專利名稱：用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明具有在利用電壓轉(zhuǎn)換器的電子系統(tǒng)中的多種應(yīng)用。
背景技術(shù)：
許多僅具有非常低電平的輸入電壓的電子設(shè)備使用電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)產(chǎn)生幅度較高的輸出電壓。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)前使用開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器和電感轉(zhuǎn)換器來(lái)增加輸入電壓的幅度。這兩種分別示意在圖1和圖3的轉(zhuǎn)換器使用晶體管T1-T2-T3-T4，這些晶體管起開關(guān)的作用。晶體管被一個(gè)專用電路提供的控制信號(hào)CS1-CS2-CS3-CS4控制。為了使電壓轉(zhuǎn)換器完全實(shí)現(xiàn)其功能，有必要讓控制信號(hào)根據(jù)所使用的電壓轉(zhuǎn)換器的類型加以調(diào)整。
為了產(chǎn)生和所使用電壓轉(zhuǎn)換器類型相適應(yīng)的控制信號(hào)，有必要讓專用電路的數(shù)量和電壓轉(zhuǎn)換器的數(shù)量一樣多，這一點(diǎn)是非常有局限性、代價(jià)昂貴、并且就集成尺寸而言是不夠優(yōu)化的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)任意且自動(dòng)地允許控制開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器或電感轉(zhuǎn)換器。
為此，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括串聯(lián)連接的第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)和第四開關(guān)；所述第一開關(guān)具有第一輸出端，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的公共端限定第二輸出端，所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)的公共端旨在連接到輸入電壓，所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)的公共端限定第三輸出端，所述第四開關(guān)具有另一輸出端，旨在連接到地電位，所述第一、第二和第三輸出端旨在連接到第一類型的電壓轉(zhuǎn)換器或第二類型的電壓轉(zhuǎn)換器，和所述第三輸出端連接的檢測(cè)裝置，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，指示所述第一類型或所述第二類型的電壓轉(zhuǎn)換器，
電路，旨在根據(jù)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和所述檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生旨在控制所述第一、第二、第三和第四開關(guān)的控制信號(hào)。
對(duì)轉(zhuǎn)換器類型的檢測(cè)是基于對(duì)構(gòu)成被用戶連接到輸出端的轉(zhuǎn)換器的各元件的檢測(cè)?？紤]到一旦轉(zhuǎn)換器元件被連接上便無(wú)需人工干預(yù)，這種檢測(cè)是自動(dòng)的。如果用戶連接的是開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器的話，檢測(cè)信號(hào)取第一狀態(tài)，如果用戶連接的是電感轉(zhuǎn)換器，檢測(cè)信號(hào)取第二狀態(tài)。檢測(cè)信號(hào)被用作被實(shí)施在所述電路中的邏輯門網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)參數(shù)，其輸出電平限定了控制信號(hào)。因此，通過(guò)使用單個(gè)電路來(lái)產(chǎn)生這些控制信號(hào)，所述控制信號(hào)自動(dòng)配合被連接的轉(zhuǎn)換器類型。
為了檢測(cè)和控制系統(tǒng)相連的電壓轉(zhuǎn)換器類型，所述檢測(cè)裝置包括在所述第三輸出端注入電流的裝置，比較裝置，將所述第三輸出端的電位和參考電位比較。
將負(fù)電流注入到所述特定輸出端允許通過(guò)測(cè)量在該特定輸出端的電位，確定構(gòu)成轉(zhuǎn)換器且連接到該輸出端的元件是電容性的還是電感性的。在該特定輸出端上的準(zhǔn)零(quasi-zero)電位表明了電容性質(zhì)的元件的存在，根據(jù)它可以確定一個(gè)開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器被連接了。在該特定輸出端上接近于供電電位的電位表明電感性質(zhì)的元件存在，根據(jù)它可以肯定電感轉(zhuǎn)換器被連接了。對(duì)這兩個(gè)電平的檢測(cè)有利地由產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)的比較裝置(即比較器)實(shí)施。


