專(zhuān)利名稱(chēng)：具電流偵測(cè)的電荷泵電路及其電路單元的制作方法
具電流偵測(cè)的電荷泵電路及其電路單元技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種電荷泵的電路設(shè)計(jì)，尤指一種具有電流偵測(cè)的電荷泵電路及其電 路單元。
背景技術(shù)：
由于發(fā)光二極管LED (Light Emitting Diode)具有高發(fā)光效率、高亮度、耗電量 低、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、利于環(huán)保以及快速啟動(dòng)等等的特性，因此許多高科技產(chǎn)品，均應(yīng) 用LED作為光源。一般來(lái)說(shuō)，LED的驅(qū)動(dòng)通常由一個(gè)恒定直流的電流源驅(qū)動(dòng)，以保持恒定的 亮度。特別是，對(duì)于以電池作為供電電源的便攜設(shè)備，由于電池所能提供的電壓不高，不適 合直接驅(qū)動(dòng)多個(gè)串聯(lián)的LED光源。這意味著操作這些LED時(shí)，需要對(duì)電池的電壓進(jìn)行升壓， 才能夠順利驅(qū)動(dòng)這些LED發(fā)光。對(duì)電池進(jìn)行升壓的辦法一般是使用升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，其 轉(zhuǎn)換效率高，但是，代價(jià)是成本和PCB面積也會(huì)大幅度的增加。另外一種對(duì)電池進(jìn)行升電壓 的方法是使用電荷泵電路。
圖1所示為公知調(diào)整LED亮度的電流變化示意圖。
一般公知調(diào)整LED亮度的方法，最簡(jiǎn)單的就是調(diào)整LED電流。公知技術(shù)是將能夠 產(chǎn)生較高亮度的電流Il調(diào)整為較低亮度的電流12，但是會(huì)造成LED的發(fā)光頻譜產(chǎn)生漂移。 于某些高階產(chǎn)品或者是對(duì)于發(fā)光色度特別敏感的產(chǎn)品，例如顯示器等，就不能夠容許LED 的發(fā)光頻譜有這樣的漂移。
圖2所示為公知調(diào)整LED亮度的電流切換示意圖。
為了改善LED發(fā)光頻譜漂移的問(wèn)題，發(fā)展出另外一種技術(shù)，其利用人眼對(duì)于閃爍 光有視覺(jué)暫留的特性，將輸入至LED的電流做快速的切換，如此可以使得LED進(jìn)行快速的閃爍。
可利用一個(gè)切換開(kāi)關(guān)將圖1的電流Il進(jìn)行快速的切換，由于人眼對(duì)于閃爍光具有 視覺(jué)暫留的特性，尤其是對(duì)于短于16. 67微秒的閃爍光，即是以60Hz以上進(jìn)行切換的閃爍 光，是無(wú)法辨識(shí)的。因此，利用這種技術(shù)，等效于對(duì)LED供應(yīng)平均電流所造成的亮度，且使 LED不會(huì)產(chǎn)生發(fā)光頻譜的漂移。
圖3所示為公知電荷泵電路的輸入電流波形圖。
公知的電荷泵電路僅具有數(shù)個(gè)切換開(kāi)關(guān)以及電容等元件，因此，當(dāng)操作電荷泵電 路的切換開(kāi)關(guān)對(duì)電容進(jìn)行充電時(shí)，由于無(wú)電阻等元件阻流，因此輸入的電流會(huì)產(chǎn)生如圖3 所示的電流尖峰。即是，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，并對(duì)電容充電時(shí)，則輸入電流一開(kāi)始會(huì)以較大電流進(jìn) 行充電，而后輸入電流才隨著電容電壓上升而降低。特別是，這種輸入電流的尖峰會(huì)對(duì)于便 攜設(shè)備造成不良的影響。由于便攜設(shè)備通常利用電池作為電源供應(yīng)，而突然的大電流輸出 會(huì)造成電池電壓的突然下降。另外，可便攜設(shè)備內(nèi)通常同時(shí)具有數(shù)個(gè)不同功能的電路，同時(shí) 都使用此電源來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與操作。因此，同樣使用可攜裝置電池的其他電路就會(huì)受到如圖 3所示的電流尖峰的干擾，例如，對(duì)于聲訊電路產(chǎn)生噪聲等。
因此，為了達(dá)到對(duì)LED等發(fā)光裝置提供穩(wěn)定的輸出電流以及不干擾便攜設(shè)備內(nèi)使用同個(gè)電源的其它電路，因此需要對(duì)電荷泵電路做更進(jìn)一步的改善。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種具有電流偵測(cè)的電荷泵電路及其電路單元。根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施例的具有電流偵測(cè)的電荷泵電路，其中，反饋電路單元可偵測(cè)從一個(gè)負(fù)載電路產(chǎn)生的 反饋電流，并可根據(jù)反饋電流的大小對(duì)電荷泵電路單元的被控電流源進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到穩(wěn) 定電流的目的。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種電荷泵電路，與一負(fù)載電路電性連接，該負(fù)載電 路根據(jù)該電荷泵電路單元的該驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生一負(fù)載電流，包括一電荷泵電路單元，產(chǎn)生一 驅(qū)動(dòng)電壓，其中電荷泵電路單元具有一被控電流源，以控制輸入該電荷泵電路單元的一輸 入電流；一偵測(cè)電路單元，與該負(fù)載電路電性連接，且根據(jù)該負(fù)載電流產(chǎn)生一反饋信號(hào)；以 及一反饋電路單元，與該偵測(cè)電路單元電性連接，并根據(jù)該反饋信號(hào)控制該被控電流源的 輸入電流。