專利名稱：高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，尤指一種利用電子開關配 合能量儲存組件與直流電源以形成一電壓泵架構，所述的能量儲存組件可以串、 并聯(lián)的任一型態(tài)進行充放電動作，電子開關可切換電壓泵預定數(shù)目的能量儲存組 件與被設計電路電源相連接，以產(chǎn)生輸出電壓相加或相減的效果，以達預定的電 壓輸出，待能量儲存組件的電壓因放電消耗降低后，電子開關會將其切回充電電 源處，再進行能量儲存組件的充電工作，待充電后再切回被設計電路，如此周而 復始重復開關切換以及能量儲存組件充放電過程，而設計的架構可有效設計電壓 泵的倍率大于一或等于一或小于一，以配合不同電路的設計需要，以達到滿足設 計要求或提高效率的目的。
背景技術：
按，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器為使用在線性區(qū)域內(nèi)工作的雙極性接面晶體管(BJT) 或場效晶體管(FET)，自其所應用的輸入電壓減去超額電壓，以產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié) 的輸出電壓。其優(yōu)點為設計較簡易，但其最大的缺點就是效能太低，對于要求高 效能的電路應用是不適用的。另外，后續(xù)發(fā)展有一電感型穩(wěn)壓器，其效能雖然較 傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器為高，但是其電磁干擾太大，會影響被設計電路其它組件或產(chǎn)生 噪聲，對于要求信號穩(wěn)定的電路應用也是不適用的。現(xiàn)今的電荷泵穩(wěn)壓器，其效能較一般穩(wěn)壓器為高且不易產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象， 但以目前的設計而言，受限于電壓轉(zhuǎn)換倍率的比例限制(例如1.5倍、2倍、4 倍)會使得效率無法提高至90%以上，例如一白光發(fā)光二極管(LED)的驅(qū)動電 壓輸出為4.5V，其所提供的電源為一鋰電池，所述的鋰電池的額定電壓為3.6V, 若電壓泵的倍數(shù)為1.5倍，其效率計算公式為)K效率)二Vo(輸出電壓)/(Vin (輸入 電壓)木B(電壓泵倍數(shù)))，其計算式如下"=4.5/(3.6*1.5)rp83.33%由上迷計算式中可了解，受限于傳統(tǒng)電壓泵的倍數(shù)限制，故無法將效率做一有效的提升，具有極大的改良空間，本發(fā)明所設計的架構可有效設計電壓泵的倍 率大于一或等于一或小于一，以達到滿足設計要求或提高效率的目的。發(fā)明內(nèi)容基于解決以上所述現(xiàn)有技藝的缺失，本發(fā)明提供一種高效能電荷泵穩(wěn)壓器的 架構，其主要的目的為利用電子開關配合能量儲存組件與直流電源以形成一電壓 泵架構，所述的能量儲存組件可以串、并聯(lián)的任意型態(tài)進行充放電動作，電子開 關可切換電壓泵預定數(shù)目的能量儲存組件與被設計電路或電源相連接，產(chǎn)生輸出 電壓轉(zhuǎn)換的效果，以達預定的電壓輸出，而能量儲存組件的電壓因放電消耗降低 后，電子開關會將其切回充電電源處，再進行能量儲存組件的充電工作，充電后 再切回被設計電路，如此周而復始重復電子開關切換以及能量儲存組件充放電過 程，而i殳計的架構可有效設計電壓泵的倍率大于一或等于一或小于一，以配合不 同電路的設計需要，以達到滿足設計需求或提高效率的目的。本發(fā)明的另一目的，為利用電壓泵電路將電磁干擾現(xiàn)象降至最低卻又不使高 效率受到影響，使被設計電路的組件不易受噪聲影響產(chǎn)生作動不正常的優(yōu)點。為進一步對本發(fā)明有更深入的說明，乃憑借以下圖示、圖號說明與發(fā)明詳細 說明，冀能對貴審查委員在審查工作有所幫助。


圖1為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第一實施架構； 圖2為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第二實施架構； 圖3為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第三實施架構； 圖4為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第四實施架構； 困5為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第五實施架構； 圖6為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第六實施架構；圖7為本發(fā)明在電荷泵電路的前后連接端各設置一穩(wěn)壓電路的功能方塊圖。 附圖標記說明l-第一電壓泵電路；11 第一被設計電路；12-第二被設計 電路；13 第三被設計電路；2 第二電壓泵電路；21~第四被設計電路；3-第 三電壓泵電路；31-第五被設計電路；41 ~第四電壓泵電if各；42 第六被設計電 路；" 第七被設計電路；51-第一穩(wěn)壓電路；52 電壓泵電路；53~第二穩(wěn)壓電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術特征和優(yōu)點作更詳細的說明。