专利名称：电荷泵的模式转换控制电路与方法
技术领域：
本发明是有关于一种电荷泵，特别是关于一种电荷泵的模式转换控制电路与方法。
背景技术：
现今的电子电路经常需要一个以上的直流电压的电源供应，因此有许多系统用来转换电源，电荷泵即是其中之一。电荷泵是由电容和振荡器组成的一种电路，可以将直流输入电压升压或降压输出。图1为升压型电荷泵在1倍模式及1.5倍模式的效能曲线图，其中曲线10为1.5倍模式的效能曲线，曲线12为1倍模式的效能曲线。电荷泵一般使用电池提供输入电压，随着使用时间的增加，电池的电压越来越低，当电池无法供应负载足够的电压时，电荷泵便转换至较高的倍率模式，例如由1倍模式转换至1.5倍模式，如虚线14所示；反之，当电压逐渐回升或负载降低等等条件成立，电荷泵将转换至较低的倍率模式，例如由1.5倍模式转换至1倍模式，如虚线16所示。在公知技术中为判断何时应切换倍率模式必须计算电荷泵的等效电阻，但计算上常有精确性、温度效应以及噪声干扰等因素造成误差，影响了模式转换的判断，因此加入一个磁滞电压，延迟电荷泵模式转换时机，以避免一时的错误判断。但是磁滞电压太大将使得模式转换时机延迟太久造成芯片工作效率上的损失，太小则又可能导致判断错误。一般来说，若能计算出较准确的电荷泵等效阻值，就可以使用较小的磁滞电压，反之，则必须使用较大的磁滞电压防止模式转换的误判，只是想要得到准确的等效阻值势必要使用较为复杂的电路来计算。
因此，一种无需准确计算电荷泵等效阻值并且不必使用大磁滞电压防止错误判断的电荷泵的模式转换控制电路与方法，乃为所冀。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种不必使用较大磁滞电压防止错误判断的电荷泵的模式转换控制电路与方法。
本发明的目的之一，在于提出一种电荷泵的模式转换控制电路与方法，其可去除外在噪声或负载改变所造成侦测电压上的误差。
本发明的目的之一，在于提出一种电荷泵的模式转换控制电路与方法，其不需精准计算该电荷泵的等效电阻。
根据本发明，一种电荷泵的模式转换控制电路与方法包括使用一模式监视器监视该电荷泵以产生一模式上升信号及一模式下降信号，一模式决定逻辑根据该模式上升信号及模式下降信号产生一模式选择信号，可供决定该电荷泵操作于多个倍率模式的其中之一，一选通电路每隔一参考时间从该模式下降信号产生一修正的模式下降信号，以及一模式转换定时器根据该模式上升信号及修正的模式下降信号产生一模式转换信号至该模式决定逻辑，以决定是否输出该模式选择信号。
图1显示电荷泵在不同倍率模式下的效能曲线；图2是本发明的实施例；图3是图2中电荷泵30的双向模式转换状态图；
图4是图2中模式转换定时器36的实施例；图5是模式决定逻辑38的实施例；图6是图2中模式上升监视器342的实施例；以及图7是图2中模式下降监视器344的实施例。
符号说明101.5倍模式的效能曲线121倍模式的效能曲线14模式上升曲线16模式下降曲线18发光二极管驱动装置20电流源22发光二极管24晶体管26晶体管28运算放大器30电荷泵32模式转换控制电路34模式监视器342 模式上升监视器3422 比较器344 模式下降监视器3442 电流源3444 电流源3446 比较器36模式转换定时器3602 或门
3604 与门3606 反相器3608 与非门3610 充放电电路3612 电流源3614 反相器3616 充放电电路3618 电流源3620 反相器3622 反相器3624 反相器38模式决定逻辑3802 逻辑电路3804 正反器40与门42重设定时器501倍模式521.5倍模式542倍模式具体实施方式
图2是本发明的实施例，在发光二极管驱动装置18中，电荷泵30将输入电压Vin转换为输出电压Vout以驱动发光二极管22，电流源20连接在输入电压Vin及晶体管24之间，发光二极管22的正端连接输入电压Vin，负端经晶体管26连接输出端Vout，运算放大器28用以比较节点A及B上的电压VA及VB，当电压VA及VB不相等时，运算放大器28输出信号Vfb至晶体管24及26的栅极，以调节通过晶体管24及26的电流I1及Iout，进而平衡节点A及B上的电压VA及VB，模式转换控制电路32则借由监视节点B上的电压VB及运算放大器28输出的信号Vfb决定电荷泵30操作的倍率模式。图3是图2中电荷泵30的双向模式转换状态图。