本發(fā)明將結(jié)合附圖中所示的實(shí)施方案的具體實(shí)例加以說(shuō)明。但是，本發(fā)明并不受限于此。在附圖中圖1描述了開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器，圖2表示開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)，圖3描述了電感轉(zhuǎn)換器，圖4表示電感轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)，圖5描述了根據(jù)本發(fā)明控制電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)，圖6描述了包含在根據(jù)本發(fā)明的所述控制系統(tǒng)中、產(chǎn)生用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)的電路；圖7表示由根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)。
具體實(shí)施例描述圖1描述了允許將輸入電壓VDD加倍的開關(guān)式電容器電壓轉(zhuǎn)換器。
該電壓轉(zhuǎn)換器使用四個(gè)晶體管T1-T2-T3-T4以及電容器Cp。所述晶體管各自起開關(guān)的作用。晶體管T1和T3在時(shí)鐘信號(hào)CLK的高電平上閉合，而晶體管T2和T4經(jīng)反相器(inverter)INV在時(shí)鐘信號(hào)CLK的低電平上閉合。
當(dāng)T2和T4等于閉合開關(guān)時(shí)，電容器Cp被充電，直到在其端子上有電位差Ucp＝VDD。當(dāng)T1和T3繼而等于閉合開關(guān)時(shí)，端子N3連接到輸入電壓VDD，考慮到電容器Cp的充電狀態(tài)，這導(dǎo)致輸出端N1的電位變?yōu)?*VDD。輸出電壓Vup因此相對(duì)于輸入電壓VDD加倍。
電容器Cs允許降低輸出電壓的波紋。
圖2表示如圖1所示的開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)。開關(guān)T1和T3的控制信號(hào)CS1和CS3與時(shí)鐘信號(hào)CLK相同，而開關(guān)T2和T4的控制信號(hào)CS2和CS4與時(shí)鐘信號(hào)CLK反相。
圖3描述了電感電壓轉(zhuǎn)換器，它允許產(chǎn)生電平大于輸入電壓VDD的輸出電壓Vup。
該電壓轉(zhuǎn)換器使用兩個(gè)晶體管T1和T4，電感L(或其自身)以及二極管D，晶體管T1和T4各自起開關(guān)的作用。晶體管T1在時(shí)鐘信號(hào)CLK的高電平上閉合，而晶體管T4經(jīng)反相器INV在時(shí)鐘信號(hào)CLK的低電平上閉合。
當(dāng)T4等同于閉合開關(guān)時(shí)，電感L連接到輸入電壓VDD并且以磁的形式存儲(chǔ)能量。然后二極管D被阻斷。當(dāng)繼而T1等同于閉合開關(guān)時(shí)，T4等同于打開的開關(guān)。存儲(chǔ)在電感L上的能量然后通過(guò)二極管D轉(zhuǎn)存到輸出電容Cs上。繼而開關(guān)T4等同于閉合開關(guān)，從而限制了能量損失。這種能量的轉(zhuǎn)存允許在輸出端N1上產(chǎn)生比輸入電壓VDD高且瞬時(shí)大于電容器Cs上電壓的電位。因此，輸出電壓Vup大于輸入電壓VDD。
電容器Cs允許降低輸出電壓的波紋。
圖4表示如圖3所示的電感轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)。開關(guān)T1的控制信號(hào)CS1和時(shí)鐘信號(hào)CLK相同，而開關(guān)T4的控制信號(hào)CS4和時(shí)鐘信號(hào)CLK反相。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的控制電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)包括一組開關(guān)T1-T2-T3-T4，它們旨在通過(guò)輸出端N1-N2-N3連接到第一類型電壓轉(zhuǎn)換器或第二類型電壓轉(zhuǎn)換器?？刂葡到y(tǒng)包括第一開關(guān)T1，包括限定第一輸出端N1的第一端，和，限定第二輸出端N2的第二端，第二開關(guān)T2，包括和所述第二輸出端N2相連的第一端，與和供電電壓VDD相連的第二端，第三開關(guān)T3，包括和所述供電電壓VDD相連的第一端和限定第三輸出端N3的第二端；第四開關(guān)T4，包括連接到所述第三輸出端N3的第一端和連接到地電位GND的第二端。
