專利名稱：高效率電荷泵dc到dc轉(zhuǎn)換器電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓轉(zhuǎn)換器，且明確地說涉及高效率電荷泵DC到DC轉(zhuǎn)換器電路和方法。
背景技術(shù)：
電子系統(tǒng)由電壓和電流供電。電壓轉(zhuǎn)換器是接收通常恒定的輸入電壓并輸出不同的 電壓以用于電子系統(tǒng)中的電路。此類電路通常在某一電源電壓可用(例如，電池電壓) 但需要用不同的電壓來驅(qū)動各種系統(tǒng)電子元件時使用。
一個實例電壓轉(zhuǎn)換器是DC到DC ("DC/DC")電壓轉(zhuǎn)換器。DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器接 收處于一個電壓值的恒定電壓而不是振蕩電壓，并產(chǎn)生處于另一恒定電壓值的另一恒定 電壓。DC/DC轉(zhuǎn)換器的一個實例應(yīng)用是在電池應(yīng)用中。最初，電池當充分充電時可產(chǎn)生 某一電壓。電池所產(chǎn)生的電壓可能大于一個或一個以上系統(tǒng)組件所需的一個或一個以上 電壓。因此，可使用DC/DC轉(zhuǎn)換器將電池電壓減小為期望的電平。接收輸入電壓并產(chǎn) 生小于輸入電壓的輸出電壓的轉(zhuǎn)換器通常稱為"降壓"轉(zhuǎn)換器。當使用電池中的能量時， 電池電壓可能隨著時間而下降到較低值。因此，隨著時間，電池所產(chǎn)生的電壓可能小于 一個或一個以上系統(tǒng)組件所需的電壓。在此情況下，可使用DC/DC轉(zhuǎn)換器將電池電壓 增大為期望的電平。接收輸入電壓并產(chǎn)生大于輸入電壓的輸出電壓的轉(zhuǎn)換器通常稱為 "升壓"轉(zhuǎn)換器。
用于實施"降壓"或"升壓"轉(zhuǎn)換器的普通技術(shù)包含使用外部電感器或電容器的開 關(guān)電源。然而，此類電路需要昂貴的外部組件并需要復雜的結(jié)構(gòu)來執(zhí)行"降壓"和"升 壓"兩種操作。開關(guān)電容器技術(shù)已用于"降壓"和"升壓"DC/DC轉(zhuǎn)換器，但此類電路 還需要至少兩個外部電容器。為了減小成本，通常需要減少外部組件的數(shù)目和降低電路 復雜性。還需要改進此類電路的效率使得功率消耗減少。
因此，需要改進的電壓轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明通過提供高效率電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器電路和方 法來解決這些和其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明包含一種可在降壓和升壓兩種模式下操作的電壓轉(zhuǎn)換器。 所述電壓轉(zhuǎn)換器可僅包含一個開關(guān)電容器?？蓪嵤殚_關(guān)陣列的可編程電流源在第一時
間周期期間產(chǎn)生進入開關(guān)電容器中的電流以在電容器上產(chǎn)生電壓。在第二時間周期期 間，電壓可轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)換器的輸出端，或通過將輸入電壓耦合到開關(guān)電容器的一個端子并 將電容器的另一端子耦合到輸出端而被升壓。反饋電路耦合到控制器以便對進入電容器 中的電流進行重新編程，從而將輸出電壓維持在期望的電平。
在一個實施例中，本發(fā)明包含一種電壓轉(zhuǎn)換器，所述電壓轉(zhuǎn)換器包括第一電容器， 其具有第一端子和第二端子；第一開關(guān)，其具有耦合到第一電容器的第二端子的第一端 子和用于接收輸入電壓的第二端子；第二開關(guān)，其具有耦合到第一電容器的第一端子的 第一端子和用于提供輸出電壓的第二端子；第三開關(guān)，其具有耦合到第一電容器的第二 端子的第一端子和耦合到第一參考電壓的第二端子；可編程電流源，其耦合到第一電容 器的第一端子；反饋電路，其耦合到第二開關(guān)的第二端子；以及控制器，其耦合到反饋 電路，其中在第一時間周期期間，第三開關(guān)閉合，第一和第二開關(guān)斷開，且可編程電流 源產(chǎn)生進入第一電容器中的經(jīng)編程電流以產(chǎn)生第一電壓，且在第二時間周期期間，第三 開關(guān)斷開，第一和第二開關(guān)閉合，且第一電壓增加輸入電壓，且其中反饋電路產(chǎn)生反饋 信號，且控制器根據(jù)所述反饋信號而改變可編程電流源產(chǎn)生的經(jīng)編程電流。
