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电荷泵

阅读：184发布：2020-05-11

IPRDB可以提供电荷泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种电荷泵，其包含一电源产生电路与一频率控制电路。电源产生电路包含至少一储能元件，并对该至少一储能元件充电以产生一供应电压。及频率控制电路耦接该至少一储能元件，输出一操作讯号至电源产生电路。频率控制电路依据该至少一储能元件储存的电量而调整操作讯号的一操作频率，以控制该至少一储能元件的充电而增加储存的电量。，下面是电荷泵专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电荷泵，其特征在于，其包含：

一电源产生电路，包含至少一储能元件，并对该储能元件充电以产生一供应电压；及一频率控制电路，耦接该至少一储能元件，输出一操作讯号至该电源产生电路，该频率控制电路依据该至少一储能元件储存的电量而调整该操作讯号的一操作频率，以控制该至少一储能元件的充电而增加储存的电量。

2.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该至少一储能元件的一充电频率等于该操作频率。

3.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该电荷泵包含：

一稳压电路，包含一第一输入端与一第二输入端，该第一输入端耦接该电荷泵的一输出端，该第二输入端耦接一参考电压，该稳压电路依据该供应电压与该参考电压产生一稳压讯号，该电源产生电路依据该稳压讯号与该至少一储能元件的电量输出该供应电压。

4.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该电源产生电路包含：

一切换电路，耦接该至少一储能元件，导通或截止该至少一储能元件的一充电路径或一放电路径。

5.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该电源产生电路包含：

一侦测电路，耦接该频率控制电路与一稳压电路产生的一稳压讯号，侦测该稳压讯号而产生一侦测讯号至该频率控制电路，该频率控制电路依据该侦测讯号控制该操作讯号的该操作频率。

6.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该至少一储能元件包含一第一电极端与一第二电极端，该第一电极端经由一切换电路耦接一充电电压与该电源产生电路的一输出端，该第二电极端耦接该切换电路与该频率控制电路，该第二电极端经由该切换电路耦接一接地端，当该充电电压充电该至少一储能元件时该电源产生电路停止输出该供应电压。

7.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中该至少一储能元件包含：

一第一储能元件，经由一切换电路耦接一充电电压、一接地端与该电源产生电路的一输出端；及一第二储能元件，经由该切换电路耦接该充电电压、该接地端与该电源产生电路的该输出端，当该电源产生电路以该第二储能元件的电量输出该供应电压时，该充电电压充电该第一储能元件，当该电源产生电路以该第一储能元件的电量输出该供应电压时，该充电电压充电该第二储能元件。

8.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其包含：

一第一储能元件，经由一切换电路耦接一充电电压、一接地端与该电源产生电路的一输出端；

一第二储能元件，经由该切换电路耦接该充电电压、该接地端与该电源产生电路的该输出端，；

一第三储能元件，经由该切换电路耦接该充电电压、该接地端与该电源产生电路的该输出端；及一第四储能元件，经由该切换电路耦接该充电电压、该接地端与该电源产生电路的该输出端，当该电源产生电路以第二储能元件的电量输出该供应电压时，该充电电压充电该第一储能元件、该第三储能元件与该第四储能元件，当该电源产生电路依据该第三储能元件的电量输出该供应电压时，该充电电压充电该第一储能元件、该第二储能元件与该第四储能元件。

9.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其包含：

一时脉产生器，耦接该频率控制电路的一比较器，接收一比较讯号而依据该比较讯号产生多个切换讯号，耦接该电源产生电路而输出该些切换讯号至该电源产生电路，以控制该电源产生电路内的切换时序。

10.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该频率控制电路包含：

一比较器，耦接一稳压门槛电压与一稳压电路产生的一稳压讯号，比较该稳压门槛电压与该稳压讯号产生一比较讯号，该频率控制电路依据该比较讯号产生该操作讯号，该操作频率相关于该比较讯号的频率。

11.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该电源产生电路包含：

多个充电电路，分别耦接该频率控制电路产生的多个控制讯号与该电源产生电路的一输出端，该些充电电路依据该些控制讯号产生多个输出电压，该电源产生电路依据该些输出电压产生该供应电压，该些充电电路产生多个侦测讯号至该频率控制电路，该频率控制电路依据该些侦测讯号产生该些控制讯号。

