专利名称：自举电路与应用其的电子装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种自举电路与应用其的电子装置。
背景技术：
电子装置连接电源以进行操作。电源电路通常是指提供给电子装置电力供应的电源部分的电路设计。电源可分为直流电源与交流电源。直流电源电路以开关式转换器(Switching Converter)为主，其中又以降压式(Buck)电路为常见架构。降压式电路以N-MOS为主要导通元件，然而为了确保N-MOS不会受所设定的输出电压(Output Voltage)影响导通与否,一般都会再外加自举电路(BootstrapCircuit) o而传统自举电路(BootstrapCircuit)又包含N-M0S作为电容充电路径开关,这会造成电路制作成本提高与电路面积增加。
发明内容
本发明是有关于一种自举电路与应用其的电子装置，其在不改变电路输出特性下，以其它开关单元来取代高价的MOSFET元件。根据本发明的一实施例，提出一种自举电路，包括:一第一开关单兀，I禹接至一时钟信号；一第二开关单元，耦接至一操作电压与该第一开关单元；一第三开关单元，耦接至该第一开关单元；一第一电荷储存单元，耦接至该第二与该第三开关单元；以及一电压转换单元，耦接至该第一电荷储存单元与该第一、该第二、该第三开关单元。当该时钟信号为一第一逻辑状态时，该第一开关单元与该第二开关单元导通一第一电流路径，且该操作电压、该第一与该第二开关单元在该第一电流路径上，该第一开关单元、该第二开关单元与该第三开关单元则导通一第二电流路径，且该操作电压、该第二开关单元、该第一电荷储存单元、该第三开关单元与该第一开关单元在该第二电流路径上，以使得该第一电荷储存单元被充电。当该时钟信号为一第二逻辑状态时，该第一开关单元为关闭，该第一电荷储存单元的一跨压确保该电压转换单兀将一输入电压转换成一输出电压。根据本发明的另一实施例，提出一种电子装置，包括:一自举电路，用以驱动一负载。该自举电路包括:一第一开关单元，耦接至一时钟信号；一第二开关单元，耦接至一操作电压与该第一开关单元；一第三开关单元，耦接至该第一开关单元；一第一电荷储存单元，耦接至该第二与该第三开关单元；以及一电压转换单元，耦接至该第一电荷储存单元与该第一、该第二、该第三开关单元。当该时钟信号为一第一逻辑状态时，该第一电荷储存单元被充电。该时钟信号为一第二逻辑状态时，该第一电荷储存单元的一跨压确保该电压转换单兀将一输入电压转换成一输出电压。为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1显示根据本发明实施例的自举电路的电路示意图。图2显示本实施例的仿真结果波形图。图3显示本发明另一实施例的电子装置的功能示意图。[主要元件标号说明]Ql:第一开关单元 CLK:时钟信号Dl:第二开关单元 VCC:操作电压D2:第三开关单元 CB:第一电荷储存单元110:电压转换单元 Rl:限流单元Il:第一电流路径 12:第二电流路径VIN:输入电压VOUT:输出电压Q2:第四开关单元 D3:第五开关单元L1:电感Cl:第二电荷储存单元R2:电阻300:电子装置310:自举电路320:负载
具体实施方式
