TW201630320A - 電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法 - Google Patents

電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法。電壓轉換裝置包含：轉換電路、輸入狀態偵測電路、輸出狀態偵測電路、狀態回授電路、以及電源重啟電路。其中，電源重啟電路用以根據輸入狀態訊號、輸出狀態訊號、與回授訊號，產生電源重啟訊號，以示意電源重啟程序是否完成。其中電源重啟電路包括：邏輯電路，用以產生重置訊號以示意輸入電壓與輸出電壓是否就緒；以及延遲電路，用以根據重置訊號與相關於電源重啟訊號之回授訊號，延遲一段預設時間，以產生電源重啟訊號。

Description

電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法
本發明係有關一種電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法，特別是指一種根據輸入電壓與輸出電壓的狀態以產生電源重啟訊號之電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法。
電壓轉換裝置用以將輸入電壓轉換為輸出電壓用以供應電源予負載電路。當電壓轉換裝置的電源重置並且重新啟動(也就是電源重啟)時，電源重啟 (power-ON reset, POR) 電路用以確認輸入電壓與輸出電壓的位準是否達到預設的位準。當輸入電壓與輸出電壓皆達到輸入電壓預設位準與輸出電壓預設位準時，POR電路將其產生之POR訊號調整至一位準，用以示意電壓轉換裝置可正常供應輸入與輸出電壓；當輸入電壓或/與輸出電壓未達到預設位準時，POR電路將其產生之POR訊號調整至另一位準，用以示意電壓轉換裝置無法正常轉換電壓，即無法供應適當的輸出電壓。
一種達成電壓轉換的方式是利用電荷泵。然而，在現有的技術中，電荷泵與POR電路的整合很複雜，需要一個大尺寸的電路與控制方式。此外，這種方式與電路所造成的電壓變化會使POR電路產生錯誤的POR訊號。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種電壓轉換裝置及其電源重啟電路與控制方法，可根據輸入電壓與輸出電壓以產生具有準確的電源重啟訊號，具有較為簡化電路，電路尺寸也相對較小。
就其中一觀點言，本發明提供了一種電壓轉換裝置，包含：一轉換電路，用以根據一狀態回授訊號，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；一輸入狀態偵測電路，與該轉換電路耦接，用以根據該輸入電壓與一第一參考電壓，而產生一輸入狀態訊號；一輸出狀態偵測電路，分別與該轉換電路與該輸入狀態偵測電路耦接，用以根據該輸出電壓、該輸入狀態訊號、與一第二參考電壓，產生一輸出狀態訊號；一狀態回授電路，分別與該輸出狀態偵測電路與該轉換電路耦接，根據該輸出狀態訊號，產生該狀態回授訊號；以及一電源重啟電路，分別與該輸入狀態偵測電路及該輸出狀態偵測電路耦接，用以根據該輸入狀態訊號、該輸出狀態訊號、與一第一回授訊號，產生一電源重啟訊號，以示意該電壓轉換裝置的一電源重啟狀態之一完成階段；該電源重啟電路包括：一第一邏輯電路，分別與該輸入狀態偵測電路及該輸出狀態偵測電路耦接，用以根據該輸入狀態訊號與該輸出狀態訊號，產生一第一重置訊號，並根據該第一回授訊號與一時脈訊號，產生一第一決定時脈訊號，其中，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓就緒，且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓也就緒時，該第一重置訊號被設定於一預設第一重置訊號位準；以及一第一延遲電路，與該第一邏輯電路耦接，用以根據該第一重置訊號與該第一決定時脈訊號，延遲一段第一預設時間，以產生相關於該電源重啟訊號之一第一重啟訊號，其中該第一重置訊號決定該段第一預設時間之開始時點，且該第一決定時脈訊號以一時脈計時該段第一預設時間；其中該第一回授訊號相關於該第一重啟訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該第一重置訊號被設定於該預設第一重置訊號位準後，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒或該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號仍保持被設定於該預設第一重置訊號位準，而當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號則被設定於非該預設第一重置訊號位準。
