專(zhuān)利名稱(chēng)：Dc－dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于電源電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器，尤其是具有高效率的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可以以高性能、也就是以高效率(輸出功率/輸入功率)地生成高電壓。但是，因這種電路在進(jìn)行電流的開(kāi)關(guān)時(shí)存在產(chǎn)生高次諧波噪聲的缺點(diǎn)，所以必須對(duì)電源電路采取屏蔽措施。并且因需要作為外部零件的線圈，所以存在不易小型化的缺點(diǎn)。
于是，為了克服這些缺點(diǎn)而提出了開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的方案。這種DC-DC轉(zhuǎn)換器，例如公開(kāi)在電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)雜志(C-2Vol.J81-C-2 No.7pp.600-612 1998年7月)中。
圖9、

圖10是現(xiàn)有例的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。10是提供電源電壓Vdd的電壓源，C1、C2、C3是組成各級(jí)的電容器，11、12、13是設(shè)置在電源電壓Vdd與各電容器C1、C2、C3的一端之間的開(kāi)關(guān)，21、22、23是設(shè)置在接地電壓(0V)與各電容器C1、C2、C3的另一端之間的開(kāi)關(guān)。
另外，30是設(shè)置在電源電壓Vdd與第1級(jí)電容器C1的接地電壓(0V)的一端之間的開(kāi)關(guān)，31是設(shè)置在電容器C1的Vdd側(cè)一端與第2級(jí)電容器C2的接地電壓(0V)的一端之間的開(kāi)關(guān)，32是設(shè)置在電容器C2的Vdd側(cè)一端與第3級(jí)電容器C3的接地電壓(0V)的一端之間的開(kāi)關(guān)，33是設(shè)置在電容器C3的Vdd側(cè)一端與輸出端子40之間的開(kāi)關(guān)。Cout是輸出電容，50是與輸出端子連接的電流負(fù)載。這樣，該開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器是三級(jí)結(jié)構(gòu)，其動(dòng)作如下。
如圖9所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23接通，開(kāi)關(guān)30～33斷開(kāi)。這樣，電容器C1～C3就并聯(lián)地連接在電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間，并被充電。因而，各電容器C1～C3的電壓V1～V3成為Vdd。若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則各電容器C1～C3的充電電流為2Iout。
其次，如圖10所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)30～33接通。這樣，電容器C1～C3從電源電壓Vdd與接地電壓(0V)分離，同時(shí)被相互串聯(lián)連接，并進(jìn)行放電。并且，通過(guò)電容器耦合效果，電壓V1升至2Vdd，電壓V2升至3Vdd，電壓V3(＝Vout)升至4Vdd。若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則由電源Vdd流入電容器C1的電流為2Iout。
這樣，開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器，通過(guò)供給電源電壓Vdd，在輸出端子40上得到了4Vdd這樣的高電壓。
在此，DC-DC轉(zhuǎn)換器的理論效率η定義為輸出功率/輸入功率。若設(shè)圖9狀態(tài)的期間與圖10狀態(tài)的期間相同，并且當(dāng)忽略開(kāi)關(guān)等的所有電壓降時(shí)，輸入功率＝4×2Iout/2×Vdd＝Iout×4Vdd輸出功率＝Iout×4Vdd因此，理論效率η＝100％。
一般地，通過(guò)n級(jí)開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器，可以得到(n+1)Vdd的輸出電壓。
