自舉電路與應用其的電子裝置的製作方法

2023-07-22 10:59:11

專利名稱：自舉電路與應用其的電子裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種自舉電路與應用其的電子裝置。
背景技術：
電子裝置連接電源以進行操作。電源電路通常是指提供給電子裝置電力供應的電源部分的電路設計。電源可分為直流電源與交流電源。直流電源電路以開關式轉換器(Switching Converter)為主，其中又以降壓式(Buck)電路為常見架構。降壓式電路以N-MOS為主要導通元件，然而為了確保N-MOS不會受所設定的輸出電壓(Output Voltage)影響導通與否,一般都會再外加自舉電路(BootstrapCircuit) o而傳統自舉電路(BootstrapCircuit)又包含N-M0S作為電容充電路徑開關,這會造成電路製作成本提高與電路面積增加。

發明內容
本發明是有關於一種自舉電路與應用其的電子裝置，其在不改變電路輸出特性下，以其它開關單元來取代高價的MOSFET元件。根據本發明的一實施例，提出一種自舉電路，包括:一第一開關單兀，I禹接至一時鐘信號；一第二開關單元，耦接至一操作電壓與該第一開關單元；一第三開關單元，耦接至該第一開關單元；一第一電荷儲存單元，耦接至該第二與該第三開關單元；以及一電壓轉換單元，耦接至該第一電荷儲存單元與該第一、該第二、該第三開關單元。當該時鐘信號為一第一邏輯狀態時，該第一開關單元與該第二開關單元導通一第一電流路徑，且該操作電壓、該第一與該第二開關單元在該第一電流路徑上，該第一開關單元、該第二開關單元與該第三開關單元則導通一第二電流路徑，且該操作電壓、該第二開關單元、該第一電荷儲存單元、該第三開關單元與該第一開關單元在該第二電流路徑上，以使得該第一電荷儲存單元被充電。當該時鐘信號為一第二邏輯狀態時，該第一開關單元為關閉，該第一電荷儲存單元的一跨壓確保該電壓轉換單兀將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。根據本發明的另一實施例，提出一種電子裝置，包括:一自舉電路，用以驅動一負載。該自舉電路包括:一第一開關單元，耦接至一時鐘信號；一第二開關單元，耦接至一操作電壓與該第一開關單元；一第三開關單元，耦接至該第一開關單元；一第一電荷儲存單元，耦接至該第二與該第三開關單元；以及一電壓轉換單元，耦接至該第一電荷儲存單元與該第一、該第二、該第三開關單元。當該時鐘信號為一第一邏輯狀態時，該第一電荷儲存單元被充電。該時鐘信號為一第二邏輯狀態時，該第一電荷儲存單元的一跨壓確保該電壓轉換單兀將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。為了對本發明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。


圖1顯示根據本發明實施例的自舉電路的電路示意圖。圖2顯示本實施例的仿真結果波形圖。圖3顯示本發明另一實施例的電子裝置的功能示意圖。[主要元件標號說明]Ql:第一開關單元 CLK:時鐘信號Dl:第二開關單元 VCC:操作電壓D2:第三開關單元 CB:第一電荷儲存單元110:電壓轉換單元 Rl:限流單元Il:第一電流路徑 12:第二電流路徑VIN:輸入電壓VOUT:輸出電壓Q2:第四開關單元 D3:第五開關單元L1:電感Cl:第二電荷儲存單元R2:電阻300:電子裝置310:自舉電路320:負載
具體實施方式