在其中一種較佳的實施型態中，該轉換電路包括一電荷泵電路，且該狀態回授訊號包括互不重疊之一第一時脈訊號與一第二時脈訊號，用以分別操不同的功率開關，而將該輸入電壓升壓轉換為該輸出電壓。
在其中一種較佳的實施型態中，該輸入狀態偵測電路包括：一第一分壓電路，與該轉換電路耦接，用以接收該輸入電壓，而產生一第一分壓；以及一第一比較電路，與該第一分壓電路耦接，用以比較該第一分壓與該第一參考電壓，而產生該輸入狀態訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該輸出狀態偵測電路包括：一第二分壓電路，與該轉換電路耦接，用以接收該輸出電壓，產生一第二分壓；一第二比較電路，與該第二分壓電路耦接，用以比較該第二分壓與該第二參考電壓，產生一輸出比較訊號；以及一判斷電路，分別與該輸入狀態偵測電路與該第二比較電路耦接，用以根據該輸入狀態訊號與該輸出比較訊號，產生該輸出狀態訊號。
在前述的實施例中，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒時，該判斷電路較佳地設定該輸出狀態訊號為一預設輸出狀態訊號位準，且當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓就緒，該判斷電路設定該輸出狀態訊號依循該輸出比較訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該第一邏輯電路更包括一一次重置電路，用以產生一初始重啟訊號，該初始重啟訊號用以示意該輸入電壓就緒狀態，且於該初始重啟訊號示意該輸入電壓就緒後，該初始重啟訊號於該電壓轉換裝置關機之前，其位準不改變。
在其中一種較佳的實施型態中，該電源重啟電路更包括：一第二邏輯電路，與該第一延遲電路耦接，用以根據該第一重啟訊號，產生一第二重置訊號，並根據一第二回授訊號與該時脈訊號，產生一第二決定時脈訊號；以及一第二延遲電路，與該第二邏輯電路耦接，用以根據該第二重置訊號與該第二決定時脈訊號，延遲一段第二預設時間，以產生一第二電源重啟訊號，其中該第二重置訊號決定該段第二預設時間之開始時點，且該第二決定時脈訊號以一時脈計時該段第二預設時間；其中該第二回授訊號相關於該電源重啟訊號。
就另一觀點言，本發明也提供了一種電壓轉換裝置之電源重啟電路，該電壓轉換裝置用以根據一狀態回授訊號，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該電壓轉換裝置之電源重啟電路包含：一第一邏輯電路，用以產生一第一重置訊號，並根據一第一回授訊號與一時脈訊號，產生一第一決定時脈訊號，其中當該輸入電壓與該輸出電壓皆就緒時，該第一重置訊號被設定於一預設第一重置訊號位準；以及一第一延遲電路，用以根據該第一重置訊號與該第一決定時脈訊號，延遲一段第一預設時間，以產生一第一重啟訊號，其中該第一重置訊號決定該段第一預設時間之開始時點，且該第一決定時脈訊號以一時脈計時該段第一預設時間；其中該第一回授訊號相關於該第一重啟訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該第一重置訊號被設定於該預設第一重置訊號位準後，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒或該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號仍保持被設定於該預設第一重置訊號位準，而當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號則被設定於非該預設第一重置訊號位準。
在其中一種較佳的實施型態中，該第一邏輯電路更包含一一次重置電路，用以產生一初始重啟訊號，該初始重啟訊號用以示意該輸入電壓就緒狀態，且於該初始重啟訊號示意該輸入電壓就緒後，該初始重啟訊號於該電壓轉換裝置關機之前，其位準不改變。
在其中一種較佳的實施型態中，該電源重啟電路更包括：一第二邏輯電路，與該第一延遲電路耦接，用以根據該第一重啟訊號，產生一第二重置訊號，並根據一第二回授訊號與該時脈訊號，產生一第二決定時脈訊號；以及一第二延遲電路，與該第二邏輯電路耦接，用以根據該第二重置訊號與該第二決定時脈訊號，而延遲一段第二預設時間，以產生一第二電源重啟訊號，其中該第二重置訊號決定該段第二預設時間之開始時點，且該第二決定時脈訊號以一時脈計時該段第二預設時間；其中，其中該第二回授訊號相關於該電源重啟訊號。
