元件的输出端 连接到该调节晶体管的控制端,用来控制该调节晶体管通过多少电压。由A匕,车lr入电压不再决定l俞出电压,而是由该车lr入调节电路来 决定,可得到不随负载和输入电压而改变的输出电压。


图i为传统的电荷泵电路的示意图。图2为本发明的电荷泵电路的示意图。 图3为本发明的电荷泵电路的连接示意图。 图4为图3的详细实施电路图。 图5为本发明的电荷泵电路的另一连接示意图。 图6为图5的详细实施电路图。
具体实施方式
才艮据有关本发明的详细内容及4支术i兌明,现配合附图"i兌明如下请参阅图2所示,即本发明的电荷泵电路的示意图。本发明的 电荷泵电路110外4妄有泵电容Cp,其输出端OUTPUT 4妄有接地的 输出电容Co,并且输入调节电路120 i殳置于电压输入端INPUT与 电荷泵电路110之间,利用负回授的机制检测该电荷泵电路110的 输出电压Vout变化来调节要输入到电荷泵电^各110的电压以达到稳 定丰lT出电压Vout。请参阅图3所示,即本发明的电荷泵电路的连接示意图。其中 该输入调节电路120包含调节晶体管121,设置于输入电压与电荷 泵电路110之间;第一电阻R1与第二电阻R2比为n:l,串联电连 于该电^i泵电^各110的^T出端,用来在第一电阻与第二电阻间的4姿 点N产生n分之一的分压电压,其中该n大于l。误差放大及比较元件122的输入端连接参考电压Vref,另 一输 入端连4妾于该第 一电阻Rl与第二电阻R2间的"t妄点N,用来取得输 出电压Vout在此4姿点的分压,形成负回授才几制,并且该i吴差》文大及 比较元件122的输出端连接到该调节晶体管121的控制端,用来控 制该调节晶体管121通过多少电压,调节电路120就像水龙头,当 负载很低时,此电路^r测到而通过较少的输入电压,负载很大时, 通过较大的输入电压以借此控制稳定输出电压,其中该输出电压 Vout为(l+n ) x参考电压Vref ( Vout = ( l+n ) x Vref )。请参阅图4所示,即图3的详细实施电路图。假设该电荷泵电 路110是2x泵电路,该电荷泵电路110内包括充电晶体管111与放 电晶体管112,其依序设置于输入端VP与输出端OUTPUT之间, 其分别受第一时脉CK1与第二时脉CK2的控制,其中该第一时脉 CK1与第二时脉CK2的时脉信号相反;以及由p型晶体管113与n 型晶体管114所组成的反相器,该反相器的第三时脉CK3与第二时 脉CK2的时脉信号同步,并且输入端VP1连接到该电压源电压 VDD (—般约2.6V-3.3V)。其中,该泵电容Cp设置于该反相器的 输出端C1B和充电晶体管111与放电晶体管112的接点C1A之间。该调节晶体管121 i殳置于l俞入端INPUT电压与电荷泵电路110 的充电晶体管111的输入端VP (如图4所示)之间,其中该输入 端INPUT电压是电压源电压VDD ( —般约2.6V-3.3V );々li殳该第 一电阻R1与第二电阻R2的比为3:1(例如该第一电阻R1为300KQ, 该第二电阻R2为IOOKQ),可用来分压产生一四分之一的分压电压 (Vout/4 )到该i吴差》文大及比4交元〗牛122。其中该电路的动作原理为,当控制该充电晶体管111的第一时 脉信号CK1为高准位时,第三时脉信号CK3为低准位,该反相器 通过该p型晶体管113对该泵电容Cp充电到该电压源电压VDD。 当控制该充电晶体管111的第一时脉信号CK1为^f氐准位,第二时脉 信号CK2与第三时"永信号CK3为高准位时,先利用该i吴差》文大及 比较元件122和电阻分压来回授调节输出电压Vout。假设,当误差 放大及比较元件122的正端的参考电压Vref为1.2V,输出电压Vout 经电阻分压产生四分之一的电压(Vout/4)到误差放大及比较元件 122负端,此时误差放大及比较元件122,即会控制该调节晶体管 121要通过多少的电压,并且通过该充电晶体管lll对已具电压源 电压VDD的泵电容Cp充电;当负栽到来时,回授电压变低,误差 放大及比较元件122检测到此误差电压,即会控制该调节晶体管121 通过较多电压,将回授电压稳定到参考电压Vref U.2V),由于输 出电压Vout和回4受电压是四比一的关系,所以i渝出电压Vout,即 会稳定在(1+n ) x参考电压Vref, Vout = ( 1+n ) x Vref = ( 1+3 ) x 1.2 V = 4.8V。请同时参阅图5、 6所示,即本发明的电荷泵电路的另一连接 示意图及其详细实施电路图。相同的,假设该电荷泵电路110是2x 泵电路,并且内部结构与前述相同。4旦该调节晶体管121i殳置于车命 入端VP1到该反相器,而该充电晶体管111的输入端VP接入电压 源电压VDD。