但是，對(duì)于現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器，只能得到以Vdd為階差的升壓電壓。當(dāng)把開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器作為電源電路使用時(shí)，為了設(shè)定到所需的輸出電壓上，要進(jìn)行通過(guò)穩(wěn)壓器降壓的電壓調(diào)整。但當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓(n+1)Vdd與所需的輸出電壓的差距較大時(shí)，就存在電源電路的效率降低的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明通過(guò)提供一種可以產(chǎn)生比Vdd小的階差的輸出電壓、例如1.5Vdd、2.5Vdd、3.5Vdd、……的DC-DC轉(zhuǎn)換器，從而達(dá)到提高電源電路的效率的目的。
本發(fā)明，在開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的各級(jí)中，至少有一級(jí)包括多個(gè)電容器，并設(shè)有可以將這些多個(gè)電容器切換為串聯(lián)或并聯(lián)的開(kāi)關(guān)。該開(kāi)關(guān)，在充電時(shí)將所述2個(gè)以上的電容器串聯(lián)連接，而在放電時(shí)將多個(gè)電容器并聯(lián)連接。
由于充電時(shí)是在電容器為串聯(lián)連接的狀態(tài)下被充電，所以在各電容器上以所分電壓(例如，在2個(gè)電容器時(shí)為0.5Vdd)被充電。并且，由于在放電時(shí)電容器為并聯(lián)連接，所以所分電壓通過(guò)電容器耦合傳至下一級(jí)電容器。因而，可以產(chǎn)生比Vdd小的階差的輸出電壓、例如1.5Vdd、2.5Vdd、3.5Vdd、……。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1的DC-DC轉(zhuǎn)換器的第1動(dòng)作例的時(shí)序圖。
圖4是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例2的DC-DC轉(zhuǎn)換器的第1動(dòng)作例的時(shí)序圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例2的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例2的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例3的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施例3的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖9是表示現(xiàn)有例的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖10是表示現(xiàn)有例的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
其中，10-電壓源；11～13-開(kāi)關(guān)；21～23-開(kāi)關(guān)；30～33-開(kāi)關(guān)；40-輸出端子；50-電流負(fù)載；61～63-開(kāi)關(guān)；71～73-開(kāi)關(guān)；81～83-開(kāi)關(guān)；C1～C3-電容器；C11、C12-電容器；C21、C22-電容器；Cout-輸出電容。
下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1及圖2是表示實(shí)施例1的3級(jí)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
10是提供電源電壓Vdd的電壓源。C11、C12是通過(guò)串并聯(lián)切換開(kāi)關(guān)61、62、63可以切換為串聯(lián)或并聯(lián)的電容器。當(dāng)開(kāi)關(guān)61接通、而開(kāi)關(guān)62、63斷開(kāi)時(shí)，電容器C11、C12相互串聯(lián)連接。反之，當(dāng)開(kāi)關(guān)61斷開(kāi)、而開(kāi)關(guān)62、63接通時(shí)，電容器C11、C12相互并聯(lián)連接。下面，把這種結(jié)構(gòu)的電容器C11、C12稱(chēng)為串并聯(lián)電容器。
11是設(shè)置在電源電壓Vdd與電容器C11的一端之間的開(kāi)關(guān)，21是設(shè)置在接地電壓(0V)與各電容器C12的一端之間的開(kāi)關(guān)。
C2、C3是分別構(gòu)成第2級(jí)、第3級(jí)的電容器。12、13是設(shè)置在電源電壓Vdd與各電容器C2、C3的一端之間的開(kāi)關(guān)，22、23是設(shè)置在接地電壓(0V)與各電容器C2、C3的另一端之間的開(kāi)關(guān)。
所述開(kāi)關(guān)11～13、21～23組成了用于將電容器C11、C12、C2、C3連接于電源電壓Vdd及接地電壓(0V)的充電開(kāi)關(guān)群。