参照图2及图3，在驱动装置18激活时，模式转换控制电路32将电荷泵30的倍率模式设定在预设的1倍模式50，之后再依据需要转换电荷泵30的倍率模式。当电荷泵30操作在1倍模式50时，若模式转换控制电路32达到模式上升条件，则将电荷泵30的倍率模式转换至1.5倍模式52，否则维持在1倍模式50。当电荷泵30操作在1.5倍模式52时，若模式转换控制电路32达到模式上升条件，则将电荷泵30的倍率模式转换至2倍模式54，若达到模式下降条件，则将电荷泵30的倍率模式降回至1倍模式50，而在未达到模式上升条件也未达到模式下降条件时，则维持原来的1.5倍模式52。当电荷泵30操作在2倍模式54时，若模式转换控制电路32达到模式下降条件，则将电荷泵30的倍率模式转换至1.5倍模式52，否则则维持在2倍模式54。
参照图2，在模式转换控制电路32中，模式监视器34监视节点B上的电压VB及运算放大器28输出的信号Vfb，在达到模式上升条件时，模式监视器34中的模式上升监视器342产生模式上升信号U至模式决定逻辑38，在达到模式下降条件时，模式监视器34中的模式下降监视器344产生模式下降信号D至模式决定逻辑38，重设定时器42每隔一参考时间，例如100ms，输出一脉冲信号RS，与门40根据模式下降信号D及重设定时器42所供应的脉冲信号RS输出修正的模式下降信号DB，模式转换定时器36根据信号U及DB产生模式转换信号tt，模式决定逻辑38根据模式上升信号U、模式下降信号D产生模式选择信号x1、x1.5或x2，可供决定电荷泵30操作于1倍、1.5倍或2倍的倍率模式，并根据模式转换信号tt决定是否输出模式选择信号x1、x1.5或x2。
图4是图2中模式转换定时器36的实施例，其中或门3602根据信号DB及U输出信号S1，与门3604根据信号S1及致能信号EN输出信号S2，软激活信号soft_start经反相器3606产生信号S3，与非门3608根据信号S2、S3及VC2’输出控制信号S4以控制充放电电路3610的充放电产生模式转换信号tt，充放电电路3616受控于信号tt产生计时信号VC2’。在充放电电路3610中，电流源3612与开关SW1串联在输入电压Vin及接地GND之间，电容C1与开关SW1并联，控制信号S4切换开关SW1使电流源3612对电容C1充放电产生信号VC1，信号VC1经反相器3614形成模式转换信号tt。在充放电电路3616中，电流源3618与开关SW2串联在输入电压Vin及接地GND之间，电容C2与开关SW2并联，信号tt切换开关SW2使电流源3618对电容C2充放电产生信号VC2，反相器3620、3622及3624形成一延迟电路以延迟信号VC2得到信号VC2’。
图5是模式决定逻辑38的实施例，其中逻辑电路3802根据模式上升信号U、模式下降信号D产生信号S5给正反器3804，在信号tt由低准位转为高准位时正反器3804被触发，若此时信号S5为高准位，则由输出端Q产生信号以使模式决定逻辑38输出模式选择信号x1.5给电荷泵30，若信号S5为低准位，则由输出端Q产生信号以使模式决定逻辑38输出模式选择信号x1给电荷泵30，在正反器3804被触发后，其输出端Q将维持触发时的准位直至下次正反器3804再被触发。此实施例是为了说明模式转换信号tt在模式决定逻辑38中的功用，因此，并没有将模式决定逻辑38中所有电路显示出来。
图6是图2中模式上升监视器342的实施例，其包括一比较器3422监视信号Vfb，在达成模式上升条件时，即Vfb＞(Vin-VTP)，其中VTP是一预设电压，比较器3422输出模式上升信号U。图7是图2中模式下降监视器344的实施例，其包括电流源3442供应一电流I2通过电阻R1以产生电压V1，其中电流I2与通过晶体管26的电流Iout如图2所示，具有一比例关系，亦即
I2＝Iout×(1/k)公式1其中，k为常数。而电阻R1＝k×(Req+Rdrop) 公式2其中，Req是电荷泵30的等效阻值，Rdrop是晶体管26的导通阻值，在不同的倍率模式下，电荷泵30具有不同的等效阻值Req。由公式1及2可得电压V1＝Iout×(Req+Rdrop)公式3又电流源3444供应电流Ihyst通过电阻R2产生磁滞电压Vhyst，在此实施例中，电流Ihyst远小于电流I2故在公式3中忽略不计，比较器3446监视节点B上的电压VB，在达成模式下降条件时，即VB＞(V1+Vhyst)，比较器3446输出模式下降信号D。