以下具體實施方式
和附圖提供對本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點的更好的理解。


圖1說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器。 圖2說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電壓轉(zhuǎn)換器。 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的實例電壓轉(zhuǎn)換器。 圖4A-B說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的降壓操作。 圖5A-B說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作。 圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的實例。
具體實施例方式
本文描述用于高效率電荷泵電壓轉(zhuǎn)換器電路和方法的技術(shù)。在以下描述內(nèi)容中，出 于闡釋的目的，陳述許多實例和特定細節(jié)以便提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，所屬領(lǐng) 域的技術(shù)人員將容易明白，權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明可單獨包含這些實例中的一些或 所有特征或與下文描述的其它特征組合，且可進一步包含本文描述的特征和概念的修改 和等效物。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器。電壓轉(zhuǎn)換器100包含電容器101 ("Cp")，第一端子耦合到開關(guān)102 ("S1")和另一開關(guān)102 ("S3"),且第二端子耦合到
開關(guān)103 ("S2")。開關(guān)102的第一端子耦合到電容器101的第二端子，且其第二端子耦 合到電路輸入端子以用于接收輸入電壓Vin。開關(guān)103的第一端子耦合到電容器101的 第一端子，且其第二端子耦合到電路輸出端子以用于提供輸出電壓Vout。開關(guān)104的第 一端子耦合到電容器101的第二端子，且其第二端子耦合到第一參考電壓，所述第一參 考電壓在此實例中為接地(即，0伏)。電壓轉(zhuǎn)換器105進一步包含可編程電流源105， 其耦合到電容器101的第一端子；反饋電路，其通過輸出端耦合到開關(guān)103的第二端子； 以及控制器140，其耦合到反饋電路。
在一個實施例中，電壓轉(zhuǎn)換器100可在降壓或升壓模式下操作。在降壓模式下，控 制器140產(chǎn)生數(shù)字信號141A-C，促使開關(guān)102和103斷開且開關(guān)104閉合持續(xù)第一時 間周期。控制器140進一步將數(shù)字信號141D傳輸?shù)娇删幊屉娏髟?05，且電流源105 產(chǎn)生相應(yīng)的電流。因此，可編程電流源105產(chǎn)生進入電容器101的一個端子中的經(jīng)編程 電流，且電容器101的另一端子耦合到接地。電流被供應(yīng)到電容器101中持續(xù)第一時間 周期，從而在電容器101上產(chǎn)生第一電壓。所述時間周期或經(jīng)編程電流或兩者可經(jīng)修整 以在第一時間周期結(jié)束時在電容器101上實現(xiàn)所需電壓。第一電壓可以是(例如)輸入 電壓的某一分數(shù)值(即，Vl<=Vin)。在第二時間周期期間，控制器140產(chǎn)生數(shù)字信號 141A-C，促使開關(guān)103閉合。電容器101上的第一電壓現(xiàn)在耦合到輸出端120。第一電 壓可由反饋電路130感測，這可包含將輸出端處的電壓或與之有關(guān)的電壓與另一參考電 壓進行比較。反饋電路130感測輸出端處的電壓，且可執(zhí)行其它處理以向控制器140產(chǎn) 生輸出信號，指示所述電壓過高還是過低。如果輸出端處的電壓過高，那么控制器140 產(chǎn)生數(shù)字信號以減小由可編程電流源105提供到電容器101的電流，并據(jù)此減小第一時 間周期結(jié)束時第一電壓的值。如果輸出端處的電壓過低，那么控制器140產(chǎn)生數(shù)字信號 以增加由可編程電流源105提供到電容器101的電流，并據(jù)此增加第一時間周期結(jié)束時 第一電壓的值。因此，輸出端上的電壓可設(shè)定為任何所需值。舉例來說，反饋電路可經(jīng) 配置以促使控制器140調(diào)節(jié)可編程電流源105以產(chǎn)生在電容器101上導致輸入電壓的分 數(shù)值的電流。因此，輸出電壓也可以是輸入電壓的任何分數(shù)值。
