多输出电源设备的制作方法

专利名称：多输出电源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及提供多个输出电压的多输出电源设备，具体地，涉及具有电 荷泵电路并能够降低输出电压噪声的多输出电源设备。
背景技术：
在现有技术中， 一种技术用于通过改变用以驱动电荷泵电路的时钟信号 频率来改进电荷泵电路的效率。
图4是示例现有技术中升压电路(step-up circuit)的配置的框图。
例如，日本专利申请公开No.2000-236657(下面称为"专利文献l")公开了
图4中的升压电路。
在图4的升压电路中，电压比较电路105将基准电压与电荷泵电路102
的输出电压Vout相比较，并且当SET(设置)信号输入至电压比较电路105时，
电压比较电路105依据所述比较结果来设置FAST(快)信号状态和SLOW(慢)
信号状态。
SET信号还被输入至频率设置指示器103，当FAST信号处于高电平且 SLOW信号处于低电平时，每当输入SET信号时，频率设置指示器103的输 出信号Sl Sn中的高电平信号依次从Sl移动至Sn。相反，当FAST信号处 于低电平且SLOW信号处于高电平时，每当输入SET信号时，频率设置指示 器103的输出信号SI ~ Sn中的高电平信号依次从Sn移动至Sl。
频率设置指示器103的输出信号SI ~ Sn被输入至选择器101。进一步， 作为以分频器104对时钟信号CLK1分频而得到的信号的时钟信号CLK1、 及时钟信号CLK2 ~ CLKn也输入至选择器101。依据频率设置指示器103的 输出信号SI ~ Sn的状态，作为输入至选择器101的信号的时钟信号CLK1 ~ CLKn之一被选择并输出至电荷泵电路102，作为时钟信号Cin。
换句话说，当FAST信号处于高电平时，每当输入SET信号时，时钟信 号Cin的频率增大，而当SLOW信号处于高电平时，每当输入SET信号时， 时钟信号Cin的频率减小。在现有技术中，利用这种功能，当将系统重置或开启系统电源时，使用
最高频率的时钟信号以在尽可能短的时间段中将电压提升至期望值；在低功 耗模式或者待机状态下，使用最低频率的时钟信号来将电荷泵电路102的输 出电压维持为高于预设值。所以，电流消耗被降至最小。
图5是图示现有技术中升压电路的配置的另 一示例的框图。
例如，日本专利申请公开No.2000-278937(下面称为"专利文献2")公开了 图5中的升压电路。
在图5的升压电路中，HVcc检测电路117检测升压电压HVcc，将检测 到的升压电压HVcc与基准电压相比较，并且将与^r测到的升压电压HVcc 和基准电压之间的差相对应的信号输出至控制电路118。控制电路118响应于 输入信号而将选择信号输出至选择器112，该选择信号用于选择具有与检测 到的升压电压HVcc和基准电压之间的电压差相对应的频率的时钟信号。
另夕卜，HVcc检测电路117具有用于与检测到的升压电压HVcc相比较的 多个基准电压；HVcc检测电路117根据系统(如微型计算机)请求或操作模式， 通过来自控制电路118的指令来选择基准电压之一，电荷泵升压电路111的 输出电压HVcc根据所选择的基准电压来设置。因此，通过改变输入至电荷 泵升压电路111的时钟信号的频率，可以将升压电压HVcc设置为任何值。
适用于当使用多个电荷泵电路时的时钟信号；因此，当同时操作多个电荷泵 电路时将出现问题。具体地，当以同一时钟信号来使得多个电荷泵电路进入 操作状态时，由于从输入电源设备对快速电容器(flying capacitor)充电的时 序彼此交叠，因此在充电期间，从输入电源设备输出的电流大。因此，来自 输入电源设备的输出电压会瞬间减小，这产生尖峰噪声。当来自输入电源设 备的输出电压提供至机器的电路时，这种尖峰噪声可导致该机器的误操作。
另外，当PWM开关调节器的输出电压用作电荷泵电路的输入电源设备 时，如果开关调节器的开关晶体管的导通(ON) /截止(OFF)时序与从输入 电源设备对快速电容器充电的时序相交叠，那么上述尖峰噪声可能变为严重 的问题。

发明内容
本发明可解决现有技术的一个或多个问题。本发明的优选实施例可提供低噪声的多输出电源设备，该多输出电源设
备具有多个DC-DC转换器，该多个DC-DC转换器中的每个均包含电荷泵电 路。
根据本发明的第一方面，提供了一种多输出电源设备，其把从其输入端 输入的第一输入电压转换为具有预定不同值的多个电压，并且分别通过多个 输出端输出所述电压，所述多输出电源设备包括
第一电源电路，其根据第一输入电压来生成预定的恒定电压，并通过第 一输出端输出恒定电压；以及
