本发明是关于一种切换式电容的直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法，特别是关于一种具有基极偏压控制的切换式电容直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法。
背景技术：
近年来，由于对系统芯片(soc,systemonchip)的需求增加，各种专用的电压调节器也纷纷产出以提供不同供应电压的系统。在这当中，电感式直流-直流转换器(inductivedc-dcconverter)在电压调整上具有优越的性能及效率，然而于芯片外设置电感不但提高了物料成本，在芯片空间的配置上也有许多限制，因此另一种电容式直流-直流转换器(capacitivedc-dcconverter)的发展快速的成长。
随着技术的发展，一般切换式电容直流对直流转换器，其中具有多个切换开关，其开关的导通电阻会影响电容的储存电量，若导通电阻低可有效降低传导时电能的损失，但是过大的电流量也可能造成电路的损坏或是造成输出电压时有较大的纹波(ripple)，因此在设计上必须有所考虑。目前习知的做法包含增加额外的电流源或是连接可调整的电阻，以调整电流流入的大小，然而这些做法都会增加芯片所需的面积，同时增加制造的成本，因此在使用上仍有较多的缺点。
综观前所述，在习知的直流对直流电源转换器电路当中，仍然具有部分整合及制造上的困难，因此，本发明的发明人思索并设计一种切换式电容的直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法，以针对现有技术的缺失加以改善，进而增进产业上的实施利用。
技术实现要素：
有鉴于上述习知技艺的问题，本发明的目的就是在提供一种切换式电容直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法，以解决输出电压具有较大的纹波的问题。
根据本发明的一目的，提出一种切换式电容直流对直流电源转换器电路，其包含切换式电容电路以及基极偏压控制电路。其中，切换式电容电路设置于电源输入端及电源输出端之间。切换式电容电路包含多个第一开关、多个第二开关以及至少一电容，当切换式电容电路在第一阶段时，多个第一开关导通且多个第二开关关闭，多个第一开关与该至少一电容形成在电源输入端及电源输出端之间的第一电流路径。当切换式电容电路在第二阶段时，多个第二开关导通且多个第一开关关闭，多个第二开关与至少一电容形成连接至电源输出端的第二电流路径。其中多个第一开关及多个第二开关包含晶体管。基极偏压控制电路连接于多个第一开关及多个第二开关当中至少一个的晶体管的基极，且基极偏压控制电路接收电源输出端的电压并与参考电压进行比较。当电源输出端的电压大于参考电压，基极偏压控制电路输出第一电压至晶体管的基极，当电源输出端的电压不大于参考电压，基极偏压控制电路输出第二电压至晶体管的基极，其中第一电压大于第二电压。
较佳地，基极偏压控制电路可进一步包含第一电流源、第二电流源、比较器以及第三开关。第一电流源具有第一流出端以及第一流入端，第一流出端连接晶体管的基极，第一流入端具有默认电压。第二电流源具有第二流入端。比较器包含第一输入端、第二输入端及信号输出端，第一输入端连接于电源输出端，接收电源输出端的电压，第二输出端输入参考电压，比较器比较电源输出端的电压及参考电压以输出控制信号。第三开关包含第一端、第二端及控制端，第一端连接于第一电流源的第一流出端，第二端连接于第二电流源的第二流入端，控制端连接于比较器的信号输出端。其中，当电源输出端的电压大于参考电压时，控制信号关闭第三开关，致使晶体管的基极接收到第一电压，当电源输出端的电压不大于参考电压时，控制信号导通第三开关，致使晶体管的基极接收第二电压。
较佳地，基极偏压控制电路可进一步包含第四开关，其一端连接于晶体管的基极，另一端接地，控制端接收外部直接控制信号。
较佳地，切换式电容直流对直流电源转换器电路可进一步包含多个二极管，多个二极管彼此串联，并且连接于第一电流源的第一流入端与晶体管的基极之间。
较佳地，比较器可连接于震荡器，接收震荡器产生的频率信号，比较器对应频率信号比较电源输出端的电压及参考电压。