另外，30是設(shè)置在電源電壓Vdd與第1級(jí)電容器C12的接地電壓(0V)側(cè)的一端之間的開(kāi)關(guān)，31是設(shè)置在電容器C11的Vdd側(cè)的一端與第2級(jí)電容器C2的接地電壓(0V)側(cè)的一端之間的開(kāi)關(guān)，32是設(shè)置在電容器C2的Vdd側(cè)的一端與第3級(jí)電容器C3的接地電壓(0V)的一端之間的開(kāi)關(guān)，33是設(shè)置在電容器C3的Vdd側(cè)的一端于輸出端子40之間的開(kāi)關(guān)。Cout是輸出電容，50是連接在輸出端子40上的電流負(fù)載。
所述開(kāi)關(guān)30～33，組成用于將電容器C11、C12、C2、C3串聯(lián)連接進(jìn)行放電的放電開(kāi)關(guān)群。
另外，所述開(kāi)關(guān)11～13、21～23、30～33、61～63，均由MOS晶體管構(gòu)成，因而可以將DC-DC轉(zhuǎn)換器集成在IC中。
下面，結(jié)合圖1、圖2、圖3，對(duì)所述構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的第1動(dòng)作例進(jìn)行說(shuō)明。圖3是說(shuō)明DC-DC轉(zhuǎn)換器的第1動(dòng)作例的時(shí)序圖。
如圖1所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23接通，開(kāi)關(guān)30～33斷開(kāi)。同時(shí)，使開(kāi)關(guān)61接通，開(kāi)關(guān)62、63斷開(kāi)。
這樣，電容器C11、C12以串聯(lián)連接的狀態(tài)，連接在電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間并被充電。電容器C2、C3并連連接在電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間，并被充電。
這樣，電容器C11與C12的連接點(diǎn)的電壓V0為0.5Vdd，電容器C11的高電壓側(cè)的電壓V1為Vdd。也就是說(shuō)，各電容器C11、C12被充電至0.5Vdd。但條件是假設(shè)各電容器C11、C12所具有的容量值相等。如果各電容器C11、C12所具有的容量值不同時(shí)，則成為由容量比所確定的電壓。
電容器C2、C3的電壓V2、V3都變成Vdd。若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則電容器C11、C12的充電電流為Iout，而電容器C2、C3的充電電流為2Iout。
其次，如圖2所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)30～33接通。同時(shí)，使開(kāi)關(guān)61斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)62、63接通。
這樣，電容器C11、C12及C2、C3從電源電壓Vdd與接地電壓(0V)分離。同時(shí)，電容器C11、C12以并連連接的狀態(tài)，與電容器C2相互串聯(lián)連接，電容器C2進(jìn)一步與第3級(jí)的電容器C3相互串聯(lián)連接，并進(jìn)行放電。
并且，通過(guò)電容器耦合效果，電容器C11的電源電壓Vdd側(cè)的一端的電壓V1成為1.5Vdd。這是因?yàn)樵陔娙萜鰿11、C12的連接點(diǎn)的0.5Vdd上加上電壓源10的Vdd的緣故。并且，通過(guò)相同的電容器耦合效果，電壓V2升壓至2.5Vdd，電壓V3(＝Vout)升壓至3.5Vdd。
若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則由電源Vdd流入電容器C11、C12中的電流分別為Iout。
下面，對(duì)開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率進(jìn)行分析。對(duì)應(yīng)該圖1及圖2的開(kāi)關(guān)切換期間相同，并且忽略由開(kāi)關(guān)等產(chǎn)生的所有電壓降。也就是說(shuō)，在圖3中，假設(shè)時(shí)間t1、t2、t3、……均相同。
輸入功率＝(3×2Iout+Iout)/2×Vdd＝Iout×3.5Vdd輸出功率＝Iout×3.5Vdd因此，理論效率η＝100％。
若增加到n級(jí)的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，可以得到(n+0.5)Vdd的輸出電壓。另外，若使第1級(jí)的電容器C11、C12始終串聯(lián)連接，可以得到(n+1)Vdd的輸出電壓。也就是說(shuō)，可以產(chǎn)生像1.5Vdd、2Vdd、2.5Vdd、3Vdd、3.5Vdd、……這種0.5Vdd階差的輸出電壓，而且理論效率η＝100％。
