專利名稱：電荷泵式開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電荷泵式的開關電源裝置。
背景技術：
在近年來的攜帶電話、PDA(Personal Digital Assistance)等的小型信息終端裝置中，存在例如用于液晶的背光的LED(Light Emitting Diode)等那樣需要比電池的輸出電壓高的電壓的器件。例如，在這些小型信息終端裝置中，大多使用鋰(Li)離子電池，其輸出電壓通常為3.5V左右，即使在滿充電時其輸出電壓也就為4.2V左右，而LED需要比電池電壓高的電壓作為其驅動電壓。這樣，在需要比電池電壓高的電壓的情況下，使用開關電容器方式等的升壓電路，將電池電壓升壓，獲得用于驅動LED等的負載電路的所需電壓。此外，在這樣的小型信息終端裝置中，有時還需要負電源，這樣的情況下，也使用電荷泵方式的電壓反轉電路獲得所要求的負電壓(專利文獻1)。
特開2001-258241號公報[專利文獻2]特開2005-224060號公報[專利文獻3]特開2005-224059號公報這里，考慮在某一小型信息終端裝置中，同時驅動需要比電池電壓高的電壓的負載電路和需要負電壓的負載電路的情況。這樣的情況下，考慮分別裝載用于對各個負載電路供給電壓的升壓電路和電壓反轉電路的方法。可是，在這種方法中，可能需要分別在升壓電路和電壓反轉電路中設置快速電容器。由于快速電容器的電容量一般較大，所以多數(shù)情況下通過外裝部件而構成，由于將這些電容器設置在每個電源裝置中，所以部件數(shù)增加，與小型信息終端的小型化、低成本的要求相反。

發(fā)明內容
本發(fā)明鑒于這樣的課題而完成，其概括性的目的是，提供通過簡單的電路結構而可輸出多個電壓的開關電源裝置。
本發(fā)明的一個方案涉及開關電源裝置，生成與輸入電壓反極性的第1輸出電壓和作為與輸入電壓反極性的倍電壓的第2輸出電壓，并從第1、第2輸出端子輸出。該開關電源裝置具有快速電容器；連接到第1輸出端子的第1輸出電容器；連接到第2輸出端子的第2輸出電容器；以及控制三個電容器的充電狀態(tài)的驅動電路。驅動電路時間分割并重復第1充電期間、第2充電期間和第3充電期間，并將第1、第2輸出電容器上呈現(xiàn)的電壓分別作為第1、第2輸出電壓而從第1、第2輸出端子輸出，第1充電期間是對快速電容器以輸入電壓進行充電的充電期間，第2充電期間是將快速電容器的高電壓側的端子連接到固定電位端子，并由另一端上呈現(xiàn)的電壓而充電第1輸出電容器的充電期間，第3充電期間是將快速電容器的高電位側的端子連接到第1輸出端子，并由另一端子上呈現(xiàn)的電壓而充電第2輸出電容器的充電期間。
在第1充電期間，快速電容器以輸入電壓Vin被充電。在第2充電期間，第1輸出電容器以輸入電壓Vin的反相電壓被充電，作為第1輸出電壓，生成與輸入電壓反極性的電壓-Vin。在第3充電期間，第2輸出電容器以比第1輸出電容器上呈現(xiàn)的第1輸出電壓(-Vin)低相當于對快速電容器充電低輸入電壓Vin的電壓而被充電，作為第2輸出電壓，生成與輸入電壓反極性的倍電壓-2×Vin。根據(jù)該方案，能夠以快速電容器為一個的簡單結構，由輸入電壓Vin而生成兩個負的輸出電壓(-Vin、-2Vin)。
驅動電路也可以將第1充電期間、第2充電期間、第1充電期間、第3充電期間作為一周期，從而控制三個電容器的充電狀態(tài)。在第2、第3充電期間之前，通過第1充電期間對快速電容器每次進行充電，從而能夠生成穩(wěn)定的輸出電壓。
本發(fā)明的另一方案是，除了第1、第2輸出電壓以外，還生成作為輸入電壓的倍電壓的第3輸出電壓，并從第3輸出端子輸出的開關電源裝置。該開關電源裝置還具有被連接到第3輸出端子的第3輸出電容器。驅動電路是除了第1、第2輸出電容器以外，還控制第3輸出電容器的充電狀態(tài)的驅動電路，在除了從第1至第3充電期間以外還重復第4充電期間，并將第3輸出電容器上呈現(xiàn)的電壓作為第3輸出電壓而從第3輸出端子輸出，第4充電期間是將快速電容器的低電壓側的端子連接到被輸入了輸入電壓的輸入端子，并通過另一端子上呈現(xiàn)的電壓而對第3輸出電容器充電的充電期間。
在第4充電期間，第3輸出電容器以輸入電壓的倍電壓被充電。根據(jù)該方案，能夠在具有一個快速電容器的結構中，合適地生成三個輸出電壓(2×Vin、-Vin、-2Vin)。
驅動電路也可以在進行第2充電期間、第3充電期間、第4充電期間各自中的第1、第2、第3輸出電容器的充電前，進行第1充電期間中的快速電容器的充電。在第2、第3、第4充電期間之前，通過第1充電期間而對快速電容器都進行充電，能夠生成穩(wěn)定的輸出電壓。
本發(fā)明的再一其他方案也涉及開關電源裝置，該開關電源裝置生成與輸入電壓反極性的第1輸出電壓和作為與輸入電壓反極性的倍電壓的第2輸出電壓，并從第1、第2輸出端子輸出。該開關電源裝置具有快速電容器；設置在第1輸出端子和固定電位端子間的第1輸出電容器；設置在第2輸出端子和固定電位端子間的第2輸出電容器；設置在快速電容器的一端和輸入端子間的第1開關；設置在快速電容器的一端和固定電壓端子間的第2開關；設置在快速電容器的一端和第1輸出端子間的第3開關；設置在快速電容器的另一端和固定電位端子間的第4開關；設置在快速電容器的另一端和第1輸出端子間的第5開關；設置在快速電容器的另一端和第2輸出端子間的第6開關；以及控制第1至第6開關的導通/截止狀態(tài)的控制部分。
