本發(fā)明涉及一種具有自舉電容(bootstrap capacitor)充電電路的電子裝置。

背景技術(shù)：

圖1繪示一傳統(tǒng)自舉電容充電電路10的示意圖。該自舉電容充電電路10包含一穩(wěn)壓電路12和一二極管DX，藉以對(duì)一自舉電容C1進(jìn)行充電。如圖1所示，該二極管DX具有一陽(yáng)極端和一陰極端，其中，該陽(yáng)極端耦接于該穩(wěn)壓電路12，而該陰極端耦接于該自舉電容C1。

在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK在邏輯0電平時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路14關(guān)閉輸出級(jí)19中的上橋開(kāi)關(guān)M1和通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路16開(kāi)啟輸出級(jí)19中的下橋開(kāi)關(guān)M2，所以電壓切換端SW的電壓電平為接地電平。此時(shí)，該穩(wěn)壓電路12開(kāi)始通過(guò)二極管DX對(duì)該自舉電容C1進(jìn)行充電。當(dāng)該自舉電容C1上端子A1的電壓電平等于該穩(wěn)壓電路12提供的電壓GVDD減去二極管DX的順向壓降Vf時(shí)，該穩(wěn)壓電路12方停止對(duì)該自舉電容C1充電。

當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK在邏輯1電平時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路14開(kāi)啟輸出級(jí)19中的上橋開(kāi)關(guān)M1和通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路16關(guān)閉輸出級(jí)19中的下橋開(kāi)關(guān)M2，所以電壓切換端SW的電壓VSW為供應(yīng)電源電壓PVDD。此時(shí)，該自舉電容CB上端子A1的電壓電平VA1由等式(1)決定。

VA1＝PVDD+GVDD－Vf (1)

由等式(1)可知，該自舉電容C1上端子A1的電壓電平VA1大于供應(yīng)電源電壓PVDD，因此驅(qū)動(dòng)電路14可利用較高的電壓電平VA1將上橋驅(qū)動(dòng)單元M1開(kāi)啟，藉以驅(qū)動(dòng)負(fù)載18。

然而，當(dāng)輸出級(jí)19為D類放大器(class D amplifier)的一部分，且該負(fù)載18為一揚(yáng)聲器(speaker)時(shí)，具有單端(single-ended)輸出級(jí)的D類放大器組態(tài)會(huì)在傳送低頻輸出功率時(shí)產(chǎn)生一供電電路能量倒灌(bus pumping)的現(xiàn)象。該供電電路能量倒灌現(xiàn)象會(huì)使能量從該負(fù)載18回灌至供應(yīng)電源，造成供應(yīng) 電源電壓PVDD的振幅波動(dòng)。為了解決此一問(wèn)題，在供應(yīng)電源PVDD和地端間會(huì)有包含大電容的一分壓電路20連接于該負(fù)載18的另一側(cè)以吸收能量，如圖2所示。然而，該分壓電路20可能造成D類放大器在開(kāi)機(jī)時(shí)需要較長(zhǎng)的淡入(fade-in)時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種電子裝置，包含一第一N型晶體管、一第二N型晶體管、一自舉電容、一第一充電電路以及一第二充電電路。該第一N型晶體管耦接至一電源輸入端和一切換節(jié)點(diǎn)之間，該電源輸入端用以接收一第二電源。該第二N型晶體管耦接至該切換節(jié)點(diǎn)和一接地端之間。該自舉電容具有耦接至該切換節(jié)點(diǎn)的一下端子和一上端子，該上端子用以產(chǎn)生導(dǎo)通該第一N型晶體管的一電平。該第一充電電路耦接至該自舉電容的該上端子，該第一充電電路藉由一第一電源以對(duì)該自舉電容進(jìn)行充電。該第二充電電路耦接至該自舉電容的該上端子，該第二充電電路藉由該第二電源以對(duì)該自舉電容進(jìn)行充電。該第二電源的電平高于該第一電源的電平。