請參考圖1,其顯示根據本發明實施例的自舉電路100的電路示意圖。如圖1所示，根據本發明實施例的自舉電路100包括:第一開關單元Q1，耦接至時鐘信號CLK ;第二開關單元Dl，耦接至操作電壓VCC與第一開關單元Ql ;第三開關單元D2，耦接至第一開關單元Ql ;第一電荷儲存單元CB，耦接至第二開關單元Dl與第三開關單元D2 ;以及電壓轉換單元110，耦接至第一電荷儲存單元CB、第一開關單元Q1、第二開關單元Dl與第三開關單元D2。當時鐘信號CLK為第一邏輯狀態(比如為高電位High)時，第一開關單元Ql與第二開關單元Dl導通第一電流路徑II，其中，操作電壓VCC、第一開關單元Ql與第二開關單元Dl在第一電流路徑Il上。當時鐘信號CLK為第一邏輯狀態(比如為High)時，第一開關單元Q1、第二開關單元Dl與第三開關單元D2則導通第二電流路徑12，其中，操作電壓VCC、第二開關單元Dl、第一電荷儲存單元CB、第三開關單元D2與第一開關單元Ql在第二電流路徑12上，以使得第一電荷儲存單元CB被充電。當時鐘信號CLK為第二邏輯狀態(比如為低電位Low)時，第一開關單元Ql為關閉，第一電荷儲存單兀CB的一跨壓確保電壓轉換單兀110將輸入電壓VIN轉換成輸出電壓VOUT0此外，自舉電路100還可包括限流單元Rl，耦接於第一開關單元Ql與第二開關單元Dl之間。限流單元Rl限制在第一電流路徑Il上的一電流量。在本實施例中，第一開關單元Ql比如但不受限於包括第一電晶體Q1，其具有:耦接至限流單元Rl的第一端(漏極)，耦接至接地端的第二端(源極)與耦接至時鐘信號CLK的第三端(柵極)。在本實施例中，第二開關單元Dl包括比如但不受限於第一二極體Dl，其具有:耦接至操作電壓VCC的第一端(陽極)與耦接至限流單元Rl的第二端(陰極)。當第一電荷儲存單元CB經過充電之後而時鐘信號CLK為High時，第一二極體Dl的陰極電壓高於第一二極體Dl的陽極電壓(亦即操作電壓VCC)，如果不加以隔離的話，將會與操作電壓VCC互相衝突。故而，在本實施例中，通過第一二極體Dl來與操作電壓VCC做隔離。在本實施例中，第三開關單元包括比如但不受限於第二二極體D2，其具有:耦接至第一電荷儲存單元CB的第一端(陽極)與耦接至第一開關單元Ql的第二端(陰極)。在本實施例中，電壓轉換單元110包括比如但不受限於降壓電路。更甚者，電壓轉換單元110包括:第四開關單元(其比如包括但不受限於，第二電晶體Q2)，耦接至輸入電壓VIN、第三開關單兀D2、第一電晶體Q1、第一電荷儲存單兀CB,於時鐘信號CLK為第一邏輯狀態(High)時，第四開關單元D2為關閉，於該時鐘信號CLK為第二邏輯狀態(Low)時，第一電荷儲存單元CB的跨壓使得第四開關單元Q2為導通；第五開關單元(其比如包括但不受限於，第三二極體D3)，耦接至第一電荷儲存單元CB ;電感LI，耦接至第一電荷儲存單元CB ；以及第二電荷儲存單元Cl，耦接至電感LI。此外，電壓轉換單元110可以還包括電阻R2，耦接於輸出電壓VOUT與接地端之間。此電阻R2可當成負載元件，且其為非必要元件。為方便說明，在底下中，操作電路VCC比如但不受限於為5V的直流電壓；輸入電壓VIN比如但不受限於為IOV的直流電壓。自舉電路100可將輸入電壓VIN(10V DC)轉換成VOUT (比如但不受限於3V DC)。詳細地說，當時鐘信號CLK為High時,第一電晶體Ql為導通。由於第一電晶體Ql為導通，第一電晶體Ql將第二電晶體Q2的柵極電壓拉至接地端，使得第二電晶體Q2為關閉。如上述般，此時第一二極體D1、第二二極體D2與第一電晶體Ql會導通第二電流路徑