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提出一種電荷泵電路單元，包括一被控電流源；一虛 設(shè)路徑，將該被控電流源連接至一地端；一電容，透過(guò)一第一開(kāi)關(guān)與該被控電流源以及該須 設(shè)路徑電性連接，并且該被控電流源透過(guò)該第一開(kāi)關(guān)對(duì)該電容進(jìn)行充電；以及一第二開(kāi)關(guān) 連接該電容及一負(fù)載電路，并且該電容透過(guò)該第二開(kāi)關(guān)對(duì)該負(fù)載電路進(jìn)行放電；其中該第 一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)分別受到一第一開(kāi)關(guān)信號(hào)及一第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的控制而于導(dǎo)通及截止 之間切換，且該第一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期彼此錯(cuò)開(kāi)，且該被控電流源的電流于該 第一開(kāi)關(guān)信號(hào)及該第二開(kāi)關(guān)信號(hào)皆為截止時(shí)，透過(guò)該虛設(shè)路徑流向地端，且該被控電流源 的電流于該第一開(kāi)關(guān)信號(hào)及該第二開(kāi)關(guān)信號(hào)皆為低電位時(shí)，透過(guò)該虛設(shè)路徑流向地端。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出了一種具有偵測(cè)反饋電流的電荷泵電路，電荷泵 電路的反饋電路單元可偵測(cè)從負(fù)載電路產(chǎn)生的反饋電流，并根據(jù)反饋電流調(diào)整位于電荷泵 電路單元的被控電流源，以使得流經(jīng)負(fù)載電路的電流穩(wěn)定；并且另外具有一個(gè)保護(hù)電路單 元，可偵測(cè)反饋電流，并根據(jù)反饋電流進(jìn)行電路的保護(hù)，以避免負(fù)載電路以及電荷泵電路受 到過(guò)電流的損毀或者于低電流狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)。
并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提出一種具有穩(wěn)定輸入電流的電荷泵電路。
本發(fā)明的機(jī)制與公知技術(shù)截然不同，提供具有電流偵測(cè)及具有穩(wěn)定輸入電流的的 電荷泵電路，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
以上的概述與接下來(lái)的詳細(xì)說(shuō)明及附圖，皆是為了能進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明為達(dá)到預(yù) 定目的所采取的方式、手段及功效。而有關(guān)本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點(diǎn)，將在后續(xù)的說(shuō)明及附 圖中加以闡述。


圖1所示為公知調(diào)整LED亮度的電流變化示意圖2所示為公知調(diào)整LED亮度的電流切換示意圖3所示為公知電荷泵電路的輸入電流波形圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電荷泵電路的電路圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)示意圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的輸入電流的波形圖7為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有一個(gè)虛設(shè)路徑(dummy path)的電荷泵電路 的電路圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的輸入電流的電流波形圖9為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有一個(gè)虛設(shè)路徑(dummy path)的電荷泵電路 的電路圖。
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電荷泵電路的電路圖IlA以及圖IlB所示為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電荷泵電路單元的電路示意 圖12A、圖12B、圖12C所示為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的負(fù)載單元及偵測(cè)電路單元 的電路結(jié)構(gòu)圖。
主要元件附圖標(biāo)記說(shuō)明
400、900、1000、1100 電荷泵電路
10被控電流源
11、22、23 電容
12負(fù)載電容
13負(fù)載單元
14偵測(cè)電阻
14a電壓偵測(cè)電阻
15、沘誤差放大器
16第一比較器
17第二比較器
18信號(hào)產(chǎn)生器
19處理器
20第三比較器
24、25、26、30 電阻
2INAND 邏輯門(mén)
27電流控制單元
四第四比較器
41、49、50電荷泵電路單元
42反饋電路單元
43保護(hù)電路單元
44負(fù)載電路
45過(guò)電流保護(hù)電路單元
46低電流保護(hù)電路單元
47偵測(cè)電路單元
48限流電路單元
Vin輸入電壓源
V。ujg動(dòng)電壓
Sl S14 開(kāi)關(guān)
SD調(diào)光開(kāi)關(guān)
CLKl第一開(kāi)關(guān)信號(hào)
CLK2第二開(kāi)關(guān)信號(hào)
CLK3第三開(kāi)關(guān)信號(hào)
Ikjad負(fù)載電流
Ifb反饋信號(hào)
Vfb電壓反饋信號(hào)
、。。過(guò)電流參考電壓
V。vp過(guò)壓參考電壓
Vuep低電流參考電壓
Vi標(biāo)準(zhǔn)參考電壓
DIM控制信號(hào)
P1、P2虛設(shè)路徑具體實(shí)施方式
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電荷泵電路的電路圖。
電荷泵電路400具有一個(gè)電荷泵電路單元41、一個(gè)反饋電路單元42、一個(gè)保 護(hù)電路單元43以及一個(gè)偵測(cè)電路單元47。其中，電荷泵電路單元41具有一個(gè)被控電 流源10、切換開(kāi)關(guān)Si、S2、S3、S4及電容11、12 ；反饋電路單元42具有一個(gè)誤差放大器 (error amplifier) 15 ；保護(hù)電路單元43具有第一與第二比較器16與17、一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生器 (Oscillator) 18、一個(gè)處理器19 ；偵測(cè)電路單元47具有偵測(cè)電阻14。另外有一個(gè)負(fù)載電路 44具有負(fù)載單元13，于本實(shí)施例可為至少一個(gè)LED，但本發(fā)明不限于此。