根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一種電子裝置，包含一第一D類放大器、一第二D類放大器、一第一電感、一第二電感以及一揚(yáng)聲器。該第一D類放大器包含一第一N型晶體管，其耦接至一電源輸入端和一切換節(jié)點(diǎn)之間，該電源輸入端用以接收一第二電源。該第一D類放大器包含一第二N型晶體管，其耦接至該切換節(jié)點(diǎn)和一接地端之間。該第一D類放大器包含一自舉電容，其具有耦接至該切換節(jié)點(diǎn)的一下端子和一上端子，該上端子用以產(chǎn)生導(dǎo)通該第一N型晶體管的一電平。該第一D類放大器包含一第一充電電路，其耦接至該自舉電容的該上端子，該第一充電電路藉由一第一電源以對(duì)該自舉電容進(jìn)行充電。該第一D類放大器包含一第二充電電路，其耦接至該自舉電容的該上端子，該第二充電電路藉由該第二電源以一定電流對(duì)該自舉電容進(jìn)行充電。該第二D類放大器包含一第一N型晶體管，其耦接至一電源輸入端和一切換節(jié)點(diǎn)之間，該電源輸入端用以接收該第二電源。該第二D類放大器包含一第二N型晶體管，其耦接至該切換節(jié)點(diǎn)和一接地端之間。該第二D類放大器包含一自舉電容，其具有耦接至該切換節(jié)點(diǎn)的一下端子和一上端子，該上端子用以產(chǎn)生導(dǎo)通該第一N型晶體管的一電平。該第二D類放大器包含一第一充電電路，其耦接至該自舉電容的該上端子，該第一充 電電路藉由一第一電源以對(duì)該自舉電容進(jìn)行充電。該第二D類放大器包含一第二充電電路，其耦接至該自舉電容的該上端子，該第二充電電路藉由該第二電源以一定電流對(duì)該自舉電容進(jìn)行充電。該第一電感耦接至該第一D類放大器的該切換節(jié)點(diǎn)。該第二電感耦接至該第二D類放大器的該切換節(jié)點(diǎn)。該揚(yáng)聲器耦接于該第一電感和該第二電感之間。

附圖說(shuō)明

圖1繪示一傳統(tǒng)自舉電容充電電路的示意圖。

圖2繪示一傳統(tǒng)單端輸出的D類放大器的示意圖。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的具有自舉電容充電電路的電子裝置的方塊示意圖。

圖4顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該低壓充電電路和該高壓充電電路的電路圖。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的該低壓充電電路和該高壓充電電路的電路圖。

圖6顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的具有自舉電容充電電路的電子裝置的方塊示意圖。

附圖符號(hào)說(shuō)明

10 自舉電容充電電路

12 穩(wěn)壓電路

14, 16 驅(qū)動(dòng)電路

18 負(fù)載

19 輸出級(jí)

20 分壓電路

30 電子裝置

32 D類放大器

322,322″ 輸出級(jí)

324,324″ 自舉電容充電電路

3242,3242″ 低壓充電電路

3244,3244′,3244″ 高壓充電電路

326,328,326″,328″ 驅(qū)動(dòng)電路

34 揚(yáng)聲器

36 分壓電路

42 穩(wěn)壓電路

60 電子裝置

62, 64 D類放大器

66 揚(yáng)聲器

C1,CBT,CBT″ 自舉電容

C3,C4 電容

CL,CL1,CL2 電容

D1,D2,DX 二極管

L1,L2 電感

M1,M2,MU,MD 晶體管

N1 晶體管

P1,P2,P3,P4,P5 晶體管

ZD1,ZD2 箝制元件

具體實(shí)施方式

在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱呼同樣的元件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的「包含」為一開(kāi)放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過(guò)其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

圖3顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的具有自舉電容充電電路的電子裝置30的方塊示意圖。在本實(shí)施例中，該電子裝置30包含一D類放大器32。該D類放大器32包含一輸出級(jí)322，其中該輸出級(jí)322由一上橋開(kāi)關(guān)MU和一下橋開(kāi)關(guān)MD所組成。該上橋開(kāi)關(guān)MU和該下橋開(kāi)關(guān)MD以串聯(lián)方式耦接于一電源輸入端(接收一供應(yīng)電源電壓PVDD)和一接地端之間。在本實(shí)施例 中，該上橋開(kāi)關(guān)MU和該下橋開(kāi)關(guān)MD為一N型晶體管元件。

參考圖3，該電子裝置30還包含一自舉電容充電電路324用以對(duì)一自舉電容CBT進(jìn)行充電。該自舉電容充電電路324包含一低壓充電電路3242和一高壓充電電路3244。該自舉電容CBT耦接于該自舉電容充電電路324以及該上橋開(kāi)關(guān)MU和該下橋開(kāi)關(guān)MD的一交叉點(diǎn)SW之間。該自舉電容CBT藉由該自舉電容充電電路34充電以產(chǎn)生導(dǎo)通該上橋開(kāi)關(guān)MU的導(dǎo)通(turn on)電壓。

圖4顯示結(jié)合本發(fā)明一實(shí)施例的該低壓充電電路3242和該高壓充電電路3244的電路圖。參考圖4，該低壓充電電路342包含一穩(wěn)壓電路42和一二極管D1。該穩(wěn)壓電路42用以產(chǎn)生一穩(wěn)定的供應(yīng)電壓GVDD。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該供應(yīng)電壓GVDD為5V，然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限。該二極管D1具有接收該供應(yīng)電壓GVDD的一陽(yáng)極(Anode)和耦接至該自舉電容CBT的上端子BST的一陰極(Cathode)。