请参考图1,其显示根据本发明实施例的自举电路100的电路示意图。如图1所示，根据本发明实施例的自举电路100包括:第一开关单元Q1，耦接至时钟信号CLK ;第二开关单元Dl，耦接至操作电压VCC与第一开关单元Ql ;第三开关单元D2，耦接至第一开关单元Ql ;第一电荷储存单元CB，耦接至第二开关单元Dl与第三开关单元D2 ;以及电压转换单元110，耦接至第一电荷储存单元CB、第一开关单元Q1、第二开关单元Dl与第三开关单元D2。当时钟信号CLK为第一逻辑状态(比如为高电位High)时，第一开关单元Ql与第二开关单元Dl导通第一电流路径II，其中，操作电压VCC、第一开关单元Ql与第二开关单元Dl在第一电流路径Il上。当时钟信号CLK为第一逻辑状态(比如为High)时，第一开关单元Q1、第二开关单元Dl与第三开关单元D2则导通第二电流路径12，其中，操作电压VCC、第二开关单元Dl、第一电荷储存单元CB、第三开关单元D2与第一开关单元Ql在第二电流路径12上，以使得第一电荷储存单元CB被充电。当时钟信号CLK为第二逻辑状态(比如为低电位Low)时，第一开关单元Ql为关闭，第一电荷储存单兀CB的一跨压确保电压转换单兀110将输入电压VIN转换成输出电压VOUT0此外，自举电路100还可包括限流单元Rl，耦接于第一开关单元Ql与第二开关单元Dl之间。限流单元Rl限制在第一电流路径Il上的一电流量。在本实施例中，第一开关单元Ql比如但不受限于包括第一晶体管Q1，其具有:耦接至限流单元Rl的第一端(漏极)，耦接至接地端的第二端(源极)与耦接至时钟信号CLK的第三端(栅极)。在本实施例中，第二开关单元Dl包括比如但不受限于第一二极管Dl，其具有:耦接至操作电压VCC的第一端(阳极)与耦接至限流单元Rl的第二端(阴极)。当第一电荷储存单元CB经过充电之后而时钟信号CLK为High时，第一二极管Dl的阴极电压高于第一二极管Dl的阳极电压(亦即操作电压VCC)，如果不加以隔离的话，将会与操作电压VCC互相冲突。故而，在本实施例中，通过第一二极管Dl来与操作电压VCC做隔离。在本实施例中，第三开关单元包括比如但不受限于第二二极管D2，其具有:耦接至第一电荷储存单元CB的第一端(阳极)与耦接至第一开关单元Ql的第二端(阴极)。在本实施例中，电压转换单元110包括比如但不受限于降压电路。更甚者，电压转换单元110包括:第四开关单元(其比如包括但不受限于，第二晶体管Q2)，耦接至输入电压VIN、第三开关单兀D2、第一晶体管Q1、第一电荷储存单兀CB,于时钟信号CLK为第一逻辑状态(High)时，第四开关单元D2为关闭，于该时钟信号CLK为第二逻辑状态(Low)时，第一电荷储存单元CB的跨压使得第四开关单元Q2为导通；第五开关单元(其比如包括但不受限于，第三二极管D3)，耦接至第一电荷储存单元CB ;电感LI，耦接至第一电荷储存单元CB ；以及第二电荷储存单元Cl，耦接至电感LI。此外，电压转换单元110可以还包括电阻R2，耦接于输出电压VOUT与接地端之间。此电阻R2可当成负载元件，且其为非必要元件。为方便说明，在底下中，操作电路VCC比如但不受限于为5V的直流电压；输入电压VIN比如但不受限于为IOV的直流电压。自举电路100可将输入电压VIN(10V DC)转换成VOUT (比如但不受限于3V DC)。详细地说，当时钟信号CLK为High时,第一晶体管Ql为导通。由于第一晶体管Ql为导通，第一晶体管Ql将第二晶体管Q2的栅极电压拉至接地端，使得第二晶体管Q2为关闭。如上述般，此时第一二极管D1、第二二极管D2与第一晶体管Ql会导通第二电流路径
12。由于第一电荷储存单元CB位于第二电流路径12上，所以第一电荷储存单元CB会被第二电流路径12充电。第一电荷储存单元CB的跨压AVCB= (VCC-VD1-VD2-VDS1)，其中，VDl与VD2分别代表在二极管Dl与D2上的跨压，而VDSl则代表晶体管Ql的漏极-源极电压。此外，当时钟信号CLK为High时，第一电流路径Il会形成(如上述般，第一二极管Dl与第一晶体管Ql导通此第一电流路径II)，为避免流经第一晶体管Ql的电流量太大导致第一晶体管Ql被烧毁，在本实施例中，加入限流单元Rl来限制在第一电流路径Il上的电流量，以限制流入第一晶体管Ql的电流量不致破坏第一晶体管Q1。