根據(jù)該方案，能夠以快速電容器為一個的簡單的結構，由輸入電壓Vin而生成兩個負的輸出電壓(-Vin、-2Vin)。
控制部分也可以時分重復第1充電期間、第2充電期間和第3充電期間，第1充電期間是使第1開關和第4開關導通，從而對快速電容器以輸入電壓充電的充電期間，第2充電期間是使第2開關和第5開關導通，從而對第1輸出電容器以與輸入電壓反極性的電壓進行充電的充電期間，第3充電期間是使第3開關和第6開關導通，從而對第2輸出電容器以與輸入電壓反極性的倍電壓進行充電的充電期間。
本發(fā)明的再一其他方案是驅動電路。該驅動電路是驅動上述開關電源裝置的驅動電路，具有從第1開關至第6開關和控制它們的導通/截止狀態(tài)的控制部分，并被一體集成在一個半導體襯底上。
根據(jù)該方案，通過在驅動電路中連接快速電容器以及多個輸出電容器，能夠以簡單的結構而生成不同的多個輸出電壓。
本發(fā)明的再一其他方案也是開關電源裝置。該開關電源裝置是除了上述第1、第2輸出電壓以外，還生成作為輸入電壓的倍電壓的第3輸出電壓，并從第3輸出端子輸出的開關電源裝置，還具有連接到第3輸出端子的第3輸出電容器；設置在快速電容器的另一端和輸入端子間的第7開關；以及設置在快速電容器的一端和第3輸出端子間的第8開關。控制部分還控制第7、第8開關的導通/截止狀態(tài)。
根據(jù)該方案，能夠在具有一個快速電容器的結構中，合適地生成三個輸出電壓(2×Vin、-Vin、-2Vin)。
控制部分也可以時分重復第1充電期間、第2充電期間、第3充電期間和第4充電期間，第1充電期間是使第1開關和第4開關導通，從而對快速電容器以輸入電壓進行充電的充電期間，第2充電期間是使第2開關和第5開關導通，從而對第1輸出電容器以與輸入電壓反極性的電壓進行充電的充電期間，第3充電期間是使第3開關和第6開關導通，從而對第2輸出電容器以與輸入電壓反極性的倍電壓進行充電的充電期間，第4充電期間是使第7開關和第8開關導通，從而對第3輸出電容器以輸入電壓的倍電壓進行充電的充電期間。
本發(fā)明的再一其他方案是驅動上述開關電源裝置的驅動電路。該驅動電路具有第1開關至第8開關和控制部分，被一體集成在一個半導體襯底上。
根據(jù)該方案，通過在驅動電路中連接快速電容器及多個輸出電容器，能夠以簡單的結構而生成多個輸出電壓。
本發(fā)明的再一其他方案涉及開關電源裝置，該開關電源裝置根據(jù)輸入端子上所輸入的輸入電壓，生成相互不同的第1～第n輸出電壓(n為2以上的整數(shù))，并分別從第1～第n輸出端子輸出。該開關電源裝置具有通過輸入電壓而被充電的快速電容器；對第1～第n輸出端子的各輸出端子上所設置的第1～第n輸出電容器；快速電容器和第1～第n輸出電容器的充電路徑上所設置的多個開關；以及通過控制多個開關的導通/截止狀態(tài)，從而控制快速電容器和n個輸出電容器的充電狀態(tài)的控制部分。在將輸入電壓、接地電壓、第i輸出電容器(i為滿足1≤i≤n的整數(shù))上呈現(xiàn)的第i輸出電壓的其中任何一個作為基準電壓時，第j輸出電容器(j為滿足1≤j≤n，并且i≠j的整數(shù))上呈現(xiàn)的第j輸出電壓是將輸入電壓與基準電壓相加或相減所得的電壓，控制部分在第j輸出電容器的充電狀態(tài)下，在與基準電壓相加的情況下，將設置在快速電容器的高電位側的端子和第j輸出端子間的開關、以及設置在快速電容器的低電壓側的端子和呈現(xiàn)了基準電壓的端子間的開關導通，在與基準電壓相減的情況下，將設置在快速電容器的低電位側的端子和第j輸出端子間的開關、以及設置在快速電容器的高電壓側的端子和呈現(xiàn)了基準電壓的端子間的開關導通。
根據(jù)該方案，能夠以具有一個快速電容器和各輸出端子的輸出電容器的簡單結構，生成輸入電壓、輸入電壓的反相電壓、它們的組合電壓。
輸入端子也可以包括被輸入了第1輸入電壓、第2輸入電壓的第1、第2輸入端子?？焖匐娙萜魍ㄟ^第1輸入電壓而被充電，在將第1、第2輸入電壓、接地電壓、第i輸出電壓的其中任何一個作為基準電壓時，第j輸出電壓也可以是在基準電壓上相加或相減第1輸入電壓所得的電壓。
本發(fā)明的再一其他方案是驅動上述開關電源裝置的驅動電路，該驅動電路具有多個開關和控制多個開關的導通/截止狀態(tài)的控制部分，被一體集成在一個半導體襯底上。
本發(fā)明的再一其他方案是電子設備。該電子設備具有上述任何一個方案的開關電源裝置；以及由開關電源裝置的輸出電壓驅動的多個負載。
能夠以簡單的結構驅動需要多個驅動電壓的負載電路，能夠實現(xiàn)電子設備的小型化、低成本。
應該指出，上述結構部件等的任意的組合或重新配置是有效的并被本發(fā)明實施方式所包含。
另外，本發(fā)明的綜述并未論述全部特征，以致本發(fā)明還具有這些已論述特征的子組合。