12.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其中，该频率控制电路包含：

多个正反器，包含多个输入端、多个输出端、多个反相输出端与多个控制端，该些正反器的一第一级正反器的该输入端耦接最后一级的正反器的该反相输出端，该第一级正反器与该最后一级正反器之间的该些正反器的该些输出端与该些输入端依序串接，该些控制端耦接该操作讯号，该操作讯号控制该些正反器依序输出一脉波讯号至下一级正反器，该些正反器依据该些脉波讯号产生多个控制讯号。

说明书全文

电荷泵

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种电荷泵，尤其是一种自动控制操作频率的电荷泵。

背景技术

[0002] 电荷泵(charge pump)是一种直流-直流转换器(DC-DC converter)，用来产生比输入电压大的输出电压，亦可以用来产生负的输出电压。电荷泵基本原理是电容的充电和放电，其可以采用不同的连接方式实现，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，完成升压、降压、负压等电压转换功能。一般电荷泵需从外部接收操作讯号，且操作讯号是固定的操作频率。为了使电荷泵达到较高的负载驱动能力，常将固定操作频率设定较高。然而，当负载从重载转变为轻载时，电荷泵内部的耗能所占比例显著增加，导致不必要的耗电。再者，当欲调节电荷泵的输出电压时，一般会停止传输操作讯号至电荷泵。然而，此方式在负载转变时，因操作讯号无法快速控制电荷泵响应，造成电荷泵有很大的输出电压涟波。鉴于上述问题，本发明提出自动控制操作频率的电荷泵，其随着负载不同，透过侦测电荷泵内部的状态，产生出省电的操作频率。而且，本发明的电荷泵达到小输出电压波纹与快速反应等特色。

发明内容

[0004] 本发明的目的，在于提供一种自动控制操作频率的电荷泵，其降低运作时造成的电磁干扰。

[0005] 本发明提供一种电荷泵，其包含一电源产生电路与一频率控制电路。电源产生电路包含至少一储能元件，并对该至少一储能元件充电以产生一供应电压。及频率控制电路耦接该至少一储能元件，输出一操作讯号至电源产生电路。频率控制电路依据该至少一储能元件储存的电量而调整操作讯号的一操作频率，以控制该至少一储能元件的充电而增加储存的电量。

附图说明

图1：其为本发明的电荷泵的第一实施例的电路图；
图2：其为本发明的电源产生电路的第一实施例的电路图；
图3：其为图2的侦测讯号相关于储能电量的波形图；
图4：其为图2的操作讯号相关于输出负载的波形图；
图5：其为本发明的电源产生电路的第二实施例的电路图；
图6：其为本发明的侦测电路的实施例的电路图；
图7：其为图5的侦测讯号相关于储能电量的波形图；
图8：其为图5的操作讯号相关于输出负载的波形图；
图9：其为本发明的电源产生电路的第三实施例的电路图；
图10：其为本发明的电荷泵的第二实施例的电路图；
图11：其为图10的频率控制电路的实施例的电路图；及
图12：其为图10的操作讯号与控制讯号的波形图。
【图号对照说明】
10                     电荷泵
12                     电荷泵
20                     电源产生电路
21                     储能元件
22                     切换电路
23                     侦测电路
24                     充电电路
30                     频率控制电路
31                     比较器
32                     多路复用器
33                     时脉产生器
40                     稳压电路
50                     阻抗元件
a                      切换讯号
b                      切换讯号
C                      控制端
C1                     第一储能元件
C2                     第二储能元件
C3                     第三储能元件
C4                     第四储能元件
CLK[1]                 控制讯号
CLK[2]                 控制讯号
CLK[3]                 控制讯号
CLK[4]                 控制讯号
CLK[N-1]               控制讯号
CLK[N]                 控制讯号
CLK[1:N]               控制讯号
CLKPUMP                 操作讯号
D                      输入端
D1                     漏极
D2                     漏极
Discharge              放电期间
F1                     正反器
F2                     正反器
F3                     正反器
FN                     正反器
G1                     栅极
G2                     栅极
GND                    接地端
Heavy load             重载
IN1                    第一输入端
IN2                    第二输入端
Light load             轻载
OUT                    输出端
Output loading         输出负载
Q                      输出端
/Q                     反相输出端
Recharge               充电期间
Response time          响应时间
S1                     源极
S2                     源极
SW1                    切换开关
SW2                    切换开关
SW3                    切换开关
SW4                    切换开关
SW5                    切换开关
SW6                    切换开关
SW7                    切换开关
SW8                    切换开关
SW9                    切换开关
SW10                   切换开关
SW11                   切换开关
SW12                   切换开关
SW13                   切换开关
SW14                   切换开关
t1                     时间
t2                     时间
t3                     时间
t4                     时间
TFT1                   第一晶体管
TFT2                   第二晶体管
V1                     输出电压
V2                     输出电压
V3                     输出电压
VN-1                   输出电压
VN                     输出电压
VCAP                   侦测讯号
VCAP1                  第一侦测讯号
VCAP2                  第二侦测讯号
VCAP[1]                侦测讯号
VCAP[2]                侦测讯号
VCAP[3]                侦测讯号
VCAP[N-1]              侦测讯号
VCAP[N]                侦测讯号
VCAP[1:N]              侦测讯号
VDD                    上限电压
VDDA                   充电电压
VFB                    回授电压
VOUT                   供应电压
VR                     稳压门槛电压
VREF                   参考电压
VREG                   稳压讯号