就另一觀點言，本發明也提供了一種電壓轉換裝置控制方法，包含：根據一狀態回授訊號，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；根據該輸入電壓與一第一參考電壓，而產生一輸入狀態訊號；根據該輸出電壓、該輸入狀態訊號、與一第二參考電壓，產生一輸出狀態訊號；根據該輸出狀態訊號，產生該狀態回授訊號；以及根據該輸入狀態訊號、該輸出狀態訊號、與一第一回授訊號，產生一電源重啟訊號，以示意該電壓轉換裝置的一電源重啟狀態之一完成階段；其中該產生該電源重啟訊號之步驟包括：根據該輸入狀態訊號與該輸出狀態訊號，產生一第一重置訊號並根據該第一回授訊號與一時脈訊號，產生一第一決定時脈訊號，其中，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓就緒，且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓也就緒時，該第一重置訊號被設定於一預設第一重置訊號位準；以及根據該第一重置訊號與該第一決定時脈訊號，延遲一段第一預設時間，以產生相關於該電源重啟訊號之一第一重啟訊號，其中該第一重置訊號決定該段第一預設時間之開始時點，且該第一決定時脈訊號以一時脈計時該段第一預設時間；其中該第一回授訊號相關於該第一重啟訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該第一重置訊號被設定於該預設第一重置訊號位準後，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒或該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號仍保持被設定於該預設第一重置訊號位準，而當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號則被設定於非該預設第一重置訊號位準。
在其中一種較佳的實施型態中，該狀態回授訊號包括互不重疊之一第一時脈訊號與一第二時脈訊號，用以分別操不同的功率開關，而將該輸入電壓升壓轉換為該輸出電壓。
在其中一種較佳的實施型態中，該產生該輸入狀態訊號之步驟包括：接收該輸入電壓，產生一第一分壓；以及比較該第一分壓與該第一參考電壓，而產生該輸入狀態訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該產生該輸出狀態訊號之步驟包括：接收該輸出電壓，產生一第二分壓；比較該第二分壓與該第二參考電壓，產生一輸出比較訊號；以及根據該輸入狀態訊號與該輸出比較訊號，產生該輸出狀態訊號。
在其中一種較佳的實施型態中，該產生該第一重置訊號之步驟更包括：產生一初始重啟訊號，該初始重啟訊號用以示意該輸入電壓就緒狀態，且於該初始重啟訊號示意該輸入電壓就緒後，該初始重啟訊號於該電壓轉換裝置關機之前，不改變其位準。
在其中一種較佳的實施型態中，該產生該電源重啟訊號之步驟更包括：根據該第一重啟訊號，產生一第二重置訊號，並根據一第二回授訊號與該時脈訊號，產生一第二決定時脈訊號；以及根據該第二重置訊號與該第二決定時脈訊號，延遲一段第二預設時間，以產生一第二電源重啟訊號以作為該電源重啟訊號，其中該第二重置訊號決定該段第二預設時間之開始時點，且該第二決定時脈訊號以一時脈計時該段第二預設時間；其中該第二回授訊號相關於該電源重啟訊號。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱第1圖，顯示本發明第一個實施例。第1圖顯示電壓轉換裝置100的示意圖。如第1圖所示，電壓轉換裝置100包含轉換電路11、輸入狀態偵測電路13、輸出狀態偵測電路15、狀態回授電路17、電源重啟(power ON reset, POR)電路19。其中，轉換電路11用以根據狀態回授訊號，將輸入電壓轉換為輸出電壓。根據本發明，在其中一種實施方式中，輸入電壓與輸出電壓分別可具有一個或複數個不同的目標位準。輸入狀態偵測電路13與轉換電路11耦接，用以根據輸入電壓與參考電壓Vref1，而產生輸入狀態訊號。輸出狀態偵測電路15分別與轉換電路11與輸入狀態偵測電路13耦接，用以根據輸出電壓、輸入狀態訊號、與參考電壓Vref2，產生輸出狀態訊號。狀態回授電路17分別與輸出狀態偵測電路15與轉換電路11耦接，根據輸出狀態訊號，產生狀態回授訊號。電源重啟電路19分別與輸入狀態偵測電路13及輸出狀態偵測電路15耦接，用以根據輸入狀態訊號、輸出狀態訊號、與回授訊號FDB1，產生重啟訊號POR1，作為電源重啟訊號，以示意電壓轉換裝置100的電源重啟狀態已經完成。所謂電源重啟狀態完成，也就是指輸入電壓與輸出電壓皆達到輸入電壓預設位準與輸出電壓預設位準。POR電路19將其產生之重啟訊號POR1被設定為POR就緒位準，用以示意電壓轉換裝置100可正常操作，完成電壓轉換操作，以供應輸出電壓。
