專利名稱：升壓dc－dc轉換器和具有升壓dc－dc轉換器的半導體器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有升壓DC-DC轉換器的半導體器件，用于將輸入電功率轉換成具有高于輸入電功率的電壓的輸出電功率。特別地，本發明涉及一種具有當被激勵時在輸出電壓下操作的升壓DC-DC轉換器的半導體器件。
背景技術：
圖3舉例說明了具有常規升壓DC-DC轉換器的半導體器件。
如圖3所述，半導體器件包括電源101；升壓器電路102，用于將由電源101提供的電功率轉換成具有更高電壓的電功率；肖特基二極管304；以及由升壓的電功率操作的負載103。該肖特基二極管304被提供在升壓器電路102的輸入端111與升壓器電路102的電源端112之間，使得從升壓器電路102的輸入端111到升壓器電路102的電源端112的方向是正向方向。此外，升壓器電路102的輸出端113連接到升壓器電路102的電源端112和負載103。
用上述的結構，在啟動升壓器電路102期間，電源101向升壓器電路102的輸入端111供給電功率，并且該電功率經由肖特基二極管304被進一步輸入到升壓器電路102的電源端112，因此使升壓器電路102開始操作。一旦升壓器電路102被激活并且在升壓器電路102的輸出端113上產生升壓的電功率，升壓器電路102將升壓的電功率返回到升壓器電路102的電源端112，因此來維持其升壓操作。通常假定升壓的電功率不通過肖特基二極管304的整流作用而回流到電源101。然而，如上所述，在啟動升壓器電路102期間，經由肖特基二極管304向升壓器電路102的電源端112供給電源101的電壓，因此不能使升壓器電路102開始操作，除隨過肖特基二極管304的正向下降電壓(在下文中被簡稱為Vf)輸入高于升壓器電路102的最低激活電壓的電源電壓。此外，當一啟動升壓器電路102就操作負載103時，Vf被進一步增加。另外，當寄生電阻等串聯連接在升壓器電路102的輸入端111與升壓器電路102的電源端112之間時，必須輸入更高電壓的電源來激活升壓器電路102。
因此，在JP05-304765A中公開的常規升壓DC-DC轉換器中，開關器件被提供在上述結構的升壓DC-DC轉換器的升壓器電路102的輸出端113與負載103之間，一啟動升壓器電路102，就將開關器件關閉以防止負載103的操作增加Vf，從而使用于激活升壓器電路102的電源電壓盡可能的低。
如上所述，在啟動常規的升壓DC-DC轉換器中，有這樣的問題常規的升壓DC-DC轉換器不能被激活，除非輸入高于最低電壓的電源的輸入電壓，在該最低電壓下內部升壓器電路可以由輸入肖特基二極管的Vf激活。
發明內容
為了解決上述問題，依據本發明的第一方面，提供一種半導體器件，包括電源，用于提供電功率；升壓器電路，用于對電功率進行升壓以獲得比初始電功率的電壓更高的電壓；負載，由升壓的電功率進行操作；開關器件，提供在電源與升壓器電路的電源端之間，用于控制向升壓器電路的電源端提供電功率；存儲電容器，用于將電功率存儲為存儲的電功率，使得即使電功率被停止提供給升壓器電路的電源端，存儲的電功率也可以使升壓器電路操作預定長度的時間；以及電壓檢測電路，用于檢測升壓器電路的電源端上的電壓，以依據電壓檢測的結果控制開關器件的開/關，其中由通過開關器件供給的電功率或者由向電源端輸入的升壓的電功率對升壓器電路進行操作；當升壓器電路的電源端上的電壓變得等于或高于第一電壓時，電壓檢測電路關閉已被開啟的開關器件，該第一電壓高于可以使升壓器電路進行操作的最低電壓；電壓檢測電路保持開關器件的關閉狀態，直到升壓器電路的電源端上的電壓變得低于第二電壓，該第二電壓等于或高于可以使升壓器電路進行操作的最低電壓并低于第一電壓；以及一旦開關器件被開啟則電壓檢測電路就保持開關器件的開啟狀態，直到升壓器電路的電源端上的電壓等于或高于第一電壓。