具体实施方式

[0006] 为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：

[0007] 在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇指称特定的组件，然，所属本发明技术领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词称呼同一个组件，而且，本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在整体技术上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及后续的申请专利范围当中所提及的「包含」为一开放式用语，故应解释成「包含但不限定于」。再者，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接一第二装置，则代表该第一装置可直接连接该第二装置，或可透过其他装置或其他连接手段间接地连接至该第二装置。

[0008] 请参阅图1，其为本发明的电荷泵的第一实施例的电路图。如图所示，电荷泵10包含一电源产生电路20与一频率控制电路30。频率控制电路30耦接电源产生电路20而接收一侦测讯号VCAP，及依据侦测讯号VCAP输出一操作讯号CLKPUMP至电源产生电路20，其中操作讯号CLKPUMP为一频率讯号。电源产生电路20输出一供应电压VOUT。再者，电荷泵10更包含一稳压电路40。稳压电路40包含一第一输入端与一第二输入端，第一输入端耦接电荷泵10的一输出端，第二输入端耦接一参考电压VREF。如此，稳压电路40依据供应电压VOUT与参考电压VREF产生一稳压讯号VREG。电源产生电路20耦接稳压电路40而接收稳压讯号VREG。此外，稳压电路40可以通过阻抗元件50耦接电荷泵10的输出端。

[0009] 请参阅图2，其为本发明的电源产生电路的第一实施例的电路图。如图所示，电源产生电路20包含至少一储能元件21，且以储能元件21的电量输出供应电压VOUT。再者，电源产生电路20包含一切换电路22。切换电路22耦接至少一储能元件21，且导通或截止储能元件21的一充电路径或一放电路径。切换电路22包含四个切换开关SW1、SW2、SW3、SW4，其由多个切换讯号a、b控制。多个切换讯号a、b依据操作讯号CLKPUMP而产生，例如一时脉产生器33依据操作讯号CLKPUMP而产生切换讯号a或切换讯号b，而且，切换讯号a与切换讯号b可以互为反相讯号，即切换讯号a相当于操作讯号CLKPUMP，切换讯号b相当于反相的操作讯号CLKPUMP。其中，时脉产生器33控制切换讯号a与切换讯号b为高准位与低准位的时间，即时脉产生器33决定切换开关SW1、SW2、SW3、SW4的导通时间与截止时间。所以，频率控制电路30提升或降低操作讯号CLKPUMP的操作频率，储能元件21的充电频率与放电频率亦跟着提升或降低。如此，储能元件21的充电频率与放电频率可以等于操作频率。再者，电源产生电路20以至少一储能元件21的电量输出供应电压VOUT。

[0010] 当切换讯号a为高准位而切换讯号b为低准为时，切换讯号a控制两个切换开关SW1、SW2导通而形成充电路径，切换讯号b控制另两个切换开关SW3、SW4截止。如此，一充电电压VDDA经由充电路径向储能元件21充电，储能元件21耦接于充电电压VDDA与一接地端GND之间。当切换讯号a为低准位而切换讯号b为高准为时，切换讯号a控制两个切换开关SW1、SW2截止，切换讯号b控制另两个切换开关SW3、SW4导通而形成放电路径。如此，稳压电路40产生的稳压讯号VREG传输至储能元件21。电源产生电路20依据稳压讯号VREG与储能元件21的电量输出供应电压VOUT。