一个或多个第二电源电路，其每个均包含电荷泵电路，所述电荷泵电路 使用第一电源电路的输出电压作为第二输入电压，根据该第二输入电压生成 预定的恒定电压，并且通过第二输出端输出该预定的恒定电压，
其中
每个第二电源电路根据从第二输出端输出的电流来改变用于对快速电容 器充放电的充放电周期的时间段。
优选地，当从第二输出端输出的电流增大时，每个第二电源电路缩短用 于对快速电容器充放电的充放电周期的时间段。
优选地，每个第二电源电路包括
电压转换电路，其根据输入时钟信号对快速电容器充放电，转换第二输 入电压，并且通过第二输出端将经转换的第二输入电压输出；以及
控制电路，其控制电压转换电路中的电压转换，以使得从第二输出端输 出的电压变为预定的恒定电压，
其中
控制电路根据从第二输出端输出的电流来改变预定基准时钟信号的频率 以生成时钟信号，并且将所得到的时钟信号输出至电压转换电路。 优选地，控制电路包括
时钟信号生成电路，其根据基准时钟信号生成具有不同频率的多个时钟 信号；以及
时钟信号选择电路，其排它地选择从时钟信号生成电路输出的时钟信号 之一，并且将所选择的时钟信号输出至电压转换电路。
优选地，时钟信号生成电路包含分频电路，其以预定的不同分频比来对 基准时钟信号分频，以生成并输出具有不同频率的时钟信号。优选地，时钟信号选择电路包括
选择电路，其根据输入控制信号来选择从时钟信号生成电路输出的时钟 信号之一；以及
输出电流检测电路，其检测从第二输出端输出的电流，并且根据检测到 的电流来控制该选择电路的操作， 其中
输出电流检测电路控制该选择电路，以使得当从第二输出端输出的电流 大时，选择电路输出具有高频的时钟信号之一。 优选地，第一电源电路包括 开关调节器，其具有电感器， 其中
定义用于对该电感器充电的开关调节器的开关时序的时钟信号与基准时 钟信号具有相位差。
优选地，第一电源电路使用预定的三角信号来对开关调节器执行PWM 控制，以及
基准时钟信号是具有小于20%的占空比且具有与该三角信号相同的频率 的矩形信号。
根据本发明的第二方面，提供了一种多输出电源设备，其将从其输入端 输入的第一输入电压转换为具有预定的不同值的多个电压，并且分别通过多 个输出端输出所述电压，作为输出电压，所述多输出电源设备包括
第一电源电路，其根据第一输入电压生成预定的恒定电压，并通过第一 输出端输出恒定电压；以及
多个第二电源电路，其每个均包含电荷泵电路，所述电荷泵电路使用第 一电源电路的输出电压作为第二输入电压，根据该第二输入电压生成预定的 恒定电压，并且通过第二输出端输出该预定的恒定电压，
其中
第二电源电路具有用于对快速电容器充放电的充放电周期的不同时序。 优选地，每个第二电源电路包括
电压转换电路，其根据输入时钟信号对快速电容器充放电，转换第二输 入电压，并且通过第二输出端将经转换的第二输入电压输出；以及
控制电路，其控制电压转换电路中的电压转换，以使得从第二输出端输出的电压变为预定的恒定电压， 其中
每个第二电源电路的控制电路根据预定的基准时钟信号生成时钟信号， 并且将所得到的时钟信号输出至相应的电压转换电路，其中不同的第二电源 电路中的时钟信号具有不同的相位。
根据本发明的多输出电源，提供了一个或多个第二电源电路，其每个均
路，并且通过第二输出端输出预定的恒定电压，而且每个第二电源电路根据 从第二输出端输出的电流来改变快速电容器的充放电周期的时间段。所以， 当使用多个电荷泵电路时，可以降低电荷泵电路以同一时钟信号来操作的可
能性；因此，与现有技术中将同一时钟信号用于电荷泵电路的情况相比较， 其可以降低尖峰噪声，并且这实现低噪声。
进一步，能够在从小电流到大电流的宽范围中调整从第二输出端输出的 电流，并且这降低了开关损耗，因此提高了效率。
另外，根据本发明的多输出电源设备，提供了多个第二电源电路，其每 个均包含用于根据第一电源电路的输出电压生成预定的恒定电压的电荷泵电 路，并且通过第二输出端输出预定的恒定电压，而且第二电源电路具有用于 对快速电容器充放电的充放电周期的不同时序。因此，可以以简单的电路配 置来防止不同电源电路的输入电流的峰值的交叠；因此可以降低出现在电源 电路的输出电压中的噪声，并且这实现设备的低噪声。
本发明的这些以及其它目标、特征及优点，通过参考附图所给出的优选 实施例的以下的详细描述，将变得更加明显。


图1是示例根据本发明的第一实施例的多输出电源设备的电路图； 图2是示例根据本发明的第二实施例的多输出电源设备的电路图； 图3是图示具有上述电路配置的多输出电源设备la的操作的时序图； 图4是示例现有技术中升压电路的配置的框图；以及 图5是图示现有技术中升压电路的配置的另一例子的框图。