電荷泵電路單元41由一輸入電壓源Vin提供一定電壓，輸入電壓源Vin與一個(gè)被控 電流源10電性連接，被控電流源10同時(shí)與開(kāi)關(guān)Si、S3的第一端電性連接，開(kāi)關(guān)S3的第二 端與開(kāi)關(guān)S2的第一端電性連接，并且，開(kāi)關(guān)S2的第二端連接至一個(gè)地端。開(kāi)關(guān)Sl的第二 端同時(shí)與開(kāi)關(guān)S4的第一端以及電容11的第一端相連接，電容11的第二端則與開(kāi)關(guān)S2的 第一端電性連接。另外，開(kāi)關(guān)S4的第二端與負(fù)載電容12的第一端以及負(fù)載電路44的負(fù)載 單元13的第一端電性連接，電容12的第二端則連接至地端。其中，開(kāi)關(guān)S1、S2受到一個(gè)第 一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl的控制以打開(kāi)或關(guān)閉，開(kāi)關(guān)S3、S4受到一個(gè)第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的控制以 打開(kāi)或關(guān)閉。即是，電容11透過(guò)第一開(kāi)關(guān)S1、S2與被控電流源10連接以進(jìn)行充電，并透過(guò) 第二開(kāi)關(guān)S3、S4對(duì)電容12及負(fù)載電路44進(jìn)行放電，且與驅(qū)動(dòng)電壓點(diǎn)V。ut連接。
電荷泵電路單元41主要是提供負(fù)載電路44 一個(gè)穩(wěn)定的電流源以驅(qū)動(dòng)負(fù)載單元 13，負(fù)載單元13則根據(jù)電荷泵電路單元41的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)載電流Ikjadt5
偵測(cè)電路單元47的偵測(cè)電阻14的第一端與負(fù)載單元13的第二端電性連接，且偵 測(cè)電阻14的第二端連接至地端。其中，負(fù)載電路44接受電荷泵電路單元41的驅(qū)動(dòng)，并產(chǎn) 生一個(gè)負(fù)載電流I-d，偵測(cè)電路單元47則偵測(cè)此負(fù)載電流Ikjad,并且據(jù)以產(chǎn)生一個(gè)反饋信巧 Ifbo
反饋電路單元42接受偵測(cè)電路單元47的反饋信號(hào)IFB，以監(jiān)測(cè)流經(jīng)負(fù)載單元13的負(fù)載電流I-d，并根據(jù)反饋信號(hào)Ifb的大小調(diào)整被控電流源10以穩(wěn)定流經(jīng)負(fù)載單元13的負(fù) 載電流I-d。反饋單元42由一個(gè)誤差放大器15所形成，誤差放大器15的倒相輸入端連接 至偵測(cè)電路單元47的第一端，誤差放大器15的不倒相輸入端則接收標(biāo)準(zhǔn)參考電壓V”誤 差放大器15的輸出端與被控電流源10電性連接，以控制被控電流源10的電流值。另外， 誤差放大器15亦接收控制信號(hào)DIM，并根據(jù)控制信號(hào)DIM來(lái)停止或提供被控電流源10的電 流，其中，控制信號(hào)DIM可以為一調(diào)光信號(hào)，且誤差放大器15亦控制被控電流源10停止或 提供電流的頻率高于人耳可感知的頻率范圍，例如20kHz以上的頻率，如此可避免產(chǎn)生低 頻率的噪聲信號(hào)以造成上述的可攜裝置內(nèi)連接相同電源的其他電路的音頻噪聲。誤差放大 器15也接受處理器19的控制以進(jìn)行控制被控電流源10。
另外，控制信號(hào)DIM亦可以直接控制處理器19以取代控制誤差放大器15。控制信 號(hào)DIM可以是脈沖信號(hào)或模擬信號(hào)，若為模擬信號(hào)，處理器19可根據(jù)其電平高低轉(zhuǎn)換成對(duì) 應(yīng)占空比，以決定停止產(chǎn)生第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl及第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的時(shí)間比，以達(dá)到調(diào)光 效果。
保護(hù)電路單元43主要是提供電荷泵電路單元41于過(guò)電流/低電流狀態(tài)的保護(hù)電 路。第一比較器16的不倒相輸入端以及第二比較器17的倒相輸入端連接至偵測(cè)電路單元 47的第一端，第一比較器16的倒相輸入端接收過(guò)電流參考電壓V。。p，第二比較器17的不倒 相輸入端接收低電流參考電壓Vu。p，并且第一與第二比較器16、17的輸出端皆連接至處理 器19。其中，過(guò)電流參考電壓V。。p大于低電流參考電壓Vu。p。處理器19與信號(hào)產(chǎn)生器18電 性連接，并且處理器19的一輸出端與誤差放大器15連接。當(dāng)反饋信號(hào)Ifb大于電流參考電 壓V。。p時(shí)，代表電路異常使負(fù)載電流I^d不當(dāng)上升至超過(guò)一過(guò)電流值；或者反饋信號(hào)Ifb小 于電流參考電壓Vucp時(shí)，代表電路異常使負(fù)載電流I^d無(wú)法上升至超過(guò)一過(guò)低電流值，保護(hù) 電路單元43于上述兩狀態(tài)的任一發(fā)生時(shí)，透過(guò)控制反饋電路單元42以停止被控電流源10 輸入電流。然于電荷泵電路400于啟動(dòng)的初或暫時(shí)性的突然電路異常無(wú)法提供電力至負(fù)載 電路44，使反饋信號(hào)Ifb —時(shí)低于電流參考電壓Vuep，保護(hù)電路單元43可于確定過(guò)低電流狀 態(tài)持續(xù)超過(guò)一預(yù)定時(shí)間時(shí)，才停止電荷泵電路的操作，以避免誤判。
另外，處理器19亦根據(jù)信號(hào)產(chǎn)生器18產(chǎn)生第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl以及第二開(kāi)關(guān)信號(hào) CLK2。其中，信號(hào)產(chǎn)生器18的頻率為固定頻率，以便于濾除電磁干擾。