[0011] 如图2所示，储能元件21可以为一电容器，所以，当切换开关SW1、SW2导通形成充电路径时，储能元件21的两端为充电电压的准位与接地端GND的准位。当切换开关SW3、SW4导通形成放电路径时，储能元件21的两端为充电电压的准位与稳压讯号VREG的准位。储能元件21包含一第一电极端与一第二电极端，第一电极端经由切换电路22(切换开关SW1、SW4)耦接充电电压VDDA与电源产生电路20的一输出端，第二电极端耦接切换电路22与频率控制电路30，第二电极端经由切换电路22(切换开关SW2)耦接接地端GND。所以，当充电电压VDDA充电储能元件21时，电源产生电路20停止输出供应电压VOUT。

[0012] 请参阅图2与图3，图3为图2的侦测讯号相关于储能电量的波形图。如图所示，在时间t1前，切换讯号a为高准位，切换讯号b为低准位，所以切换开关SW1、SW2导通，充电电压VDDA充电储能元件21，且侦测讯号VCAP为接地端GND的准位。在时间t1期间(储能元件21放电期间(Discharge))，切换讯号a为低准位，切换讯号b为高准位，所以切换开关SW3、SW4导通，电源产生电路20开始依据储能元件21的电量输出供应电压VOUT。由于电荷泵10所连接的负载消耗储能元件21的电量，所以储能元件21的电量会逐渐减少。此时，稳压电路40侦测供应电压VOUT，依据供应电压VOUT的准位产生稳压讯号VREG。即当稳压电路40比较一回授电压VFB与参考电压VREF，以侦测储能元件21的电量是否不足负载所需的电力。若储能元件21的电量不足负载所需的电力，稳压电路40产生的稳压讯号VREG补偿储能元件21所不足的电量。

[0013] 因此，在时间t1期间，储能元件21的电量逐渐减少，而稳压讯号VREG的准位逐渐提升，如此，侦测讯号VCAP的准位亦逐渐上升。当侦测讯号VCAP的准位上升至一补偿上限时，储能元件21需再次充电。补偿上限相关稳压电路40的补偿能力，图3实施例的补偿上限设定为一上限电压VDD。所以，当侦测讯号VCAP的准位上升至大约上限电压VDD(～VDD)的准位时，储能元件21转变为充电期间(Recharge)，即一时间t2期间。切换讯号a再次为高准位，切换讯号b再次为低准位，充电电压VDDA开始再次充电储能元件21，侦测讯号VCAP转变为接地端GND的准位。故，由于稳压电路40侦测供应电压VOUT而迅速补偿储能元件21的不足，所以本发明电荷泵10输出的供应电压VOUT有较小的涟波现象，且达到快速反应等特色。其中，稳压电路40可以为一误差放大器。

[0014] 侦测讯号VCAP的准位随着稳压讯号VREG的准位而变化，稳压讯号VREG的准位随着储能元件21储存的电量(或电量变化)而变化，所以，侦测讯号VCAP的准位随着储能元件21储存的电量变化而变化。侦测讯号VCAP传输至频率控制电路30，如此，频率控制电路30依据储能元件21储存的电量变化而调整操作讯号CLKPUMP的操作频率。在不同的电路实施方式中，若电荷泵10不包含稳压电路40，频率控制电路30可以直接依据储能元件21储存的电量变化而调整操作讯号CLKPUMP的操作频率

[0015] 频率控制电路30可以包含一比较器31，比较器31耦接时脉产生器33且输出一比较讯号至时脉产生器33。比较器31耦接一稳压门槛电压VR与侦测讯号VCAP，所以，比较器31耦接稳压门槛电压VR与稳压电路40产生的稳压讯号VREG。比较器31比较稳压门槛电压VR与稳压讯号VREG而产生比较讯号，频率控制电路30依据比较讯号产生操作讯号CLKPUMP，其中，操作讯号CLKPUMP的操作频率相关于比较讯号的频率。再者，稳压门槛电压VR相关于稳压电路40的补偿能力，即稳压门槛电压VR的准位可以等于上限电压VDD的准位，或相关于上限电压VDD的准位，例如稳压门槛电压VR的准位为上限电压VDD的90％准位。所以，频率控制电路30可以侦测稳压电路40的输出是否接近其补偿能力上限，而需控制储能元件21再次充电。