相同的,该输入端INPUT电压是电压源电压VDD;且假设该 第一电阻R1与第二电阻R2的比为3:1(如第一电阻R1为300KQ, 第二电阻R2为lOOKQ),用来分压产生四分之一的电压到该误差i文 大及比较元件122。此连接方法的电路工作原理为,当控制该充电晶体管111的第 一时脉信号CK1为高准位,第三时脉信号CK3为低准位时,先利 用该误差放大及比较元件122和电阻分压来回授调节输出电压,当 误差》文大及比4交元件122的正端的参考电压Vref为1.2V时,输出 电压经电阻分压来产生四分之一的电压(Vout/4)到"i吴差^t大及比 较元件122的负端,此时误差放大及比较元件122,即会控制该调 节晶体管121要通过多少的电压,并且通过该p型晶体管113对该 泵电容Cp充电。当控制该充电晶体管111的第一时脉信号CK1为 低准位,第二时脉信号CK2与第三时脉信号CK3为高准位时,输 入端VP通过该充电晶体管lll对已具电压的泵电容Cp充电电压源 电压VDD, l吏车lr出电压Vout稳、定在(l+n ) x参考电压Vref, Vout =(l+n) xvref- (1+3) xi.2V = 4.8V。综合来说,本发明的精神在于输入电压跟电荷泵电路之间放置 车lr入调节电3各,用来控制电荷泵电路的输入电压,当负栽大时,此 限制电路通过较多的输入电压,负载小时则通过较低的电压。该调 节电路就像水龙头,当负载很低时,此电路将检测到从而通过较少 的输入电压,负载很大时通过较大的输入电压,借此控制调节稳定 输出电压,并且不需在电荷泵电路后加上低压降线性稳压器(LDO ) 及额外的外加电容。以上述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用来限定本发明实 施的范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆 为本发明专利范围所涵盖。
权利要求
1. 一种不需外加稳、压器即具稳、压效果的电荷泵电路,所述电荷泵电路(110)外接有泵电容(Cp),其输出端接有接地的输出 电容(Co),其特征在于,包括有输入调节电路(120),设置于输入电压与电荷泵电路(110) 之间,利用负回授的机制检测电荷泵电路(110)的输出电压 (Vout)变化,调节要输入到电荷泵电路(110)的电压以达 到稳定输出电压(Vout)。
2. 根据权利要求1所述的电荷泵电路,其特征在于,所述输入调 节电路(120)包含调节晶体管(121),设置于输入电压与 电荷泵电路(110)之间;第一电阻(Rl )与第二电阻(R2),串联地电连接于所述 电荷泵电-各(110)的ilr出端;误差放大及比较元件(122 ),其输入端连接参考电压 (Vref),另一输入端连接于所述第一电阻(Rl)与第二电阻 (R2)间的4妄点(N),用来取4寻llT出电压(Vout)在此4妻点 的分压,形成负回授才几制,并且所述误差》文大及比4交元件(122 ) 的输出端连4妻至所述调节晶体管(121)的控制端,用来控制 所述调节晶体管(121)通过多少电压。
3. 根据权利要求2所述的电荷泵电路,其特征在于,所述第一电 阻(Rl )与第二电阻(R2)的比为n:l,用来产生n分之一的 分压电压至所述误差放大及比较元件(122),且所述n大于1。
全文摘要
本发明涉及一种不需外加稳压器即具稳压效果的电荷泵电路,即将输入调节电路设置于输入电压与电荷泵电路之间,利用负回授的机制检测电荷泵电路的输出电压变化,借此调节要输入到电荷泵电路的电压,以达到稳定输出电压的效果。使输入电压不再决定输出电压,而是由该输入调节电路决定,可得到不随负载和输入电压而改变的输出电压。
文档编号H02M3/07GK101123392SQ20061010975
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者吴继浩 申请人:矽创电子股份有限公司
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