電荷泵電路單元41經(jīng)被控電流源10接收來(lái)自輸入電壓源Vin的一個(gè)穩(wěn)定的電流。 當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2接受第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl控制而導(dǎo)通且開(kāi)關(guān)S3、S4接受第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2控 制而不導(dǎo)通，則產(chǎn)生一個(gè)充電路徑對(duì)電容11進(jìn)行充電，此時(shí)，負(fù)載電路44由電容12(的放 電)提供操作所需的電力。當(dāng)開(kāi)關(guān)S3、S4接受第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2控制而導(dǎo)通，同時(shí)開(kāi)關(guān) Si、S2接受第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl控制而不導(dǎo)通，則產(chǎn)生一個(gè)放電路徑使得電容11對(duì)負(fù)載電 路44以及電容12進(jìn)行放電。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)示意圖。需注意，下述說(shuō)明中，以高電位 代表導(dǎo)通對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)，低電位代表截止對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)，然實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)視開(kāi)關(guān)性質(zhì)調(diào)整，例如對(duì) 于P型金氧半晶體管開(kāi)關(guān)，則以低電位導(dǎo)通，高電位截止。
第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl以及第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2為由處理器19根據(jù)信號(hào)產(chǎn)生器18所 產(chǎn)生的信號(hào)，并且第一與第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK1、CLK2互不重迭且的間有一時(shí)間間隔ΔΤ，即是 第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl與第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2不同時(shí)為高電位，且第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl為高電位與第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2為高電位之間有一時(shí)間間隔ΔΤ，于此時(shí)間間隙ΔΤ，第一與第二開(kāi)關(guān) 信號(hào)CLK1、CLK2皆為低電位。第一與第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl與CLK2分別控制開(kāi)關(guān)S1、S2與開(kāi) 關(guān)S3、S4。由于開(kāi)關(guān)Si、S2導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)S3、S4須為不導(dǎo)通，反之亦同，即開(kāi)關(guān)Si、S2不同 時(shí)與開(kāi)關(guān)S3、S4導(dǎo)通。并且于開(kāi)關(guān)Si、S2導(dǎo)通至開(kāi)關(guān)S3、S4導(dǎo)通之間須有一個(gè)時(shí)間間隙 ΔΤ,以避免兩組開(kāi)關(guān)的同時(shí)導(dǎo)通造成電容11不當(dāng)放電或者影響反饋控制的穩(wěn)定度。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D4。負(fù)載電路44接收本實(shí)施例的電荷泵電路單元41的電力提供，因此 即產(chǎn)生一個(gè)負(fù)載電流I^d流經(jīng)負(fù)載單元13。偵測(cè)電路單元47即根據(jù)此負(fù)載電流I^d產(chǎn)生 一個(gè)反饋信號(hào)IFB，反饋電路單元42接收此反饋信號(hào)Ifb，即可根據(jù)反饋信號(hào)Ifb與參考電壓 Vi進(jìn)行比較，進(jìn)而調(diào)整被控電流源10的電流值。若是反饋信號(hào)Ifb大于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vi，則 誤差放大器15減少被控電流源10的電流值。反之，反饋信號(hào)Ifb小于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vi，誤 差放大器15增加被控電流源10的電流值。從而對(duì)負(fù)載單元13進(jìn)行電流補(bǔ)償，得以保持負(fù) 載電流I^d于一個(gè)穩(wěn)定的電流值。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的輸入電流的波形圖。
由于本發(fā)明實(shí)施例利用一個(gè)被控電流源10以控制輸入電流Iin的大小，因此，當(dāng)開(kāi) 關(guān)S1/S2以及開(kāi)關(guān)S3/S4分別由第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl以及第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2控制導(dǎo)通與不 導(dǎo)通時(shí)，輸入電流Iin將會(huì)如圖6所示的具有一個(gè)穩(wěn)定的輸入電流Iin。因此，于本發(fā)明的實(shí) 施例就不會(huì)產(chǎn)生如圖3所示的電流尖峰。
其中，由于開(kāi)關(guān)切換間具有時(shí)間間隙ΔΤ，于這段時(shí)間間隙ΔΤ所有開(kāi)關(guān)Si、S2、 S3、S4皆為不導(dǎo)通，因此會(huì)造成電流源的輸入電流Iin中斷。
圖7為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的具有一個(gè)虛設(shè)路徑(dummy path)的電荷泵電路 的電路圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的輸入電流的電流波形圖。