通過參照下面示例性而非限定地示出的附圖進行的描述，將論述本發(fā)明的實施方式，其中，在這些附圖中相同的部件附加相同的標號。
圖1是表示第1實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。
圖2是表示圖1的開關電源裝置的驅動電路的結構的電路圖。
圖3是表示圖1的開關電源裝置的各端子的電壓波形的時序圖。
圖4是表示第2實施方式的開關電源裝置的結構的電路圖。
圖5是表示圖4的開關電源裝置的各端子的電壓波形的時序圖。
圖6是表示圖4的開關電源裝置的變形例的電路圖。
圖7是表示裝載了圖4的開關電源裝置的電子設備的結構的方框圖。
具體實施例方式
以下，基于不限定本發(fā)明的范圍而例示本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，論述本發(fā)明。實施方式中所有的特征及其組合，對于本發(fā)明來說，都不是必需的。
(第1實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的開關電源裝置100的結構的電路圖。該開關電源裝置100具有輸入端子102、第1輸出端子104、第2輸出端子106，從第1輸出端子104輸出與對輸入端子102所施加的輸入電壓Vin反極性的第1輸出電壓Vout1(＝-Vin)，并從第2輸出端子106輸出與作為輸入電壓Vin反極性的倍電壓的第2輸出電壓Vout2(＝-2×Vin)。
該開關電源裝置100具有快速電容器Cf、第1開關SW1～第6開關SW6、第1輸出電容器Co1、第2輸出電容器Co2、控制第1開關SW1～第6開關SW6的導通/截止狀態(tài)的控制部分10。
第1輸出電容器Co1被設置在第1輸出端子104和電位被固定的接地端子110之間，對連接到第1輸出端子104的負載電路供給電荷。同樣地，第2輸出電容器Co2被設置在第2輸出端子106和接地端子110之間，對連接到第2輸出端子106的負載電路供給電荷。
快速電容器Cf通過輸入端子102上所施加的輸入電壓Vin而被充電并臨時地存積電荷，對第1輸出電容器Co1或第2輸出電容器Co2傳送電荷。為了區(qū)別快速電容器Cf的兩個電極，設其一端為20，另一端為22，并設在一端20上呈現(xiàn)的電壓為Vx，在另一端22上呈現(xiàn)的電壓為Vy。
第1開關SW1～第6開關SW6被分別設置在快速電容器Cf、第1輸出電容器Co1、第2輸出電容器Co2和接地端子110間，切換各電容器的充放電的狀態(tài)。這些第1開關SW1～第6開關SW6可以由MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)等的晶體管構成，可以通過MOSFET的柵極端子上所施加的電壓而控制其導通/截止狀態(tài)。
第1開關SW1被設置在快速電容器Cf的一端20和被施加了輸入電壓Vin的輸入端子102間。第2開關SW2被設置在快速電容器Cf的一端20和作為固定電壓端子的接地端子110間。第3開關SW3被設置在快速電容器Cf的一端20和第1輸出端子104間。
第4開關SW4被設置在快速電容器Cf的另一端22和接地端子110間。第5開關SW5被設置在快速電容器Cf的另一端22和第1輸出端子104間。第6開關SW6被設置在快速電容器Cf的另一端22和第2輸出端子106間。
控制部分10控制第1開關SW1～第6開關SW6的導通/截止狀態(tài)，以重復以下的第1充電期間φ1～第3充電期間φ3。
(第1充電期間φ1)在第1開關SW1和第4開關SW4導通時，快速電容器Cf的另一端22被接地，一端20上被施加輸入電壓Vin，從而以輸入電壓Vin被充電。在快速電容器Cf被充電的狀態(tài)下，一端20和另一端22的電位差ΔV與輸入電壓Vin相等，Vx＝Vy+ΔV＝Vy+Vin成立。設使第1開關SW1和第4開關SW4導通，并對快速電容器Cf以輸入電壓Vin進行充電的期間為第1充電期間φ1。
(第2充電期間φ2)第2開關SW2導通時，快速電容器Cf的一端20與接地端子110連接，其電壓Vx與接地電壓0V相等。其結果，快速電容器Cf的另一端22的電壓為Vy＝Vx-ΔV＝-Vin，呈現(xiàn)輸入電壓Vin的反相電壓。
此時，通過同時導通第5開關SW5，快速電容器Cf的另一端22與第1輸出端子104連接，在第1輸出端子104和接地端子間所連接的第1輸出電容器Co1以電壓Vy被充電。其結果，作為第1輸出電壓Vout1，從第1輸出端子104輸出與快速電容器Cf的另一端22的電壓Vy相等的電壓，即與輸入電壓Vin反極性的電壓-Vin。
設使第2開關SW2和第5開關SW5導通，并對第1輸出電容器Co1以電壓Vy進行充電的期間為第2充電期間φ2。
(第3充電期間φ3)第3開關SW3導通時，快速電容器Cf的一端20與第1輸出端子104連接，其電壓Vx與第1輸出電壓Vout1相等。在快速電容器Cf以輸入電壓Vin被充電時，Vy＝Vout1-Vin成立，此外生成第1輸出電壓Vout1，以使Vout1＝-Vin成立。因此，快速電容器Cf的另一端22的電壓為Vy＝-Vin-Vin＝-2×Vin，成為與輸入電壓Vin反極性的倍電壓。
