专利名称：用于电压转换器的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电压转换器的控制系统。
本发明具有在利用电压转换器的电子系统中的多种应用。
背景技术：
许多仅具有非常低电平的输入电压的电子设备使用电压转换器来产生幅度较高的输出电压。
具体来说，当前使用开关式电容器转换器和电感转换器来增加输入电压的幅度。这两种分别示意在图1和图3的转换器使用晶体管T1-T2-T3-T4，这些晶体管起开关的作用。晶体管被一个专用电路提供的控制信号CS1-CS2-CS3-CS4控制。为了使电压转换器完全实现其功能，有必要让控制信号根据所使用的电压转换器的类型加以调整。
为了产生和所使用电压转换器类型相适应的控制信号，有必要让专用电路的数量和电压转换器的数量一样多，这一点是非常有局限性、代价昂贵、并且就集成尺寸而言是不够优化的。
发明内容
本发明的目的在于提出用于电压转换器的控制系统，该控制系统任意且自动地允许控制开关式电容器转换器或电感转换器。
为此，根据本发明的控制系统包括串联连接的第一开关，第二开关，第三开关和第四开关；所述第一开关具有第一输出端，所述第一开关和所述第二开关的公共端限定第二输出端，所述第二开关和所述第三开关的公共端旨在连接到输入电压，所述第三开关和所述第四开关的公共端限定第三输出端，所述第四开关具有另一输出端，旨在连接到地电位，所述第一、第二和第三输出端旨在连接到第一类型的电压转换器或第二类型的电压转换器，和所述第三输出端连接的检测装置，产生检测信号，指示所述第一类型或所述第二类型的电压转换器，
电路，旨在根据一个时钟信号和所述检测信号，产生旨在控制所述第一、第二、第三和第四开关的控制信号。
对转换器类型的检测是基于对构成被用户连接到输出端的转换器的各元件的检测。考虑到一旦转换器元件被连接上便无需人工干预，这种检测是自动的。如果用户连接的是开关式电容器转换器的话，检测信号取第一状态，如果用户连接的是电感转换器，检测信号取第二状态。检测信号被用作被实施在所述电路中的逻辑门网络中的一个参数，其输出电平限定了控制信号。因此，通过使用单个电路来产生这些控制信号，所述控制信号自动配合被连接的转换器类型。
为了检测和控制系统相连的电压转换器类型，所述检测装置包括在所述第三输出端注入电流的装置，比较装置，将所述第三输出端的电位和参考电位比较。
将负电流注入到所述特定输出端允许通过测量在该特定输出端的电位，确定构成转换器且连接到该输出端的元件是电容性的还是电感性的。在该特定输出端上的准零(quasi-zero)电位表明了电容性质的元件的存在，根据它可以确定一个开关式电容器转换器被连接了。在该特定输出端上接近于供电电位的电位表明电感性质的元件存在，根据它可以肯定电感转换器被连接了。对这两个电平的检测有利地由产生检测信号的比较装置(即比较器)实施。
本发明将结合附图中所示的实施方案的具体实例加以说明。但是，本发明并不受限于此。在附图中图1描述了开关式电容器转换器，图2表示开关式电容器转换器的控制信号，图3描述了电感转换器，图4表示电感转换器的控制信号，图5描述了根据本发明控制电压转换器的控制系统，图6描述了包含在根据本发明的所述控制系统中、产生用于电压转换器的控制信号的电路；图7表示由根据本发明的控制系统产生的电压转换器的控制信号。
具体实施例描述图1描述了允许将输入电压VDD加倍的开关式电容器电压转换器。
该电压转换器使用四个晶体管T1-T2-T3-T4以及电容器Cp。所述晶体管各自起开关的作用。晶体管T1和T3在时钟信号CLK的高电平上闭合，而晶体管T2和T4经反相器(inverter)INV在时钟信号CLK的低电平上闭合。
当T2和T4等于闭合开关时，电容器Cp被充电，直到在其端子上有电位差Ucp＝VDD。当T1和T3继而等于闭合开关时，端子N3连接到输入电压VDD，考虑到电容器Cp的充电状态，这导致输出端N1的电位变为2*VDD。输出电压Vup因此相对于输入电压VDD加倍。