在升壓模式下，控制器140產(chǎn)生數(shù)字信號141A-C，促使開關(guān)102和103斷開且開
關(guān)104閉合持續(xù)第一時間周期。與降壓模式類似，控制器140進一步將數(shù)字信號141D
傳輸?shù)娇删幊屉娏髟?05，且電流源105產(chǎn)生相應(yīng)的電流。因此，可編程電流源105產(chǎn)
生進入電容器101的一個端子中的經(jīng)編程電流，且電容器101的另一端子耦合到接地。
電流被供應(yīng)到電容器101中持續(xù)第一時間周期，從而在電容器101上產(chǎn)生第一電壓。與
之前一樣，所述時間周期或經(jīng)編程電流或兩者可經(jīng)修整以在第一時間周期結(jié)束時在電容
器101上實現(xiàn)所需電壓。第一電壓同樣可以是(例如)輸入電壓的某一分數(shù)值(即，VI <=Vin)。在第二時間周期期間，控制器140產(chǎn)生數(shù)字信號141A-C,促使開關(guān)102和103 閉合且開關(guān)104斷開。輸入電壓現(xiàn)在耦合到電容器101的一個端子，促使電容器101的 另一端子上的電壓增加如下 Vout = Vl + Vin。
第一電壓有效地升壓輸入電壓。輸出電壓可由反饋電路130感測，這可包含將輸出 端處的電壓或與之有關(guān)的電壓與另一參考電壓進行比較。反饋電路130感測輸出端處的 電壓，且可執(zhí)行其它處理以向控制器140產(chǎn)生輸出信號，指示所述電壓過高還是過低。 如果輸出端處的電壓過高，那么控制器140產(chǎn)生數(shù)字信號以減小由可編程電流源105提 供到電容器101的電流，并據(jù)此減小第一時間周期結(jié)束時第一電壓的值。如果輸出端處 的電壓過低，那么控制器140產(chǎn)生數(shù)字信號以增加由可編程電流源105提供到電容器101 的電流，并據(jù)此增加第一時間周期結(jié)束時第一電壓的值。因此，輸出端上的電壓可升壓 為輸入電壓以上的任何所需值。舉例來說，反饋電路可經(jīng)配置以促使控制器140調(diào)節(jié)可 編程電流源105以產(chǎn)生在電容器101上導致輸入電壓的分數(shù)值的電流。因此，輸出電壓 可以是輸入電壓以上的任何分數(shù)值。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電壓轉(zhuǎn)換器。在此實施例中，可編程電流源是可
編程電壓-電流轉(zhuǎn)換器?？删幊屉妷?電流("V-r)轉(zhuǎn)換器205包含耦合到輸入端子210
的輸入端和耦合到電容器201的第一端子的輸出端?？删幊蘓-I 205包含數(shù)字輸入端子，
用于接收數(shù)字信號以便對輸出端處產(chǎn)生的電流的量進行編程以獲得給定的輸入電壓。與
圖1中的實施例中一樣，開關(guān)202-203可經(jīng)控制而斷開和閉合以執(zhí)行降壓或升壓轉(zhuǎn)換。
對于降壓轉(zhuǎn)換，在可編程V-I 205的輸入端處接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，所述?br> 流提供到電容器201以產(chǎn)生第一電壓。第一電壓可以是(例如)輸入電壓的分數(shù)值，從
而導致輸入電壓的分數(shù)被轉(zhuǎn)移到輸出端子220。對于升壓模式，類似地在可編程V-I205
的輸入端處接收輸入電壓并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，所述電流提供到電容?01以產(chǎn)生第一電
壓。第一電壓(例如，其可小于或等于輸入電壓)可通過將電容器的第二端子與接地分
離并將第二電容器端子耦合到輸入端而升壓。所得的電壓升壓為大于輸入電壓的電壓并
轉(zhuǎn)移到輸出端。在此實例中，在降壓和升壓兩種模式下，輸出電壓被輸入到分壓器電路
230。分壓器電路的輸出可為(例如)是輸出電壓的值的分數(shù)的電壓。分壓器輸出接著
在比較器240中與參考值進行比較。比較器240產(chǎn)生一個或一個以上信號，指示分壓器
輸出大于還是小于所述參考值。在此實施例中，使用數(shù)字控制邏輯區(qū)塊250來實施控制