具体实施方式
下面参考

本发明的优选实施例。 第一实施例
图1是示例根据本发明的第 一实施例的多输出电源设备的电路图。
如图1中所示，多输出电源设备1把从输入端IN输入的输入电压Vdd 提升至具有指定的不同值的多个电压，并且分别从对应的输出端0UT1和 OUT2输出电压。从输出端OUT1和OUT2输出的电压分别被称为输出电压 Vol和Vo2。
多输出电源设备l包含第一电源电路2，其用作升压开关调节器，用 来生成和输出该输出电压Vol;以及第二电源电路3,其用作升压电荷泵电路， 用来以第一电源电路2的输出电压Vol作为输入电压来生成和输出该输出电 压Vo2。
第一电源电路2包含电感器L1、开关晶体管M1、以及整流二极管D1。 开关晶体管Ml是NMOS晶体管，用于根据输入控制信号执行开关以提升输 入电压Vdd,并用于以该输入电压Vdd对电感器Ll充电。
另外，第一电源电路2包含第一基准电压生成电路ll,其生成和输出 给定的第一基准电压Vrefl;电阻器R1和R2，其用于检测输出电压Vol;平 滑电容器C1;误差放大电路12;振荡电路13，其生成和输出三角信号TW 以及矩形信号SQW; PWM比较器14;緩冲器15,其用作驱动电路；以及软 启动电^各(soft start circuit) 16 。
第二电源电路3包含緩冲器21，其用作驱动电路；电平变动电路22; 选择器23;分频电路24;误差放大电路25;第二基准电压生成电路26,其 生成和输出指定的第二基准电压Vref2;比较器27;第三基准电压生成电路 28，其生成和输出指定的第三基准电压Vref3;电阻器R3和R4，其用于检测 输出电压Vo2; NMOS晶体管M2; 二极管D2和D3;快速电容器C2;以及 输出电容器C3。
这里，緩冲器21、 NMOS晶体管M2、 二极管D2和D3、快速电容器 C2、以及输出电容器C3构成本发明权利要求书中的"电压转换电路，，；电平 变动电路22、选择器23、分频电路24、误差放大电路25、第二基准电压生 成电路26、比较器27、第三基准电压生成电路28、以及电阻器R3和R4构 成本发明权利要求书中的"控制电路"；误差放大电路25、第二基准电压生成电路26、比较器27、第三基准电压生成电路28、以及电阻器R3和R4构成 本发明权利要求书中的"输出电流检测电路"；矩形信号SQW对应于本发明权 利要求书中的"基准时钟信号"；输出端0UT1和OUT2分别对应于本发明权 利要求书中的"第一输出端"和"第二输出端"。
在第一电源电路2中，电感器L1连接在输出端IN和开关晶体管M1的 漏极之间，并且开关晶体管Ml的源极连接参考地。二极管Dl的阳极连接至 电感器L1和开关晶体管Ml的漏极的连接部分，二极管Dl的阴极连接至输 出端0UT1。平滑电容器Cl连接在输出端OUT1与参考地之间，电阻器Rl 和R2串联连接在输出端OUT1和参考地之间，并且分压Vfbl从电阻器Rl 和R2的连接部分提取。
在误差放大电路12中，分压Vfbl输入至反相输入端，第 一基准电压Vrefl 输入至非反相输入端，输出电压VA1通过放大分压Vftl和第一基准电压 Vrefl之间的电压差来生成，所得到的信号从误差放大电路12的输出端输出， 作为输出信号VAl。
在PWM比较器14中，来自误差放大电路12的输出信号VAl输入至非 反相输入端，三角信号TW输入至反相输入端。PWM比较器14使用三角信 号TW来对输出信号VAl执行PWM调制，并且生成和输出脉冲信号Spwm。 脉冲信号Spwm通过緩冲器15输入至开关晶体管Ml的栅极。
在从软启动电路16启动之时起经过一定时间段之后，为了脉冲信号 Spwm的工作周期(on-dutycycle)以指定的速度逐渐延长，软启动电路16引导 第一基准电压生成电路ll以指定速度逐渐提高第一基准电压Vrefl，由此， 防止来自输入端IN的输出电压Vol的过大电流和过冲。
在第二电源电路3中，二极管D2的阴极连接至二极管D3的阳极，并且 二极管D3的阴极连接至输出端OUT2。快速电容器C2连接在緩冲器21的输 出端和二极管D2的阴极之间，并且输出电容器C3连接在输出端OUT2和参 考地之间。緩冲器21和电平变动电路2 2以输出电压Vo 1作为电源电压来操 作，并且NMOS晶体管M2连接在緩冲器21的负电源端和参考地之间。
电阻器R3和R4串联连接在输出端OUT2和参考地之间，并且分压Vfb2 从电阻器R3和R4的连接部分提取。