用上述的結構，有可能獲得這樣的升壓DC-DC轉換器，即在比激活上述常規的升壓DC-DC轉換器所需的更低的電源電壓下被激活。
依據本發明的第二方面，提供一種半導體器件，包括電源，用于提供電功率；升壓器電路，用于對電功率進行升壓以具有比初始電功率的電壓更高的電壓；負載，由升壓后的電功率進行操作；開關器件，提供在電源和升壓器電路的電源端之間，用于控制向升壓器電路的電源端提供電功率；存儲電容器，用于將電功率存儲為存儲的電功率，使得即使電功率被停止提供給升壓器電路的電源端，存儲的電功率也可以對升壓器電路操作預定長度的時間；以及電壓檢測電路，用于檢測升壓器電路的電源端上的電壓，以依據電壓的檢測結果控制開關器件的開/關，其中由通過開關器件供給的電功率或者由向電源端輸入的升壓的電功率對升壓器電路進行操作；當升壓器電路的電源端上的電壓等于或高于第一電壓時，電壓檢測電路關閉已被開啟的開關器件，該第一電壓高于可以使升壓器電路進行操作的最低電壓；以及電壓檢測電路將開關器件的關閉狀態保持預定長度的時間。
類似于本發明的第一方面，用上述的結構，有可能獲得這樣的升壓DC-DC轉換器，其在比激活上述常規的升壓DC-DC轉換器所需的更低的電源電壓下被激活。
依據本發明的第三方面，提供一種半導體器件，包括電源，用于提供電功率；升壓器電路，用于對電功率進行升壓以獲得比初始電功率的電壓高的電壓；負載，由升壓的電功率進行操作；開關器件，提供在電源與升壓器電路的電源端之間，用于控制向升壓器電路的電源端提供電功率；存儲電容器，用于將電功率存儲為存儲的電功率，使得即使電功率被停止提供給升壓器電路的電源端，存儲的電功率也可以對升壓器電路操作預定長度的時間；以及時鐘檢測電路，用于檢測時鐘輸出端的時鐘信號的頻率，從該時鐘輸出端輸出升壓器電路的內部振蕩電路的時鐘信號，從而依據時鐘信號的頻率控制開關器件的開/關，其中由通過開關器件供給的電功率或者由向電源端輸入的升壓的電功率對升壓器電路進行操作；當時鐘信號的頻率等于或高于第一頻率時，時鐘檢測電路關閉已被開啟的開關器件，該第一頻率高于升壓器電路可以產生升壓的電功率的最低頻率；時鐘檢測電路保持開關器件的關閉狀態，直到時鐘信號的頻率變得低于第二頻率，該第二頻率等于或高于升壓器電路可以產生升壓的電功率的最低頻率并低于第一頻率；以及一旦開關器件被開啟，時鐘檢測電路就保持開關器件的開啟狀態，直到時鐘信號的頻率等于或高于第一頻率。
用上述的結構，有可能獲得這樣的升壓DC-DC轉換器，其在比激活上述常規的升壓DC-DC轉換器所需的更低的電源電壓下被激活，另外，有可能獲得這樣的升壓DC-DC轉換器，其在比激活依據本發明第一和第二方面的升壓DC-DC轉換器所需的更低的電源電壓下被激活。
依據本發明的第四方面，提供一種半導體器件，包括電源，用于提供電功率；升壓器電路，用于對電功率進行升壓以獲得比初始電功率的電壓高的電壓；負載，由升壓的電功率進行操作；開關器件，提供在電源與升壓器電路的電源端之間，用于控制向升壓器電路的電源端提供電功率；存儲電容器，用于將電功率存儲為存儲的電功率，使得即使電功率被停止提供給升壓器電路的電源端，存儲的電功率也可以對升壓器電路操作預定長度的時間；以及時鐘檢測電路，用于檢測時鐘輸出端的時鐘信號的頻率，從該時鐘輸出端輸出升壓器電路的內部振蕩電路的時鐘信號，從而依據時鐘信號的頻率控制開關器件的開/關，其中由通過開關器件供給的電功率或者由向電源端輸入的升壓的電功率對升壓器電路進行操作；當時鐘信號的頻率等于或高于第一頻率時，時鐘檢測電路關閉已被開啟的開關器件，該第一頻率高于升壓器電路可以產生升壓的電功率的最低頻率；以及時鐘檢測電路將開關器件的關閉狀態保持預定的時間。