如上所述，由于第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl與第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的間具有一時(shí)間間隙 Δ T，于此時(shí)間間隙Δ T開(kāi)關(guān)Si、S2、S3、S4皆處于不導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)輸入電流Iin即會(huì)變?yōu)?零電流。
為了要將輸入電流Iin的輸入電流波形變?yōu)槠椒€(wěn)，因此根據(jù)本發(fā)明提出一種具有 虛設(shè)路徑的電荷泵電路900的實(shí)施例。如圖7所示的電荷泵電路900增加一條虛設(shè)路徑 Ρ1，虛設(shè)路徑Pl連接被控電流源10的第二端與一地端。另外，偵測(cè)電路單元更具有輸出電 壓偵測(cè)電阻14a。電壓偵測(cè)電阻14a的第一端與負(fù)載單元13的第一端電性連接，且電壓偵 測(cè)電阻Ha的第二端連接至地端，并根據(jù)負(fù)載單元13的驅(qū)動(dòng)電壓V。ut產(chǎn)生一電壓反饋信號(hào) VFB。保護(hù)電路單元43的第一比較器16改為一第三比較器20。第三比較器20的不倒相輸 入端接收電壓反饋信號(hào)Vfb，倒相輸入端接收一過(guò)壓參考電壓V。vp。電壓反饋信號(hào)Vfb大于過(guò) 壓參考電壓V-時(shí)，代表電路異常使驅(qū)動(dòng)電壓V。ut不當(dāng)上升至超過(guò)一過(guò)壓值。保護(hù)電路單元 43于上述過(guò)壓狀態(tài)發(fā)生時(shí)，透過(guò)誤差放大器15以停止被控電流源10輸入電流。而圖7所 示的其他元件與連接關(guān)皆與圖4無(wú)異，在此不再累述。
于上述時(shí)間間隙ΔΤ時(shí)，截止開(kāi)關(guān)Si、S4而導(dǎo)通開(kāi)關(guān)S2、S3。此時(shí)，輸入電流Iin 可透過(guò)開(kāi)關(guān)S2、S3所組成的虛設(shè)路徑Pl流向地端，因此輸入電流Iin并不會(huì)產(chǎn)生劇烈的電 流波動(dòng)。所以，輸入電流Iin即可如圖8所示的輸入電流波形圖，具有一平穩(wěn)的輸入電流。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有一個(gè)虛設(shè)路徑(dummy path)的電荷泵電路的電路圖。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路1100增加一條虛設(shè)路徑P2，虛設(shè)路徑P2連接被 控電流源10的第二端與一地端，且于虛設(shè)路徑P2上設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)S5，開(kāi)關(guān)S5的第一端與 被控電流源10的第二端電性連接，開(kāi)關(guān)S5的第二端則連接到一地端。另外，電荷泵電路 1100增加一調(diào)光開(kāi)關(guān)SD，耦接于負(fù)載單元13及偵測(cè)電阻14之間，并根據(jù)控制信號(hào)DIM導(dǎo) 通、截止。相較于圖4及圖7所示的實(shí)施電路，圖9的實(shí)施電路以調(diào)光開(kāi)關(guān)SD取代誤差放 大器15來(lái)接收控制信號(hào)DIM，可避免負(fù)載電容12于調(diào)光過(guò)程的充放電所造成的調(diào)光上的 時(shí)間延遲，故可使調(diào)光控制能更為精確。圖9所示的其他元件與連接關(guān)皆與圖7無(wú)異，在此 不再累述。另外有一 NAND邏輯門(mén)21，其輸入端分別接收第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl以及第二開(kāi)關(guān) 信號(hào)CLK2，并產(chǎn)生一個(gè)第三信號(hào)CLK3，且第三開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK3為控制開(kāi)關(guān)S5的打開(kāi)與關(guān)閉。 即是，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl以及第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2皆為一低電位時(shí)，NAND邏輯門(mén)即產(chǎn)生 第三開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK3，且為一高電位。因此開(kāi)關(guān)S5即可根據(jù)此第三信號(hào)CLK3而導(dǎo)通，輸入 電流Iin即可透過(guò)虛設(shè)路徑P2及開(kāi)關(guān)S5流向地端。因此，輸出電流Iin仍可保持一平穩(wěn)狀 態(tài)。所以，輸入電流Iin即可如圖8所示的輸入電流波形圖，具有一平穩(wěn)的輸入電流。
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電荷泵電路的電路圖。
電荷泵電路1000具有一被控電流源10，其中被控電流源10由一電阻30以及一開(kāi) 關(guān)S14串聯(lián)組成，另外，反饋電路單元42的誤差放大器15的不倒相輸入端輸入反饋信號(hào)Ifb 以及倒相輸入端輸入標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vi，并且于反饋電路單元42的輸出端連接一限流電路單 元48，其中，限流電路單元48由一個(gè)誤差放大器觀以及一個(gè)第四比較器四所組成，且開(kāi)關(guān) S14于本實(shí)施例為一 PMOS晶體管開(kāi)關(guān)。電阻30的第一端與輸入電壓Vin連接，晶體管開(kāi)關(guān) S14的第一端則是與電阻30的第二端以及誤差放大器觀及第四比較器四的倒相輸入端連 接，柵極則是與誤差放大器觀的輸出端連接，第二端則是連接到開(kāi)關(guān)Si、S3的第一端。誤 差放大器觀的不倒相輸入端以及第四比較器四的不倒相輸入端與誤差放大器15的輸出 端連接，且誤差放大器觀接收第四比較器四的輸出信號(hào)，并根據(jù)第四比較器四的輸出信 號(hào)進(jìn)行運(yùn)作或關(guān)閉。除調(diào)光方式與圖9相同外，其他的元件以及其連接方式皆與圖4相同。