另一方面，当时钟信号CLK为Low时，第一晶体管Ql为关闭，此时，第一电荷储存单元CB上的跨压AVCB可确保第二晶体管Q2为导通。亦即，当时钟信号CLK为Low时，AVCB > VGS2 (Vth)，其中，VGS2 (Vth)代表第二晶体管Q2的导通临界电压。由于第二晶体管Q2在时钟信号CLK为Low时为导通，所以，电压转换单元可将输入电压VIN转换成输出电压VOUT。图2显示本实施例的仿真结果波形图，其中，波形CB(+)与CB(_)分别代表第一电荷储存单元CB的第一端(+)电压与第二端(_)电压。由图2的模拟结果波形图可看出，本发明实施例的自举电路的确可以在不改变电路输出特性下，将输入电压VIN转换成输出电压VOUT (亦即可维持3V的输出电压V0UT)。另外，于上述说明中，开关单元亦可能用操作放大器(OP)等来实施，此亦在本发明精神范围内。本发明另一实施例则揭露一种电子装置，如图3所示。电子装置300:包括上述的自举电路310与负载320。自举电路310驱动负载320。电子装置300比如但不受限于为灯具等，负载320比如但不受限于为发光二极管(LED)等。综上所述可知，在本发明的上述实施例中，以低成本的开关元件(比如二极管)来取代高成本的开关元件(比如NMOS晶体管)。如此可以在不改变原电路输出特性下，降低成本及缩小电路面积以提高产品竞争优势。综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
1.一种自举电路，包括: 一第一开关单元，耦接至一时钟信号； 一第二开关单元，耦接至一操作电压与该第一开关单元； 一第三开关单元，耦接至该第一开关单元； 一第一电荷储存单元，耦接至该第二与该第三开关单元；以及一电压转换单元，耦接至该第一电荷储存单元与该第一、该第二、该第三开关单元；其中，当该时钟信号为一第一逻辑状态时，该第一开关单元与该第二开关单元导通一第一电流路径，且该操作电压、该第一与该第二开关单元在该第一电流路径上，该第一开关单元、该第二开关单元与该第三开关单元则导通一第二电流路径，且该操作电压、该第二开关单元、该第一电荷储存单元、该第三开关单元与该第一开关单元在该第二电流路径上，以使得该第一电荷储存单元被充电；以及 当该时钟信号为一第二逻辑状态时，该第一开关单元为关闭，该第一电荷储存单元的一跨压确保该电压转换单兀将一输入电压转换成一输出电压。
2.根据权利要求1所述的自举电路，还包括: 一限流单元，耦接于该第一与该第二开关单元之间，该限流单元限制该第一电流路径的一电流量。
3.根据权利要求2所述的自举电路，其中， 该第一开关单元包括一第一晶体管，其具有:耦接至该限流单元的一第一端，耦接至一接地端的一第二端与耦接至该时钟信号的一第三端；以及 该第二开关单元包括一第一二极管，其具有:耦接至该操作电压的一第一端与耦接至该限流单元的一第二端。
4.根据权利要求3所述的自举电路，其中，该第三开关单元包括一第二二极管，其具有:耦接至该第一电荷储存单元的一第一端与耦接至该第一开关单元的一第二端。
5.根据权利要求4所述的自举电路，其中，该电压转换单元包括一降压电路。
6.根据权利要求4所述的自举电路，其中，该电压转换单元包括: 一第四开关单元，耦接至该输入电压、该第三开关单元与该第一电荷储存单元，于该时钟信号为该第一逻辑状态时，该第四开关单元为关闭，于该时钟信号为该第二逻辑状态时，该第一电荷储存单元的该跨压使得该第四开关单元为导通； 一第五开关单元，耦接至该第一电荷储存单元； 一电感，稱接至该第一电荷储存单元；以及 一第二电荷储存单元，耦接至该电感。
7.根据权利要求6所述的自举电路，其中，该电压转换单元还包括一电阻耦接于该输出电压与该接地端之间。