在误差放大电路25中，分压Vfb2输入至反相输入端，第二基准电压Vref2 输入至非反相输入端，输出信号VA2通过放大分压Vfb2和第二基准电压Vref2之间的电压差来生成，所得到的信号从误差放大电路25的输出端输出， 作为输出信号VA2。来自误差放大电路25的输出信号VA2输入至NMOS晶 体管M2的栅极以及比较器27的非反相输入端，第三基准电压Vref3输入至 比较器27的反相输入端，并且来自比较器27的输出信号输入至选择器23。
来自振荡电路13的矩形信号SQW输入至分频电路24;分频电路24将 矩形信号SQW进行2分频，由此得到矩形信号SQW1,并且将矩形信号SQW 进行4分频，由此得到矩形信号SQW2;以及将矩形信号SQW1和矩形信号 SQW2输出至选择器23的相应输入端。选择器23根据来自比较器27的信号， 排它地选择矩形信号SQW1和矩形信号SQW2之一，并且将所选择的信号输 出至电平变动电路22,作为时钟信号CK。电平变动电路22改变时钟信号 CK的电平，并且将所得到的信号输出至緩冲器21的输入端。
注意到振荡电路13可生成具有与三角信号TW相同的频率且具有小于 20%的占空比的矩形信号SQW。通过这么做，可以在时钟信号之间生成相位 差，并且提供开关晶体管Ml的开关时序的基准、及用作基准时钟信号的矩 形信号SQW。
在具有上述电路配置的多输出电源设备1中，在第二电源电路3中，当 緩冲器21的输出信号处于低电平时，快速电容器C2由第一电源电路2的输 出电压Vol通过二极管D2来充电。此时，由于快速电容器C2的充电电流受 NMOS晶体管M2的漏极电流调节，因此，存储在快速电容器C2中的电荷由 当緩沖器21的输出信号维持在较低电平时的时间段、及NOMS晶体管M2 '的漏极电流来控制。当緩沖器21的输出信号处于高电平时，二极管D2侧的 快速电容器C2端的电压上升至输出电压Vol或更高，输出电容器C3通过二 极管D3由该电压充电。据此，如果忽略二极管D2和二极管D3上的电压降， 则第二电源电路3的输出电压Vo2近似等于添加至快速电容器C2的充电电 压的第一电源电路2的输出电压Vol。
另一方面，在误差放大电路25中，NMOS晶体管M2的栅极电压被控制 为使得分压Vfb2变得等于第二基准电压VreG。为此，当来自第二电源电路 3的输出端OUT2的输出电流增大，且输出电压Vo2减小时，误差》欠大电路 25的输出电压增大，NMOS晶体管M2的栅极电压相应地增大，并且NMOS 晶体管M2的漏极电流增大。据此，存储在快速电容器C2中的电荷增加，快 速电容器C2上的电压增大，并且输出电压Vo2增大。相反地，当第二电源电路3的输出电压Vo2增大时，误差放大电^各25 的输出电压减小，NMOS晶体管M2的漏极电流相应地减小，并且存^f诸在快 速电容器C2中的电荷减少。
这样，在第二电源电路3中，存储在快速电容器C2中的电荷根据输出 电压Vo2而被控制，并且可以把输出电压Vo2控制为等于预设的恒定电压。
由于用作第二电源电路3的电荷泵电路的大部分电源损耗是由緩冲器21 中的开关元件所引起的，因此当时钟信号CK的频率为高时，损耗增加，而 效率降低。为此，期望第二电源电路3以尽可能低的频率的时钟信号CK来 操作，这改善了效率。然而，当时钟信号CK的频率为低时，由存储在快速 电容器C2中的电荷来对输出电容器C3充电的次数变少；因此，来自第二电 源电路3的输出端OUT2的输出电流增大，并且输出电压Vo2減小。所以， 在第二电源电路3中，当输出电流增大且NMOS晶体管M2的栅极电压增大 至预定值或更高时，时钟信号CK的频率增大。
即，当NMOS晶体管M2的栅极电压高于第三基准电压Vref3时，比较 器27输出高电平信号。接收到来自比较器27的高电平信号，选择器23选择 矩形信号SQW1以增大时钟信号CK的频率。结果，对快速电容器C2充电 的次数加倍。另外，当NMOS晶体管M2的栅极电压低于第三基准电压Vref3 时，比较器27输出低电平信号。接收到来自比较器27的低电平信号，选择 器23选择矩形信号SQW2来输出时钟信号CK。结果，对快速电容器C2充 电的次数减半。
由于当时钟信号CK的频率为高时，NMOS晶体管M2的栅极电压略揚t 减小，因此一定量的迟滞(hysteresis)能够在比较器27的输入端提供，以弥 补该电压减小。据此，可以确保稳定的操作。
另外，在上面的描述之中，为了简化，假设仅有一个第二电源电路3。 当然，本实施例可以具有多个第二电源电路3。在该情况下，来自振荡电路 13的矩形信号SQW输入至第二电源电路3的分频电路24。