當(dāng)偵測(cè)電路單元47所偵測(cè)的負(fù)載電流I^d較小時(shí)，則產(chǎn)生的反饋信號(hào)Ifb則會(huì)低 于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vi,此時(shí)反饋電路單元42的誤差放大器15的輸出電壓電平下降以增加限 流電路單元48的限流值(即第四比較器四被觸發(fā)的點(diǎn)移至較高的電流值)，反之，當(dāng)反饋 信號(hào)Ifb高于標(biāo)準(zhǔn)參考電壓Vi,則誤差放大器15的輸出電壓電平上升以減少限流電路單元 48的限流值。限流電路單元48以誤差放大器15的輸出信號(hào)為限流參考值，當(dāng)流經(jīng)電阻30 的電流較小，則電阻30的第二端產(chǎn)生的電位高于誤差放大器15所輸出的限流參考值，第四 比較器四則輸出一低電位。誤差放大器觀接收第四比較器四輸出的低電位而停止運(yùn)作， 其輸出信號(hào)在低電平使得開(kāi)關(guān)S14保持于最小的導(dǎo)通阻抗。反之，若流經(jīng)電阻30的電流較 高使電阻30的第二端產(chǎn)生的電位低于限流參考值，第四比較器四則輸出一高電位，且誤差 放大器觀接收比高電位而開(kāi)始運(yùn)作。此時(shí)，誤差放大器觀的倒相端電壓電平低于不倒相 端的電壓電平，則誤差放大器觀輸出的電壓電平上升使倒相端的電壓電平與不倒相端的 電壓電平維持相同。也就是此時(shí)流經(jīng)電阻30的電流被箝制在一預(yù)定箝制電流值上，而此預(yù) 定箝制電流值根據(jù)反饋信號(hào)Ifb而決定。
于此，若第四比較器四的倒相輸入端的輸入電壓接近限流值時(shí)，即容易因?yàn)樵肼?0影響流經(jīng)電阻30的電流產(chǎn)生變化，造成第四比較器四的倒相輸入端的輸入電壓于限電流 值的附近變化，使得比較器隨著輸入電壓的變化而頻繁地輸出高電位或低電位，造成誤差 放大器觀接收第四比較器四的信號(hào)而進(jìn)行頻繁的運(yùn)作或關(guān)閉的切換。因此，第四比較器 29的不倒相端的輸入信號(hào)電平最好略高于誤差放大器觀的不倒相端的輸入信號(hào)電平，以 避免噪聲造成誤差放大器頻繁切換。
圖IlA以及圖IlB所示為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電荷泵電路單元的電路示意 圖。
請(qǐng)參考圖11A，為本發(fā)明應(yīng)用至0. 5倍壓電荷泵電路單元49的電路示意圖，其中包 括一個(gè)被控電流源10、開(kāi)關(guān)S6 SlO以及電容12、22、23。輸入電壓源Vin提供電壓至電荷 泵電路單元49。被控電流源10的第一端與輸入電壓源Vin相連接，第二端則與開(kāi)關(guān)S6的 第一端電性連接；開(kāi)關(guān)S6的第二端同時(shí)與開(kāi)關(guān)S9與電容22的第一端電性連接；電容22的 第二端同時(shí)與開(kāi)關(guān)S7以及開(kāi)關(guān)S8的第一端電性連接；開(kāi)關(guān)S7的第二端則與開(kāi)關(guān)SlO以及 電容23的第一端電性連接；開(kāi)關(guān)S8的第二端以及電容23的第二端則分別連接到一地端； 最后，開(kāi)關(guān)S9以及開(kāi)關(guān)SlO的第二端與電容12以及負(fù)載單元13的驅(qū)動(dòng)電壓V。ut點(diǎn)電性連 接。
其中，開(kāi)關(guān)S6、開(kāi)關(guān)S7受到第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl的控制，開(kāi)關(guān)S8、S9、S10皆受到第 二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的控制。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)S6、S7受到第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl控制而導(dǎo)通，同時(shí)開(kāi) 關(guān)S8、S9、SlO則為不導(dǎo)通則輸入電壓源Vin對(duì)電容22、23進(jìn)行充電。接下來(lái)，開(kāi)關(guān)S8、S9、 SlO受到第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的控制而導(dǎo)通，同時(shí)開(kāi)關(guān)S6、S7則為不導(dǎo)通，則電容22的第二 端則會(huì)連接到地端。于是電容22以及電容23的電位則會(huì)透過(guò)開(kāi)關(guān)S9以及開(kāi)關(guān)SlO輸出 至電容12以及負(fù)載單元13。因此透過(guò)本實(shí)施例的電路，可以彈性地將輸入電位Vin轉(zhuǎn)變?yōu)?最高0. 5倍輸入電位以驅(qū)動(dòng)電壓至負(fù)載單元13。
如圖IlB所示的電荷泵電路單元50，其中所包括的元件與圖IlA相似，僅刪除了開(kāi) 關(guān)S8，并增加了開(kāi)關(guān)S11、S12、S13。其中，被控電流源10、電容12、22、23以及開(kāi)關(guān)S6、S7、 S9、S10的連接關(guān)皆與圖IlA相同。開(kāi)關(guān)S12、S13的第一端與被控電流源10的第二端以及 開(kāi)關(guān)S6的第一端電性連接；開(kāi)關(guān)Sll的第一端與電容23以及開(kāi)關(guān)S12的第二端電性連接； 且開(kāi)關(guān)Sll的第二端連接至地端；開(kāi)關(guān)S13的第二端則與電容22的第二端以及開(kāi)關(guān)S7的 第一端電性連接。