电容器Cs允许降低输出电压的波纹。
图2表示如图1所示的开关式电容器转换器的控制信号。开关T1和T3的控制信号CS1和CS3与时钟信号CLK相同，而开关T2和T4的控制信号CS2和CS4与时钟信号CLK反相。
图3描述了电感电压转换器，它允许产生电平大于输入电压VDD的输出电压Vup。
该电压转换器使用两个晶体管T1和T4，电感L(或其自身)以及二极管D，晶体管T1和T4各自起开关的作用。晶体管T1在时钟信号CLK的高电平上闭合，而晶体管T4经反相器INV在时钟信号CLK的低电平上闭合。
当T4等同于闭合开关时，电感L连接到输入电压VDD并且以磁的形式存储能量。然后二极管D被阻断。当继而T1等同于闭合开关时，T4等同于打开的开关。存储在电感L上的能量然后通过二极管D转存到输出电容Cs上。继而开关T4等同于闭合开关，从而限制了能量损失。这种能量的转存允许在输出端N1上产生比输入电压VDD高且瞬时大于电容器Cs上电压的电位。因此，输出电压Vup大于输入电压VDD。
电容器Cs允许降低输出电压的波纹。
图4表示如图3所示的电感转换器的控制信号。开关T1的控制信号CS1和时钟信号CLK相同，而开关T4的控制信号CS4和时钟信号CLK反相。
图5描述了根据本发明的控制电压转换器的控制系统。
控制系统包括一组开关T1-T2-T3-T4，它们旨在通过输出端N1-N2-N3连接到第一类型电压转换器或第二类型电压转换器。控制系统包括第一开关T1，包括限定第一输出端N1的第一端，和，限定第二输出端N2的第二端，第二开关T2，包括和所述第二输出端N2相连的第一端，与和供电电压VDD相连的第二端，第三开关T3，包括和所述供电电压VDD相连的第一端和限定第三输出端N3的第二端；第四开关T4，包括连接到所述第三输出端N3的第一端和连接到地电位GND的第二端。
开关T1-T2-T3-T4例如对应于在其基极上被控制的双极晶体管或在其栅极上被控制的MOS型晶体管。
可以连接到所述输出端T1-T2-T3的第一类型电压转换器是图1所示的开关式电容器电压转换器。为此，电容器Cp必须连接在端N2和N3之间，而电容器Cs必须连接在端N1和地电位GND之间。
可以连接到所述输出端T1-T2-T3的第二类型电压转换器是图3所示的电感电压转换器。为此，电感L必须连接在端N3和供应电压VDD之间，而二极管D必须连接在端N1和N2之间，而电容器Cs必须连接在端子N1和地电位GND之间。
控制系统还包括检测装置DET，用于产生检测信号DS，指示和输出端N1-N2-N3连接的转换器类型。
所述检测通过打开开关T3-T4和闭合开关T1-T2而实现。
检测装置DET包括在所述特定输出端N3例如通过电流源CS注入负值的电流i(即抽取正值电流)的装置。检测装置DET还包括比较装置COMP，它对所述特定输出端N3的电位和参考电位Vref比较。如果输出端N3的电位大于参考电位Vref，则比较器COMP产生的检测信号DS取第一状态。如果输出端N3的电位小于参考电位Vref，则比较器COMP产生的检测信号DS取第二状态。参考电位Vref的值可适当选择在地电位GND和供电电位VDD之间。
为了确定和根据本发明的控制系统相连的转换器类型，允许产生检测信号DS的检测是在控制系统被供电的时候进行的，使得电流i的注入未干扰电压转换器的操作并且当开关被激励的时候对输出端N3的电位的测量没有改变。信号检测电平DS以有利方式通过例如触发器(未图示)加以存储。
如果开关式电容器转换器和根据本发明的控制系统相连，连接在端N2和N3之间的电容器Cp经电流i的注入而放电，这导致电位N3减少至地电位GND。因此，输出端N3上的准零电位表明电容性元件的存在，这允许肯定一个开关式电容器转换器连接到控制系统。