用上述的結構，有可能獲得這樣的升壓DC-DC轉換器，其在比激活上述常規的升壓DC-DC轉換器所需的更低的電源電壓下被激活，另外，有可能獲得這樣的升壓DC-DC轉換器，其在低至用于激活依據本發明第三方面的升壓DC-DC轉換器所需的電源電壓下被激活。
如上所述，依據本發明的升壓DC-DC轉換器可以在比激活常規的升壓DC-DC轉換器所需的更低的電源電壓下被激活。
在附圖中圖1說明了具有依據本發明第一實施例的升壓DC-DC轉換器的半導體器件；圖2說明了具有依據本發明第二實施例的升壓DC-DC轉換器的半導體器件；以及圖3說明了具有常規的升壓DC-DC轉換器的半導體器件；具體實施方式
(實施例1)圖1說明了具有依據本發明第一實施例的升壓DC-DC轉換器的半導體器件。
如圖1所述，代替用在升壓DC-DC轉換器的常規結構中的肖特基二極管，提供了作為開關器件的p溝道MOS晶體管(在下文中被簡稱為PMOS)104。此外，另外提供給升壓DC-DC轉換器的常規結構的是電壓檢測電路105與存儲電容器106，電壓檢測電路105用于檢測升壓器電路102的電源端112上的電壓以依據檢測的結果控制PMOS 104的開/關，存儲電容器106用于存儲電功率使得即使在電功率被停止提供給升壓器電路102的電源端112時，存儲的電功率也可以使升壓器電路102操作預定長度的時間。PMOS 104串聯連接在升壓器電路102的輸入端111與升壓器電路102的電源端112之間。升壓器電路102的輸出端113連接到升壓器電路102的電源端112并連接到負載103。存儲電容器106連接在升壓器電路102的電源端112與接地(GND)端之間。電壓檢測電路105被構成為呈現滯后現象，使得在升壓器電路102的電源端112上的電壓等于或高于第一電壓時，PMOS 104被關閉，該第一電壓比可以使升壓器電路102操作的最低電壓高出大約0.05V，并且一旦PMOS 104被關閉，直到升壓器電路102的電源端112上的電壓變得比第一電壓低大約0.05V時，PMOS 104才被打開。
如上構造的依據本發明第一實施例的半導體器件如下進行操作。首先，當將要向升壓器電路102的輸入端111輸入的電源101的電壓不是足夠高，并且升壓器電路102的電源端112上的電壓不到升壓器電路102可以被激活的預定值時，電壓檢測電路105將PMOS 104開啟。因此，與電源101上的電壓相同的電壓被供給升壓器電路102的電源端112。
接著，當電源101上的電壓增加時，升壓器電路102的輸入端111上的電壓相應地增加，因而，升壓器電路102的電源端112上的電壓也增加。當升壓器電路102的電源端112上的電壓等于或高于第一電壓時，電壓檢測電路105將PMOS 104關閉，該第一電壓比升壓器電路102可以被激活的最低電壓高出大約0.05V。因此，盡管電功率被停止從電源101供給到升壓器電路102的電源端112，由存儲電容器106存儲的電功率允許升壓器電路102維持其激活操作一段時間，并且當升壓器電路102的電源端112上的電壓變為比第一電壓低大約0.05V時，在電壓檢測電路105開啟PMOS 104之前產生升壓的電功率。