12。由於第一電荷儲存單元CB位於第二電流路徑12上，所以第一電荷儲存單元CB會被第二電流路徑12充電。第一電荷儲存單元CB的跨壓AVCB= (VCC-VD1-VD2-VDS1)，其中，VDl與VD2分別代表在二極體Dl與D2上的跨壓，而VDSl則代表電晶體Ql的漏極-源極電壓。此外，當時鐘信號CLK為High時，第一電流路徑Il會形成(如上述般，第一二極體Dl與第一電晶體Ql導通此第一電流路徑II)，為避免流經第一電晶體Ql的電流量太大導致第一電晶體Ql被燒毀，在本實施例中，加入限流單元Rl來限制在第一電流路徑Il上的電流量，以限制流入第一電晶體Ql的電流量不致破壞第一電晶體Q1。另一方面，當時鐘信號CLK為Low時，第一電晶體Ql為關閉，此時，第一電荷儲存單元CB上的跨壓AVCB可確保第二電晶體Q2為導通。亦即，當時鐘信號CLK為Low時，AVCB > VGS2 (Vth)，其中，VGS2 (Vth)代表第二電晶體Q2的導通臨界電壓。由於第二電晶體Q2在時鐘信號CLK為Low時為導通，所以，電壓轉換單元可將輸入電壓VIN轉換成輸出電壓VOUT。圖2顯示本實施例的仿真結果波形圖，其中，波形CB(+)與CB(_)分別代表第一電荷儲存單元CB的第一端(+)電壓與第二端(_)電壓。由圖2的模擬結果波形圖可看出，本發明實施例的自舉電路的確可以在不改變電路輸出特性下，將輸入電壓VIN轉換成輸出電壓VOUT (亦即可維持3V的輸出電壓V0UT)。另外，於上述說明中，開關單元亦可能用操作放大器(OP)等來實施，此亦在本發明精神範圍內。本發明另一實施例則揭露一種電子裝置，如圖3所示。電子裝置300:包括上述的自舉電路310與負載320。自舉電路310驅動負載320。電子裝置300比如但不受限於為燈具等，負載320比如但不受限於為發光二極體(LED)等。綜上所述可知，在本發明的上述實施例中，以低成本的開關元件(比如二極體)來取代高成本的開關元件(比如NMOS電晶體)。如此可以在不改變原電路輸出特性下，降低成本及縮小電路面積以提高產品競爭優勢。綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視所附的權利要求範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種自舉電路，包括: 一第一開關單元，耦接至一時鐘信號； 一第二開關單元，耦接至一操作電壓與該第一開關單元； 一第三開關單元，耦接至該第一開關單元； 一第一電荷儲存單元，耦接至該第二與該第三開關單元；以及一電壓轉換單元，耦接至該第一電荷儲存單元與該第一、該第二、該第三開關單元；其中，當該時鐘信號為一第一邏輯狀態時，該第一開關單元與該第二開關單元導通一第一電流路徑，且該操作電壓、該第一與該第二開關單元在該第一電流路徑上，該第一開關單元、該第二開關單元與該第三開關單元則導通一第二電流路徑，且該操作電壓、該第二開關單元、該第一電荷儲存單元、該第三開關單元與該第一開關單元在該第二電流路徑上，以使得該第一電荷儲存單元被充電；以及 當該時鐘信號為一第二邏輯狀態時，該第一開關單元為關閉，該第一電荷儲存單元的一跨壓確保該電壓轉換單兀將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的自舉電路，還包括: 一限流單元，耦接於該第一與該第二開關單元之間，該限流單元限制該第一電流路徑的一電流量。
3.根據權利要求2所述的自舉電路，其中， 該第一開關單元包括一第一電晶體，其具有:耦接至該限流單元的一第一端，耦接至一接地端的一第二端與耦接至該時鐘信號的一第三端；以及 該第二開關單元包括一第一二極體，其具有:耦接至該操作電壓的一第一端與耦接至該限流單元的一第二端。
4.根據權利要求3所述的自舉電路，其中，該第三開關單元包括一第二二極體，其具有:耦接至該第一電荷儲存單元的一第一端與耦接至該第一開關單元的一第二端。
5.根據權利要求4所述的自舉電路，其中，該電壓轉換單元包括一降壓電路。
6.根據權利要求4所述的自舉電路，其中，該電壓轉換單元包括: 一第四開關單元，耦接至該輸入電壓、該第三開關單元與該第一電荷儲存單元，於該時鐘信號為該第一邏輯狀態時，該第四開關單元為關閉，於該時鐘信號為該第二邏輯狀態時，該第一電荷儲存單元的該跨壓使得該第四開關單元為導通； 一第五開關單元，耦接至該第一電荷儲存單元； 一電感，稱接至該第一電荷儲存單元；以及 一第二電荷儲存單元，耦接至該電感。
