[发明专利]可提升电压转换效率的电压转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可提升电压转换效率的电压转换装置，特别涉及一种在不同的开关导通电阻及不同的负载电流之下，均能够自动调整电荷泵输出电压，使其维持于预期电平的电压转换装置。 

背景技术

电荷泵(Charge Pump)常应用于升压电路(Booster)或倍压电路(VoltageMultiplier)。例如，现有液晶显示器可利用电荷泵来提升低电压源的输出电压，以提供较高伏特数的工作电压至源极驱动电路(Source Driver)与门极驱动电路(Gate Driver)等驱动电路。如图1及图2所示，电荷泵可视为一双端组件，用来将输入电压Vi转换为正倍数的输出电压Vo(图1)或负倍数的输出电压Vo(图2)。 

现有技术已提供许多电荷泵的实现方式及相关电路，例如，图3为一定电荷泵300的示意图。定电荷泵300由一电平移位(Level Shifter)电路302与一电荷交换控制开关电路304所组成。电平移位电路302所提供的时钟信号CLK和XCK及控制信号S1和S2能有效地致动电荷转换电路开关304，使得定电荷泵300能提供准确的将输入电压Vi转换为输出电压Vo，达到升压或倍压的效果。然而，定电荷泵300的操作只能适合在较小的负载变化下操作，若使用在负载变异度大的设计上，定电荷泵300在低负载下的操作效率将严重衰减，在负载过大时也可能无法正常运作。 

此外，现有技术另提供一电容推挽式电荷泵400，如图4所示。电容推挽式电荷泵400由一电平移位电路402与一电荷交换控制开关电路404所组成；其中，电荷交换控制开关电路404与图2的电荷交换控制开关电路304相同，但电平移位电路402中以输出电容取代电平移位电路302中的输出晶体管。在此情形下，电容推挽式电荷泵400可随着电荷负载大小自动调整时钟控制信号的振幅，藉此方式自动降低转换的电荷量，因此能提供较高的操作效率。然而，电容推挽式电荷泵400的时钟信号电平并无法到达全电压，输出电压Vo会较不稳定，容易随着负载的不同产生变化。 

简言之，由于电荷泵开关导通时有一等效电阻，当负载电流通过时，会导致电荷泵的输出电压直流电平平均值下降，且开关导通电阻愈大，负载电流变动愈大，电压平均值下降情况愈严重。若是调整电荷泵的切换频率以防止电压平均值下降，可能会造成Vo大于负载电路电源电压需求，而导致严重效率损失。 

为了改善上述问题，现有技术可在电荷泵输出端耦接一电压调整器(Voltage regulator)，以产生输出电压Vo，如图5及图6所示。然而，此方法有两个缺点：一为需要外接一稳压电容C_L，二是电荷泵先将输入电压倍压至极高的输出电压VCC或VEE之后，再以电压调整器降压，导致效率的损失。 

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供可提升电压转换效率的电压转换装置。 

本发明揭露一种可提升电压转换效率的电压转换装置，包含有一电荷泵，用来根据一输入电压，产生一输出电压，该输出电压的电压值与该输入电压的电压值呈一线性关系；一反馈单元，用来根据该电荷泵所产生的该输出电压，输出一反馈信号；以及一调整单元，用来根据该反馈单元所输出的该反馈信号，输出并调整该输入电压，以使该电荷泵所产生的该输出电压保持在一预设电平，其中，该调整单元包含有：一电压输出端，耦接于该电荷泵，用来输出该输入电压；一反馈端，耦接于该反馈单元，用来接收该反馈信号；一运算放大器，包含有一正输入端、一负输入端及一输出端，该负输入端耦接于一参考电压；一晶体管，包含有一第一端耦接于该运算放大器的该输出端，一第二端耦接于一电压产生器，及一第三端耦接于该电压输出端；一第一电阻，其一端耦接于该晶体管的该第三端与该电压输出端之间，另一端耦接于该运算放大器的该正输入端与该反馈端之间；以及一第二电阻，其一端耦接于该第一电阻、该运算放大器的该正输入端与该反馈端之间，另一端耦接于地端。