如果电感转换器连接至根据本发明的控制系统，由于电感L的存在，注入电流i对输出端N3的电位没有影响，输出端N3的电位因此等于供电电位VDD。在输出端N3上接近于供电电位的电位表明了电感性元件的存在，这允许肯定一个电感转换器连接至控制系统。
控制系统还包括电路CIR，旨在根据所述检测信号DS产生控制信号CS1-CS2-CS3-CS4，分别控制所述开关T1-T2-T3-T4。
电路CIR在其输入端接收时钟信号CLK，以便为旨在产生控制信号CS1-CS2-CS3-CS4的逻辑门网络提供时钟信号。
电路CIR还接收被用作为参数的检测信号DS。事实上，当检测信号处于第一状态的时候，第一组控制信号被产生来控制第一类型电压转换器(例如电感转换器)的开关，并且当检测信号处于第二状态的时候，产生第二组控制信号来控制第二类型电压转换器(例如开关式电容器转换器)的开关。
图6描述了包含在根据本发明的所述控制系统中、为电压转换器产生控制信号CS1-CS2-CS3-CS4的电路。
电路CIR包括或类型(OR)的逻辑门OR1，该逻辑门OR1在一个输入端接收时钟信号CLK，在另一端接收初始化信号INIT，产生控制信号CS1。
电路CIR包括一个反相器INV1，将时钟信号CLK反相。
电路CIR包括一个与类型(AND)的逻辑门AND4。该逻辑门AND4在一个输入端接收反相器INV1的输出信号，在另一端接收经一个反相器INV2反相的逻辑初始化信号INIT，产生控制信号CS4。
电路CIR包括一个与类型(AND)的逻辑门AND1。该逻辑门AND1在一个输入端接收反相器INV1的输出信号，在另一端接收检测信号DS，在一个或类型的逻辑门OR2的一个输入端上产生一个输出信号。该逻辑门OR2在另一个输入端上接收逻辑初始化信号INIT并且在其输出端上产生控制信号CS2。
电路CIR包括与类型的逻辑门AND2，该逻辑门AND2在一个输入端接收时钟信号CLK，在另一端接收检测信号DS，以便在一个与类型的逻辑门AND3的一个输入端上产生输出信号。该逻辑门AND3在另一个输入端上接收来自反相器INV2的输出信号并且在其输出端上产生控制信号CS3。
为了检测被连接到根据本发明的控制系统的电压转换器的类型，初始化信号INIT被施加高电平。然后，门OR1和OR2的控制信号CS1和CS2被强制为高电平，从而将开关T1-T2闭合，并且门AND3和AND4的输出控制信号CS3和CS4被强制为低电平，从而将开关T3-T4打开。对电压转换器类型的检测然后由此前提到的检测装置DET实施，以便限定检测信号电平DS。
一旦连接到控制系统的电压转换器类型被检测装置DET检测到，例如在一个定时器系统(未图示)固定的给定持续时间已满之后，初始化信号电平INIT回到低电平，这使得检测信号DS的电平被存储(例如通过未图示的触发器)。然后，初始化信号INIT不再对开关T1-T2-T3-T4的状态起任何静态(static)作用，所述开关T1-T2-T3-T4现在由按下文定义的控制信号CS1-CS2-CS3-CS4激励控制信号CS1等于时钟信号CLK，控制信号CS2等于逻辑门AND1的输出信号，控制信号CS3等于逻辑门AND2的输出信号，控制信号CS4等于反相器INV1的输出信号。
当检测信号DS处于低电平的时候，例如在电感电压转换器连接到根据本发明的控制系统的情况下，逻辑门AND1的输出信号处于低电平，并且逻辑门AND2的输出信号处于低电平。这样，仅仅开关T1和T4因此被控制信号CS1和CS4动态控制，考虑到控制信号CS2和CS3处于低电平，开关T2和T3保持打开状态。
当检测信号DS处于高电平的时候，例如在开关式电容器电压转换器连接到根据本发明的控制系统的情况下，逻辑门AND1的输出信号等于反相器INV1的输出信号，并且逻辑门AND2的输出信号等于时钟信号CLK。这样，控制信号CS2和CS4随着反相器INV1的输出信号的变化而变化，控制信号CS1和CS3随着时钟信号CLK的变化而变化。