[0016] 如图3所示，当侦测讯号VCAP上升至上限电压VDD附近时，频率控制电路30的比较器31比较侦测讯号VCAP与稳压门槛电压VR而控制比较讯号转变为低准位。频率控制电路30可以依据比较讯号产生操作讯号CLKPUMP，或者，在未对比较讯号做其它处理时，频率控制电路30可以直接输出比较讯号作为操作讯号CLKPUMP。因此，切换讯号a、b依据操作讯号CLKPUMP而转变为高、低准位，或切换讯号a、b依据比较讯号而转变为高、低准位。如此，储能元件21依据切换讯号a、b充电或放电而增加或减少储存的电量，即储能元件21依据操作讯号CLKPUMP充电或放电而增加或减少储存的电量，或者储能元件21依据比较讯号充电或放电而增加或减少储存的电量。

[0017] 再者，储能元件21储存的电量消耗速度相关于电荷泵10的负载对于电力的需求。所以，如图4所示，其为图2的操作讯号相关于输出负载的波形图。当输出负载(Output loading)于轻载(Light load)时，对于电力的需求的较低，储能元件21储存的电量消耗速度较慢，即表示储能元件21的放电时间较长。所以，稳压电路40产生的稳压讯号VREG的准位亦上升较慢，侦测讯号VCAP的准位也会较慢上升至上限电压VDD附近的准位。因此，如图4所示，于轻载期间时间t1的周期较长于重载(Heavy load)期间的一时间t3的周期。即重载期间，储能元件21储存的电量消耗速度较快。

[0018] 所以，储能元件21储存的电量消耗速度较慢，储能元件21较慢转变为充电周期(时间t1-时间t2)。储能元件21储存的电量消耗速度较快，储能元件21较快转变为充电周期(时间t3-时间t4)。图4实施例的充电周期t2、t4可以为固定时间，其固定时间可以由储能元件21的等效阻抗(例如：阻抗(R)与容抗(C))决定。如此，频率控制电路30透过侦测电荷泵10内部的状态，可以随着负载不同(轻载与重载)而自动控制操作讯号CLKPUMP的操作频率。如图4所示，电荷泵10于轻载的操作频率低于重载的操作频率，即时间t1-时间t2的操作频率低于时间t3-时间t4的操作频率。其中，操作频率可以看作充电频率。所以电荷泵10无须从外部接收不同频率的多个讯号，或者无须从外部接收可调整频率的讯号，即可产生出省电的操作频率，而控制其内部的充放电时间。

[0019] 复参阅图4，在输出负载从轻载转变为重载的期间，储能元件21在充电后所储存的电量在短时间内快速消耗，频率控制电路30侦测的侦测讯号VCAP的准位快速上升至上限电压VDD的准位，所以频率控制电路30短时间内控制操作讯号CLKPUMP再次转变为低准位，储能元件21再次充电。如此，在负载转换的响应时间(Response time)，操作讯号CLKPUMP的操作频率明显高于轻载与重载期间的操作频率，而在电源产生电路20稳定提供输出负载所需的电力时，操作讯号CLKPUMP的操作频率转变为时间t3-时间t4的操作频率。因此，电荷泵10依据侦测储能元件21储存的电量变化速度，可以自动产生多种操作频率的操作讯号CLKPUMP，适当的控制电荷泵10内部的功耗。

[0020] 请参阅图5，其为本发明的电源产生电路的第二实施例的电路图。如图所示，图2实施例的储能元件21由一第一储能元件C1与一第二储能元件C2取代。第一储能元件C1与一第二储能元件C2经由切换电路22耦接充电电压VDDA、接地端GND与电源产生电路20的输出端。图5实施例的切换电路22相较于图2实施例的切换电路22，更多了右侧的四个切换开关SW5、SW6、SW7、SW8。如此，图2实施例的电荷泵10的状态可以从单相(充电或放电其中一种状态)改为图5实施例的双相(充电与放电两种状态)。即图2实施例的电荷泵10在充电储能元件21时停止输出供应电压VOUT。图5实施例的电荷泵10在依据左侧第一储能元件C1的电量输出供应电压VOUT(第一储能元件C1放电)时，充电右侧第二储能元件C2，而在依据右侧第二储能元件C2的电量输出供应电压VOUT(第二储能元件C2放电)时，充电左侧第一储能元件C1。
换言的，当电源产生电路20依据第二储能元件C2的电量输出供应电压VOUT时，充电电压VDDA充电第一储能元件C1。当电源产生电路20依据第一储能元件C1的电量输出供应电压VOUT时，充电电压VDDA充电第二储能元件C2。