此時，通過同時使第6開關SW6導通，快速電容器Cf的另一端22與第2輸出端子106連接，在第2輸出端子106和接地端子間所設置的第2輸出電容器Co2以電壓Vy被充電。其結果，作為第2輸出電壓Vout2，從第2輸出端子106輸出與輸入電壓Vin反極性的倍電壓(-2×Vin)。
設使第3開關SW3和第6開關SW6導通，并對第2輸出電容器Co2以電壓Vy進行充電的期間為第3充電期間φ3。
圖2是表示圖1的開關電源裝置100的驅動電路200的結構的電路圖。該驅動電路200優(yōu)選是將圖1的第1開關SW1～第6開關SW6和控制部分10作為一體集成的功能IC而構成。
驅動電路200的輸入端子202與圖1的輸入端子102連接，被施加輸入電壓Vin。端子212、214與圖1的快速電容器Cf的一端20、另一端22連接。此外，端子210連接到電位被固定的接地電位。驅動電路200的輸出端子204與圖1的第1輸出端子104連接，并被連接第1輸出電容器Co1。驅動電路200的輸出端子206與圖1的第2輸出端子106連接，并被連接第2輸出電容器Co2?？刂撇糠?0通過未圖示的布線，與第1開關SW1～第6開關SW6連接，控制各個開關的導通/截止狀態(tài)。
根據(jù)圖3來說明以上那樣構成的第1實施方式的開關電源裝置100的動作。圖3是表示圖1的開關電源裝置100的各端子的電壓波形的時序圖。在本說明書中，時序圖的縱軸和橫軸為了容易理解而進行了適當放大、縮小，所示的各波形也為了容易理解而被簡化。
控制部分10切換第1充電期間φ1、第2充電期間φ2、第3充電期間φ3，第1充電期間φ1是使第1開關SW1和第4開關SW4同時導通，從而對快速電容器Cf充電的充電期間，第2充電期間φ2是使第2開關SW2和第5開關SW5導通，從而對第1輸出電容器Co1充電的充電期間，第3充電期間φ3是使第3開關SW3和第6開關SW6導通，從而對第2輸出電容器Co2充電的充電期間。
如圖3所示，在對輸出電容器充電的第2充電期間φ2和第3充電期間φ3之間，被插入對快速電容器Cf充電的第1充電期間φ1。為了說明，以從第3充電期間φ3向第2充電期間φ2移動的中途的第1充電期間為φ1、相反地從第2充電期間φ2向第3充電期間φ3移動的中途的第1充電期間為φ1’來區(qū)別。
在第1充電期間φ1中，第1開關SW1和第4開關SW4導通。其結果，快速電容器Cf的一端20的電壓為Vx＝Vin，另一端22的電壓為Vy＝0。此時，快速電容器Cf以輸入電壓Vin被充電，電荷被積存。
接著，由控制部分10切換到第2充電期間φ2。在第2充電期間φ2中，由于第2開關SW2導通，所以快速電容器Cf的一端20的電壓Vx＝0V。在之前的第1充電期間φ1中快速電容器Cf以輸入電壓Vin被充電，所以快速電容器Cf的另一端22的電壓Vy變成Vy＝0-Vin＝-Vin。在第2充電期間φ2，第5開關SW5也導通，所以第1輸出電容器Co1以電壓Vy被充電。
接著，再次變成第1充電期間φ1’，第1開關SW1和第4開關SW4導通，對快速電容器Cf的兩端的電壓通過輸入電壓Vin進行再充電。
接著，變成第3充電期間φ3，第3開關SW3導通，從而快速電容器Cf的一端20被連接到第1輸出端子104，Vx＝-Vin。在之前的第1充電期間φ1’中快速電容器Cf以輸入電壓Vin被充電，所以另一端22的電壓Vy變成Vy＝-Vx-Vin＝-2×Vin。此時，第6開關SW6也導通，所以第2輸出電容器Co2通過快速電容器Cf的另一端22的電壓Vy＝-Vin而被充電。
這樣，通過重復三個充電期間φ1、φ2、φ1’、φ3，第1輸出電容器Co1和第2輸出電容器Co2分別以-Vin和-Vin被充電。
在第1輸出端子104上，第1輸出電容器Co1的電壓作為第1輸出電壓Vout1而呈現(xiàn)。第1輸出電容器Co1在第2充電期間φ2被充電，在第1、第3充電期間φ1、φ3通過第2輸出端子106上所連接的負載電路中流過電流而放電。因此，如圖3所示，第1輸出電壓Vout1在第2充電期間φ2下降至-Vin后，在φ1’、φ3、φ1的期間通過負載電路中流過電流而緩慢地上升。
同樣，在第2輸出端子106上，第2輸出電容器Co2的電壓作為第2輸出電壓Vout2而呈現(xiàn)。第2輸出電容器Co2在第3充電期間φ3被充電，在第1、第2充電期間φ1、φ2通過負載電路中流過電流而放電。因此，如圖3所示，第2輸出電壓Vout2在第3充電期間φ3中下降至-2×Vin后，在φ1、φ2、φ1’的期間通過負載電路中流過電流而緩慢地上升。
這樣，根據(jù)本實施方式的開關電源裝置100，能夠通過簡單的電路結構，由輸入端子102上所施加的輸入電壓Vin，生成反相電壓和2倍反相電壓并分別從第1輸出端子104、第2輸出端子106同時輸出。
在該開關電源裝置100，通過為了生成兩個輸出電壓而時分使用快速電容器Cf，與使用了分別生成反相電壓和2倍反相電壓的兩個電荷泵電路的情況相比，能夠減少一個電容器。而且，由于控制部分10也共用使用，所以能夠進行電路的簡化。
在第1輸出端子104和第2輸出端子106上所連接的負載電路中流過的負載電流小的情況下，由于輸出電壓Vout1、Vout2的下降少，所以在圖2所示的時序圖中，也可以省略第1充電期間φ1或φ1’。而且，第1充電期間φ1～第3充電期間φ3的順序也可以根據(jù)負載的驅動狀態(tài)而變更。