下面，結(jié)合圖1、圖2及圖4，對(duì)所述構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的第2動(dòng)作例進(jìn)行說(shuō)明。圖4是說(shuō)明開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的第2動(dòng)作例的時(shí)序圖。
在所述實(shí)施例1中，雖然是使各開(kāi)關(guān)的切換在同時(shí)進(jìn)行，但如果開(kāi)關(guān)的切換時(shí)刻錯(cuò)開(kāi)時(shí)，會(huì)造成電流的逆向流動(dòng)。例如，若使用于將電容器C11、C12、C2、C3串聯(lián)連接并進(jìn)行放電的開(kāi)關(guān)30～33保持接通狀態(tài)，而使充電用的開(kāi)關(guān)11～13、21～23接通時(shí)，經(jīng)開(kāi)關(guān)11～13電流將逆向流向電源電壓Vdd，造成升高的電壓的下降。
這會(huì)使DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率下降。同樣，若在使充電開(kāi)關(guān)11～13、21～23斷開(kāi)之前，接通開(kāi)關(guān)30～33時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生逆流。另外，在開(kāi)關(guān)61與開(kāi)關(guān)62、63之間的關(guān)系中，若同時(shí)接通這些開(kāi)關(guān)時(shí)，電流流向接地電壓(0V)，同樣，也造成升高的電壓的下降，而使DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率下降。
因此，為了防止這種電流的逆向流動(dòng)，在切換開(kāi)關(guān)11～13、21～23時(shí)，必須將其它開(kāi)關(guān)30～33、開(kāi)關(guān)61～63先全部斷開(kāi)。
下面，結(jié)合圖1、圖2、圖4對(duì)開(kāi)關(guān)的控制步驟進(jìn)行說(shuō)明。首先，在將所有開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的狀態(tài)下，接通充電開(kāi)關(guān)11～13、21～23(圖4中的①)。然后，接通開(kāi)關(guān)61使電容器C11、C12串聯(lián)連接(圖4中的②)。由此，電容器C11、C12、C2、C3由來(lái)自電源電壓Vdd的電流充電。電容器C11、C12在串聯(lián)連接的狀態(tài)下被充電(圖1的狀態(tài))。
其次，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)61(圖4中的③)。這樣，電容器C11、C12成為非連接狀態(tài)。然后，斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)11～13、21～23(圖4中的④)。
其次，接通開(kāi)關(guān)62、63。這樣，電容器C11、C12成為并聯(lián)連接(圖4中的⑤)。其次，接通放電開(kāi)關(guān)30～33(圖4中的⑥)。由此，通過(guò)電容器的耦合效果，電容器C11的電源電壓Vdd側(cè)的一端的電壓V1變成1.5Vdd。這是因?yàn)樵陔娙萜鰿11、C12的連接點(diǎn)的0.5Vdd上加上電壓源10的Vdd的緣故。并且，通過(guò)相同的電容器耦合效果，電壓V2升壓至2.5Vdd，電壓V3(＝Vout)升壓至3.5Vdd(圖2的狀態(tài))。其次，斷開(kāi)放電開(kāi)關(guān)30～33(圖4中的⑦)。通過(guò)重復(fù)上述步驟，能夠不造成電流逆向流動(dòng)地進(jìn)行升壓動(dòng)作。
其次，圖5及圖6是表示實(shí)施例2的3級(jí)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。該開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器，在第2級(jí)中具有串并聯(lián)電容器C21、C22。開(kāi)關(guān)71、72、73是將電容器C21、C22切換成串聯(lián)或并聯(lián)的開(kāi)關(guān)。其他組成與實(shí)施例1相同。
關(guān)于該開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作也可以與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行理解。如圖5所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23接通，而使開(kāi)關(guān)30～33斷開(kāi)。同時(shí)，使開(kāi)關(guān)71接通，而使開(kāi)關(guān)72、73斷開(kāi)。
