交換式電路的製作方法

2023-07-03 00:59:11

交換式電路的製作方法
【專利摘要】本發明關於一種交換式電路，其包含有：多個儲能元件；以及多個開關元件，耦接多個該儲能元件，以產生一降壓模式。本發明電路內部的功率開關元件和控制器，以及部分的電阻，都整合到集成電路內，有效地縮小了驅動電路的體積與重量。
【專利說明】交換式電路
【技術領域】
[0001]本發明為一種交換式電路,尤其是有關於一種具有電容與開關兀件的交換式電路。
【背景技術】
[0002]目前電子產品已走入可攜式時代，邁向輕薄短小的體積與便宜的市場價格，但往往過多的外部元件，會使印刷電路板(PCB)的體積變得相當龐大，限制了產品的尺寸與造型，例如，市面上大多的電源轉換電路，如直流/直流轉換器(DC/DC converter)、電荷泵(charge pump)、及交換式電容電路(switched capacitor)等,不論功率開關、被動元件或控制電路，都由離散元件所組成，而現今零件成本的下降幅度已趨於遲緩，並無太多的降價空間，未來還有可能因為原物料上漲而成本增加，當離散元件使用數量越多，則所需的組裝費也越高,印刷電路板也越顯龐大與笨重。
[0003]另外，磁性元件相較於電阻或是陶瓷電容，佔有了較大的體積與成本，而發光二極體(light emitting diode, LED)驅動電路內的電解電容,也容易受到發光二極體熱源幹擾而導致壽命降低，約每增加10°C，其壽命就會縮短50%。因此設計一款無使用磁性元件無電解電容的驅動電路，將是非常必要地。為了有效地縮小產品體積與重量，集成電路(integrated circuit, IC)技術將是一大發展。集成電路可以整合大多數外部離散元件，如電晶體、電阻、電容、二極體等，其裸晶(die)體積非常小，使用集成電路取代傳統的印刷電路板，不僅可以減少體積與重量，還可以提高傳輸速率及可靠度。但是集成電路的製作成本卻是相當昂貴，晶片面積與成本呈現正比關係。
[0004]況且，大功率級的電源轉換電路，內部所使用的功率開關元件，若整合到集成電路內，佔用的晶片面積比例相當龐大。一般來說，一顆大功率開關元件，其面積約佔整體控制電路的5?10倍以上，如果電路內使用多顆功率開關元件時，相對會耗費了極大的製作成本。而傳統的交換式電容電路，使用三顆電容產生3?4種降壓模式條件下，至少會用到8、顆功率開關元件，其晶片面積會過於龐大。