開關(guān)T1-T2-T3-T4例如對(duì)應(yīng)于在其基極上被控制的雙極晶體管或在其柵極上被控制的MOS型晶體管。
可以連接到所述輸出端T1-T2-T3的第一類型電壓轉(zhuǎn)換器是圖1所示的開關(guān)式電容器電壓轉(zhuǎn)換器。為此，電容器Cp必須連接在端N2和N3之間，而電容器Cs必須連接在端N1和地電位GND之間。
可以連接到所述輸出端T1-T2-T3的第二類型電壓轉(zhuǎn)換器是圖3所示的電感電壓轉(zhuǎn)換器。為此，電感L必須連接在端N3和供應(yīng)電壓VDD之間，而二極管D必須連接在端N1和N2之間，而電容器Cs必須連接在端子N1和地電位GND之間。
控制系統(tǒng)還包括檢測(cè)裝置DET，用于產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)DS，指示和輸出端N1-N2-N3連接的轉(zhuǎn)換器類型。
所述檢測(cè)通過(guò)打開開關(guān)T3-T4和閉合開關(guān)T1-T2而實(shí)現(xiàn)。
檢測(cè)裝置DET包括在所述特定輸出端N3例如通過(guò)電流源CS注入負(fù)值的電流i(即抽取正值電流)的裝置。檢測(cè)裝置DET還包括比較裝置COMP，它對(duì)所述特定輸出端N3的電位和參考電位Vref比較。如果輸出端N3的電位大于參考電位Vref，則比較器COMP產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)DS取第一狀態(tài)。如果輸出端N3的電位小于參考電位Vref，則比較器COMP產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)DS取第二狀態(tài)。參考電位Vref的值可適當(dāng)選擇在地電位GND和供電電位VDD之間。
為了確定和根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)相連的轉(zhuǎn)換器類型，允許產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)DS的檢測(cè)是在控制系統(tǒng)被供電的時(shí)候進(jìn)行的，使得電流i的注入未干擾電壓轉(zhuǎn)換器的操作并且當(dāng)開關(guān)被激勵(lì)的時(shí)候?qū)敵龆薔3的電位的測(cè)量沒有改變。信號(hào)檢測(cè)電平DS以有利方式通過(guò)例如觸發(fā)器(未圖示)加以存儲(chǔ)。
如果開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器和根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)相連，連接在端N2和N3之間的電容器Cp經(jīng)電流i的注入而放電，這導(dǎo)致電位N3減少至地電位GND。因此，輸出端N3上的準(zhǔn)零電位表明電容性元件的存在，這允許肯定一個(gè)開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器連接到控制系統(tǒng)。
如果電感轉(zhuǎn)換器連接至根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，由于電感L的存在，注入電流i對(duì)輸出端N3的電位沒有影響，輸出端N3的電位因此等于供電電位VDD。在輸出端N3上接近于供電電位的電位表明了電感性元件的存在，這允許肯定一個(gè)電感轉(zhuǎn)換器連接至控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)還包括電路CIR，旨在根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)DS產(chǎn)生控制信號(hào)CS1-CS2-CS3-CS4，分別控制所述開關(guān)T1-T2-T3-T4。
電路CIR在其輸入端接收時(shí)鐘信號(hào)CLK，以便為旨在產(chǎn)生控制信號(hào)CS1-CS2-CS3-CS4的邏輯門網(wǎng)絡(luò)提供時(shí)鐘信號(hào)。
電路CIR還接收被用作為參數(shù)的檢測(cè)信號(hào)DS。事實(shí)上，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)處于第一狀態(tài)的時(shí)候，第一組控制信號(hào)被產(chǎn)生來(lái)控制第一類型電壓轉(zhuǎn)換器(例如電感轉(zhuǎn)換器)的開關(guān)，并且當(dāng)檢測(cè)信號(hào)處于第二狀態(tài)的時(shí)候，產(chǎn)生第二組控制信號(hào)來(lái)控制第二類型電壓轉(zhuǎn)換器(例如開關(guān)式電容器轉(zhuǎn)換器)的開關(guān)。