此外，在圖3中，說明了有關從第1輸出端子104輸出反相電壓，同時從第2輸出端子106輸出2倍反相電壓的情況，但也可以僅輸出其中任何一個。例如，在只需要反相電壓的情況下，重復第1充電期間φ和第2充電期間即可。同樣，在只需要2倍反相電壓的情況下，交替重復第1充電期間φ1和第3充電期間φ3即可。
(第2實施方式)第2實施方式的開關電源裝置除了第1實施方式的開關電源裝置100的第1輸出電壓Vout1、第2輸出電壓Vout2以外，還具有輸出第3輸出電壓Vout3的功能。第3輸出電壓Vout3是輸入電壓Vin的倍電壓(＝2×Vin)。
圖4是表示第2實施方式的開關電源裝置100a的結構的電路圖。在以下的附圖中，對已經(jīng)出現(xiàn)的結構元件、相同或同等的結構元件附加相同的標號，并省略相應的說明。
開關電源裝置100a除了圖1的開關電源裝置100以外，還具有第3輸出電容器Co3、第7開關SW7、第8開關SW8。此外，在第2實施方式中，圖2的驅動電路附加第7開關SW7、第8開關SW8并被一體集成。第2實施方式的驅動電路除了第1輸出電容器Co1、第2輸出電容器Co2以外，還控制第3輸出電容器Co3的充電狀態(tài)。
第7開關SW7被設置在快速電容器Cf的另一端22和輸入端子102間。第8開關SW8被設置在快速電容器Cf的一端20和第3輸出端子108間。
將第7開關SW7導通時，快速電容器Cf的另一端22與輸入端子102連接，其電壓Vy與輸入電壓Vin相等，快速電容器Cf的一端20的電壓為Vx＝Vy+ΔV＝Vin+ΔV?？焖匐娙萜鰿f在以輸入電壓Vin被充電的狀態(tài)(ΔV＝Vin)下，Vx＝2×Vin。
此時，通過同時將第8開關SW8導通，快速電容器Cf的一端20與第3輸出端子108連接，第3輸出端子108和接地端子間所連接的第3輸出電容器Co3以電壓Vx、即輸入電壓Vin的倍電壓2×Vin被充電。設將第7開關SW7和第8開關SW8導通，并對第3輸出電容器Co3以輸入電壓的倍電壓進行充電的期間作為第4充電期間φ4。
在本實施方式的開關電源裝置100a中，控制部分10a通過重復實行第1充電期間φ1～第4充電期間φ4，控制第1輸出電容器Co1～第3輸出電容器Co3和快速電容器Cf的充電狀態(tài)。即，控制部分10a控制第1開關SW1～第8開關SW8的導通/截止狀態(tài)。再有，第1充電期間φ1～第3充電期間φ3為止的動作與第1實施方式相同。
下面根據(jù)圖5來說明以上那樣構成的第2實施方式的開關電源裝置100a的動作。圖5是表示圖4的開關電源裝置100a的各端子的電壓波形的時序圖。
控制部分10以規(guī)定的模式重復第1充電期間φ1、第2充電期間φ2、第3充電期間φ3、第4充電期間φ4，第1充電期間φ1是將第1開關SW1和第4開關SW4同時導通從而對快速電容器Cf充電的充電期間，第2充電期間φ2是將第2開關SW2和第5開關SW5導通從而對第1輸出電容器Co1充電的充電期間，第3充電期間φ3是將第3開關SW3和第6開關SW6導通從而對第2輸出電容器Co2充電的充電期間，第4充電期間φ4是將第7開關SW7和第8開關SW8導通從而對第3輸出電容器Co3充電的充電期間。
如圖5所示，在對輸出電容器充電的第2充電期間φ2和第3充電期間φ3及第4充電期間φ4之間，插入對快速電容器Cf充電的第1充電期間φ1。將從第3充電期間φ3向第4充電期間φ4移動的中途的第1充電期間設為φ1”。
第1充電期間φ1～第3充電期間φ3為止的動作與圖3所示的第1實施方式時相同。第3充電期間φ3后，在第1充電期間φ1”中，將快速電容器Cf以輸入電壓Vin進行再充電。接著在第4充電期間φ4中，將第3輸出電容器Co3以輸入電壓Vin的倍電壓2×Vin進行充電。
在第3輸出端子108上，第3輸出電容器Co3的電壓作為第3輸出電壓Vout3而呈現(xiàn)。第3輸出電容器Co3在第4充電期間φ4被充電，在第1～第3充電期間φ1～φ3通過負載電路中流過電流而放電。因此，如圖5所示，第3輸出電壓Vout3在第4充電期間φ4中上升至2×Vin后，接著在φ1、φ2、φ1’、φ3、φ1”的期間通過負載電路中流過電流而緩慢地下降。
這樣，根據(jù)本實施方式的開關電源裝置100a，能夠由通過簡單的電路結構而對輸入端子102所施加的輸入電壓Vin，生成反相電壓、2倍反相電壓及倍電壓，并分別從第1輸出端子104、第2輸出端子106、第3輸出端子108同時輸出。
圖6是表示圖4的開關電源裝置100a的變形例的電路圖。圖6的開關電源裝置100b具有獨立的兩個輸入端子102a、102b。以下，將它們分別稱為第1輸入端子102a、第2輸入端子102b，將輸入到它們上的電壓稱為第1輸入電壓Vin1、第2輸入電壓Vin。
圖6的開關電源裝置100b的第1開關SW1被設置在快速電容器Cf的一端20和第1輸入端子102a之間，第7開關SW7被設置在快速電容器Cf的另一端22和第2輸入端子102b之間。其他的電路結構和控制部分10的控制與圖4的開關電源裝置100a相同。