另外，在上面的描述之中，为了简化，假设输入至选择器23的矩形信号 SQW1和矩形信号SQW2是通过对用作基准时钟信号的矩形信号SQW的频 率进行2分频以及对矩形信号SQW的频率进行4分频而得到的。当然，本 实施例不限于此。例如，代替矩形信号SQW1和矩形信号SQW2,可以使用 矩形信号SQW。另外，输入至选择器23的信号数可以是3种或者更多。然而，在这种情况下，相应地增加选择器23的控制信号输入端的数目且提供足 量的与第三基准电压Vref3不同的基准电压即可。
根据本发明第一实施例的多输出电源设备，在用作第二电源电路3的电 荷泵电路中，输出电压Vo2根据第一电源电路2的输出电压Vol而生成，当 来自第二电源电路3的输出端OUT2的输出电流增大，并且NMOS晶体管 M2的栅极电压增大至预设值或更高时，时钟信号CK的频率增大。结果，由 于可以依据连接至输出端OUT2的负载的状况来适当地改变时钟信号CK的 频率，因而即使当使用了多个电荷泵电路时，也可以降低电荷泵电路以同一 时钟信号操作的可能性；因此，与现有技术中同一时钟信号用于电荷泵电路 的情况相比较，其可以减小尖峰噪声，并且这导致低噪声。
进一步，从第二输出端输出的电流能够在从小电流到大电流的宽范围中 调整；这降低了开关损耗，因此改善了效率。
第二实施例
在第一实施例中，时钟信号CK的频率依据连接至用作第二电源电路3 的电荷泵电路的输出端OUT2的负载的状况来适当地改变。
在本实施例中，代替时钟信号CK的频率，在电荷泵电路中使用的时钟 信号CK的相位适当地改变。
图2是示例根据本发明第二实施例的多输出电源设备的电路图。
在图2中，相同的附图标记分配给与图1中图示的那些组件相同的组件， 重复描述被省略，并且仅描述第 一 实施例和第二实施例之间的差异。
图2中所示的多输出电源设备la与图1中的多输出电源设备l的区别在 于图1中的振荡电路13、分频电路24、第一电源电路2、以及第二电源电 路3改变为振荡电路13a、分频电路24a、第一电源电路2a、以及第二电源电 路3a。此外，另外在图2中提供了第二电源电路4。
在图2中，振荡电路13a仅生成并输出三角信号TW,分频电路24a仅 以一个分频比来对输入信号的频率分频；在第二电源电路3a中，没有如图1 中所示的选择器23、比较器27、第三基准电压生成电路28，但是提供了比 较器27a和第四基准电压生成电路28a。
如图2中所示，多输出电源设备la把从输入端IN输入的输入电压Vdd 提升至具有指定的不同值的多个电压，并且将该电压分别从相应的输出端0UT1、 OUT2、以及OUT3输出。从输出端OUTl、 OUT2、以及OUT3输出的电压分别被称为输出电压Vol、 Vo2、以及Vo3。
多输出电源设备la包含第一电源电路2a，其用作用来生成和输出该输出电压Vol的升压开关调节器；第二电源电路3a，其用作升压电荷泵电路，以第一电源电路2a的输出电压Vol作为输入电压来生成和输出该输出电压Vo2;以及第二电源电路4，其用作升压电荷泵电路，以第一电源电^各2a的输出电压Vol作为输入电压来生成和输出负输出电压Vo3。
第一电源电路2a包含电感器Ll、开关晶体管M1、整流二极管D1、第一基准电压生成电路ll、电阻器R1和R2、平滑电容器C1、误差放大电路12、生成和输出三角信号TW的振荡电路13a、緩冲器15、以及软启动电路16。
第二电源电路3a包含緩冲器21、电平变动电路22、选择器23、分频电路24、误差放大电路25、第二基准电压生成电路26、比较器27a、生成和输出指定的第四基准电压Vref4的第四基准电压生成电路28a、电阻器R3和R4、NMOS晶体管M2、 二极管D2和D3、快速电容器C2、以及输出电容器C3。
第二电源电路4包含緩冲器31、反相器32、误差放大电路33、生成和输出给定的第五基准电压Vref5的第五基准电压生成电路34、电阻器R5和R6、 NMOS晶体管M3、 二极管D4和D5、快速电容器C4、以及输出电容器C5。
在第二电源电路3a中，电平变动电路22、分频电路24a、误差》文大电路25、第二基准电压生成电路26、比较器27a、第四基准电压生成电路28a、以及电阻器R3和R4构成了本发明权利要求书中的"控制电路"。
在第二电源电路4中，緩冲器31、 NMOS晶体管M3、 二极管D4和D5、快速电容器C4、和输出电容器C5构成了本发明权利要求书中的"电压转换电路，，；反相器32、误差放大电路33、第五基准电压生成电路34、以及电阻器R5和R6构成了本发明权利要求书中的"控制电路"；并且输出端OUT2和OUT3对应于本发明权利要求书中的"第二输出端"。
除了振荡电路13a仅生成和输出三角信号TW之外，第一电源电路2a与第一电源电路2相同。