該高壓充電電路3244包含一偏壓電流源IB1、P型晶體管P1和P2，一二極管D2以及一箝制元件ZD1。在本實(shí)施例中，該箝制元件ZD1為一齊納二極管(Zener diode)，然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限，任何具有箝制電壓功能的半導(dǎo)體元件，例如一雪崩二極管或一瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppresser,TVS)均可實(shí)施為該箝制元件。該P(yáng)型晶體管P1具有接收該供應(yīng)電源電壓PVDD的一源極端，接收該偏壓電流源IB1的一漏極端和耦接至該漏極端的一柵極端。該P(yáng)型晶體管P2具有接收該供應(yīng)電源電壓PVDD的一源極端和耦接至該P(yáng)型晶體管P1的該柵極端的一柵極端。該箝制元件ZD1具有耦接至該P(yáng)型晶體管P2的一漏極端的一第一端和耦接至該交叉點(diǎn)SW的一第二端。在本實(shí)施例中，該箝制元件ZD為一齊納二極管ZD1，其具有耦接至該P(yáng)型晶體管P2的一漏極端的一陰極和耦接至該交叉點(diǎn)SW的一陽(yáng)極。該二極管D2具有耦接至該P(yáng)型晶體管P2的該漏極端的一陽(yáng)極和耦接至該自舉電容CBT的該上端子BST的一陰極。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該供應(yīng)電源電壓PVDD為24V，該偏壓電流源IB1的電流值為10μA，然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限。

以下參考圖3和圖4的電路圖說(shuō)明該自舉電容CBT的充電方式。當(dāng)該D類放大器32在供電后的一啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電路326和328尚未提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)給該上橋開(kāi)關(guān)MU和該下橋開(kāi)關(guān)MD。此時(shí)，該上橋開(kāi)關(guān)MU和該下 橋開(kāi)關(guān)MD為關(guān)閉狀態(tài)。由于揚(yáng)聲器18是由具有單端輸出級(jí)的D類放大器32所推動(dòng)，為了解決前述供電電路能量倒灌的現(xiàn)象，該揚(yáng)聲器18的右側(cè)會(huì)耦接至包含大電容C1和C2的一分壓電路36以吸收能量。因?yàn)樵摲謮弘娐?6會(huì)等分該供應(yīng)電源電壓PVDD和該接地端之間的電平差值，因此，該揚(yáng)聲器的左側(cè)端X1的電壓為1/2*PVDD，且該交叉點(diǎn)SW的電壓亦為1/2*PVDD。

在此狀況下，由于該低壓充電電路3242中的該穩(wěn)壓電路42所提供的供應(yīng)電壓GVDD小于該交叉點(diǎn)SW的電壓，因此，該低壓充電電路3242不會(huì)對(duì)該自舉電容CBT進(jìn)行充電。另一方面，由于用于該高壓充電電路3244中的該供應(yīng)電源電壓PVDD大于該交叉點(diǎn)SW的電壓，因此，圖4中的該P(yáng)型晶體管P2會(huì)以正比于該偏壓電流源IB1的電流值對(duì)該自舉電容CBT進(jìn)行充電。此時(shí)，該低壓充電電路3242中的該二極管D1會(huì)避免電流回灌至該穩(wěn)壓電路42。

現(xiàn)以圖3和圖4說(shuō)明該二極管D2和該齊納二極管ZD1的一選擇方式。考量到正常運(yùn)行時(shí)(亦即該驅(qū)動(dòng)電路326和328有提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)后)，該驅(qū)動(dòng)電路326的電壓電平差值(節(jié)點(diǎn)BST和節(jié)點(diǎn)SW間的電平差值)較佳為實(shí)質(zhì)上等于該驅(qū)動(dòng)電路328的電壓電平差值(該供應(yīng)電壓GVDD和該接地端之間的電平差值)，因此該節(jié)點(diǎn)BST可選擇為充電至1/2*PVDD+GVDD。參考圖4，在一較佳實(shí)施例中，該齊納二極管ZD1的逆向擊穿電壓值可選擇為GVDD+Vf，其中Vf等于二極管D2的順向偏壓值。如此一來(lái)，當(dāng)該高壓充電電路3244對(duì)該自舉電容CBT進(jìn)行充電時(shí)，該齊納二極管ZD1工作于逆向偏壓區(qū)，而該二極管D2工作于順向偏壓區(qū)，因此該節(jié)點(diǎn)BST的電壓可箝制至1/2*PVDD+GVDD。