圖6描述了包含在根據(jù)本發(fā)明的所述控制系統(tǒng)中、為電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生控制信號(hào)CS1-CS2-CS3-CS4的電路。
電路CIR包括或類型(OR)的邏輯門OR1，該邏輯門OR1在一個(gè)輸入端接收時(shí)鐘信號(hào)CLK，在另一端接收初始化信號(hào)INIT，產(chǎn)生控制信號(hào)CS1。
電路CIR包括一個(gè)反相器INV1，將時(shí)鐘信號(hào)CLK反相。
電路CIR包括一個(gè)與類型(AND)的邏輯門AND4。該邏輯門AND4在一個(gè)輸入端接收反相器INV1的輸出信號(hào)，在另一端接收經(jīng)一個(gè)反相器INV2反相的邏輯初始化信號(hào)INIT，產(chǎn)生控制信號(hào)CS4。
電路CIR包括一個(gè)與類型(AND)的邏輯門AND1。該邏輯門AND1在一個(gè)輸入端接收反相器INV1的輸出信號(hào)，在另一端接收檢測(cè)信號(hào)DS，在一個(gè)或類型的邏輯門OR2的一個(gè)輸入端上產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。該邏輯門OR2在另一個(gè)輸入端上接收邏輯初始化信號(hào)INIT并且在其輸出端上產(chǎn)生控制信號(hào)CS2。
電路CIR包括與類型的邏輯門AND2，該邏輯門AND2在一個(gè)輸入端接收時(shí)鐘信號(hào)CLK，在另一端接收檢測(cè)信號(hào)DS，以便在一個(gè)與類型的邏輯門AND3的一個(gè)輸入端上產(chǎn)生輸出信號(hào)。該邏輯門AND3在另一個(gè)輸入端上接收來(lái)自反相器INV2的輸出信號(hào)并且在其輸出端上產(chǎn)生控制信號(hào)CS3。
為了檢測(cè)被連接到根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器的類型，初始化信號(hào)INIT被施加高電平。然后，門OR1和OR2的控制信號(hào)CS1和CS2被強(qiáng)制為高電平，從而將開關(guān)T1-T2閉合，并且門AND3和AND4的輸出控制信號(hào)CS3和CS4被強(qiáng)制為低電平，從而將開關(guān)T3-T4打開。對(duì)電壓轉(zhuǎn)換器類型的檢測(cè)然后由此前提到的檢測(cè)裝置DET實(shí)施，以便限定檢測(cè)信號(hào)電平DS。
一旦連接到控制系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器類型被檢測(cè)裝置DET檢測(cè)到，例如在一個(gè)定時(shí)器系統(tǒng)(未圖示)固定的給定持續(xù)時(shí)間已滿之后，初始化信號(hào)電平INIT回到低電平，這使得檢測(cè)信號(hào)DS的電平被存儲(chǔ)(例如通過(guò)未圖示的觸發(fā)器)。然后，初始化信號(hào)INIT不再對(duì)開關(guān)T1-T2-T3-T4的狀態(tài)起任何靜態(tài)(static)作用，所述開關(guān)T1-T2-T3-T4現(xiàn)在由按下文定義的控制信號(hào)CS1-CS2-CS3-CS4激勵(lì)控制信號(hào)CS1等于時(shí)鐘信號(hào)CLK，控制信號(hào)CS2等于邏輯門AND1的輸出信號(hào)，控制信號(hào)CS3等于邏輯門AND2的輸出信號(hào)，控制信號(hào)CS4等于反相器INV1的輸出信號(hào)。
當(dāng)檢測(cè)信號(hào)DS處于低電平的時(shí)候，例如在電感電壓轉(zhuǎn)換器連接到根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的情況下，邏輯門AND1的輸出信號(hào)處于低電平，并且邏輯門AND2的輸出信號(hào)處于低電平。這樣，僅僅開關(guān)T1和T4因此被控制信號(hào)CS1和CS4動(dòng)態(tài)控制，考慮到控制信號(hào)CS2和CS3處于低電平，開關(guān)T2和T3保持打開狀態(tài)。
當(dāng)檢測(cè)信號(hào)DS處于高電平的時(shí)候，例如在開關(guān)式電容器電壓轉(zhuǎn)換器連接到根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的情況下，邏輯門AND1的輸出信號(hào)等于反相器INV1的輸出信號(hào)，并且邏輯門AND2的輸出信號(hào)等于時(shí)鐘信號(hào)CLK。這樣，控制信號(hào)CS2和CS4隨著反相器INV1的輸出信號(hào)的變化而變化，控制信號(hào)CS1和CS3隨著時(shí)鐘信號(hào)CLK的變化而變化。
圖7表示如圖6所示的根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的控制信號(hào)。