器，所述數(shù)字控制邏輯區(qū)塊250可以是(例如)狀態(tài)機。比較器輸出由控制邏輯250接
收，且控制邏輯250可增加由可編程V-I產(chǎn)生的電流以獲得給定的輸入電壓，藉此增加 輸出電壓(如果分壓器輸出小于所述參考值)?；蛘?，控制邏輯250可減小由可編程V-I 產(chǎn)生的電流以獲得給定的輸入電壓，藉此減小輸出電壓(如果分壓器輸出大于所述參考值)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的實例電壓轉(zhuǎn)換器300。電壓轉(zhuǎn)換器300包含用于接 收輸入電壓Vin的輸入端子310。輸入端子310耦合到開關(guān)302的一個端子。開關(guān)302 的另一端子耦合到電容器301 ("Cp")的一端子。輸入端子310還耦合到開關(guān)陣列305， 所述開關(guān)陣列305包含多個開關(guān)，所述多個開關(guān)的端子耦合到輸入端子310。開關(guān)陣列 中的開關(guān)的其它端子耦合到電容器301的另一端子。開關(guān)304耦合在電容器301的一端 子與接地之間。開關(guān)303耦合在電容器301的另一端子與輸出端子320之間。開關(guān)302、 303、 304以及開關(guān)陣列305中的開關(guān)可(例如)使用PMOS或NMOS晶體管或兩者來 實施。所述開關(guān)由開關(guān)控制邏輯340斷開和閉合。開關(guān)控制邏輯340可(例如)使用 VHDL、 Verilog或RTL產(chǎn)生，且可接收時鐘輸入CLK。在此實例中，輸出端子可耦合 到包括元件331和332的分壓器電路。還可使用輸出電容器321 ("Cout")，但輸出電容 器321可能比電容器301小得多，因此當開關(guān)303閉合時發(fā)生明顯的電壓降。經(jīng)劃分的 輸出電壓耦合到比較器333的一個輸入端。比較器333的另一輸入端耦合到參考電壓。 比較器的輸出可包含一個或一個以上數(shù)字信號，所述數(shù)字信號由控制邏輯340接收以對 開關(guān)陣列305進行重新編程。如果經(jīng)劃分的電壓小于參考電壓，那么開關(guān)控制邏輯可對 開關(guān)陣列進行重新編程以增加輸出端處的電壓。如果經(jīng)劃分的電壓大于參考電壓，那么 開關(guān)控制邏輯可對開關(guān)陣列進行重新編程以減小輸出端處的電壓?？赏ㄟ^減少電容器 Cp充電期間閉合的開關(guān)的數(shù)目來減小到達輸出端的電壓。可通過增加電容器Cp充電期 間閉合的開關(guān)的數(shù)目來增加到達輸出端的電壓。
在一個實施例中，反饋電路可包含二極管，例如發(fā)光二極管("LED")。在此實例
中，分壓器可包含用于元件331的LED。因此，可能需要將輸出端處的電壓維持成足以
接通LED (例如，2-4伏)。分壓器的第二元件332可以是(例如)偏置晶體管，且可能
需要將比較器的輸入端處的電壓維持成足夠高而能夠?qū)⒕w管維持在導通狀態(tài)的電壓
(例如，大于或等于Vdsat)。在圖3中的實例中，到達比較器的參考電壓可設(shè)定為剛好
高于Vdsat的電壓，使得用于元件332的晶體管的源極和漏極上的電壓足以偏置晶體管
使其接通。因此，比較器和開關(guān)控制邏輯將調(diào)節(jié)開關(guān)陣列以將輸出維持在最佳電壓，以
接通元件331處的LED并偏置元件332處的晶體管。如果電池耦合到輸入端子并用作
電源，那么輸出端處的電壓可能低于初始電池電壓。在這些條件下，系統(tǒng)可在降壓模式 下操作。因為輸出電壓維持在足以為331處的LED供電并偏置332處的晶體管的電平， 所以節(jié)省了功率。類似地，由于電池電壓下降到輸出端處所需電平以下，所以系統(tǒng)可進 入升壓模式，在此周期期間，電池輸入電壓增加剛好足以驅(qū)動LED并偏置晶體管。通 過將輸出端處的電壓維持在只足以驅(qū)動LED的電平，并將偏置晶體管的源極和漏極上 的電壓維持在最小電平，可延長用于此應(yīng)用的電池壽命。
圖4A-B說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器300的降壓操作。在第一時間周 期期間，開關(guān)陣列305將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檫M入電容器中的電流，且電容器的另一端子耦 合到接地。開關(guān)陣列電流在電容器上產(chǎn)生電壓，所述電壓小于或等于輸入電壓。舉例來 說，對于開關(guān)陣列中任何給定的開關(guān)，電容器上的電壓的變化如下