【發明內容】

[0005]在一實施例中，本發明提供一種交換式電路，其包含有:多個儲能元件；以及多個開關元件，耦接多個該儲能元件，以產生一降壓模式。
[0006]所述的交換式電路，其中，多個該儲能元件包括一第一儲能元件、一第二儲能元件與一第三儲能元件，而多個該開關元件包括一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件、一第四開關元件、一第五開關元件、一第六開關元件與一第七開關元件。
[0007]所述的交換式電路，其中，該第一儲能元件的一端耦接該第一、四、六開關元件，而其另一端耦接該第三、五開關元件。
[0008]所述的交換式電路，其中，該第二儲能元件的一端耦接該第二、三、七開關元件，而其另一端耦接第四、五開關元件。[0009]所述的交換式電路，其中，該第三儲能元件的一端耦接該第六、七開關元件。
[0010]所述的交換式電路，其中，該儲能元件為電容，而該開關元件可為雙極性接面電晶體或金屬氧化物半導體元件。
[0011]所述的交換式電路，其中，根據該儲能元件的充放電操作與該開關元件的切換操作，進而產生該降壓模式，且該降壓模式為多個。
[0012]在另一實施例中，本發明一種交換式電路，其包含有:多個儲能元件；以及多個開關元件，耦接多個該儲能元件，以產生一降壓模式與一升壓模式的其中一者。
[0013]所述的交換式電路，其中，多個該儲能元件包括一第一儲能元件、一第二儲能元件與一第三儲能元件，而多個該開關元件包括一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件、一第四開關元件、一第五開關元件、一第六開關元件、一第七開關元件與一第八開關元件。
[0014]所述的交換式電路，其中，該第一儲能元件的一端耦接第一、二、七開關元件，而其另一端耦接第四、五開關元件。
[0015]所述的交換式電路，其中，該第二儲能元件的一端耦接該第二、四開關元件、而其另一端耦接第三、六、五、八開關元件。
[0016]所述的交換式電路，其中，該第三儲能元件的一端耦接該第七、八開關元件。
[0017]所述的交換式電路，其中，該儲能元件為電容，而該開關元件可為雙極性接面電晶體或金屬氧化物半導體元件。
[0018]所述的交換式電路，其中，根據該儲能元件的充放電操作與該開關元件的切換操作，進而產生該降壓模式或該升壓模式，且該降壓模式與該升壓模式皆為多個。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益技術效果是:
[0020]本發明提出的交換式電容電路，電路內部的功率開關元件和控制器，以及部分的電阻，都整合到集成電路內，最終外部的離散元件只剩下數個電阻和陶瓷電容等，有效地縮小了驅動電路的體積與重量，進而減少系統成本與延長燈具壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1顯示根據本發明的一實施例的一交換式電路；
[0022]圖2顯不圖1應用電容與開關的例子；
[0023]圖3顯示圖2的第一降壓模式；
[0024]圖4顯示圖2的第二降壓模式；
[0025]圖5顯示圖2的第三降壓模式；
[0026]圖6顯示圖2的第四降壓模式；
[0027]圖7顯示根據本發明的另一實施例的一交換式電路；
[0028]圖8顯不圖7應用電容與開關的例子；
[0029]圖9顯示圖8的第一降壓模式；
[0030]圖10顯示圖8的第二降壓模式；
[0031]圖11顯示圖8的第三降壓模式；
[0032]圖12顯示圖8的第四降壓模式；
[0033]圖13顯示圖8的第一升壓模式；[0034]圖14顯示圖8的第二升壓模式；
[0035]圖15顯示應用本發明的電路方塊圖。
[0036]其中，附圖標記:
[0037]C1, C2, Cout 儲能元件
[0038]SpSySpSpSpSpS? 開關元件
[0039]Vin, Vout 電壓
[0040]11 電壓檢測電路
[0041]12 模式選擇器
[0042]13 交換式電路
[0043]14 驅動裝置
【具體實施方式】
[0044]為使貴審查委員能對本發明的特徵、目的及功能有更進一步的認知與了解，下文特將本發明的裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明的特點，詳細說明陳述如下:
[0045]圖1顯 示根據本發明的一實施例的一交換式電路。該交換式電路包括:多個儲能元件以及多個開關元件。多個該開關元件耦接多個該儲能元件，以產生一降壓模式。多個該儲能元件包括一第一儲能元件C1、一第二儲能元件C2與一第三儲能元件cwt，而多個該開關元件包括一第一開關元件S1、一第二開關元件S2、一第三開關元件S3、一第四開關元件S4、一第五開關元件S5、一第六開關元件S6與一第七開關元件S7。如圖1所示，該第一儲能元件C1的一端耦接該第一、四、六開關元件S1、S4, S6，而其另一端耦接該第三、五開關元件S3、S5，而該第二儲能元件C2的一端耦接該第二、三、七開關元件S2、S3、S7，而其另一端耦接第四、五開關元件s4、S5，且其中該第三儲能元件Cwt的一端耦接該第六、七開關元件s6、S7O於本實施例，該儲能元件可為電容，而該開關元件可為金屬氧化物半導體(metal oxidesemiconductor,M0S)或雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)兀件。且本實施例根據該儲能元件的充放電操作與該開關元件的切換操作，進而產生該降壓模式，且該降壓模式為多個。本實施例反轉了 C2電容的極性，並通過開關元件S2與S3使得電容C1與C2共同接地，故可比傳統的交換式電路省略一顆功率開關元件，此外，也通過開關元件S4,讓兩顆電容C1與C2直接與輸入電源Vin共接，也可以省略一顆功率開關元件，因此本實施例僅使用7顆功率半導體便可擁有4種降壓模式，不但可以提高電路的適應性，還可以降低電路的開發成本。
[0046]圖2顯示圖1應用電容與開關的例子。圖:Te顯示圖2的(4種)降壓模式，且表一顯示各降壓模式的電壓比(voltage ratio,Vout/Vin)以及儲能元件進行充電(phasel)與放電(phase2)間將導通的開關元件。
[0047]表一
【權利要求】
1.一種交換式電路,其特徵在於,包含有: 多個儲能元件；以及 多個開關元件，耦接多個該儲能元件，以產生一降壓模式。
2.根據權利要求1所述的交換式電路，其特徵在於，多個該儲能元件包括一第一儲能元件、一第二儲能元件與一第三儲能元件，而多個該開關元件包括一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件、一第四開關元件、一第五開關元件、一第六開關元件與一第七開關元件。
3.根據權利要求2所述的交換式電路，其特徵在於，該第一儲能元件的一端耦接該第一、四、六開關元件，而其另一端耦接該第三、五開關元件。
4.根據權利要求3所述的交換式電路，其特徵在於，該第二儲能元件的一端耦接該第二、三、七開關元件，而其另一端耦接第四、五開關元件。
5.根據權利要求4所述的交換式電路，其特徵在於，該第三儲能元件的一端耦接該第六、七開關元件。
6.根據權利要求1所述的交換式電路，其特徵在於，該儲能元件為電容，而該開關元件可為雙極性接面電晶體或金屬氧化物半導體元件。
7.根據權利要求1所述的交換式電路，其特徵在於，根據該儲能元件的充放電操作與該開關元件的切換操作，進而產生該降壓模式，且該降壓模式為多個。
8.—種交換式電路,其特徵在於,包含有: 多個儲能元件；以及 多個開關元件，耦接多個該儲能元件，以產生一降壓模式與一升壓模式的其中一者。
9.根據權利要求8所述的交換式電路，其特徵在於，多個該儲能元件包括一第一儲能元件、一第二儲能元件與一第三儲能元件，而多個該開關元件包括一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件、一第四開關元件、一第五開關元件、一第六開關元件、一第七開關元件與一第八開關元件。
10.根據權利要求9所述的交換式電路，其特徵在於，該第一儲能元件的一端耦接第一、二、七開關元件，而其另一端耦接第四、五開關元件。
11.根據權利要求10所述的交換式電路，其特徵在於，該第二儲能元件的一端耦接該第二、四開關元件、而其另一端耦接第三、六、五、八開關元件。
12.根據權利要求11所述的交換式電路，其特徵在於，該第三儲能元件的一端耦接該第七、八開關元件。
13.根據權利要求8所述的交換式電路，其特徵在於，該儲能元件為電容，而該開關元件可為雙極性接面電晶體或金屬氧化物半導體元件。
14.根據權利要求8所述的交換式電路，其特徵在於，根據該儲能元件的充放電操作與該開關兀件的切換操作，進而產生該降壓模式或該升壓模式，且該降壓模式與該升壓模式皆為多個。
【文檔編號】H02M3/07GK103825452SQ201210575137
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年12月26日 優先權日:2012年11月19日
【發明者】龔哲民, 黃忠民, 陳威銘, 黃祺峻 申請人:財團法人工業技術研究院