根据本发明的一目的，提出一种使用切换式电容直流对直流电源转换器电路输出电压的方法。其包含下列步骤：设置切换式电容电路于电源输入端及电源输出端之间，切换式电容电路包含多个第一开关、多个第二开关以及至少一电容；设置切换式电容电路于第一阶段与第二阶段之间切换，当第一阶段时，多个第一开关导通且多个第二开关关闭，多个第一开关与至少一电容形成在电源输入端及电源输出端之间的第一电流路径，当第二阶段时，多个第二开关导通且多个第一开关关闭，多个第二开关与至少一电容形成连接至电源输出端的第二电流路径；设置基极偏压控制电路，连接于多个第一开关以及多个第二开关当中的至少一个的晶体管的基极，并且接收电源输出端的电压；以及比较电源输出端的电压与参考电压，当电源输出端的电压大于参考电压，基极偏压控制电路输出第一电压至晶体管的基极，当电源输出端的电压不大于参考电压，基极偏压控制电路输出第二电压至晶体管的基极，其中第一电压大于第二电压。
较佳地，使用切换式电容直流对直流电源转换器电路输出电压的方法可进一步包含以下步骤：设置基极偏压控制电路的第一电流源、第二电流源、比较器及第三开关，第三开关的第一端连接于第一电流源的第一流出端，第三开关的第二端连接于第二电流源的第二流入端，第三开关的控制端连接于比较器的信号输出端；藉由比较器比较由第一输入端接收的电源输出端的电压，以及由第二输入端输入的参考电压，并通过信号输出端输出控制信号；其中，当电源输出端的电压大于参考电压时，控制信号关闭第三开关，使晶体管的基极接收到第一电压，当电源输出端的电压不大于参考电压时，控制信号导通第三开关，致使晶体管的基极接收第二电压。
较佳地，使用切换式电容直流对直流电源转换器电路输出电压的方法可进一步包含以下步骤：设置第四开关，其一端连接于晶体管的基极，另一端接地，控制端接收外部直接控制信号。
较佳地，当输出电压不大于参考电压且第三开关导通时，可藉由串联的多个二极管箝制第一电流源的第一流入端所提供的默认电压。
较佳地，比较器可藉由接收震荡器产生的频率信号，对应比较电源输出端的电压及参考电压。
承上所述，依本发明的切换式电容直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法，其可具有一或多个下述优点：
(1)此切换式电容直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法能藉由对晶体管基极的电压控制，改变晶体管的导通电阻，进而降低切换式电容电路的电源输出端所产生的纹波。
(2)此切换式电容直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法能藉由比较输出电压与参考电压，调整晶体管的基极偏压控制的电压值，提升整体装置及其方法的使用弹性。
(3)此切换式电容直流对直流电源转换器电路及使用其输出电压的方法能将基极偏压控制电路与切换式电容电路整合，降低在电路芯片设计上所需的空间，也进一步提升空间的利用率。
附图说明
图1为本发明实施例的切换式电容直流对直流电源转换器电路的示意图。
图2为本发明实施例的基极偏压控制电路的示意图。
图3为本发明实施例的输出端的电压波形的示意图。
图4为本发明实施例的是否施加基极偏压控制的波形的示意图。
图5为本发明实施例的使用切换式电容直流对直流电源转换器电路输出电压方法的流程图。
图6为本发明实施例的基极偏压控制方法的流程图。
10：切换式电容直流对直流电源转换器电路
11：切换式电容电路
12：基极偏压控制电路
21：第一电流源
22：第二电流源
23：比较器
23a：信号输出端
24：二极管
c1：电容
clk：频率信号
osc：震荡器
s1：第一开关
s2：第二开关
s3：第三开关
s4：第四开关
vin：电源输入端
vout：电源输出端
vfb：第一输入端
vref：第二输入端
vcontrol：控制端
vout：输出电压
vfb：电压
vref：参考电压
vsub：施加电压
s1～s4、s41～s43：步骤
具体实施方式
为了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
请参阅图1，其为本发明实施例的切换式电容直流对直流电源转换器电路的示意图。如图所示，切换式电容直流对直流电源转换器电路10包含切换式电容电路11以及基极偏压控制电路12。切换式电容电路11设置在电源输入端vin及电源输出端vout之间，并且包含两个第一开关s1、两个第二开关s2以及电容c1。其中两个第一开关s1、两个第二开关s2均为晶体管，此处切换式电容电路11所包含的多个第一开关s1及多个第二开关s2是以两个为例，但本发明不局限于此，切换式电容电路11也可包含数量超过两个的第一及第二开关组件。上述的两个第一开关s1及两个第二开关s2分别连接至控制端，接收非重迭的频率信号来控制第一开关s1及第二开关s2的导通与截止。当接收的频率信号在第一阶段时，控制端控制两个第一开关s1导通，两个第二开关s2关闭，此时，电流经由电源输入端vin流入，经由第一开关s1及电容c1形成第一电流路径。当频率信号在第二阶段时，控制端控制两个第二开关s2导通，两个第一开关s1关闭，此时，电流转换成由接地端经由第二开关s2及电容c1流到电源输出端vout而形成第二电流路径。