7.根據權利要求6所述的自舉電路，其中，該電壓轉換單元還包括一電阻耦接於該輸出電壓與該接地端之間。
8.一種電子裝置，包括: 一自舉電路，用以驅動一負載，該自舉電路包括: 一第一開關單元，耦接至一時鐘信號； 一第二開關單元，耦接至一操作電壓與該第一開關單元； 一第三開關單元，耦接至該第一開關單元； 一第一電荷儲存單元，耦接至該第二與該第三開關單元；以及一電壓轉換單元，耦接至該第一電荷儲存單元與該第一、該第二、該第三開關單元； 其中， 當該時鐘信號為一第一邏輯狀態時，該第一電荷儲存單兀被充電；以及該時鐘信號為一第二邏輯狀態時，該第一電荷儲存單元的一跨壓確保該電壓轉換單元將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。
9.根據權利要求8所述的電子裝置，其中， 當該時鐘信號為該第一邏輯狀態時，該第一開關單元與該第二開關單元導通一第一電流路徑，且該操作電壓、該第一與該第二開關單元在該第一電流路徑上，該第一開關單元、該第二開關單元與該第三開關單元導通一第二電流路徑，且該操作電壓、該第二開關單元、該第一電荷儲存單元、該第三開關單元與該第一開關單元在該第二電流路徑上，以使得該第一電荷儲存單元被充電；以及 當該時鐘信號為該第二邏輯狀態時，該第一開關單元為關閉，該第一電荷儲存單元的該跨壓確保該電壓轉換單元將該輸入電壓轉換成該輸出電壓。
10.根據權利要求8所述的電子裝置，還包括: 一限流單元，耦接於該第一與該第二開關單元之間，該限流單元限制該第一電流路徑的電流量。
11.根據權利要求10所述的電子裝置，其中， 該第一開關單元包括一第一電晶體，其具有:耦接至該限流單元的一第一端，耦接至一接地端的一第二端與耦接至該時鐘信號的一第三端；以及 該第二開關單元包括一第一二極體，其具有:耦接至該操作電壓的一第一端與耦接至該限流單元的一第二端。
12.根據權利要求11所述的電子裝置，其中，該第三開關單元包括一第二二極體，其具有:耦接至該第一電荷儲存單元的一第一端與耦接至該第一開關單元的一第二端。
13.根據權利要求12所述的電子裝置，其中，該電壓轉換單元包括一降壓電路。
14.根據權利要求12所述的電子裝置，其中，該電壓轉換單元包括: 一第四開關單元，耦接至該輸入電壓、該第三開關單元與該第一電荷儲存單元，於該時鐘信號為該第一邏輯狀態時，該第四開關單元為關閉，於該時鐘信號為該第二邏輯狀態時，該第一電荷儲存單元的該跨壓使得該第四開關單元為導通； 一第五開關單元，耦接至該第一電荷儲存單元； 一電感，稱接至該第一電荷儲存單元；以及 一第二電荷儲存單元，耦接至該電感。
15.根據權利要求14所述的電子裝置，其中，該電壓轉換單元還包括一電阻耦接於該輸出電壓與該接地端之間。
全文摘要
本發明提供了一種自舉電路與應用其的電子裝置，其中該自舉電路包括第一開關單元，耦接至時鐘信號；第二開關單元，耦接至操作電壓與該第一開關單元；第三開關單元，耦接至該第一開關單元；第一電荷儲存單元，耦接至該第二與該第三開關單元；以及電壓轉換單元，耦接至該第一電荷儲存單元與該第一至該第三開關單元。當該時鐘信號為第一邏輯狀態時，第一開關單元與第二開關單元導通第一電流路徑，該第一開關單元、該第二開關單元與該第三開關單元則導通第二電流路徑，以使得該第一電荷儲存單元被該第二電流路徑充電。當該時鐘信號為第二邏輯狀態時，該第一開關單元為關閉，該第一電荷儲存單元的跨壓確保該電壓轉換單元將輸入電壓轉換成輸出電壓。
文檔編號H02M3/155GK103107700SQ20111044141
公開日2013年5月15日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年11月15日
發明者賴建豐 申請人:隆達電子股份有限公司