本發(fā)明主要利用電子開關配合能量儲存組件與直流電源以形成一 電壓泵架 構，所述的能量儲存組件可以串、并聯(lián)的任意型態(tài)進行充電動作，電子開關可切 換電壓泵預定數(shù)目的能量儲存組件與被設計電路或電源相連接，以產(chǎn)生輸出電壓 相加相減或電壓轉(zhuǎn)換的效果，以達預定的電壓輸出，待能量儲存組件的電壓因放 電消耗降低后，電子開關會將其切回充電電源處，進行能量儲存組件的充電工作， 充電后再切回被設計電路，如此周而復始重復電子開關切換以及能量儲存組件充 放電過程，而設計的架構可有效設計電壓泵的倍率大于一或等于一或小于一，以 配合不同電路的設計需要，以達到滿足設計要求或提高效率的目的。其中電子開關的種類是包括有雙極性接面晶體管(BJT)、金屬氧化半導 體場效晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、絕緣閘雙極 性晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT )，上述各電子開關的切換動 作乃憑借一振蕩器(Oscillator)所輸出脈波來做一控制，因所述的電子開關與振蕩 器電路都為現(xiàn)有技術所涵蓋，故不在圖式與說明中做 一 詳細描述。例如背景技術所提出的一白光發(fā)光二極管(LED)的驅(qū)動電壓輸出為4.5V, 其所提供的電源為一鋰電池，所述的鋰電池的額定電壓為3.6V,若電壓泵的倍數(shù) 為1.3倍，正如前段所述電壓泵能自以預定數(shù)目的能量儲存組件與被設計電路電 源相連接，故可設計出與所述的鋰電池的額定電壓為3.6V較為匹配的1.3倍的電 壓泵，根據(jù)效率計算公式為rj(效率"Vo(輸出電壓)/(Vin (輸入電壓)承B(電壓泵倍 數(shù)))，其計算式如下—.5/(3.6*1.3)"96.15%因為本發(fā)明的架構可將電壓泵倍數(shù)設計為非整數(shù)倍數(shù)，故可依各被設計電壓 的需要量身定做其電壓泵倍數(shù)，即如本實施例設計1.3倍時可將效率提高至95% 以上，甚至于可設計至1.25倍，即可將理論的效率提高至100%。有關于非整數(shù)倍的電壓泵設計實施例，即如下列圖式所揭示，以助貴審委了解。請參閱圖l所示，其為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第一實施架構，其中第 一電壓泵電路1是包括有一充電電源VC與若干個能量儲存組件，所述的能量儲存組件為一電容器，且設定能量儲存組件C1=C2=C3.......-Cn，因此每一個能量儲存組件所獲得充電電壓都為Vc/n,再使能量儲存組件CI利用電子開關(圖中 未示)切換能量儲存組件C1 二端連接點至第一被設計電路11后，由于所述的第 一被設計電路11具有與CI的電壓(Vc/n)極性為正向串聯(lián)的電壓V，在Vc=V的 條件下，故其輸出電壓公式如下Vo=V(l+l/n)憑借本實施例中，n個能量儲存組件的設置，若n的數(shù)值越大，代表每一個 能量儲存組件所能分配的電壓越??；相反地，當n的數(shù)值越小，代表每一個能量 儲存組件所能分配的電壓越大，利用此一特性，即可自由控制電壓泵倍數(shù)的大小， 且不必為整數(shù)的倍數(shù)，故當至少一個以上能量儲存組件憑借電子開關連接在第一 被設計電路ll時，利用此架構即可量身定做被設計電路的欲得到的電壓倍數(shù)，進 而達到i殳計的需求。以此實施例架構可得電壓倍lt范圍為V(l + l/n)~V(l+n/n)請參閱圖2所示，其為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第二實施架構，其中所 述的揭示的第一電壓泵電路1依然如圖l所示者相同，但是第二被設計電路12 具有與CI的電壓(Vc/n)極性為反向串聯(lián)的電壓V,在Vc^V的條件下，故其輸出 電壓/>式如下Vo=V(l-l/n)憑借本實施例中，當至少一個以上能量儲存組件憑借電子開關連接在被設計 電路時，即可量身定做第二被設計電路12的欲降低的電壓倍數(shù)，進而達到設計需 求。請參閱圖3所示，其為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第三實施架構，其中所 述的揭示的第一電壓泵電路1依然如圖l所示者相同，但是第三被設計電路13 未設計有任何電源與所述的能量儲存組件連接，故其輸出電壓即為Vo=Vc/n，也 為一種設計電壓泵的架構。請參閱圖4所示，其為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第四實施架構，其中第 二電壓泵電路2包括有一充電電源Vc與若干個并聯(lián)的能量儲存單元Cl、 C2、 C3……Cn，因為并聯(lián)時，每一個能量儲存單元的可儲存電壓都等于充電電源Vc, 此時再利用電子開關(圖中未示)來做一切換，而使若干并聯(lián)狀態(tài)的能量儲存單元形成串聯(lián)狀態(tài)的第四被設計電路，因此其輸出電壓即為Vo=nVc，以此實施例 可組合出電壓范圍Vc nVc，即為一種設計電壓泵的架構。