電源重啟電路19包括邏輯電路191與延遲電路193。邏輯電路191，分別與輸入狀態偵測電路13及輸出狀態偵測電路15耦接，用以根據輸入狀態訊號與輸出狀態訊號，產生重置訊號RST1，並根據回授訊號FDB1與時脈訊號CLK，產生決定時脈訊號DCK1。延遲電路193與邏輯電路191耦接，用以根據重置訊號RST1與決定時脈訊號DCK1，延遲一段預設時間，以產生重啟訊號POR1。其中回授訊號FDB1相關於重啟訊號POR1，在其中一種實施例中，例如但不限於即為重啟訊號POR1。
第2圖顯示本發明第二個實施例，舉例說明轉換電路11一種較具體的實施方式。如第2圖所示，轉換電路11例如但不限於為電荷泵電路，且狀態回授訊號包括互不重疊之時脈訊號ɸ1與時脈訊號ɸ2，並利用時脈訊號ɸ1的反相的時脈訊號ɸ1’，用以分別操不同的功率開關Q1、Q2、Q3、與Q4，而將輸入電壓升壓轉換為輸出電壓。當然，根據本發明，轉換電路11並不限於為電荷泵電路，亦可以為其他形式的轉換電路，例如切換式電源供應電路(switching regulator)等。在本實施例中，狀態回授訊號為互不重疊之時脈訊號ɸ1與時脈訊號ɸ2，當輸出電壓低於輸出電壓預設位準時，時脈訊號ɸ1與時脈訊號ɸ2在高低位準之間切換，用以提高輸出電壓至輸出電壓預設位準。當輸出電壓達到輸出電壓預設位準時，時脈訊號ɸ1與時脈訊號ɸ2例如分別維持在高位準與低位準，皆不在高低位準間切換，如此一來，輸出電壓就可維持在輸出電壓預設位準，而不會繼續升高。
第3圖顯示本發明第三個實施例，舉例說明輸入狀態偵測電路13一種較具體的實施方式。如第3圖所示，輸入狀態偵測電路13例如具有分壓電路131與比較電路133。分壓電路131與轉換電路11耦接，用以接收輸入電壓，產生分壓Vdiv1。分壓Vdiv1例如但不限於與輸入電壓成正比。比較電路133與分壓電路131耦接，用以比較分壓Vdiv1與參考電壓Vref1，而產生輸入狀態訊號。舉例而言，適當設定的參考電壓Vref1，使得當輸入電壓達到輸入電壓預設位準時，分壓Vdiv1也達到參考電壓Vref1，這使輸入狀態訊號被調整至例如高位準，代表輸入電壓就緒的狀態。
第4圖顯示本發明第四個實施例，舉例說明輸出狀態偵測電路15一種較具體的實施方式。如第4圖所示，輸出狀態偵測電路15例如但不限於為輸出電壓調節電路，其具有分壓電路151、比較電路153、與判斷電路155。分壓電路151與轉換電路11耦接，用以接收輸出電壓，產生分壓Vdiv2。分壓Vdiv2例如但不限於與輸出電壓成正比。比較電路153與分壓電路151耦接，用以比較分壓Vdiv2與參考電壓Vref2，產生輸出比較訊號。判斷電路155分別與輸入狀態偵測電路13與比較電路153耦接，用以根據輸入狀態訊號與輸出比較訊號，產生輸出狀態訊號。判斷電路155根據輸入狀態訊號，決定並設定輸出狀態訊號依循輸出比較訊號或是為預設輸出狀態訊號位準。其中，上述預設輸出狀態訊號位準可為高位準或低位準，且狀態回授電路17可以根據需要而作相對應的設計。簡而言之，舉例而言，上述預設輸出狀態訊號位準在此實施例中為高位準。也就是說，當輸入電壓未就緒(即輸入電壓尚未達到輸入電壓預設位準)，判斷電路155將輸出狀態訊號設定於預設輸出狀態訊號位準，在本實施例中，即為高位準。當輸入電壓已就緒(即輸入電壓達到輸入電壓預設位準)，判斷電路155將輸出狀態訊號設定為依循輸出比較訊號，即當輸出比較訊號為高位準時，輸出狀態訊號亦設定為高位準，而當輸出比較訊號為低位準時，輸出狀態訊號亦設定為低位準。
第5圖顯示本發明第五個實施例，舉例說明狀態回授電路17一種較具體的實施方式。如第5圖所示，狀態回授電路17包括邏輯閘171與時脈產生電路173。邏輯閘171例如但不限於為或(OR)閘，接收輸出狀態訊號與時脈訊號CLK。當輸出狀態訊號為高位準時，邏輯閘171的輸出訊號維持在高位準；當輸出狀態訊號為低位準時，邏輯閘171的輸出訊號即為時脈訊號CLK。時脈產生電路173的時脈接腳CK例如接收邏輯閘171的輸出訊號，藉以產生時脈訊號ɸ1與時脈訊號ɸ2。當時脈產生電路173的時脈接腳CK接收持續的高位準時，也就是當輸出狀態訊號為高位準時，代表輸出電壓達到或高於輸出電壓預設位準，轉換電路不繼續升壓操作。當時脈產生電路173的時脈接腳CK接收邏輯閘171的輸出訊號為時脈訊號CLK，而時脈訊號ɸ1與時脈訊號ɸ2則在高低位準之間切換，轉換電路執行升壓操作，用以調節輸出電壓至輸出電壓預設位準。