根據(jù)圖6的開關電源裝置100b，可以從第3輸出端子108輸出第1輸入電壓Vin1和第2輸入電壓Vin2的和電壓Vin1+Vin2作為第3輸出電壓Vout3。此外，能夠從第1輸出端子104輸出第1輸入電壓Vin1的反相電壓，從第2輸出端子106輸出第1輸入電壓Vin1的2倍反相電壓。
上述幾個實施方式的開關電源裝置，能夠作為以下的技術思想1來掌握。
(技術思想1)(a)開關電源裝置根據(jù)輸入端子上所輸入的輸入電壓，生成相互不同的第1～第n輸出電壓(n為2以上的整數(shù))，并從第1～第n輸出端子分別輸出。
(b)該開關電源裝置具有通過輸入電壓而被充電的快速電容器；第1～第n輸出端子的每個輸出端子上所設置的第1～第n輸出電容器；快速電容器和第1～第n輸出電容器的充電路徑上所設置的多個開關；以及通過控制多個開關的導通/截止狀態(tài)，從而控制快速電容器和n個輸出電容器的充電狀態(tài)的控制部分。
(c)在以輸入電壓、接地電壓、第i輸出電容器(i為滿足1≤i≤n的整數(shù))上呈現(xiàn)的第i輸出電壓的其中任何一個作為基準電壓時，第j輸出電容器(j為滿足1≤j≤n，且i≠j的整數(shù))上呈現(xiàn)的第j輸出電壓是(1)輸入電壓與基準電壓相加的電壓，或(2)從基準電壓中減去輸入電壓的電壓。
(d)控制部分在第j輸出電容器的充電狀態(tài)中進行以下控制。
(d-1)在基準電壓上相加輸入電壓的情況將設置在快速電容器的高電位側的端子和第j輸出端子間的開關、以及設置在快速電容器的低電壓側的端子和呈現(xiàn)基準電壓的端子間的開關導通。
(d-2)從基準電壓中減去輸入電壓的情況將設置在快速電容器的低電位側的端子和第j輸出端子間的開關、以及設置在快速電容器的高電壓側的端子和呈現(xiàn)基準電壓的端子間的開關導通。
該開關電源裝置以規(guī)定的模式通過時分而重復對快速電容器和從第1至第n輸出電容器進行充電的狀態(tài)。再有，不一定對全部的輸出電容器進行充電，重復進行在需要輸出電壓的端子上所連接的輸出電容器的充電和快速電容器的充電即可。
第1實施方式對應于這種技術思想的n＝2的情況。第1輸出端子104上呈現(xiàn)的第1輸出電壓Vout1(j＝1)是將接地電壓作為基準電壓，從而減去輸入電壓Vin所得的電壓?？刂撇糠?0在對第1輸出電容器Co1充電時，使設置在快速電容器Cf的低電位側的端子22和第1輸出端子104間的第5開關SW5、以及設置在快速電容器Cf的高電壓側的端子20和呈現(xiàn)作為基準電壓的接地電壓的接地端子110間的第2開關SW2導通。
而第2輸出端子106上呈現(xiàn)的第2輸出電壓Vout2(j＝2)是以第1輸出電壓Vout1(i＝1)作為基準電壓，從而減去輸入電壓Vin所得的電壓?？刂撇糠?0在對第2輸出電容器Co2(j＝2)充電時，使設置在快速電容器Cf的低電位側的端子22和第2輸出端子106間的第6開關SW6、以及設置在快速電容器Cf的高電壓側的端子20和呈現(xiàn)作為基準電壓的第1輸出電壓Vout1的第1輸出端子104間的第3開關SW3導通。
第2實施方式對應于這種技術思想的n＝3的情況。第3輸出端子108上呈現(xiàn)的輸出第3電壓Vout3(j＝3)是以輸入電壓Vin作為基準電壓，從而相加輸入電壓Vin所得的電壓?？刂撇糠?0在對第3輸出電容器Co3(j＝3)充電時，使設置在快速電容器Cf的高電壓側的端子20和第3輸出端子108間的第8開關SW8、以及設置在快速電容器Cf的低電位側的端子22和呈現(xiàn)作為基準電壓的輸入電壓Vin的輸入端子102間的第7開關SW7導通。
根據(jù)這種技術思想，能夠以一個快速電容器、各輸出的輸出電容器這樣少的部件數(shù)，生成作為輸入電壓的整數(shù)倍的多個不同的電壓。例如，可生成并輸出3倍電壓、4倍電壓，也可生成-3倍、-4倍電壓等。此外，作為輸出電壓的個數(shù)，也可以擴展為4個、5個。
此外，將這種技術思想擴展到多個輸入電壓時如以下那樣。
(技術思想2)(e)輸入端子包括被輸入第1輸入電壓、第2輸入電壓的第1、第2輸入端子。
(f)快速電容器通過第1輸入電壓而被充電。
(g)在將第1、第2輸入電壓、接地電壓、第i輸出電壓的其中任何一個作為基準電壓時，第j輸出電壓是(1)在基準電壓上相加第1輸入電壓所得的電壓，或(2)從基準電壓中減去第1輸入電壓所得的電壓。
根據(jù)這種擴展的技術思想，可生成將兩個輸入電壓組合所得的不同的電壓。圖6的開關電源裝置100b是對應于所擴展的技術思想的裝置。技術思想1在技術思想2中，可與第1輸入電壓和第2輸入電壓相等的情況來掌握。
最后，說明有關實施方式的開關電源裝置的用途。實施方式的開關電源裝置例如能夠適當?shù)赜糜陔姵仳寗有偷臄y帶電話終端或PDA等的電子設備。圖7是表示裝載了圖4的開關電源裝置100a的電子設備的結構的方框圖。
電子設備1000具有電池1010、開關電源裝置100a、第1負載1030、第2負載1040。開關電源裝置100a將從電池1010輸出的電池電壓Vbat變換為第1輸出電壓Vout1(＝-Vbat)、第2輸出電壓Vout2(-2×Vbat)、第3輸出電壓Vout3(＝2×Vbat)并輸出。第1負載1030、第2負載1040都在正負電源下進行動作。