在第二电源电路3a中，三角信号TW输入至比较器27a的反相输入端，并且第四基准电压Vref4输入至比较器27a的非反相输入端。来自比较器27a的输出信号CPCLK输入至分频电路24a,分频电路24a以预设的分频比来对输出信号CPCLK的频率分频，并且所得到的信号输出至电平变动电路22。第二电源电路3a的其它操作与图1中的第二电源电路3相同，重复的描述被省略。
在第二电源电路4中，二极管D5的阳极连接至输出端OUT3, 二极管D5的阴极连接至二极管D4的阳极，进一步，二极管D4的阴极连接参考地。快速电容器C4连接在緩冲器31的输出端和二极管D5的阴极之间，并且输出电容器C5连接在输出端OUT3和参考地之间。緩冲器31和反相器32以输出电压Vol作为电源电压来操作，并且NMOS晶体管M3连接在緩冲器31的负电源端和参考地之间。
来自电平变动电路22的输出信号输入至反相器32的输入端，并且反相器32的输出端连接至緩冲器31的输入端。电阻器R5连接在输出端OUT3和误差放大电路33的非反相输入端之间，并且电阻器R6连接在第五基准电压生成电路34的输出端与误差放大电路33的非反相输入端之间。
在误差放大电路33中，反相输入端连接参考地，并且输出端连接至NMOS晶体管M3的栅极。用作基准时钟信号的来自比较器27a的输出信号CPCLK具有与三角信号TW相同的频率且具有小于20%的占空比。通过这么做，可以在提供开关晶体管M1的开关时序的基准的时钟信号和从緩沖器21输出的时钟信号CK1之间生成相位差。
图3是图示具有上述电路配置的多输出电源设备la的操作的时序图。
在图3中，"时钟信号CK1"是緩冲器21的输出信号，而"时钟信号CK2"是緩冲器31的输出信号；"C2充放电电流"是用于对快速电容器C2充方文电的电流，而"C4充放电电流"是用于对快速电容器C4充放电的电流。
另外，在图3中，正电流表示从输出电压Vol通过緩冲器21或緩冲器31的输出端流向快速电容器C2或快速电容器C4的电流，而负电流表示从快速电容器C2或快速电容器C4侧通过緩冲器21或緩沖器31的输出端而流向参考i也的电流。
在图3中，区间A表示第一电源电路2a的输出电流大的区间，区间C表示第 一电源电路2a的输出电流小的区间，区间B表示第 一电源电路2a的输出电流从具有大输出电流转变为具有较输出电流的区间。
在区间A中，由于来自第一电源电路2a的输出端OUT1的输出电流大，因此来自误差放大电路12的输出信号VA1处于高电压，由此，从PWM比较器14输出的脉冲信号Spwm的高电平脉宽增大；即，脉冲信号Spwm长时间处于高电平。由于当脉冲信号Spwm处于高电平时开关晶体管Ml导通，因此在区间A中，脉冲信号Spwm的增大的脉宽指示开关晶体管Ml导通的时间段变长。
在区间B中，来自第 一电源电路2a的输出端OUT1的输出电流逐渐减小；并且从PWM比较器14输出的脉沖信号Spwm的高电平脉宽逐渐减小，即，脉冲信号Spwm处于高电平的时间段变短。
在区间C中，由于来自第一电源电路2a的输出端OUT1的输出电流小，因此从PWM比较器14输出的脉冲信号Spwm的脉宽小，即，脉冲信号Spwm处于高电平的时间段短。
来自振荡电路13a的三角信号TW与第四基准电压Vref4在比较器27a中比较，并且输出信号CPCLK从比较器27a的输出端输出。时钟信号CPCLK的频率由分频电路24a以预设的分频比分频，所得到的信号通过电平变动电路22输入至緩冲器21并用作第二电源电路3a的电荷泵电路的时钟信号。来自电平变动电路22的输出信号通过反相器32输入至緩冲器31，来自緩冲器31的输出信号用作第二电源电路4的电荷泵电路的时钟信号。
下面，给出时钟信号CK1、时钟信号CK2、对快速电容器C2充放电的充放电电流、以及对快速电容器C4充放电的充放电电流之间的关系的描述。
当时钟信号CK1处于低电平时，以第一电源电路2a的输出电压Vol作为电源电压，充电电流通过二极管D2提供至快速电容器C2。然而，由于NMOS晶体管M2连接在緩冲器21的负电源端与参考地之间，因此快速电容器C2的充电电流由NMOS晶体管M2的漏极电流限制。