第6圖顯示本發明第六個實施例，舉例說明電源重啟電路19的另一種實施方式。如第6圖所示，本實施例與第一個實施例不同的是，電源重啟電路19除了包括邏輯電路191與延遲電路193之外，更包括邏輯電路195與延遲電路197。邏輯電路195與延遲電路193耦接，用以根據重啟訊號POR1，產生重置訊號RST2，並根據回授訊號FDB2與時脈訊號CLK，產生決定時脈訊號DCK2。延遲電路197與邏輯電路195耦接，用以根據重置訊號RST2與決定時脈訊號DCK2，延遲一段預設時間，以產生重啟訊號POR2，用以作為電源重啟訊號。其中回授訊號FDB2相關於重啟訊號POR2，例如但不限於即為重啟訊號POR2。在第一個實施例中，電源重啟訊號是重啟訊號POR1；而在本實施例中，電源重啟訊號是重啟訊號POR2。
須說明的是，邏輯電路191與195所接收之時脈訊號CLK可以相同，亦可以不同。在本實施例中，電源重啟電路19在延遲電路193產生的重啟訊號POR1例如由低位準轉換為高位準之後，示意電源供應已就緒之後，繼續延遲一段預設時間，以避免誤動作，確認重啟訊號POR2的正確性。
第7圖顯示本發明第七個實施例，舉例說明邏輯電路191與延遲電路193一種較具體的實施方式。如第7圖所示，邏輯電路191除了根據輸入狀態訊號與輸出狀態訊號之外，可更根據輸入電壓經過一次重置(one-time reset)電路1911後所產生的初始重啟訊號POR0，產生重置訊號RST1。其中，一次重置電路1911用以接收輸入電壓，並於輸入電壓達到輸入電壓預設位準時，決定並設定初始重啟訊號POR0於一預設位準，以示意輸入電壓就緒，且初始重啟訊號POR0於電壓轉換裝置100關機之前，其位準不改變。一次重置電路1911為較佳但非必要的電路，其可以被省略，而邏輯電路191可根據輸入狀態訊號與輸出狀態訊號產生重置訊號RST1。須說明的是，根據本發明，在其他的實施例中，一次重置電路1911可以為其他任何形式的電源重啟電路或其他任何形式的電壓位準偵測電路。
如圖所示，反(NOT)閘NOT1接收輸入狀態訊號，運算後結果輸入或(OR)閘OR1。一次重置電路1911於輸入電壓達到輸入電壓預設位準後，產生初始重啟訊號POR0，且例如使其保持在高位準。或(OR)閘OR2接收輸出狀態訊號與回授訊號FDB1，運算後將結果輸入反及(NAND)閘NAND1。反及閘NAND1接收初始重啟訊號POR0與或閘OR2運算結果，運算後將結果輸入或閘OR1。或閘OR1接收反閘NOT1運算後結果與反及閘NAND1運算後結果，並對其運算，以產生重置訊號RST1。
由上述之邏輯運算可知，當輸入電壓尚未就緒(即輸入電壓尚未達到輸入電壓預設位準)，輸入狀態訊號被設定為低位準，且或閘OR1的輸出訊號，為重置訊號RST1，被設定為高位準，示意電源重啟程序尚未完成。當輸入電壓已就緒(即輸入電壓已經達到輸入電壓預設位準)，輸入狀態訊號被設定為高位準，或閘OR1的輸出訊號，由反及閘NAND1的輸出訊號決定；此時由於輸入電壓已經達到輸入電壓預設位準，初始重啟訊號POR0被保持在高位準。考慮回授訊號FDB1被保持在低位準(回授訊號FDB1例如可作為電源重啟訊號POR1或其延遲訊號)，或閘OR2的輸出訊號由輸出狀態訊號所決定，示意反及閘NAND1的輸出訊號由輸出狀態訊號決定。因此，當輸入電壓已就緒，輸出狀態訊號就緒(即輸出電壓已經達到輸出電壓預設位準)，重置訊號RST1切換至低位準。
明顯地，可以藉由不同的邏輯閘，作各種不同的安排，而實現各種不同的實施方式，以達到邏輯電路191相同的效果。例如，一次重置電路1911與反及閘NAND1可以省略(或閘OR2的輸出訊號取其反相訊號後，輸入或閘OR1作為其輸入訊號)。又如，反閘NOT1可以省略，而反及閘NAND1可以由一個及(AND)閘取代；對應地，或閘(OR1)可以由一個反及閘取代。因此，邏輯閘的種類與數量有各種不同的變化。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
在本實施例中，或閘OR3接收回授訊號FDB1與時脈訊號CLK，運算後產生決定時脈訊號DCK1。當回授訊號FDB1為低位準，決定時脈訊號DCK1由時脈訊號CLK決定。決定時脈訊號DCK1被輸入多位元計數電路1931的時脈接腳CK。另外，多位元計數電路1931的重置接腳RST接收重置訊號RST1。多位元計數電路1931根據重置訊號RST1與決定時脈訊號DCK1，計數複數位元，並將此複數位元的計數結果輸入多位元及閘1933。多位元及閘1933接收多位元計數電路1931結果，運算後產生重啟訊號POR1。重啟訊號POR1例如但不限於直接作為電源重啟訊號，以示意電源重啟程序已經完成。