AV = i At/C
因此，當開關(guān)閉合且所述若干開關(guān)并聯(lián)安置時，可控制由開關(guān)陣列引起的電壓的變 化。電容器Cp上產(chǎn)生電壓之后，開關(guān)控制邏輯340使開關(guān)陣列中的開關(guān)斷開并使開關(guān) S2閉合，藉此將電壓耦合到輸出端。只要輸入電壓(例如，電池)足夠高而能夠?qū)out 維持在所需值(例如，對于LED應(yīng)用來說，維持在二極管電壓加上偏壓)，系統(tǒng)就可在 此模式下操作。
圖5A-B說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器300的升壓操作。在第一時間周 期期間，開關(guān)陣列305將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檫M入電容器中的電流，且電容器的另一端子耦 合到接地。開關(guān)陣列電流在電容器上產(chǎn)生電壓，所述電壓小于或等于輸入電壓。在電容 器Cp上產(chǎn)生電壓之后，開關(guān)控制邏輯340使開關(guān)S4和開關(guān)陣列中的開關(guān)斷開并使開關(guān) S2和S3閉合，藉此將輸入電壓耦合到電容器Cp的一個端子，且將電容器的另一端子 耦合到輸出端。初始電壓由輸入升壓。當輸入電壓(例如，電池)并非足夠高而能夠?qū)?Vout維持在所需值時，系統(tǒng)可在此模式下操作。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的實例。此實例說明開關(guān)陣列。輸入電 壓Vin可通過開關(guān)602或包括多個開關(guān)的開關(guān)陣列而耦合到電容器601。開關(guān)陣列可包 含(例如)較大數(shù)目的各個開關(guān)605A-D。當每一開關(guān)閉合時，每一開關(guān)的導通電阻可 能非常低(例如，<0.5歐姆)。在一個實施例中，開關(guān)陣列可劃分為若干組開關(guān)，且每 一組開關(guān)可獨立于其它組而一起斷開和閉合。當用于電池應(yīng)用中時，Vin通常將較大， 且較小數(shù)目的開關(guān)組可能閉合。同樣在此實例中，使用移位寄存器651來實施控制器。 比較器650接收參考輸入電壓和反饋輸入(例如，從二極管與偏置晶體管之間的端子)。 比較器的輸出端可產(chǎn)生兩個信號一一指示反饋輸入大于還是小于參考輸入的數(shù)字輸出， 和互補信號。比較器的輸出信號可耦合到移位寄存器651的UP和DOWN輸入(例如，
其中UP將較多"1"移到寄存器中，且DOWN將較多"0"移到寄存器中)，且可使用 數(shù)字輸出來控制開關(guān)陣列(例如，寄存器的每一位可耦合到單個開關(guān))。如果反饋信號 過低，那么比較器輸出可以發(fā)信號通知移位寄存器的UP輸入，所述UP輸入接通更多 開關(guān)。類似地，如果反饋信號過高，那么比較器輸出可以發(fā)信號通知移位寄存器的DOWN 輸入，所述DOWN輸入切斷更多開關(guān)。因此，輸出維持在所需電平。
以上描述內(nèi)容說明本發(fā)明的各個實施例以及可如何實施本發(fā)明各方面的實例。以上 實例和實施例不應(yīng)認為是僅有的實施例，且呈現(xiàn)以上實例和實施例是為了說明如所附權(quán) 利要求書所界定的本發(fā)明的靈活性和優(yōu)點?；谝陨辖沂緝?nèi)容和所附權(quán)利要求書，所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解其它配置、實施例、實施方案和等效物，且可在不脫離如所附權(quán) 利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下使用所述其它配置、實施例、實施方案 和等效物。
權(quán)利要求