图7表示如图6所示的根据本发明的控制系统的控制信号。
在时间段Δt1，检测信号DS取第一低状态，表明一个开关式电容器电压转换器连接到根据本发明的控制系统。在该时间段，开关T1和T3的控制信号CS1和CS3与时钟信号CLK相同，而开关T2和T4的控制信号CS2和C54与时钟信号CLK反相。
在时间段Δt2，检测信号DS取第二高状态，表明一个电感电压转换器连接到根据本发明的控制系统。在该时间段，开关T1的控制信号CS1与时钟信号CLK相同，而开关T4的控制信号CS4与时钟信号CLK反相。控制信号CS2和CS3保持在低电平。
如图5所示，根据本发明的控制系统可以有利地实施在集成电路IC中，该集成电路包括三个输出端N1-N2-N3，旨在连接到如前文所述的开关式电容器电压转换器或电感转换器。
权利要求
1.用于电压转换器的控制系统，所述控制系统包括串联连接的第一开关(T1)，第二开关(T2)，第三开关(T3)和第四开关(T4)；所述第一开关(T1)具有第一输出端(N1)，所述第一开关(T1)和所述第二开关(T2)的公共端限定第二输出端(N2)，所述第二开关(T2)和所述第三开关(T3)的公共端旨在连接到输入电压(VDD)，所述第三开关(T3)和所述第四开关(T4)的公共端限定第三输出端(N3)，所述第四开关(T4)具有另一输出端，旨在连接到地电位(GND)，所述第一、第二和第三输出端(N1、N2、N3)旨在连接到第一类型的电压转换器或第二类型的电压转换器，和所述第三输出端(N3)连接的检测装置(DET)，产生检测信号(DS)，指示所述第一类型或所述第二类型的电压转换器，电路(CIR)，旨在根据一个时钟信号(CLK)和所述检测信号(DS)，产生旨在控制所述第一、第二、第三和第四开关(T1、T2、T3、T4)的控制信号(CS1、CS2、CS3、CS4)。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于检测装置(DET)包括在所述第三输出端(N3)注入电流(i)的装置(CS)，比较装置(COMP)，将所述第三输出端(N3)的电位和参考电位(Vref)比较。
3.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于第一类型的所述电压转换器包括连接在所述输入电压(VDD)和所述第三输出端(N3)之间的电感(L)，连接在所述第一输出端(N1)和所述第二输出端(N2)之间的二极管(D)。
4.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于第二类型的所述电压转换器包括连接在所述第二输出端(N2)和所述第三输出端(N3)之间的电容(Cp)。
5.一种集成电路(IC)，包括如权利要求1、2、3或4所述的用于电压转换器的控制系统。
全文摘要
本发明涉及用于电压转换器的控制系统，所述控制系统包括旨在经输出端(N1－N2－N3)连接到第一类型电压转换器或第二类型电压转换器的一组开关(T1－T2－T3－T4)；检测装置(DET)，产生检测信号(DS)，指示所连接电压转换器的类型；电路(CIR)，旨在根据所述检测信号(DS)，产生控制所述开关(T1－T2－T3－T4)的控制信号(CS1－CS2－CS3－CS4)。用途电压转换器用的控制系统。
文档编号H02M3/158GK1806379SQ200480016218
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月3日 优先权日2003年6月11日
发明者E·于冈 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司