這樣，電容器C21、C22以串聯(lián)連接的狀態(tài)，連接于電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間，并被充電。第1級(jí)電容器C1、第3級(jí)電容器C3并聯(lián)連接在電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間，并被充電。
這樣，電容器C21與C22的連接點(diǎn)的電壓V0變成0.5Vdd，而電容器C21的高電壓側(cè)電壓V2變成Vdd。也就是說(shuō)，各電容器C21、C22被充電至0.5Vdd。但條件是假設(shè)各電容器C21、C22所具有的容量值相等。
電容器C1、C3的電壓V1、V3都變成Vdd。若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則電容器C21、C22的充電電流為Iout，電容器C1、C3的充電電流為2Iout。
其次，如圖6所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23斷開(kāi)，而使開(kāi)關(guān)30～33接通。同時(shí)，使開(kāi)關(guān)71斷開(kāi)，而使開(kāi)關(guān)72、73接通。
這樣，電容器C21、C22及C1、C3從電源電壓Vdd與接地電壓(0V)上分離。同時(shí)，電容器C21、C22以并聯(lián)連接的狀態(tài)，與電容器C1、C3相互串聯(lián)連接，并進(jìn)行放電。
并且，通過(guò)電容器的耦合效果，電容器C1的電源電壓Vdd側(cè)的一端的電壓V1變成2Vdd。第2級(jí)電壓V2變成2.5Vdd。這是因?yàn)樵陔娙萜鰿21、C22的連接點(diǎn)的0.5Vdd上加上電壓V1的緣故。并且，通過(guò)相同的電容器耦合效果，電壓V3(＝Vout)升壓至3.5Vdd。
若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則由電源Vdd流入電容器C1中的電流為2Iout。這就是決定效率的電流。因此，在與實(shí)施例1相同的條件下，從本實(shí)施例也可以得出
輸入功率＝(3×2Iout+Iout)/2×Vdd＝Iout×3.5Vdd輸出功率＝Iout×3.5Vdd因此，理論效率η＝100％。
另外，從以上說(shuō)明中可以看出，串并聯(lián)電容器無(wú)論插入到第幾級(jí)中都能得到相同的結(jié)果。另外，關(guān)于為了防止電流的逆向流動(dòng)的動(dòng)作時(shí)刻，與在實(shí)施例1中所說(shuō)明的(參照?qǐng)D4)相同。
其次，結(jié)合圖7及圖8對(duì)實(shí)施例3進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1及實(shí)施例2是產(chǎn)生正向的升壓電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器，而本實(shí)施例所說(shuō)明的是產(chǎn)生負(fù)向的升壓電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
10是提供電源電壓Vdd的電壓源。C11、C12是通過(guò)開(kāi)關(guān)81、82、83可以切換成串聯(lián)或并聯(lián)的電容器。當(dāng)開(kāi)關(guān)81接通，而開(kāi)關(guān)82、83斷開(kāi)時(shí)，電容器C11、C12相互串聯(lián)連接。反之，當(dāng)開(kāi)關(guān)81斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)82、83接通時(shí)，電容器C11、C12相互并聯(lián)連接。11是設(shè)置在電源電壓Vdd與電容器C11的一端之間的開(kāi)關(guān)，21是設(shè)置在接地電壓(0V)與各電容器C12的一端之間的開(kāi)關(guān)。
C2、C3分別是組成第2級(jí)、第3級(jí)的電容器。12、13是設(shè)置在電源電壓Vdd與各電容器C2、C3的一端之間的開(kāi)關(guān)，22、23是設(shè)置在接地電壓(0V)與各電容器C2、C3的另一端之間的開(kāi)關(guān)。
到此為止，與實(shí)施例1的構(gòu)成相同，下面是不同的構(gòu)成部分。30是設(shè)置在接地電壓(0V)與第1級(jí)電容器C12的電源電壓(Vdd)側(cè)的一端之間的開(kāi)關(guān)，31是設(shè)置在電容器C11的接地電壓(0V)側(cè)的一端與第2級(jí)電容器C2的電源電壓(Vdd)的一端之間的開(kāi)關(guān)，32是設(shè)置在電容器C2的接地電壓(0V)側(cè)的一端與第3級(jí)電容器的電源電壓(Vdd)側(cè)的一端之間的開(kāi)關(guān)，33是設(shè)置在電容器C3的接地電壓(0V)側(cè)的一端與輸出端子40之間的開(kāi)關(guān)。