1.一種電壓轉(zhuǎn)換器，其包括第一電容器，其具有第一端子和第二端子；第一開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和用于接收輸入電壓的第二端子；第二開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第一端子的第一端子和用于提供輸出電壓的第二端子；第三開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和耦合到第一參考電壓的第二端子；可編程電流源，其耦合到所述第一電容器的所述第一端子；反饋電路，其耦合到所述第二開關(guān)的所述第二端子；以及控制器，其耦合到所述反饋電路，其中在第一時間周期期間，所述第三開關(guān)閉合，所述第一和第二開關(guān)斷開，且所述可編程電流源產(chǎn)生進入所述第一電容器中的經(jīng)編程電流以產(chǎn)生第一電壓，且在第二時間周期期間，所述第三開關(guān)斷開，所述第一和第二開關(guān)閉合，且所述第一電壓增加輸入電壓，且其中所述反饋電路產(chǎn)生反饋信號，且所述控制器根據(jù)所述反饋信號而改變所述可編程電流源產(chǎn)生的所述經(jīng)編程電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述可編程電流源是可編程電壓-電流轉(zhuǎn) 換器，其包括用于接收所述輸入電壓的至少一個輸入端和耦合到所述第一電容器的 所述第一端子的至少一個輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中可編程電流源包括耦合在輸入端子與所述 第一電容器的所述第一端子之間的多個開關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述反饋電路包括比較器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其進一步包括耦合在所述第二開關(guān)的所述第二 端子與所述反饋電路之間的發(fā)光二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其進一步包括耦合在所述發(fā)光二極管與所述第 一參考電壓之間的晶體管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)和所述第三 開關(guān)是MOS晶體管。
8. —種電壓轉(zhuǎn)換器，其包括第一電容器，其具有第一端子和第二端子；第一開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和用于接收 輸入電壓的第二端子；第二開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第一端子的第一端子和用于提供 輸出電壓的第二端子第三開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和耦合到第 一參考電壓的第二端子；可編程電流源，其具有耦合到所述電容器的所述第一端子的輸出端和多個數(shù)字輸 入端；比較器，其具有耦合到參考電壓的第一輸入端和耦合到所述第二開關(guān)的所述第二 端子的第二輸入端；以及控制器，其具有耦合到所述比較器的輸出端的一個或一個以上輸入端，和耦合到 所述可編程電流源的所述多個數(shù)字輸入端的多個數(shù)字輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中可編程電流源包括用于接收所述輸入電壓 的至少一個輸入端。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中可編程電流源包括多個開關(guān)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第 三開關(guān)和所述多個開關(guān)是MOS晶體管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其進一步包括耦合在所述第二開關(guān)的所述第二 端子與所述比較器的所述第二輸入端之間的發(fā)光二極管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其進一步包括耦合在所述比較器的所述第二 輸入端與所述第一參考電壓之間的晶體管。
14. 一種電壓轉(zhuǎn)換器，其包括第一電容器，其具有第一端子和第二端子；第一開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和用于接收輸入電壓的第二端子；第二開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第一端子的第一端子和用于提供 輸出電壓的第二端子；第三開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和耦合到第 一參考電壓的第二端子； 多個開關(guān)，其每一者具有用于接收所述輸入電壓的輸入端、耦合到所述電容器的 所述第一端子的輸出端，和用于斷開或閉合每一開關(guān)的多個數(shù)字輸入端；比較器，其具有耦合到參考電壓的第一輸入端和耦合到所述第二開關(guān)的所述第二 端子的第二輸入端；以及控制器，其具有耦合到所述比較器的輸出端的一個或一個以上輸入端，和耦合到 所述可編程電流源的所述多個數(shù)字輸入端的多個數(shù)字輸出端。