第1負載1030是由±6～8V左右的正負電源驅動的負載。第1負載1030的正電源端子+與開關電源裝置100a的第3輸出端子108連接，被供給第3輸出電壓Vout3(＝2Vbat)。而第1負載1030的負電源端子-與開關電源裝置100a的第2輸出端子106連接，被供給第2輸出電壓Vout2(＝-2Vbat)。
第2負載1040是由±3～4V左右的正負電源驅動的負載。第2負載1040的正電源端子+與電池1010連接，被供給電池電壓Vbat。而第2負載1040的負電源端子-與開關電源裝置100a的第1輸出端子104連接，被供給第1輸出電壓Vout1(＝-Vbat)。
這樣，實施方式的開關電源裝置100在電池驅動型的電子設備中，能夠適當?shù)仳寗有枰娫础⒇撾娫椿蛩鼈儍煞降呢撦d。開關電源裝置100的部件數(shù)少，只有快速電容器、輸出電容器、驅動電路，專有面積小，所以能夠有助于電子設備1000的小型化。
上述實施方式是例示，本技術領域人員應該理解，在這些各構成元素或各處理過程的組合上可有各種各樣的變形例，而這些變形例也在本發(fā)明的范圍內。
在實施方式中，構成開關電源裝置100的元件可以被全部一體集成，也可以分成不同的集成電路而構成，而且還可以由分立部件構成其一部分。將哪些部分集成化，根據(jù)成本或占有面積、用途等來決定就可以。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式用特定術語(specific terms)論述時，這種論述僅用于說明目的，顯然在不脫離本發(fā)明的精神或權利要求的范圍內，可以進行變更和變化。
權利要求
1.一種開關電源裝置，生成與輸入電壓反極性的第1輸出電壓和作為與所述輸入電壓反極性的倍電壓的第2輸出電壓，并從第1、第2輸出端子輸出，其特征在于，該開關電源裝置包括快速電容器；連接到所述第1輸出端子的第1輸出電容器；連接到所述第2輸出端子的第2輸出電容器；以及控制這三個電容器的充電狀態(tài)的驅動電路，所述驅動電路時分重復第1充電期間、第2充電期間以及第3充電期間第1充電期間是以所述輸入電壓充電所述快速電容器的充電期間，第2充電期間是將所述快速電容器的高電位側的端子連接到固定電位端子，并通過另一端上呈現(xiàn)的電壓充電所述第1輸出電容器的充電期間，第3充電期間是將所述快速電容器的高電位側的端子連接到所述第1輸出端子，并通過另一端上呈現(xiàn)的電壓充電所述第2輸出電容器的充電期間，將所述第1、第2輸出電容器上呈現(xiàn)的電壓分別作為所述第1、第2輸出電壓，從所述第1、第2輸出端子輸出。
2.如權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于，所述驅動電路將所述第1充電期間、第2充電期間、第1充電期間、第3充電期間作為一周期，控制所述三個電容器的充電狀態(tài)。
3.一種開關電源裝置，是還生成作為所述輸入電壓的倍電壓的第3輸出電壓，并從第3輸出端子輸出的權利要求1所述的開關電源裝置，其特征在于，該開關電源裝置還包括連接到所述第3輸出端子的第3輸出電容器，所述驅動電路除了所述第1、第2輸出電容器以外，還控制所述第3輸出電容器的充電狀態(tài)，將所述快速電容器的低電壓側的端子連接到被輸入了所述輸入電壓的輸入端子，并在除了從所述第1至第3充電期間以外還重復由另一端上呈現(xiàn)的電壓而充電所述第3輸出電容器的第4充電期間，將所述第3輸出電容器上呈現(xiàn)的電壓作為所述第3輸出電壓，并從所述第3輸出端子輸出。
4.如權利要求3所述的開關電源裝置，其特征在于，所述驅動電路在進行所述第2充電期間、所述第3充電期間、所述第4充電期間各自期間中的所述第1、第2、第3輸出電容器的充電前，進行所述第1充電期間中的所述快速電容器的充電。
5.一種開關電源裝置，生成與輸入電壓反極性的第1輸出電壓和作為與所述輸入電壓反極性的倍電壓的第2輸出電壓，并從第1、第2輸出端子輸出，其特征在于，該開關電源裝置包括快速電容器；設置在所述第1輸出端子和固定電位端子間的第1輸出電容器；設置在所述第2輸出端子和固定電位端子間的第2輸出電容器；設置在所述快速電容器的一端和所述輸入端子間的第1開關；設置在所述快速電容器的所述一端和固定電位端子間的第2開關；設置在所述快速電容器的所述一端和所述第1輸出端子間的第3開關；設置在所述快速電容器的另一端和固定電位端子間的第4開關；設置在所述快速電容器的所述另一端和所述第1輸出端子間的第5開關；設置在所述快速電容器的所述另一端和所述第2輸出端子間的第6開關；以及控制從所述第1至第6開關的導通/截止狀態(tài)的控制部分。
6.如權利要求5所述的開關電源裝置，其特征在于，所述控制部分通過時分而重復第1充電期間、第2充電期間以及第3充電期間，第1充電期間是將所述第1開關和所述第4開關導通，從而以所述輸入電壓充電所述快速電容器的充電期間，第2充電期間是將所述第2開關和所述第5開關導通，從而以與所述輸入電壓反極性的電壓而充電所述第1輸出電容器的充電期間，第3充電期間是將所述第3開關和所述第6開關導通，從而以與所述輸入電壓反極性的倍電壓而充電所述第2輸出電容器的充電期間。