因為PMOS 104被關閉，升壓的電功率不回流到電源101。因此，將升壓器電路102的輸出端113和升壓器電路102的電源端112上的電壓增加到可以使負載103進行操作的電壓，因而，負載103可以開始其操作并且升壓器電路102可以由升壓的電功率保持其操作。因此，一旦產生升壓的電功率，即使電源101的電壓變得低于升壓器電路102可以被激活的最低電壓，在從電源101供給的電功率等于或高于可以維持等于或高于升壓器電路102可以被激活的最低電壓的電功率的范圍內，升壓器電路102就可以繼續產生升壓的電功率。
因此，與常規的升壓DC-DC轉換器相反，其中輸入電壓需要高于內部升壓器電路可以被肖特基二極管的Vf(0.15V-0.3V)所激活的最低電壓，在依據本發明第一實施例的升壓DC-DC轉換器中，輸入電壓需要高于內部升壓器電路可以被只有大約0.05V所激活的最低電壓。換句話說，依據本發明第一實施例的升壓DC-DC轉換器的激活電壓可以比常規的升壓DC-DC轉換器低大約0.1-0.25V。
應當注意，盡管電壓檢測電路在上述的第一實施例中呈現滯后現象，不用說，代替該滯后現象，也可以提供延遲時間，使得一旦PMOS被關閉，關閉狀態被保持一段時間，并且升壓器電路在該延遲時間期間被激活。
此外，也不用說，升壓器電路可以是使用線圈或變壓器的類型或者使用電容器的類型。
(實施例2)圖2舉例說明了具有依據本發明第二實施例的升壓DC-DC轉換器的半導體器件。
如圖2所述，代替圖1所述的第一實施例的升壓DC-DC轉換器的升壓器電路102和電壓檢測電路105，升壓器電路202是具有附加在其上用于輸出升壓器電路102的內部振蕩電路的時鐘信號的時鐘輸出端114的升壓器電路102，時鐘檢測電路205用于在從升壓器電路202的時鐘輸出端114輸出的時鐘信號的頻率等于或高于第一頻率時關閉PMOS 104，該第一頻率略微高于升壓器電路202可以產生升壓的電功率的最低頻率，并在時鐘信號的頻率低于升壓器電路202可以產生升壓的電功率的最低頻率時開啟PMOS 104。關于除上述以外的要點的本實施例的結構和操作與圖1所述的上述第一實施例完全相同。
如上構造的依據本發明第二實施例的升壓DC-DC轉換器可以解決使用電壓檢測電路的第一實施例中所固有的問題。即，依據第一實施例，升壓器電路的電源電壓被間接用來檢測時鐘信號的頻率達到升壓器電路可以被激活的最低頻率，因而檢測精度很低，因此，檢測電壓的裕度需要很寬，相應地使升壓器電路可以被激活的最低電壓更高。然而，依據第二實施例，通過使用時鐘檢測電路直接檢測升壓器電路可以被激活的時鐘頻率，因此，檢測精度很高，并且有可能設置升壓器電路使得由于更窄的裕度而在低于第一實施例的輸入電壓下被激活。結果，第二實施例使升壓DC-DC轉換器可以被激活的最低電壓更低成為可能。
應當注意，盡管在上述第二實施例中時鐘檢測電路向被檢測的時鐘頻率提供了滯后現象，不用說，代替滯后現象，可以提供延遲時間，使得一旦PMOS被關閉，則關閉狀態被保持一段時間，并且在該延遲時間期間升壓器電路被激活。
此外，也不用說，升壓器電路可以是使用線圈或變壓器的類型或者使用電容器的類型。
當具有低電壓的電源的電功率被轉換成具有足以操作負載的高電壓的電功率時，可以有效地使用依據本發明的升壓DC-DC轉換器。特別地，在使用近幾年已被引起注意的諸如燃料電池或太陽能電池的天然能量的用于電功率產生的電源中，由于電源的小型化使得輸出電壓正變得更小，當這種電源的電功率被轉換成具有足以操作負載的高電壓的電功率時，可以有效地使用該升壓DC-DC轉換器。
權利要求