對延遲電路193中的多位元計數電路1931而言，重置訊號RST1為高位準時，代表多位元計數電路1931的計數被重製。而當重置訊號RST1由高位準轉為低位準，代表多位元計數電路1931被觸發而開始計數。而此時若電源重啟程序尚未完成，則回授訊號FDB1仍應為低位準，所以決定時脈訊號DCK1依循時脈訊號CLK，用以輸入延遲電路193中的多位元計數電路1931之時脈接腳CK。多位元計數電路1931開始根據決定時脈訊號DCK1計數。如果重置訊號RST1不改變為高位準，則多位元計數電路1931計數直到其所有的輸出位元皆為高位準，示意已經延遲了一段預設時間。當多位元計數電路1931的複數輸出接腳皆為高位準時，多位元及閘1933的輸出訊號，也就是重啟訊號POR1，將由低位準轉為高位準。而相關於重啟訊號POR1的回授訊號FDB1，也由低位準轉為高位準，使得或閘OR3運算後所產生的決定時脈訊號DCK1維持在高位準，這使得多位元計數電路1931之時脈接腳CK所接收到的訊號維持在高位準，因此不會執行計數運算。
第8圖顯示本發明第八個實施例，舉例說明邏輯電路195與延遲電路197一種較具體的實施方式。如第8圖所示，邏輯電路195與延遲電路193耦接，用以接收重啟訊號POR1，產生重置訊號RST2，並根據回授訊號FDB2與時脈訊號CLK，產生決定時脈訊號DCK2。延遲電路197中的多位元計數電路1971與邏輯電路195耦接，用以根據重置訊號RST2與決定時脈訊號DCK2，計數至每個輸出的位元皆為高電位時，多位元及閘1973將使其輸出訊號，也就是重啟訊號POR2，由低位準轉為高位準，這也就是延遲一段預設時間，使重啟訊號POR2轉為高位準，用以作為電源重啟訊號；其中回授訊號FDB2相關於重啟訊號POR2。如前所述，邏輯電路195與延遲電路197用以避免誤動作，確認電源重啟訊號的正確性。
須說明的是，前述實施例中，訊號的高低位準所代表的意義只是一種實施方式，不必限於如前所述之對應，亦可以有其他對應，只要能達成本發明的功能即可。延遲電路亦不限於如前所述之多位元計數電路與多位元及閘，亦可以為其他形式的延遲電路。且多位元及閘1933/1973亦可以由其他邏輯電路取代，只要能執行延遲一段預設時間的功能即可。例如，多位元及閘1933/1973可以由其他邏輯閘所取代，只要在延遲一段預設時間後，可產生一個其所代表的時間訊號即可。
第9圖顯示本發明第九個實施例，以各訊號波形為例說明電壓轉換裝置控制方法的一種實施例，對照前述第一至第八個實施例，可更了解本實施例的操作方式。如第9圖所示，以電壓轉換裝置之各訊號波形示意電源重啟狀態。首先，當電壓轉換裝置剛開始啟動，至輸入電壓不低於輸入電壓預設位準，為起始階段SS，之後直至無電源供應電壓轉換裝置期間，為進行階段SO1-SO3。也就是說電源重啟狀態包括起始階段SS與進行階段SO1-SO3。須注意的是，並非所有電源重啟程序包含了三個進行階段SO1-SO3，例如，其可以僅包含一個進行階段SO1。第9圖所顯示的，只是其中的一種實施方式，以解釋可能發生的不同狀況。
起始階段SS示意輸入電壓正在上升但仍低於輸入電壓預設位準，且電壓轉換裝置尚未開始電壓轉換操作，因此輸出電壓為0V。在此階段的輸出狀態訊號之狀態是沒有意義的，因為電路尚未完全重啟，此時輸出狀態訊號的位準為低位準。重啟訊號POR1(與第6圖及第8圖所示之重啟訊號POR2)也在低位準。因此當輸入電壓達到輸入電壓預設位準時，輸入狀態訊號與初始重啟訊號POR0切換至高位準，且電源重啟程序由起始階段SS轉換為進行階段SO1。
由於輸入狀態訊號為高位準時，示意輸入電壓就緒，也就是達到輸入電壓預設位準，根據本發明之電壓轉換裝置開始電壓轉換操作，且輸出電壓相應地於此升壓階段SR上升。由於電力由輸入側轉移至輸出側，造成輸入電壓波動，而且如果輸出側需求相對更高的電流，輸入電壓將下降至低於輸入電壓預設位準，造成輸入狀態訊號切換至低位準。參閱第4至第9圖，當輸入狀態訊號為低位準時，判斷電路155設定輸出狀態訊號至高位準，且當輸入狀態訊號為高位準時，判斷電路155設定輸出狀態訊號依循輸出比較訊號。由於在升壓階段SR，輸出電壓尚未就緒，輸出比較訊號為低位準；因此，當輸入狀態訊號為高位準時，輸出狀態訊號為高位準。因此，於升壓階段SR，當輸入電壓波動，輸入狀態訊號與輸出狀態訊號在彼此相反的高低位準間跳動切換。
當輸出電壓逐漸上升，且於升壓階段SR結束時，輸出電壓達到輸出電壓預設位準。輸出狀態訊號切換至高位準。參閱第7至第9圖，由於輸入狀態訊號、輸出狀態訊號、與初始重啟訊號POR0皆為高位準，重置訊號RST1切換至低位準，且多位元計數電路1931開始計數；也就是說，延遲電路193開始操作以延遲一段第一預設時間T1。於第一預設時間T1結束時，重啟訊號POR1產生(或解釋為由低位準切換至高位準)。參閱第6、第8、與第9圖，較佳但不為必要，重啟訊號POR2於重啟訊號POR1產生後延遲一段第二預設時間T2產生(或解釋為由低位準切換至高位準)。至此，電源重啟程序完成且電壓轉換裝置進入穩定階段SF(於進行階段SO1中)。