7.一種驅動電路，驅動權利要求5所述的開關電源裝置，其特征在于，該驅動電路具有所述第1開關至第6開關及所述控制部分，被一體集成在一個半導體襯底上。
8.一種開關電源裝置，是還生成作為所述輸入電壓的倍電壓的第3輸出電壓，并從第3輸出端子輸出的權利要求5所述的開關電源裝置，其特征在于，該開關電源裝置還具有連接到所述第3輸出端子的第3輸出電容器；設置在所述快速電容器的所述另一端和所述輸入端子間的第7開關；以及設置在所述快速電容器的所述一端和所述第3輸出端子間的第8開關，所述控制部分還控制所述第7、第8開關的導通/截止狀態(tài)。
9.如權利要求8所述的開關電源裝置，其特征在于，所述控制部分通過時分而重復第1充電期間、第2充電期間、第3充電期間和第4充電期間，第1充電期間是將所述第1開關和所述第4開關導通，從而以所述輸入電壓充電所述快速電容器的充電期間，第2充電期間是將所述第2開關和所述第5開關導通，從而以與所述輸入電壓反極性的電壓而充電所述第1輸出電容器的充電期間，第3充電期間是將所述第3開關和所述第6開關導通，從而以與所述輸入電壓反極性的倍電壓而充電所述第2輸出電容器的充電期間，第4充電期間是將所述第7開關和所述第8開關導通，從而以所述輸入電壓的倍電壓充電所述第3輸出電容器的充電期間。
10.一種驅動電路，驅動權利要求8所述的開關電源裝置，其特征在于，具有所述第1開關至第8開關和所述控制部分，被一體集成在一個半導體襯底上。
11.一種開關電源裝置，根據(jù)對輸入端子所輸入的輸入電壓，生成相互不同的第1～第n輸出電壓(n為2以上的整數(shù))，并從第1～第n輸出端子分別輸出，其特征在于，該開關電源裝置包括通過所述輸入電壓而被充電的快速電容器；對所述第1～第n輸出端子的各端子所設置的第1～第n輸出電容器；在所述快速電容器和所述第1～第n輸出電容器的充電路徑上設置的多個開關；以及通過控制所述多個開關的導通/截止狀態(tài)，從而控制快速電容器和n個輸出電容器的充電狀態(tài)的控制部分，在將所述輸入電壓、接地電壓、第i輸出電容器(i為滿足1≤i≤n的整數(shù))上呈現(xiàn)的第i輸出電壓的其中任何一個作為基準電壓時，第j輸出電容器(j為滿足1≤j≤n，并且i≠j的整數(shù))上呈現(xiàn)的第j輸出電壓是在所述基準電壓上相加所述輸入電壓、或相減所述輸入電壓所得的電壓，所述控制部分在所述第j輸出電容器的充電狀態(tài)下，在與所述基準電壓相加的情況下，使被設置在所述快速電容器的高電位側的端子和所述第j輸出端子間的開關、以及被設置在所述快速電容器的低電壓側的端子和呈現(xiàn)所述基準電壓的端子間的開關導通，在與所述基準電壓相減的情況下，使被設置在所述快速電容器的低電位側的端子和所述第j輸出端子間的開關、以及被設置在所述快速電容器的高電壓側的端子和呈現(xiàn)所述基準電壓的端子間的開關導通。
12.如權利要求11所述的開關電源裝置，其特征在于，所述輸入端子包括被輸入第1輸入電壓、第2輸入電壓的第1、第2輸入端子，所述快速電容器通過所述第1輸入電壓而被充電，在將所述第1、第2輸入電壓、接地電壓、所述第i輸出電壓的其中任何一個作為基準電壓時，所述第j輸出電壓是將所述第1輸入電壓與所述基準電壓相加或相減所得的電壓。
13.一種驅動電路，是驅動權利要求11或12所述的開關電源裝置的驅動電路，其特征在于，該驅動電路具有所述多個開關；以及控制所述多個開關的導通/截止狀態(tài)的所述控制部分，該驅動電路被一體集成在一個半導體襯底上。
14.一種電子設備，其特征在于，具有權利要求1所述的開關電源裝置；以及由所述開關電源裝置的輸出電壓驅動的多個負載。
15.一種電子設備，其特征在于，具有權利要求5所述的開關電源裝置；以及由所述開關電源裝置的輸出電壓驅動的多個負載。
16.一種電子設備，其特征在于，具有權利要求11所述的開關電源裝置；以及由所述開關電源裝置的輸出電壓驅動的多個負載。
全文摘要
開關電源裝置(100)生成與輸入電壓(Vin)反極性的第1輸出電壓(Vout1)和作為與輸入電壓反極性的倍電壓的第2輸出電壓(Vout2)，并從第1輸出端子(104)、第2輸出端子(106)輸出。包括控制部分(10)和開關(SW1～SW6)的驅動電路時分并重復第1、第2和第3充電期間，第1充電期間以輸入電壓(Vin)對快速電容器(Cf)充電，第2充電期間將快速電容器(Cf)的低電位側的端子(22)連接到接地端子(110)，并通過另一端上呈現(xiàn)的電壓(Vy)充電第1輸出電容器(Co1)，第3充電期間將快速電容器(Cf)的高電位側的端子(20)連接到第1輸出端子(104)，并通過另一端(22)上呈現(xiàn)的電壓(Vy)充電第2輸出電容器(Co2)。
文檔編號H02M3/04GK101051787SQ20071008561
公開日2007年10月10日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權日2006年3月7日
發(fā)明者大山學, 內本大介 申請人:羅姆股份有限公司