其中，開(kāi)關(guān)S6、S7、S11受到第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl的控制，并且開(kāi)關(guān)S9、S10、S12、S13 皆受到第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的控制。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)S6、S7、Sll受到第一開(kāi)關(guān)信號(hào)CLKl控制 而導(dǎo)通，同時(shí)開(kāi)關(guān)S9、S10、S12、S13則為不導(dǎo)通，則輸入電壓源Vin對(duì)電容22、23進(jìn)行充電。 接下來(lái)，開(kāi)關(guān)S9、S10、S12、S13受到第二開(kāi)關(guān)信號(hào)CLK2的控制而導(dǎo)通，同時(shí)開(kāi)關(guān)S6、S7、S11 則為不導(dǎo)通，則電容22的第二端則會(huì)透過(guò)開(kāi)關(guān)13連接到輸入電壓源Vin的電位，并且電容 23的第二端亦透過(guò)開(kāi)關(guān)12連接到輸入電壓源Vin的電位。于是電容22以及電容23的電 位則會(huì)分別透過(guò)開(kāi)關(guān)S9以及開(kāi)關(guān)SlO輸出至電容12以及負(fù)載單元13。因此透過(guò)本實(shí)施例 的電路，可以彈性地將驅(qū)動(dòng)電壓V。ut轉(zhuǎn)變?yōu)樽罡?. 5倍輸入電位Vin以輸出至負(fù)載電路44。
圖12A、圖12B、圖12C所示為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的負(fù)載單元及偵測(cè)電路單元 的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖12A為復(fù)數(shù)個(gè)LED串聯(lián)的電路，并于這些LED后串聯(lián)一偵測(cè)電阻14。由于LED于制造時(shí)的均勻性，因此造成復(fù)數(shù)個(gè)LED之間常具有不同的閾值電壓Vth，例如3. 2 3. 6V。 因此，若是將這些具有不同閾值電壓Vth的LED串聯(lián)在一起，則需要提供較高的驅(qū)動(dòng)電壓以 保證這些LED都可以順利驅(qū)動(dòng)并達(dá)到預(yù)定的發(fā)光亮度。以本實(shí)施例為例，例如達(dá)到設(shè)定發(fā) 光亮度的驅(qū)動(dòng)電壓可能有10. 8V(3. 6V*3)、10. 2V(3. 4V*3)、9. 6V(3. 2V*3)等(對(duì)應(yīng)不同的 閾值電壓Vth狀態(tài)時(shí))，此時(shí)把驅(qū)動(dòng)電壓V。ut設(shè)定在12V才可以確保都可以驅(qū)動(dòng)。但是，此時(shí) 的電荷泵電路單元41的驅(qū)動(dòng)效率也會(huì)變得較差。從以上的例子(9. 6V(3. 2V*3))，電荷泵電 路單元41最低的驅(qū)動(dòng)效率為9. 6V/12V = 80%。但是，若根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，利用反饋電路 單元42偵測(cè)反饋信號(hào)Ifb的方式則可以大幅度的增加電荷泵電路單元41的驅(qū)動(dòng)效率。假 設(shè)偵測(cè)電阻14上需跨壓0. 5V，因此僅需于驅(qū)動(dòng)電壓V。ut以10. IV進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且，由于這些 LED流經(jīng)相同電流，因此這些LED會(huì)具有大致相同的亮度。此時(shí)，電荷泵電路單元41的效率 為9.6V/(9.6V+0.5V) =95%。這是電荷泵電路單元41使用偵測(cè)反饋信號(hào)Ifb的一個(gè)重要 原因。
圖12B為數(shù)個(gè)LED與一個(gè)電阻串聯(lián)形成一組LED串行電路，并與數(shù)組LED串行電 路并聯(lián)，再與一個(gè)偵測(cè)電阻14串聯(lián)的電路。于這些LED串行電路中，皆串聯(lián)一個(gè)電阻M、 25、26。這些電阻對(duì)、25、沈主要是進(jìn)行平衡電流為目的。由于如上所述的LED常會(huì)具有不 同的閾值電壓Vth，因此當(dāng)這些LED串聯(lián)在一起，會(huì)因?yàn)殚撝惦妷篤th的不同而會(huì)造成與其 他組LED串行電路的電流上的差異。因此為了平衡每一組LED串行電路的電流，加上一個(gè) 電阻以減小這些LED因具有不同的Vth造成的電流上的影響。所以，若是這些LED的閾值電 壓Vth的差異越小，則所需要串聯(lián)的電阻值也就可以越小。
圖12C為數(shù)組LED串并聯(lián)再與一個(gè)電流控制單元27串聯(lián)形成一組LED串并聯(lián)電 路，再與一個(gè)偵測(cè)電阻14串聯(lián)的電路。與圖12B近似，但是于本實(shí)施例，利用一個(gè)電流控制 單元27來(lái)控制每一組LED串行電路的電流，因此即可以達(dá)到平衡每一組LED串行電路的電流。
但是，以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明及附圖而已，并非用以限制 本發(fā)明，本發(fā)明的所有范圍應(yīng)以應(yīng)以權(quán)利要求為準(zhǔn)，任何普通技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)， 可輕易思及的變化或修改皆可涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵電路，與一負(fù)載電路電性連接，該負(fù)載電路根據(jù)該電荷泵電路單元的該 驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生一負(fù)載電流，其特征在于，包括一電荷泵電路單元，產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)電壓，其中該電荷泵電路單元具有一被控電流源，以控 制輸入該電荷泵電路單元的一輸入電流；一偵測(cè)電路單元，與該負(fù)載電路電性連接，且根據(jù)該負(fù)載電流產(chǎn)生一反饋信號(hào)；以及一反饋電路單元，與該偵測(cè)電路單元電性連接，并根據(jù)該反饋信號(hào)控制該被控電流源 的該輸入電流。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該電荷泵電路單元包括該被控電流 源；一電容，透過(guò)一第一開(kāi)關(guān)與該被控電流源電性連接，并且該被控電流源透過(guò)該第一開(kāi)關(guān) 對(duì)該電容進(jìn)行充電；一第二開(kāi)關(guān)連接該電容，并且該電容透過(guò)該第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行放電；其中 該第一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)分別受到一第一開(kāi)關(guān)信號(hào)及一第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的控制而于導(dǎo)通及 截止之間切換，且該第一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期彼此錯(cuò)開(kāi)。