請參閱圖5所示，其為本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第五實施架構，其中第 三電壓泵電路3是包括有一充電電源V與n個能量儲存組件，能量儲存組件C1=C2=C3=" "-Cn-C，因此每一個能量儲存組件所獲得充電電壓都為V/n,再 使能量儲存組件Cl利用電子開關(圖中未示)切換能量儲存組件Cl 二端連接點 至第五被設計電路31后，假設第五被設計電路31的能量儲存組件C4=2C,基于 電荷分享原理(Charge-sharing),此時Cl將其內(nèi)部儲存電荷與C4分享，因此Cl 和C4的電壓同為(S")V,此時Cl或者是C4都可個別利用電子開關再連接次一 級被設計電路(圖中未示)，進而可推廣至多級電壓泵的效果。請參閱圖6所示，是本發(fā)明高效能電荷泵穩(wěn)壓器的第六實施架構，其是具有 第四電壓泵電路41、第六被設計電路42與第七被設計電路43,不論前述的任一 者(41、 42、 43)的能量儲存組件可任意為并聯(lián)或串聯(lián)組合，且并不受限于數(shù)量 或組件數(shù)值大小，經(jīng)由不同的配置和電子開關切換設計，即可使電壓泵的設計更 具多樣性。請參閱圖7所示，為本發(fā)明在電荷泵電路的前后連接端各設置一穩(wěn)壓電路的 功能方塊圖，其中電荷泵電路52所設置的第一穩(wěn)壓器51與第二穩(wěn)壓器53,為利 用 一般穩(wěn)壓器(Regulator)或者是低壓降損耗穩(wěn)壓器(Low Drop out Voltage Regulator, LDO )所構成，因所述的電路的組成也為現(xiàn)有技術所揭露，故不在此 做一贅述，憑借穩(wěn)壓器連接所述的電荷泵電路52的前后位置，可達到最穩(wěn)定的實 施態(tài)樣。綜上所述，本發(fā)明的結(jié)構特征與各實施例都已詳細揭示，而可充分顯示出本 發(fā)明案在目的與功效上均深富實施的進步性，極具產(chǎn)業(yè)的利用價值，且為目前市 面上前所未見的運用，依專利法的精神所述，本發(fā)明案完全符合發(fā)明專利的要件。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限 制性的。本專業(yè)技術人員理解，在本發(fā)明權利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其 進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于其包括電子開關、能量儲存組件以及直流電源，其中，所述的能量儲存組件與直流電源組成電壓泵電路，所述的能量儲存組件以串、并聯(lián)其中之一方式進行充電動作；所述電子開關切換電壓泵預定數(shù)目的能量儲存組件與被設計電路或電源相連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于所述的 能量儲存組件為一電容器。
3、 根據(jù)權利要求1所述的高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于所述的 電子開關為若干雙極性接面晶體管組合而成。
4、 根據(jù)權利要求1所述的高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于所述的 電子開關為若干金屬氧化半導體場效晶體管組合而成。
5、 根據(jù)權利要求1所述的高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于所述的 電子開關為若干絕緣閘雙極性晶體管組合而成。
6、 根據(jù)權利要求1所述的高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于所述的 電壓泵電路在其前后端都連接至少一個以上的增加穩(wěn)壓效果的穩(wěn)壓電路。
7、 根據(jù)權利要求6所述的高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其特征在于所述的 穩(wěn)壓電路為低壓降損耗穩(wěn)壓器或穩(wěn)壓相關電路的其中之一。
全文摘要
本發(fā)明為一種高效能電荷泵穩(wěn)壓器的架構，其是利用電子開關配合若干個能量儲存組件與一充電電源以形成一電壓泵架構，所述的能量儲存組件可以串、并聯(lián)的任一型態(tài)進行充電動作，電子開關可切換電壓泵預定數(shù)目的能量儲存組件與被設計電路電源相連接，以產(chǎn)生輸出電壓相加或相減的效果，以達預定的電壓輸出，待能量儲存組件的電壓因放電消耗降低后，電子開關會將其切回充電電源處，再進行能量儲存組件的充電工作，待充電后再切回被設計電路，如此周而復始，而設計的架構可有效設計電壓泵的倍率大于一或等于一或小于一，以配合不同電路的設計需要，以達到提高效率的目的。
文檔編號H02M3/07GK101237186SQ200710002490
公開日2008年8月6日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權日2007年1月29日
發(fā)明者張文宗, 段智仁, 陳永霖 申請人:安葳科技股份有限公司