来自误差放大电路25的输出信号VA2输入至NMOS晶体管M2的栅极，第二基准电压Vref2输入至误差放大电路25的非反相输入端，并且分压Vfb2输入至误差放大电路25的反相输入端。所以，来自误差放大电路25的输出信号VA2取决于第二电源电路3a的输出电压Vo2。具体地，当第二电源电路3a的输出电压Vo2增大时，误差放大电路25的输出电压VA2减小，并且当第二电源电路3a的输出电压Vo2减小时，误差放大电路25的输出电压VA2增大。据此，如图3中的部分"a"所示，NMOS晶体管M2的漏极电流变为与第二电源电路3a的输出电压Vo2相关联的恒定电流。另一方面，当时钟信号CK1处于高电平时，与二极管D3的阳极相连接的快速电容器C2端的电压增大，并且输出电容器C3通过二极管D3迅速地充电。结果，如图3中部分"b"所示，在第一电源电路2a的输出电压Vol下，通过緩冲器21的输出端生成大充电电流。随着输出电容器C3的充电，该充电电流显著下降。
另外，当时钟信号CK2处于高电平时，在第一电源电路2a的输出电压Vol下，通过緩冲器31的输出端，大充电电流提供至快速电容器C4。如图3中部分"c"所示，在时钟信号CK2上升至高电平之后，立即传导大充电电流，并且随着输出电容器C4的充电，该充电电流显著下降。
当时钟信号CK2处于低电平时，与二极管D5的阴极相连接的快速电容器C4端的电压减小，输出电容器C5通过二极管D5充电。然而，由于NMOS晶体管M3连接在緩冲器31的负电源端与参考地之间，因此NMOS晶体管M3的漏极电流限制快速电容器C4的充电电流。
来自误差放大电路33的输出信号VA3输入至NMOS晶体管M3的栅极；分压Vfb3通过以电阻器R5和R6对在来自第二电源电路4的输出电压Vo3和第五基准电压Vref5之间的电压分压而得到，该分压Vfb3输入至误差放大电路33的非反相输入端；误差放大电路33的反相输入端连接参考地。所以，来自误差放大电路33的输出信号VA3取决于第二电源电路4的输出电压Vo3。据此，NMOS晶体管M3的漏极电流变为与第二电源电路4的输出电压Vo3相关联的恒定电流。如图3中部分"d，，所示，快速电容器C4的充电电流几乎为恒定电流。
如上所述，当分别用于第二电源电路3a和第二电源电路4中的时钟信号CK1和时钟信号CK2相同时，反相器32在时钟信号CK1的相位与时钟信号CK2的相位之间生成180度的差；因此可以防止由第一电源电路2a提供的流向第二电源电路3a的电流的峰值与流向第二电源电路4的电流的峰值的交叠，并且降低由第一电源电路2a的输出电压Vol的负载的变化所导致的电压变化。
接下来，给出对第四基准电压Vref4的描述。
第四基准电压Vref4被设置为略微高于三角信号TW的下限电压。据此，从比较器27a输出的时钟信号CPCLK具有小于20%的高电平占空比。
如图3中所示，在时钟信号CPCLK从低电平上升至高电平之后，立即是从第 一电源电路2a提供至第二电源电路3a及第二电源电路4的电流的峰值的时序。另外，从输入电压Vdd提供至第一电源电路2a的电流的峰值的时序处于当脉冲信号Spwm(未示出)从高电平降至低电平时。
于是，第四基准电压Vref4设置为，当来自第一电源电路2a的输出端0UT1的输出电流甚至在来自第一电源电路2a的输出端OUTl的输出电流大的区间A和区间B中仍相对大时，？人第一电源电^各2a输出的峰值电流的时序与从第二电源电路3a及第二电源电路4输出的峰值电流的时序不交叠。
在来自第一电源电路2a的输出端OUT1的输出电流小的区间C中，从第一电源电路2a输出的峰值电流的时序与从第二电源电路3a及第二电源电路4输出的峰值电流的时序交叠。然而，由于该电流小，因此即使当从第一电源电路2a输出的峰值电流的时序与从第二电源电路3a及第二电源电路4输出的峰值电流的时序交叠时，也没有大的影响。
注意到，在图2中，描述了第二电源电路4是生成和输出负电压的电荷泵电路。当然，第二电源电路4能够是如第二电源电路3a那样的生成和输出正电压的电荷泵电路。另外，在图2中，描述了使用具有相同频率的时钟信号的两个电荷泵电路。当然，本发明适用于三个或更多电荷泵电路使用具有相同频率的时钟信号的情况。当电荷泵电路的数量增加时，减小不同时钟信号的相位差以使得电荷泵电路的电流峰值不交叠即可。
根据本发明第二实施例的多输出电源设备，反相器32在用于第二电源电路3a的时钟信号CK1的相位与用于第二电源电路4的时钟信号CK2的相位之间生成180度的差；因此，流向第二电源电路3a的电流的峰值不同于流向第二电源电路4的电流的峰值。结果，可以降低电源电路的输出电压中的噪声。
虽然参照为了图示而选择的特定实施例描述了本发明，但是应当显而易见的是，本发明不限于这些实施例，而是能够由本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思和范围的情况下对其进行多种修改。
本专利申请基于2007年7月11日提交的日本优先权专利申请No.2007-182230,其全部内容通过引用合并于此。
权利要求