基极偏压控制电路12与两个第一开关s1当中之一连接，即连接至作为第一开关s1的晶体管的基极，并藉由此基极偏压控制电路12所施加的不同基极偏压，改变晶体管的临界电压，进而提高第一开关s1的导通电阻来降低电源输出端vout所产生的纹波(ripple)。其中，基极偏压控制电路12还连接至电源输出端vout，接收电源输出端vout的电压，将其与设定的参考电压进行比较，当电源输出端vout的电压大于参考电压，则基极偏压控制电路12输出第一电压至晶体管的基极；当电源输出端vout的电压不大于参考电压，基极偏压控制电路12输出第二电压至晶体管的基极，其中第一电压大于第二电压。对于基极偏压控制电路12的电路配置，将于以下的实施例详细说明。
请参阅图2，其为本发明实施例的基极偏压控制电路的示意图。如图所示，基极偏压控制电路12包含第一电流源21、第二电流源22、比较器23以及第三开关s3。第一电流源21具有第一流出端以及第一流入端，第一流入端具有默认电压vin，而第一流出端连接至第一开关s1的晶体管的基极。比较器23具有第一输入端vfb、第二输入端vref以及信号输出端23a，第一输入端vfb连接至电源输出端，接收电源输出端的电压vfb，第二输入端vref输入参考电压vref，比较器23比较电源输出端的电压vfb与参考电压vref，依据比较结果产生控制信号，由信号输出端23a输出。比较器23还可连接于震荡器osc，接收震荡器osc产生的频率信号clk，比较器23在运作时对应于接收的频率信号clk来比较电源输出端的电压vfb及参考电压vref。最后，第三开关s3的第一端连接于第一电流源21的第一流出端，第二端连接于第二电流源22的第二流入端，控制端连接于比较器23的信号输出端23a，第三开关s3藉由比较器23输出的控制信号导通或是关闭。
基于上述的电路布局，当电源输出端的电压vfb大于参考电压vref时，比较器23产生的控制信号关闭第三开关s3，此时，第一电流源21仅连接至第一开关s1的晶体管，藉由第一电流源21的电流流至晶体管的基极，致使第一开关s1的晶体管的基极接收到第一电压。此时，由于晶体管的基极电压提高，使得晶体管的导通电阻因而提高，进而降低电源输出端的输出电压所产生的纹波。当电源输出端的电压vfb不大于参考电压vref时，比较器23产生的控制信号导通第三开关s3，致使原本由第一电流源21流至晶体管的基极的电流被导向第三开关s3。此时，虽然连接至晶体管的基极部分的电压应接近于零，然而基极偏压控制电路12可进一步设置多个二极管24，彼此串联并连接于第一电流源21的第一流入端与第一开关s1的晶体管的基极之间，透过这些二极管24的钳制，使得晶体管的基极仍接收小于第一电压的第二电压。由于晶体管的基极电压降低，通过电源输入端vin对电容c1的充电量也因而提高。
除此之外，基极偏压控制电路12可进一步包含第四开关s4，第四开关s4一端连接于第一开关s1的晶体管的基极，另一端接地，其一控制端vcontrol接收外部直接控制信号。如果使用者已知切换式电容直流对直流电源转换器电路将会耦接高负载(heavyload)时，则可直接输入高电位的外部直接控制信号至控制端vcontrol以导通第四开关s4，此时原本施加至第一开关s1的基极电压导向接地端。在此情况下，此切换式电容电路着重于藉由较低的导通电阻减少传导的损失，而非着重于消除电源输出端的输出电压所产生的纹波。
请参阅图3，其为本发明实施例的输出端的电压波形的示意图。参考图1及图2所示，原本施加于晶体管的基极的施加电压vsub为1.2v时，电源输出端vout的输出电压vout的纹波为15.09mv。如图所示，当施加于第一开关s1的基极的施加电压vsub由1.2v提高至3v时，电源输出端vout的输出电压vout的纹波可降至6.86mv，纹波的下降接近50％。由此可见，于晶体管进行基极偏压控制，能有效地降低输出电压的纹波。