参照图2至图7，假设输入电压Vin上升接近模式切换点时，例如3.5V，在没有准确的计算出电荷泵30等效阻值Req以及使用较小磁滞电压Vhyst的情况下，模式监视器34可能提早降低电荷泵30的倍率模式，例如从1.5倍模式切换至1倍模式，在将电荷泵30切换至1倍模式后，若此时的电荷泵30的输出电压Vout足以驱动二极管22，则维持目前的倍率模式，反之，则立即输出模式上升信号U将电荷泵30切回1.5倍模式，在切回1.5倍模式后，虽然模式监视器34又立即输出模式下降信号D给模式决定逻辑38，但必须等待一段时间直到修正的模式下降信号DB出现后，才再次将电荷泵30从1.5倍模式切换至1倍模式并重复前述步骤。换言之，在输入电压Vin接近模式切换点时，模式转换控制电路32每隔一段时间将电荷泵30切换至前一倍率模式，例如从2倍模式切换至1.5倍模式或从1.5倍模式切换至1倍模式，并侦测输出电压Vout是否足以驱动二极管22，若不足则立即切换回先前的倍率模式，因此，即使在没有准确的计算出电荷泵30等效阻值Req以及使用较小磁滞电压Vhyst的情况下，甚至是不使用磁滞电压Vhyst，仍能达成防止错误判断以及去除外在噪声或负载改变所造成侦测电压上的误差，也由于不需精准计算该电荷泵30的等效电阻Req，因此也不需要复杂的计算电路，故能降低模式转换控制电路32的复杂度。
权利要求
1.一种电荷泵的模式转换控制方法，该电荷泵可操作于多个倍率模式，该方法包括监视该电荷泵以产生一模式上升信号及一模式下降信号；每隔一段时间从该模式下降信号产生一修正的模式下降信号；以及根据该模式上升信号及模式下降信号产生一模式选择信号，可供决定该电荷泵操作于该多个倍率模式的其中之一；根据该模式上升信号及修正的模式下降信号决定是否输出该模式选择信号。
2.如权利要求1所述的电荷泵的模式转换控制方法，其中该根据该模式上升信号及修正的模式下降信号决定是否输出该模式选择信号的步骤包括根据该模式上升信号、该修正的模式下降信号及一计时信号产生一控制信号；借由该控制信号对一第一电容充放电以产生一模式转换信号决定是否输出该模式选择信号；以及根据该模式转换信号对一第二电容充放电产生该计时信号。
3.一种电荷泵的模式转换控制装置，该电荷泵可操作于多个倍率模式，该装置包括一模式上升监视器，用来监视该电荷泵，以产生一模式上升信号；一模式下降监视器，用来监视该电荷泵，以产生一模式下降信号；一选通电路，每隔一参考时间从该模式下降信号产生一修正的模式下降信号；一模式决定逻辑，根据该模式上升信号及模式下降信号产生一模式选择信号，可供决定该电荷泵操作于该多个倍率模式的其中之一；以及一模式转换定时器，根据该模式上升信号及修正的模式下降信号提供一模式转换信号至该模式决定逻辑，以决定是否输出该模式选择信号。
4.如权利要求3所述的电荷泵的模式转换控制装置，其中该选通电路包括一重设定时器，产生一脉波信号，其具有一周期等于该参考时间；以及一与门，根据该脉波信号及模式下降信号输出该修正的模式下降信号。
5.如权利要求3所述的电荷泵的模式转换控制装置，其中该模式转换定时器包括一逻辑电路，根据该模式上升信号、该修正的模式下降信号及一计时信号产生一控制信号；一第一充放电电路，根据该控制信号产生该模式转换信号；以及一第二充放电电路，受控于该模式转换信号产生该计时信号。
全文摘要
一种电荷泵的模式转换控制电路与方法，该电荷泵可操作于多个倍率模式，该方法包括监视该电荷泵以产生一模式上升信号及一模式下降信号；每隔一段时间从该模式下降信号产生一修正的模式下降信号；以及根据该模式上升信号及模式下降信号产生一模式选择信号，可供决定该电荷泵操作于该多个倍率模式的其中之一；根据该模式上升信号及修正的模式下降信号决定是否输出该模式选择信号。其在输入电压接近模式切换点时，每隔一段时间便将该电荷泵切换至较低的倍率模式，借以改善因噪声、负载变化或不准确的电荷泵等效阻值造成的错误判断。
文档编号G05F1/10GK101079572SQ20061008266
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月24日 优先权日2006年5月24日
发明者黄宗伟, 陈健生, 林水木, 龚能辉 申请人:立锜科技股份有限公司