1.一種半導體器件，包括電源，用于提供電功率；升壓器電路，用于對電功率進行升壓，該升壓器電路具有輸入端、電源端、以及輸出端，該輸入端連接到電源的輸出；負載，連接到升壓器電路的輸出端，該負載由升壓器電路的升壓的電功率進行操作；開關器件，連接在電源與升壓器電路的電源端之間；存儲電容器，連接在升壓器電路的電源端與地(GND)之間；以及電壓檢測電路，用于檢測升壓器電路的電源端上的電壓，以依據檢測的結果控制開關器件的開/關。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其中電壓檢測電路具有檢測如下的功能高于升壓器電路可以進行操作的最低電壓的第二電壓；以及高于第二電壓的第一電壓。
3.如權利要求2所述的半導體器件，其中電壓檢測電路具有如下功能當檢測到等于或高于第一電壓的電壓時，關閉開關器件；以及保持開關器件的關閉狀態，直到檢測到等于或低于第二電壓的電壓。
4.如權利要求2所述的半導體器件，其中電壓檢測電路具有如下功能當檢測到等于或高于第二電壓的電壓時，開啟開關器件；以及保持開關器件的開啟狀態，直到檢測到等于或低于第一電壓的電壓。
5.如權利要求1所述的半導體器件，其中電壓檢測電路具有如下功能當檢測到等于或高于第一電壓的電壓時，關閉開關器件，第一電壓高于升壓器電路可以進行操作的最低電壓；以及一旦開關器件被關閉，將開關器件的關閉狀態保持預定長度的時間。
6.一種半導體器件，包括電源，用于提供電功率；升壓器電路，用于對電功率進行升壓，該升壓器電路具有輸入端、電源端、以及輸出端，該輸入端連接到電源的輸出；負載，連接到升壓器電路的輸出端，該負載由升壓器電路的升壓的電功率進行操作；開關器件，連接在電源與升壓器電路的電源端之間；存儲電容器，連接在升壓器電路的電源端與地(GND)之間；以及時鐘檢測電路，連接到升壓器電路的時鐘輸出端，用于檢測時鐘輸出端上的時鐘信號的頻率，以依據檢測的結果控制開關器件的開/關。
7.如權利要求6所述的半導體器件，其中時鐘檢測電路具有檢測如下的功能高于升壓器電路可以產生升壓的電功率的最低頻率的第二頻率；以及高于第二頻率的第一頻率。
8.如權利要求7所述的半導體器件，其中時鐘檢測電路具有如下功能當檢測到等于或高于第一頻率的頻率時，關閉開關器件；以及保持開關器件的關閉狀態，直到檢測到等于或低于第二頻率的頻率。
9.如權利要求7所述的半導體器件，其中時鐘檢測電路具有如下功能當檢測到等于或低于第二頻率的頻率時，開啟開關器件；以及保持開關器件的開啟狀態，直到檢測到等于或高于第一頻率的頻率。
10.如權利要求6所述的半導體器件，其中時鐘檢測電路具有如下功能當檢測到等于或高于第一頻率的頻率時，關閉開關器件，該第一頻率高于升壓器電路可以產生升壓的電功率的最低頻率；以及一旦開關器件被關閉，將開關器件的關閉狀態保持預定長度的時間。
全文摘要
所提供的是一種升壓DC－DC轉換器，其中將要供給升壓器電路的電功率從電源與可以在低電壓下被激活的升壓器電路的升壓的電功率中被提供。該升壓器DC－DC轉換器具有這樣的結構，其中開關器件被提供在電源和升壓器電路的升壓的輸出之間；另外提供存儲電容器，用于存儲將要輸入到升壓器電路的電功率，并用于使用存儲的電功率對升壓器電路操作預定長度的時間；以及即使在開關器件被關閉時在升壓器電路也可以產生升壓的電功率的情況中，開關器件被關閉。
文檔編號H02M3/07GK1862934SQ20061008988
公開日2006年11月15日 申請日期2006年4月28日 優先權日2005年4月28日
發明者宇都宮文靖 申請人:精工電子有限公司