圖5顯示結(jié)合本發(fā)明另一實(shí)施例的該高壓充電電路3244′的電路圖。參考圖5，該低壓充電電路3244′包含一偏壓電流源IB2、P型晶體管P3、P4和P5，一N型晶體管N1、一二極管D3以及一齊納二極管(Zener diode)ZD2。該P(yáng)型晶體管P3具有接收該供應(yīng)電源電壓PVDD的一源極端，接收該偏壓電流源IB2的一漏極端和耦接至該漏極端的一柵極端。該P(yáng)型晶體管P4具有接收該供應(yīng)電源電壓PVDD的一源極端和耦接至該P(yáng)型晶體管P3的該柵極端的一柵極端。該P(yáng)型晶體管P5具有接收該供應(yīng)電源電壓PVDD的一源極端和耦接至該P(yáng)型晶體管P3的該柵極端的一柵極端。該N型晶體管N1 具有耦接該P(yáng)型晶體管P5的一漏極端的一漏極端和耦接至該P(yáng)型晶體管P4的一漏極端的一柵極端。

該齊納二極管ZD2具有耦接至該P(yáng)型晶體管P4的該漏極端的一陰極和耦接至該交叉點(diǎn)SW的一陽(yáng)極。該二極管D3具有耦接至該N型晶體管N1的一源極端的一陽(yáng)極和耦接至該自舉電容CBT的該上端子BST的一陰極。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該供應(yīng)電源電壓PVDD為24V，該偏壓電流源IB2的電流值為10μA，然而，本發(fā)明不應(yīng)以此為限。

在運(yùn)行上，由于該揚(yáng)聲器18的右側(cè)會(huì)耦接至包含大電容C1和C2的該分壓電路36以吸收前述供電電路能量倒灌的能量，如圖3所示。因此，圖5中的節(jié)點(diǎn)SW的電壓初始值為1/2*PVDD。在該D類放大器32供電后的一啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)電路326和328尚未提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)給該上橋開(kāi)關(guān)MU和該下橋開(kāi)關(guān)MD。該高壓充電電路3244′中的該P(yáng)型晶體管P5會(huì)以比例于該偏壓電流源IB2的電流值對(duì)該自舉電容CBT進(jìn)行充電。在一實(shí)施例中，該節(jié)點(diǎn)BST可選擇為充電至1/2*PVDD+GVDD。因此，該齊納二極管ZD1的逆向擊穿電壓值可選擇為VGS,N1+GVDD+Vf，其中VGS,M1為該N型晶體管N1的柵極-源極電壓電平差值，而Vf等于二極管D3的順向偏壓值。如此一來(lái)，當(dāng)該高壓充電電路3244′對(duì)該自舉電容CBT進(jìn)行充電時(shí)，該齊納二極管ZD2工作于逆向偏壓區(qū)，而該二極管D3工作于順向偏壓區(qū)，因此該節(jié)點(diǎn)BST的電壓可箝制至1/2*PVDD+GVDD。

在圖3中，該揚(yáng)聲器34是由具有單端輸出級(jí)的D類放大器32所推動(dòng)。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，揚(yáng)聲器可由具有H-橋式(H-bridge)的電子裝置60所推動(dòng)，如圖6所示。參考圖6，揚(yáng)聲器66是由輸出級(jí)322中的上橋開(kāi)關(guān)MU和下橋開(kāi)關(guān)MD以及輸出級(jí)322″中的上橋開(kāi)關(guān)MU和下橋開(kāi)關(guān)MD所推動(dòng)。輸出級(jí)322中的上橋開(kāi)關(guān)MU和下橋開(kāi)關(guān)MD以及輸出級(jí)322″中的上橋開(kāi)關(guān)MU和下橋開(kāi)關(guān)MD形成一H-橋式組態(tài)。揚(yáng)聲器66左側(cè)的D類放大器62和揚(yáng)聲器66右側(cè)的D類放大器64具有近似的運(yùn)行方式，具有H-橋式組態(tài)的D類放大器在正常運(yùn)行時(shí)的工作模式已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。

參考圖6，在D類放大器62和64供電后的一啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，輸出級(jí)322和322″尚未被對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路所驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，自舉電容CBT和CBT′會(huì)藉由高壓充電電路3244和3244″而被充電。充電方式可參考圖4和圖5所繪示的 電路圖和先前的說(shuō)明。藉由高壓充電電路3244和3244″，自舉電容CBT和CBT″可充電至足夠高的電壓電平以驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的上橋開(kāi)關(guān)。在自舉電容CBT和CBT″完成充電后，D類放大器62中的輸出級(jí)322和D類放大器64中的輸出級(jí)322″會(huì)接收對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)，以進(jìn)入正常模式運(yùn)行。其后，該自舉電容充電電路324中的該低壓充電電路3242和該自舉電容充電電路324″中的該低壓充電電路3242″也會(huì)分別對(duì)該自舉電容CBT和該自舉電容CBT″進(jìn)行充電。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示者，而應(yīng)包含各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所涵蓋。