在時(shí)間段Δt1，檢測(cè)信號(hào)DS取第一低狀態(tài)，表明一個(gè)開關(guān)式電容器電壓轉(zhuǎn)換器連接到根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)。在該時(shí)間段，開關(guān)T1和T3的控制信號(hào)CS1和CS3與時(shí)鐘信號(hào)CLK相同，而開關(guān)T2和T4的控制信號(hào)CS2和C54與時(shí)鐘信號(hào)CLK反相。
在時(shí)間段Δt2，檢測(cè)信號(hào)DS取第二高狀態(tài)，表明一個(gè)電感電壓轉(zhuǎn)換器連接到根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)。在該時(shí)間段，開關(guān)T1的控制信號(hào)CS1與時(shí)鐘信號(hào)CLK相同，而開關(guān)T4的控制信號(hào)CS4與時(shí)鐘信號(hào)CLK反相?？刂菩盘?hào)CS2和CS3保持在低電平。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以有利地實(shí)施在集成電路IC中，該集成電路包括三個(gè)輸出端N1-N2-N3，旨在連接到如前文所述的開關(guān)式電容器電壓轉(zhuǎn)換器或電感轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括串聯(lián)連接的第一開關(guān)(T1)，第二開關(guān)(T2)，第三開關(guān)(T3)和第四開關(guān)(T4)；所述第一開關(guān)(T1)具有第一輸出端(N1)，所述第一開關(guān)(T1)和所述第二開關(guān)(T2)的公共端限定第二輸出端(N2)，所述第二開關(guān)(T2)和所述第三開關(guān)(T3)的公共端旨在連接到輸入電壓(VDD)，所述第三開關(guān)(T3)和所述第四開關(guān)(T4)的公共端限定第三輸出端(N3)，所述第四開關(guān)(T4)具有另一輸出端，旨在連接到地電位(GND)，所述第一、第二和第三輸出端(N1、N2、N3)旨在連接到第一類型的電壓轉(zhuǎn)換器或第二類型的電壓轉(zhuǎn)換器，和所述第三輸出端(N3)連接的檢測(cè)裝置(DET)，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)(DS)，指示所述第一類型或所述第二類型的電壓轉(zhuǎn)換器，電路(CIR)，旨在根據(jù)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(CLK)和所述檢測(cè)信號(hào)(DS)，產(chǎn)生旨在控制所述第一、第二、第三和第四開關(guān)(T1、T2、T3、T4)的控制信號(hào)(CS1、CS2、CS3、CS4)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)裝置(DET)包括在所述第三輸出端(N3)注入電流(i)的裝置(CS)，比較裝置(COMP)，將所述第三輸出端(N3)的電位和參考電位(Vref)比較。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于第一類型的所述電壓轉(zhuǎn)換器包括連接在所述輸入電壓(VDD)和所述第三輸出端(N3)之間的電感(L)，連接在所述第一輸出端(N1)和所述第二輸出端(N2)之間的二極管(D)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于第二類型的所述電壓轉(zhuǎn)換器包括連接在所述第二輸出端(N2)和所述第三輸出端(N3)之間的電容(Cp)。
5.一種集成電路(IC)，包括如權(quán)利要求1、2、3或4所述的用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電壓轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括旨在經(jīng)輸出端(N1－N2－N3)連接到第一類型電壓轉(zhuǎn)換器或第二類型電壓轉(zhuǎn)換器的一組開關(guān)(T1－T2－T3－T4)；檢測(cè)裝置(DET)，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)(DS)，指示所連接電壓轉(zhuǎn)換器的類型；電路(CIR)，旨在根據(jù)所述檢測(cè)信號(hào)(DS)，產(chǎn)生控制所述開關(guān)(T1－T2－T3－T4)的控制信號(hào)(CS1－CS2－CS3－CS4)。用途電壓轉(zhuǎn)換器用的控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02M3/158GK1806379SQ200480016218
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者E·于岡 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司