8.一种电子装置，包括: 一自举电路，用以驱动一负载，该自举电路包括: 一第一开关单元，耦接至一时钟信号； 一第二开关单元，耦接至一操作电压与该第一开关单元； 一第三开关单元，耦接至该第一开关单元； 一第一电荷储存单元，耦接至该第二与该第三开关单元；以及一电压转换单元，耦接至该第一电荷储存单元与该第一、该第二、该第三开关单元； 其中， 当该时钟信号为一第一逻辑状态时，该第一电荷储存单兀被充电；以及该时钟信号为一第二逻辑状态时，该第一电荷储存单元的一跨压确保该电压转换单元将一输入电压转换成一输出电压。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中， 当该时钟信号为该第一逻辑状态时，该第一开关单元与该第二开关单元导通一第一电流路径，且该操作电压、该第一与该第二开关单元在该第一电流路径上，该第一开关单元、该第二开关单元与该第三开关单元导通一第二电流路径，且该操作电压、该第二开关单元、该第一电荷储存单元、该第三开关单元与该第一开关单元在该第二电流路径上，以使得该第一电荷储存单元被充电；以及 当该时钟信号为该第二逻辑状态时，该第一开关单元为关闭，该第一电荷储存单元的该跨压确保该电压转换单元将该输入电压转换成该输出电压。
10.根据权利要求8所述的电子装置，还包括: 一限流单元，耦接于该第一与该第二开关单元之间，该限流单元限制该第一电流路径的电流量。
11.根据权利要求10所述的电子装置，其中， 该第一开关单元包括一第一晶体管，其具有:耦接至该限流单元的一第一端，耦接至一接地端的一第二端与耦接至该时钟信号的一第三端；以及 该第二开关单元包括一第一二极管，其具有:耦接至该操作电压的一第一端与耦接至该限流单元的一第二端。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中，该第三开关单元包括一第二二极管，其具有:耦接至该第一电荷储存单元的一第一端与耦接至该第一开关单元的一第二端。
13.根据权利要求12所述的电子装置，其中，该电压转换单元包括一降压电路。
14.根据权利要求12所述的电子装置，其中，该电压转换单元包括: 一第四开关单元，耦接至该输入电压、该第三开关单元与该第一电荷储存单元，于该时钟信号为该第一逻辑状态时，该第四开关单元为关闭，于该时钟信号为该第二逻辑状态时，该第一电荷储存单元的该跨压使得该第四开关单元为导通； 一第五开关单元，耦接至该第一电荷储存单元； 一电感，稱接至该第一电荷储存单元；以及 一第二电荷储存单元，耦接至该电感。
15.根据权利要求14所述的电子装置，其中，该电压转换单元还包括一电阻耦接于该输出电压与该接地端之间。
全文摘要
本发明提供了一种自举电路与应用其的电子装置，其中该自举电路包括第一开关单元，耦接至时钟信号；第二开关单元，耦接至操作电压与该第一开关单元；第三开关单元，耦接至该第一开关单元；第一电荷储存单元，耦接至该第二与该第三开关单元；以及电压转换单元，耦接至该第一电荷储存单元与该第一至该第三开关单元。当该时钟信号为第一逻辑状态时，第一开关单元与第二开关单元导通第一电流路径，该第一开关单元、该第二开关单元与该第三开关单元则导通第二电流路径，以使得该第一电荷储存单元被该第二电流路径充电。当该时钟信号为第二逻辑状态时，该第一开关单元为关闭，该第一电荷储存单元的跨压确保该电压转换单元将输入电压转换成输出电压。
文档编号H02M3/155GK103107700SQ20111044141
公开日2013年5月15日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年11月15日
发明者赖建丰 申请人:隆达电子股份有限公司