请参阅图4，其为本发明实施例的是否施加基极偏压控制的波形的示意图。同样参考图1及图2所示，当电源输出端vout的电压vfb大于参考电压vref时，基极偏压控制电路12开始施加电压于切换式电容电路11当中第一开关s1的基极，如图所示，当施加电压vsub一直提高至稳定状态(约为3v)，由波形比较下，可明显看出具有基极偏压控制的输出电压vout(实线)的纹波小于无基极偏压控制的输出电压vout(虚线)的纹波。因此，经由基极偏压控制取得开关的晶体管较高的导通电压，虽然对电容充电降低，但确实能达到明显降低纹波的功效。
请参阅图5，其为本发明实施例的使用切换式电容直流对直流电源转换器电路输出电压方法的流程图。如图所示，切换式电容直流对直流电源转换器电路输出电压方法包含以下步骤(s10～s40)：
步骤s10：设置切换式电容电路于电源输入端及电源输出端之间。切换式电容电路包含了多个第一开关、多个第二开关以及至少一电容，其设置在电源输入端及电源输出端之间，详细电路配置方式参考图1的说明。
步骤s20：设置切换式电容电路于第一阶段与第二阶段之间切换。切换式电容电路的多个第一开关与多个第二开关可分别连接至控制端，由控制端控制多个第一开关与多个第二开关的导通与截止。当处于第一阶段时，多个第一开关导通，且多个第二开关关闭，此时电容会接收电源输入端的电流进行充电，也就是形成由第一开关至电容的第一电流路径。若在第二阶段时，多个第一开关关闭，而多个第二开关导通，此时第二电流路径则是经由电容与第二开关流至电源输出端。切换式电容电路可依据频率信号控制开关而在第一阶段与第二阶段间切换。
步骤s30：设置基极偏压控制电路，连接于晶体管的基极。将基极偏压控制电路连接到第一开关的晶体管的基极，藉由基极偏压控制电路施加电压至基极，改变晶体管的临界电压，达到较高的导通电阻，进而减少输出电压的纹波，如图3的波形图所示。
步骤s40：比较电源输出端的电压与参考电压，输出电压至晶体管的基极。基极偏压控制电路可依据电源输出端的电压与参考电压的比较结果调整输出的电压值，当电源输出端的电压大于参考电压，则基极偏压控制电路输出第一电压至晶体管的基极，当电源输出端的电压不大于参考电压，则基极偏压控制电路输出第二电压至晶体管的基极，其中第一电压大于第二电压。
请参阅图6，其为本发明实施例的基极偏压控制方法的流程图。如图所示，基极偏压控制方法包含以下步骤(s41～s43)：
步骤s41：设置基极偏压控制电路的第一电流源、第二电流源、比较器及第三开关。基极偏压控制电路的第三开关当中，其第一端连接于第一电流源的第一流出端，第二端连接于第二电流源的第二流入端，控制端连接于比较器的信号输出端，如图2所示。由于第一电流源的第一流出端连接于晶体管的基极，若第三开关导通，将会影响流入晶体管基极的电流大小，而第三开关导通与否，则由比较器输出的控制信号来决定。
步骤s42：藉由比较器比较电源输出端的电压以及参考电压产生控制信号。基极偏压控制电路的比较器当中，包含第一输入端及第二输入端，第一输入端连接于电源输出端，接收电源输出端所回馈的输出电压，第二输入端则由输入默认的参考电压，以此参考电压为比较标准。同时，比较器可接收震荡器产生的频率信号，依照此频率信号的周期来比较该电源输出端的电压及该参考电压，并依结果产生对应的控制信号。
步骤s43：藉由控制信号导通或关闭第三开关，调整基极接收电压。当第一输入端接收到的输出电压大于参考电压时，比较器产生控制信号传送至第三开关的控制端以关闭第三开关，此时第一电流源的电流流至晶体管的基极，改变晶体管的基极电压，亦即使晶体管的导通电阻提高，进而降低输出电压产生的纹波。但若是输出电压不大于参考电压时，比较器产生控制信号传送至第三开关的控制端以导通第三开关，第一电流源的电流被导至第三开关，使得原来流至晶体管的基极的电流下降，为了避免流入电流降低至零，可设置多个二极管，连接于第一电流源的流入端与晶体管的基极之间，钳制其提供的默认电压，使得晶体管的基极仍能接收到较低电压的基极偏压控制。
除此之外，设置基极偏压控制电路的步骤可进一步包含设置第四开关，其连接于晶体管的基极，另一端接地，其控制端接收外部直接控制信号。当使用者已知切换式电容直流对直流电源转换器电路将会耦接高负载时，直接输入高电位的外部直接控制信号至控制端以导通第四开关，使基极偏压控制电路接地，进而使切换式电容电路的晶体管的导通电阻降低。此时切换式电容电路着重于减少传导损失，而非消除电源输出端的输出电压所产生的纹波。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明权利要求的范围中。