1.一种多输出电源设备，其将从其输入端输入的第一输入电压转换为具有预定的不同值的多个电压，并且分别通过多个输出端输出电压，所述多输出电源设备包括第一电源电路，其根据第一输入电压生成预定的恒定电压，并通过第一输出端输出该恒定电压；以及一个或多个第二电源电路，其每个均包含电荷泵电路，所述电荷泵电路使用第一电源电路的输出电压作为第二输入电压，根据该第二输入电压生成预定的恒定电压，并且通过第二输出端输出该预定的恒定电压，其中所述第二电源电路的每个根据从第二输出端输出的电流来改变用于对快速电容器充放电的充放电周期的时间段。
2. 如权利要求1所述的多输出电源设备，其中，当从第二输出端输出的 电流增大时，每个第二电源电路缩短用于对快速电容器充放电的充放电周期 的时间段。
3. 如权利要求1所述的多输出电源设备，其中 所述第二电源电路的每个包括电压转换电路，其根据输入时钟信号来对快速电容器充放电，会换第二 输入电压，并且通过第二输出端将经转换的第二输入电压输出；以及控制电路，其控制电压转换电路中的电压转换，以使得从第二输出端输 出的电压变为所述预定的恒定电压，其中所述控制电路根据从第二输出端输出的电流来改变预定基准时钟信号的 频率以生成时钟信号，并且将所得到的时钟信号输出至电压转换电路。
4. 如权利要求3所述的多输出电源设备，其中 所述控制电路包括时钟信号生成电路，其根据基准时钟信号来生成具有不同频率的多个时 钟信号；以及时钟信号选择电路，其排它地选择从时钟信号生成电路输出的时钟信号 之一，并且将所选择的时钟信号输出至电压转换电路。
5. 如权利要求4所述的多输出电源设备，其中所述时钟信号生成电路包含分频电路，所述分频电路以预定的不同分频 比来将所述基准时钟信号分频，以生成和输出具有不同频率的时钟信号。
6. 如权利要求5所述的多输出电源设备，其中 所述时钟信号选择电路包括选择电路，其根据输入控制信号来选择从时钟信号生成电路输出的时钟 信号之一；以及输出电流检测电路，其检测从第二输出端输出的电流，并且根据检测到 的电流来控制选择电路的操作，其中 . 所述输出电流检测电路控制选择电路，以使得当从第二输出端输出的电 流大时，选择电路输出具有高频的时钟信号之一。
7. —种多输出电源设备，其将从其输入端输入的第 一输入电压转换为具 有预定的不同值的多个电压，并且分别通过多个输出端输出电压作为输出电 压，所述多输出电源设备包括第一电源电路，其根据第一输入电压生成预定的恒定电压，并通过第一 输出端输出所述恒定电压；以及多个第二电源电路，其每个均包含电荷泵电路，所述电荷泵电路使用第 一电源电路的输出电压作为第二输入电压，根据该第二输入电压生成预定的 恒定电压，并且通过第二输出端输出该预定的恒定电压，其中所述第二电源电路具有用于对相应的快速电容器充放电的充放电周期的 不同时序。
8. 如权利要求7所述的多输出电源设备，其中 所述第二电源电路的每个包含电压转换电路，其根据输入时钟信号来对相应的快速电容器充放电，转 换第二输入电压，并且通过第二输出端将经转换的第二输入电压输出；以及控制电路，其控制电压转换电路中的电压转换，以使得从第二输出端输 出的电压变为所述预定的恒定电压， 其中每个所述第二电源电路的控制电路根据预定的基准时钟信号来生成时钟信号，并且将所得到的时钟信号输出至相应的电压转换电路，其中不同的第 二电源电路中的时钟信号具有不同的相位。
9. 如权利要求3所述的多输出电源设备，其中 所述第一电源电路包括开关调节器，其具有电感器， 其中定义用于对该电感器充电的开关调节器的开关时序的时钟信号与所述基 准时钟信号具有相位差。
10. 如权利要求9所述的多输出电源设备，其中所述第 一 电源电路使用预定的三角信号来对开关调节器执行脉宽调制控 制，以及所述基准时钟信号是矩形信号，具有小于20%的占空比且具有与所述三 角信号相同的频率。
全文摘要
公开了一种低噪声的多输出电源设备，其将第一输入电压转换为多个不同的电压。该多输出电源设备包括第一电源电路，其用于根据第一输入电压生成恒定电压，并且通过第一输出端输出恒定电压；以及一个或多个第二电源电路，其每个均包含用于根据来自第一电源电路的输出电压来生成恒定电压的电荷泵电路。每个第二电源电路根据从第二输出端输出的电流来改变用于对快速电容器充放电的充放电周期的时间段。
文档编号H02M3/07GK101542879SQ200880000629
公开日2009年9月23日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年7月11日
发明者阿部浩久 申请人:株式会社理光