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述多個開關(guān)每一者提供對應(yīng)于所述接 收的輸入電壓的輸出電流。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述第一開關(guān)、所述第二開關(guān)、所述第 三開關(guān)和所述多個開關(guān)是MOS晶體管。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其進一步包括耦合在所述第二開關(guān)的所述第 二端子與所述比較器的所述第二輸入端之間的發(fā)光二極管。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電壓轉(zhuǎn)換器，其進一步包括耦合在所述比較器的所述第二 輸入端與所述第一參考電壓之間的晶體管。
19. 一種電壓轉(zhuǎn)換器，其包括-第一電容器，其具有第一端子和第二端子；第一開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和用于接收輸入電壓的第二端子；第二開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第一端子的第一端子和用于提供輸出電壓的第二端子；第三開關(guān)，其具有耦合到所述第一電容器的所述第二端子的第一端子和耦合到第一參考電壓的第二端子；用于產(chǎn)生耦合到所述電容器的所述第一端子的可編程電流的構(gòu)件； 用于反饋耦合到所述第二開關(guān)的所述第二端子的所述輸出電壓的構(gòu)件；以及 數(shù)字控制器，其耦合到所述反饋電路，其中在第一時間周期期間，所述第三開關(guān)閉合，所述第一和第二開關(guān)斷開，且所 述可編程電流源產(chǎn)生進入所述第一電容器中的經(jīng)編程電流以產(chǎn)生第一電壓，且在第 二時間周期期間，所述第三開關(guān)斷開，所述第一和第二開關(guān)閉合，且所述第一電壓 增加輸入電壓，且其中所述反饋電路產(chǎn)生反饋信號，且所述控制器根據(jù)所述反饋信號而改變所述 可編程電流源產(chǎn)生的所述經(jīng)編程電流。
20. —種轉(zhuǎn)換電壓的方法，其包括在第一時間周期期間， 產(chǎn)生第一電流；將所述第一電流耦合到第一電容器的第一端子，并據(jù)此在所述第一電容器上產(chǎn) 生第一電壓，其中所述第一電容器的第二端子耦合到參考電壓； 在第二時間周期期間，將所述第一電容器的所述第二端子耦合到輸入電壓，且據(jù)此增加所述電容器的 所述第一端子上的所述第一電壓；將所述電容器的所述第一端子耦合到輸出端子； 將所述增加的第一電壓與第二參考電壓進行比較；以及 根據(jù)所述比較的結(jié)果增加或減小所述第一電流。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中產(chǎn)生第一電流包括閉合多個開關(guān)中的一者或一 者以上。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進一步包括通過發(fā)光二極管耦合所述輸出端子。
全文摘要
在一個實施例中，本發(fā)明包含一種可在降壓和升壓兩種模式下操作的電壓轉(zhuǎn)換器。所述電壓轉(zhuǎn)換器可僅包含一個開關(guān)電容器?？蓪嵤殚_關(guān)陣列的可編程電流源在第一時間周期期間產(chǎn)生進入所述開關(guān)電容器中的電流以在所述電容器上產(chǎn)生電壓。在第二時間周期期間，所述電壓可轉(zhuǎn)移到所述轉(zhuǎn)換器的輸出端，或通過將輸入電壓耦合到所述開關(guān)電容器的一個端子并將所述電容器的另一端子耦合到輸出端而被升壓。反饋電路耦合到控制器以便對進入所述電容器中的所述電流進行重新編程，從而將輸出電壓維持在期望的電平。
文檔編號H02M3/04GK101369775SQ20081000018
公開日2009年2月18日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者偉 吳, 靈 朱 申請人:二極管股份有限公司