[0021] 再者，图5实施例的电荷泵10更包含一侦测电路23。侦测电路23耦接频率控制电路30与稳压电路40产生的稳压讯号VREG，以侦测稳压讯号VREG而产生侦测讯号VCAP至频率控制电路40。频率控制电路40依据侦测电路23产生的侦测讯号VCAP控制操作讯号CLKPUMP的操作频率。请参阅图6，其为本发明的侦测电路的实施例的电路图。如图所示，侦测电路23包含一第一晶体管TFT1与一第二晶体管TFT2。第一晶体管TFT1的栅极G1耦接一第二输入端IN2与第二晶体管TFT2的源极S2，第一晶体管TFT1的源极S1耦接一第一输入端IN1与第二晶体管TFT2的栅极G2，第一晶体管TFT1的漏极D1耦接侦测电路23的一输出端OUT。第二晶体管TFT2的源极S2耦接第二输入端IN2，第二晶体管TFT2的漏极D2耦接侦测电路23的输出端OUT，第二晶体管TFT2的栅极G2耦接第一输入端IN1。侦测电路23可以由计数器与切换开关取代，即利用计数器计数储能元件的充放电时间后，改变切换开关的状态。

[0022] 当第一输入端IN1的电压准位为低准位表示第一储能元件C1正在充电，第二输入端IN2的电压准位为高准位表示第二储能元件C2正在放电。如此，第一输入端IN1的电压准位为低准位，且第二输入端IN2的电压准位为高准位时，第二晶体管TFT2导通而第一晶体管TFT1截止。由于第二晶体管TFT2导通，所以侦测讯号VCAP的准位为第二输入端IN2的电压准位。反之，第一输入端IN1的电压准位为高准位，且第二输入端IN2的电压准位为低准位时，第一晶体管TFT1导通而第二晶体管TFT2截止。由于第一晶体管TFT1导通，所以侦测讯号VCAP的准位为第一晶体管TFT1的电压准位。

[0023] 请参阅图5、图6与图7，图7为图5的侦测讯号相关于储能电量的波形图。如图5所示，第一侦测讯号VCAP1相关左侧第一电容C1的电量，第二侦测讯号VCAP2相关右侧第二储能元件C2的电量。在图7的时间t1，第一电容C1开始放电，第一侦测讯号VCAP1的准位开始逐渐上升，第二储能元件C2开始充电，第二侦测讯号VCAP2为接地端GND的准位。反的，在图7的时间t2，第一电容C1开始充电，第一侦测讯号VCAP1的准位为接地端GND的准位，第二储能元件C2开始放电，第二侦测讯号VCAP2开始逐渐上升。所以，电荷泵10在同一时间(t1或t2)内可以双相运作(充电及放电)。此外，因稳压电路40输出的稳压讯号VREG所默认的最低电压准位为1/2VDD，所以，频率控制电路30侦测到的侦测讯号VCAP的最低电压准位为1/2VDD。其余技术内容如图3的说明，于此不再覆述。

[0024] 请参阅图8，其为图5的操作讯号相关于输出负载的波形图。如图所示，图8的波形相似于图4的波形，其差异在于图4为单相电荷泵10的相关波形图，而图8是双相电荷泵10的相关波形图。所以，在图8的轻载期间，输出负载需求的电力相同，消耗储能元件21的电量的速度相同，即侦测讯号VCAP的准位上升至上限电压VDD的准位附近的时间相同，因此，操作讯号CLKPUMP从高准位转变为低准位或低准位转变为高准位的时间会相同。换言的，在双相电荷泵10实施例中，当第一电容C1(第二储能元件C2)充电完毕后仍需等待第二储能元件C2(第一电容C1)的电量减少至一定程度，操作讯号CLKPUMP才会依据第二储能元件C2(第一储能元件C1)的电量而转态(高准位或低准位)。其中，图5左侧第一储能元件C1的充电时间大约等于右侧第二储能元件C2的充电时间。