另外，Cout是輸出電容，50是與輸出端子連接的電流負(fù)載，與實(shí)施例1相同。
關(guān)于該開(kāi)關(guān)電容型DC-DC轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作也可以與實(shí)施例1及實(shí)施例2同樣地進(jìn)行理解。如圖6所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23接通，而使開(kāi)關(guān)30～33斷開(kāi)。同時(shí)，使開(kāi)關(guān)81接通，而使開(kāi)關(guān)82、83斷開(kāi)。
這樣，電容器C11、C12以串聯(lián)連接的狀態(tài)，連接于電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間，并被充電。第2級(jí)電容器C2、第3級(jí)電容器C3并聯(lián)連接在電源電壓Vdd與接地電壓(0V)之間，并被充電。
這樣，電容器C11與C12的連接點(diǎn)的電壓V0變成0.5Vdd，而電容器C12的低電壓側(cè)電壓V1變成接地電壓(0V)。也就是說(shuō)，各電容器C11、C12被充電至0.5Vdd。但條件是假設(shè)各電容器C11、C12所具有的容量值相等。在此，若設(shè)輸出端子40的輸出電流為Iout時(shí)，則電容器C11、C12的充電電流為Iout，而電容器C2、C3的充電電流為2Iout。
其次，如圖8所示，使開(kāi)關(guān)11～13及開(kāi)關(guān)21～23斷開(kāi)，而使開(kāi)關(guān)30～33接通。同時(shí)，使開(kāi)關(guān)81斷開(kāi)，而使開(kāi)關(guān)82、83接通。
這樣，電容器C11、C12及C2、C3從電源電壓Vdd與接地電壓(0V)上分離。同時(shí)，電容器C11、C12以并聯(lián)連接的狀態(tài)，與電容器C2、C3相互串聯(lián)連接，并進(jìn)行放電。
并且，通過(guò)電容器的耦合效果，電容器C12的接地電壓(0V)側(cè)的端子的電壓V1變成-0.5Vdd。這是伴隨電容器C11的電源電壓Vdd側(cè)的電壓從Vdd變到0V而產(chǎn)生的。然后，第2級(jí)的電壓V2變成-1.5Vdd。這是伴隨電容器C2的電源電壓Vdd側(cè)的電壓從Vdd變到-0.5Vdd的電容器耦合效果而產(chǎn)生的。接著，第3級(jí)的電壓V3變成-2.5Vdd。這是伴隨電容器C3的電源電壓Vdd側(cè)的電壓從Vdd變到-1.5Vdd的電容器耦合效果而產(chǎn)生的。
這樣，在輸出端子40就可以得到輸出電壓Vout＝-2.5Vdd。
在與實(shí)施例1相同的條件下，從本實(shí)施例可以得出輸入功率＝(2×2Iout+Iout)/2×Vdd＝Iout×2.5Vdd輸出功率＝Iout×2.5Vdd因此，理論效率η＝100％。另外，關(guān)于為了防止電流的逆向流動(dòng)的動(dòng)作時(shí)刻，與在實(shí)施例1中所說(shuō)明的(參照?qǐng)D4)相同。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠產(chǎn)生比所供給的電源電壓Vdd小的階差的輸出電壓、例如1.5Vdd、2.5Vdd、3.5Vdd、……的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
尤其是將DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于電源電路時(shí)，可以大幅度提高電源電路的效率。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括組成各級(jí)的電容器；設(shè)置在所述各級(jí)中、用于將所述電容器連接到電壓源并進(jìn)行充電的第1開(kāi)關(guān)；以及設(shè)置在所述各級(jí)中、用于將所述電容器串聯(lián)連接到下一級(jí)電容器并進(jìn)行放電的第2開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述第1及第2開(kāi)關(guān)，反復(fù)進(jìn)行所述各級(jí)電容器的充電與放電，從而在串聯(lián)連接的后級(jí)的電容器上產(chǎn)生升壓電壓，其特征在于，在所述各級(jí)中，至少有一級(jí)包括多個(gè)電容器，并設(shè)有可以將所述多個(gè)電容器切換為串聯(lián)或并聯(lián)的第3開(kāi)關(guān)，該第3開(kāi)關(guān)，在充電時(shí)將所述多個(gè)電容器串聯(lián)連接，而在放電時(shí)將所述多個(gè)電容器并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多個(gè)電容器分別具有相同的容量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第1開(kāi)關(guān)、第2開(kāi)關(guān)及第3開(kāi)關(guān)由MOS晶體管構(gòu)成。