3.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，更包括一保護(hù)電路單元，該保護(hù)電路 單元包括一過(guò)電流保護(hù)電路單元、一過(guò)壓保護(hù)電路單元或一低電流保護(hù)電路單元。
4.如權(quán)利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，該過(guò)電流保護(hù)電路單元偵測(cè)該反饋 信號(hào)，并于該反饋信號(hào)高于一過(guò)電流參考電壓或低于一低電流參考電壓時(shí)，停止該電荷泵 電路的操作。
5.如權(quán)利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，該低電流保護(hù)電路單元偵測(cè)該反饋 信號(hào)，并于該反饋信號(hào)于一低電流參考電壓持續(xù)一預(yù)定時(shí)間時(shí)，停止電荷泵電路的操作。
6.如權(quán)利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，該過(guò)壓保護(hù)電路單元偵測(cè)該反饋信 號(hào)，并于該電荷泵電路單元的一驅(qū)動(dòng)電壓高于一過(guò)壓值時(shí)，停止電荷泵電路的操作。
7.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該電荷泵電路單元更根據(jù)一調(diào)光信 號(hào)以一調(diào)光頻率停止及提供該輸入電流，該調(diào)光頻率高于人耳可感知的頻率范圍。
8.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該虛設(shè)路徑更包括一第三開(kāi)關(guān)連接 于該被控電流源以及該地端之間，且該第三開(kāi)關(guān)受到一第三開(kāi)關(guān)信號(hào)控制于導(dǎo)通與截止之 間，該第三開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期與該第一開(kāi)關(guān)及該第二開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期錯(cuò)開(kāi)。
9.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，該負(fù)載單元包括一發(fā)光二極管模塊， 該發(fā)光二極管模塊包含至少一個(gè)發(fā)光二極管，且流經(jīng)每一個(gè)發(fā)光二極管的電流大致相同。
10.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，更包括一限流電路單元，用以控制 該被控電流源使該輸入電流被前置于一預(yù)定箝制電流之內(nèi)，該預(yù)定箝制電流根據(jù)反饋信號(hào) 調(diào)整。
11.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，更包括一調(diào)光開(kāi)關(guān)，與該負(fù)載電路 串聯(lián)，該調(diào)光開(kāi)關(guān)更根據(jù)一調(diào)光信號(hào)控制該負(fù)載電流是否流經(jīng)該負(fù)載電路。
12.—種電荷泵電路單元，其特征在于，包括一被控電流源；一虛設(shè)路徑，將該被控電流源連接至一地端；一電容，透過(guò)一第一開(kāi)關(guān)與該被控電流源以及該須設(shè)路徑電性連接，并且該被控電流 源透過(guò)該第一開(kāi)關(guān)對(duì)該電容進(jìn)行充電；以及一第二開(kāi)關(guān)連接該電容及一負(fù)載電路，并且該電容透過(guò)該第二開(kāi)關(guān)對(duì)該負(fù)載電路進(jìn)行放電；其中該第一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)分別受到一第一開(kāi)關(guān)信號(hào)及一第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的控制而 于導(dǎo)通及截止之間切換，且該第一開(kāi)關(guān)與該第二開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通周期彼此錯(cuò)開(kāi)，且該被控電流 源的電流于該第一開(kāi)關(guān)信號(hào)及該第二開(kāi)關(guān)信號(hào)皆為截止時(shí)，透過(guò)該虛設(shè)路徑流向地端。
13.如權(quán)利要求12所述的電荷泵電路單元，其特征在于，更包括一限流電路單元，用以 箝制流經(jīng)該被控電流源的一輸入電流于一預(yù)定箝制電流之內(nèi)，該預(yù)定箝制電流根據(jù)該負(fù)載 電路的電流調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有電流偵測(cè)的電荷泵電路及其電路單元；本發(fā)明的具有電流偵測(cè)的電荷泵電路包含一個(gè)電荷泵電路單元，其中具有一個(gè)被控電流源；一個(gè)負(fù)載電路，與該電荷泵電路單元電性連接，并接受該電荷泵電路單元的驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生一個(gè)負(fù)載電流；一偵測(cè)電路單元，與該負(fù)載電路電性連接，并根據(jù)該負(fù)載電流產(chǎn)生一反饋信號(hào)；以及提供一反饋電路單元，與該偵測(cè)電路單元電性連接，該反饋電路單元接受該反饋信號(hào)，并據(jù)以調(diào)整該被控電流源的該輸入電流；本發(fā)明的電荷泵電路另外具有一個(gè)保護(hù)電路單元，可偵測(cè)反饋信號(hào)，并根據(jù)反饋信號(hào)的大小進(jìn)行電路的保護(hù)。
文檔編號(hào)H02M3/07GK102035370SQ20091017608
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者徐獻(xiàn)松 申請(qǐng)人:登豐微電子股份有限公司