[0025] 请参阅图9，其为本发明的电源产生电路的第三实施例的电路图。如图所示，图2与图5的至少一储能元件21改由第一储能元件C1、第二储能元件C2、一第三储能元件C3与一第四储能元件C4取代。四个储能元件C1-C4可以为四个电容器C1-C4，其经由切换电路22耦接充电电压VDDA、接地端GND与电源产生电路20的一输出端。图9实施例的换电路22包含多个切换开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW9、SW10、SW11、SW12、SW13、SW14。所以，当切换讯号a为高准位及切换讯号b为低准位时，充电电压VDDA充电左侧第一储能元件C1，第二储能元件C2放电，及充电电压VDDA充电右侧第三储能元件C3与第四储能元件C4。所以，若充电电压VDDA为一倍电压时，第一储能元件C1、第三储能元件C3与第四储能元件C4储存一倍电压的电量。再者，切换讯号a转为低准位及切换讯号b转为高准位时，第一储能元件C1的电量与充电电压VDDA充电第二储能元件C2，第三储能元件C3放电，及充电电压VDDA充电右侧第四储能元件C4。其中，第二储能元件C2与第四储能元件C4储存两倍电压的电量。

[0026] 所以，当切换讯号a恢复为高准位及切换讯号b恢复为低准位时，第二储能元件C2放电，所以供应电压VOUT依据第二储能元件C2的电量与稳压讯号VERG产生。于图9实施例中，供应电压VOUT的准位最高可以为3倍电压的准位，即两倍充电电压VDDA加上一倍电压的稳压讯号VREG。因此，经由电荷泵10的运作，供应电压VOUT同样可以依据第三储能元件C3与稳压讯号VREG而产生三倍的电压。所以，当电源产生电路20依据第二储能元件C2的电量输出供应电压VOUT时，充电电压VDDA充电第一储能元件C1、第三储能元件C3与第四储能元件C4。当电源产生电路20依据第三储能元件C3的电量输出供应电压VOUT时，充电电压VDDA充电第一储能元件C1、第二储能元件C2与第四储能元件C4。如图9实施例所述，图2与图5实施例的电荷泵10可以输出两倍压的供应电压VOUT。

[0027] 请参阅图10，其为本发明的电荷泵的第二实施例的电路图。如图所示，电源产生电路20可以如图2、图5与图9的实施例为单组的单相或双相电路，或者可以如图10多组的单相或双相电路。即电源产生电路20包含多个充电电路24。该些充电电路24分别耦接频率控制电路30产生的多个控制讯号CLK[1]、CLK[2]、CLK[3]…CLK[N-1]、CLK[N]与电源产生电路20的一输出端。该些充电电路24依据该些控制讯号CLK[1～N]产生多个输出电压V1、V2、V3…VN-1、VN。电源产生电路20依据该些输出电压V1～N产生供应电压VOUT。该些充电电路24产生多个侦测讯号VCAP[1]、VCAP[2]、VCAP[3]…VCAP[N-1]、VCAP[N]至频率控制电路30，频率控制电路30依据该些侦测讯号VCAP[1～N]产生该些控制讯号CLK[1～N]。于图10实施例的每一充电电路24皆可以如图2、图5与图9的电源产生电路20的实施例，所以，该些充电电路24的技术内容不再覆述。其中，频率控制电路30是透过多条传输线接收每一侦测讯号VCAP[1～N]，及透过多条传输线接收该些控制讯号CLK[1～N]。

[0028] 再者，电荷泵12更包含多个正反器F1、F2、F3…FN，该些正反器F[0～N]可以如前述的时脉产生器33而控制充电电路24内的切换时序，而且于此实施例中该些正反器F[0～N]可以作为一约翰逊式计数器。该些正反器F[0～N]包含多个输入端D、多个输出端Q、多个反相输出端/Q与多个控制端C。该些正反器F[1～N]的一第一级正反器F1的输入端D耦接最后一级的正反器FN的反相输出端/Q。第一级正反器F1与最后一级正反器FN之间的该些正反器F2、F3…F[N-1]的该些输出端Q与该些输入端D依序串接。该些控制端C耦接操作讯号CLKPUMP，操作讯号CLKPUMP控制该些正反器F[1～N]依序输出一脉波讯号至下一级正反器，该些正反器F[0～N]依据该些脉波讯号产生该些控制讯号CLK[1～N]。