於一個重載狀況，負載電路(未示出)自輸出電壓接收電源，需要較大的電流，造成輸出電壓並輸入電壓的波動，如圖中電壓不穩定階段SU(在進行階段SO2中)所示意。如果此波動只造成輸出電壓下降至低於輸出電壓預設位準，但不致造成輸入電壓下降至低於輸入電壓預設位準，則重啟訊號POR1與重啟訊號POR2並不會改變其位準。在負載電路接收到足夠的電力後，此波動結束且電壓轉換裝置進入穩定階段SF(於進行階段SO2中)。
然而，如第9圖中進行階段SO3所示，例如負載電路引發非常大的電流，或是電源供應提供的輸入電壓暫時性的不穩定，使輸入電壓下降至低於輸入電壓預設位準且輸出電壓下降至低於輸出電壓預設位準，造成輸入狀態訊號與輸出狀態訊號又在彼此相反的高低位準間跳動切換。重啟訊號POR1與重啟訊號POR2皆切換為低位準。在進行階段SO3中，重複了類似前述進行階段SO1中的程序(輸入狀態訊號與輸出狀態訊號在彼此相反的高低位準間跳動切換)，直至輸入電壓與輸出電壓皆就緒，且重啟訊號POR1與重啟訊號POR2皆切換至高位準。
第10圖顯示本發明第十個實施例，以各訊號波形為例說明電壓轉換裝置控制方法的另一種實施例，對照前述第一至第八個實施例，可更了解本實施例的操作方式。如第10圖所示，以電壓轉換裝置之各訊號波形示意電源重啟狀態。本實施例與第九個實施例不同之處在於，本實施例的輸入電壓所供應的電源相較於負載電路所消耗的電流相對較大。也就是說，輸入電壓不會因負載電流而下降。可以看出輸入電壓與輸出電壓在完成階段SF之後，相當穩定，較差的狀況僅有電壓不穩定階段SU，只有輸出狀態訊號會在電壓不穩定階段SU時，在高低位準間切換，輸入狀態訊號仍會維持在高位準。本實施例其他的控制方法與第九個實施例相同。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例中，可***不影響訊號主要意義的電路，如其他開關電路或邏輯電路等。又如，轉換電路並不限於電荷泵，亦可包含其他電壓轉換電路，如切換式電源供應電路等等。又如，數位訊號的高低位準可以互換，僅需對應修正電路的訊號處理方式即可。又如，一次重置電路可以為其他任何形式的電源重啟電路或其他任何形式的電壓位準偵測電路。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
11‧‧‧轉換電路
13‧‧‧輸入狀態偵測電路
15‧‧‧輸出狀態偵測電路
17‧‧‧狀態回授電路
19‧‧‧電源重啟電路
100‧‧‧電壓轉換裝置
131,151‧‧‧分壓電路
133,153‧‧‧比較電路
155‧‧‧判斷電路
171‧‧‧邏輯閘
173‧‧‧時脈產生電路
191,195‧‧‧邏輯電路
193,197‧‧‧延遲電路
1911‧‧‧一次重置電路
1931,1971‧‧‧多位元計數電路
1933,1973‧‧‧多位元及閘
CK‧‧‧時脈接腳
CLK,ɸ1,ɸ1’,ɸ2‧‧‧時脈訊號
DCK1,DCK2‧‧‧決定時脈訊號
FDB1,FDB2‧‧‧回授訊號
NAND1‧‧‧反及閘
NOT1‧‧‧反閘
OR1,OR2,OR3,OR4‧‧‧或閘
POR0‧‧‧初始重啟訊號
POR1,POR2‧‧‧重啟訊號
Q1,Q2,Q3,Q4‧‧‧功率開關
RST‧‧‧重置接腳
RST1,RST2‧‧‧重置訊號
SF‧‧‧完成階段
SO1,SO2,SO3‧‧‧進行階段
SR‧‧‧升壓階段
SS‧‧‧起始階段
SU‧‧‧電壓不穩定階段
T1,T2‧‧‧延遲階段
Vdiv1,Vdiv2‧‧‧分壓
Vref1,Vref2‧‧‧參考電壓
第1圖顯示本發明的第一個實施例，顯示電壓轉換裝置100的示意圖。 第2圖顯示本發明的第二個實施例，顯示轉換電路11的一種實施例。 第3圖顯示本發明的第三個實施例，顯示輸入狀態偵測電路13的一種實施例。 第4圖顯示本發明的第四個實施例，顯示輸出狀態偵測電路15的一種實施例。 第5圖顯示本發明的第五個實施例，顯示狀態回授電路17的一種實施例。 第6圖顯示本發明的第六個實施例，顯示電源重啟電路19的一種實施例。 第7圖顯示本發明的第七個實施例，顯示邏輯電路191與延遲電路193的一種實施例。 第8圖顯示本發明的第八個實施例，顯示邏輯電路195與延遲電路197的一種實施例。 第9圖顯示本發明的第九個實施例，顯示電壓轉換裝置控制方法的一種實施例。 第10圖顯示本發明的第十個實施例，顯示電壓轉換裝置控制方法的另一種實施例。
11‧‧‧轉換電路
13‧‧‧輸入狀態偵測電路
15‧‧‧輸出狀態偵測電路
17‧‧‧狀態回授電路
19‧‧‧電源重啟電路
100‧‧‧電壓轉換裝置
191‧‧‧邏輯電路
193‧‧‧延遲電路
CLK‧‧‧時脈訊號
DCK1‧‧‧決定時脈訊號
FDB1‧‧‧回授訊號
POR1‧‧‧重啟訊號
RST1‧‧‧重置訊號
Vref1,Vref2‧‧‧參考電壓

Claims (19)