4.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括組成各級(jí)的電容器；設(shè)置在所述各級(jí)中、用于將所述電容器連接到電壓源的高電壓與低電壓之間并進(jìn)行充電的第1開(kāi)關(guān)；以及設(shè)置在所述各級(jí)中、用于將所述電容器的高電壓側(cè)的端子連接到下一級(jí)電容器的低電壓側(cè)的端子并進(jìn)行放電的第2開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述第1及第2開(kāi)關(guān)，反復(fù)進(jìn)行所述各級(jí)電容器的充電與放電，從而在串聯(lián)連接的后級(jí)的電容器上產(chǎn)生正向的升壓電壓，其特征在于，在所述各級(jí)中，至少有一級(jí)包括多個(gè)電容器，并設(shè)有可以將所述多個(gè)電容器切換為串聯(lián)或并聯(lián)的第3開(kāi)關(guān)，該第3開(kāi)關(guān)，在充電時(shí)將所述多個(gè)電容器串聯(lián)連接，而在放電時(shí)將所述多個(gè)電容器并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多個(gè)電容器分別具有相同的容量值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第1開(kāi)關(guān)、第2開(kāi)關(guān)及第3開(kāi)關(guān)由MOS晶體管構(gòu)成。
7.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括組成各級(jí)的電容器；設(shè)置在所述各級(jí)中、用于將所述電容器連接到電壓源的高電壓與低電壓之間并進(jìn)行充電的第1開(kāi)關(guān)；以及設(shè)置在所述各級(jí)中、用于將所述電容器的低電壓側(cè)的端子連接到下一級(jí)電容器的高電壓側(cè)的端子并進(jìn)行放電的第2開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述第1及第2開(kāi)關(guān)，反復(fù)進(jìn)行所述各級(jí)電容器的充電與放電，從而在串聯(lián)連接的后級(jí)的電容器上產(chǎn)生負(fù)向的升壓電壓，其特征在于，在所述各級(jí)中，至少有一級(jí)包括多個(gè)電容器，并設(shè)有可以將所述多個(gè)電容器切換為串聯(lián)或并聯(lián)的第3開(kāi)關(guān)，該第3開(kāi)關(guān)，在充電時(shí)將所述多個(gè)電容器串聯(lián)連接，而在放電時(shí)將所述多個(gè)電容器并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述多個(gè)電容器分別具有相同的容量值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第1開(kāi)關(guān)、第2開(kāi)關(guān)及第3開(kāi)關(guān)由MOS晶體管構(gòu)成。
全文摘要
一種DC－DC轉(zhuǎn)換器，可以產(chǎn)生比所供給的電源電壓Vdd小的階差的輸出電壓。具有接受電源電壓Vdd的三級(jí)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)電容器，例如第1級(jí)包括兩個(gè)電容器C11、C12，并設(shè)置有可以將這些電容器C11、C12切換成串聯(lián)或并聯(lián)的開(kāi)關(guān)61、62、63。在充電時(shí)使開(kāi)關(guān)61接通從而使電容器C11、C12串聯(lián)連接，而在放電時(shí)使開(kāi)關(guān)62、63接通從而使電容器C11、C12并聯(lián)連接。這樣，可以在輸出端子40上得到3.5Vdd的升壓電壓。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1409472SQ0213188
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月26日
發(fā)明者名野隆夫 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社