[0029] 所以，第一级正反器F1输出脉波讯号至第二级正反器F2，且第一级正反器F1输出的脉波讯号作为第一级充电电路(1)24的控制讯号CLK[1]。如此，第一级充电电路(1)24依据控制讯号CLK[1]放电或充电。再者，当第一级充电电路(1)24放电后，依序换第二级正反器F2输出脉波讯号至第三级正反器F3且作为控制讯号CLK[2]，第二级充电电路(2)24依据控制控制讯号CLK[2]放电。以此类推，操作讯号CLKPUMP透过该些正反器F[1～N]而可以依序控制每一充电电路24的放电与充电。如此，电荷泵12内的该些充电电路24因非同时转换状态，即非同时转换充放电的状态，而可以减少电磁干扰的产生。此外，该些正反器F[1～N]可以设置于频率控制电路30内，即频率控制电路30输出该些控制讯号CLK[1～N]控制每一充电电路24的放电与充电。

[0030] 请参阅图11，其为图10的频率控制电路的实施例的电路图。如图所示，频率控制电路30更包含一多路复用器32。多路复用器32接收该些控制讯号CLK[1～N]与该些侦测讯号VCAP[1～N]，及依据该些控制讯号CLK[1～N]输出该些侦测讯号VCAP[1～N]的一，例如侦测讯号VCAP[1]。即电荷泵12依据该些控制讯号CLK[1～N]可以判断哪一个充电电路24提供电量，以输出供应电压VOUT。所以，频率控制电路30输出操作讯号CLKPUMP，以控制该些充电电路24的充电与放电。

[0031] 请参阅图10与图12，图12为图10的操作讯号与控制讯号的波形图。如图所示，操作讯号CLKPUMP经由控制该些正反器F[1～N]的该些控制端C，触发该些控制讯号CLK[1～N]的一会转变为高准位。即初始该些正反器F[1～N]的输出端Q输出低准位的脉波讯号，所以最后一级正反器FN的反相输出端/Q输出高准位的脉波讯号。如此，第一级正反器F1的输入端D接收最后一级正反器FN所输出的高准位脉波讯号。尔后，藉由操作讯号CLKPUMP的控制，每一级正反器F[1～N]依据输出高准位的脉波讯号。举例来说，初始该些正反器F[1～N]的输出端Q的输出为0000，最后一级正反器FN的反相输出端/Q的输出为1，再者，第一级正反器F1的输入端D接收1。所以，如图12所示，四个正反器的输出端Q的输出变化为1000、1100、1110、1111，此时最后一级正反器FN的反相输出端/Q的输出为0。因此，第一级正反器F1的输入端D接收0，则四个正反器的输出端Q的输出变化为0111、0011、0001、0000。

[0032] 此外，在输出负载的状态转变下，因电荷泵12的电量消耗速度随的改变，所以操作讯号CLKPUMP的操作频率同样随的改变。如此，该些控制讯号CLK[1～N]的频率同样随着操作讯号CLKPUMP的操作频率而改变。

[0033] 综合上述，本发明揭示一种电荷泵，其包含一电源产生电路与一频率控制电路。电源产生电路包含至少一储能元件，并对至少一储能元件充电以产生一供应电压。及频率控制电路耦接至少一储能元件，输出一操作讯号至电源产生电路。频率控制电路依据至少一储能元件储存的电量而调整操作讯号的一操作频率，以控制至少一储能元的充电而增加储存的电量。

[0034] 上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
电荷泵-专利编号CN107040133B	2020-05-11	811
电荷泵-专利编号CN102290983B	2020-05-13	944
电荷泵-专利编号CN110649804A	2020-05-11	184
电荷泵-专利编号CN104734493B	2020-05-12	612
负电荷泵-专利编号CN110729886A	2020-05-11	487
电荷泵-专利编号CN108418419A	2020-05-11	542
电荷泵-专利编号CN107968563A	2020-05-12	906
电荷泵-专利编号CN107040133A	2020-05-12	522
电荷泵-专利编号CN104734493A	2020-05-13	664
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