  1. 一種電壓轉換裝置，包含： 一轉換電路，用以根據一狀態回授訊號，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓； 一輸入狀態偵測電路，與該轉換電路耦接，用以根據該輸入電壓與一第一參考電壓，而產生一輸入狀態訊號； 一輸出狀態偵測電路，分別與該轉換電路與該輸入狀態偵測電路耦接，用以根據該輸出電壓、該輸入狀態訊號、與一第二參考電壓，產生一輸出狀態訊號； 一狀態回授電路，分別與該輸出狀態偵測電路與該轉換電路耦接，根據該輸出狀態訊號，產生該狀態回授訊號；以及 一電源重啟電路，分別與該輸入狀態偵測電路及該輸出狀態偵測電路耦接，用以根據該輸入狀態訊號、該輸出狀態訊號、與一第一回授訊號，產生一電源重啟訊號，以示意該電壓轉換裝置的一電源重啟狀態之一完成階段；該電源重啟電路包括： 一第一邏輯電路，分別與該輸入狀態偵測電路及該輸出狀態偵測電路耦接，用以根據該輸入狀態訊號與該輸出狀態訊號，產生一第一重置訊號，並根據該第一回授訊號與一時脈訊號，產生一第一決定時脈訊號，其中，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓就緒，且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓也就緒時，該第一重置訊號被設定於一預設第一重置訊號位準；以及 一第一延遲電路，與該第一邏輯電路耦接，用以根據該第一重置訊號與該第一決定時脈訊號，延遲一段第一預設時間，以產生相關於該電源重啟訊號之一第一重啟訊號，其中該第一重置訊號決定該段第一預設時間之開始時點，且該第一決定時脈訊號以一時脈計時該段第一預設時間； 其中該第一回授訊號相關於該第一重啟訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換裝置，其中該第一重置訊號被設定於該預設第一重置訊號位準後，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒或該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號仍保持被設定於該預設第一重置訊號位準，而當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號則被設定於非該預設第一重置訊號位準。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換裝置，其中該轉換電路包括一電荷泵電路，且該狀態回授訊號包括互不重疊之一第一時脈訊號與一第二時脈訊號，用以分別操作不同的功率開關，而將該輸入電壓升壓轉換為該輸出電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換裝置，其中該輸入狀態偵測電路包括： 一第一分壓電路，與該轉換電路耦接，用以接收該輸入電壓，而產生一第一分壓；以及 一第一比較電路，與該第一分壓電路耦接，用以比較該第一分壓與該第一參考電壓，而產生該輸入狀態訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換裝置，其中該輸出狀態偵測電路包括： 一第二分壓電路，與該轉換電路耦接，用以接收該輸出電壓，產生一第二分壓； 一第二比較電路，與該第二分壓電路耦接，用以比較該第二分壓與該第二參考電壓，產生一輸出比較訊號；以及 一判斷電路，分別與該輸入狀態偵測電路與該第二比較電路耦接，用以根據該輸入狀態訊號與該輸出比較訊號，產生該輸出狀態訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電壓轉換裝置，其中當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒時，該判斷電路設定該輸出狀態訊號為一預設輸出狀態訊號位準，且當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓就緒，該判斷電路設定該輸出狀態訊號依循該輸出比較訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換裝置，其中該第一邏輯電路更包括一一次重置電路，用以產生一初始重啟訊號，該初始重啟訊號用以示意該輸入電壓就緒狀態，且於該初始重啟訊號示意該輸入電壓就緒後，該初始重啟訊號於該電壓轉換裝置關機之前，其位準不改變。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換裝置，其中該電源重啟電路更包括： 一第二邏輯電路，與該第一延遲電路耦接，用以根據該第一重啟訊號，產生一第二重置訊號，並根據一第二回授訊號與該時脈訊號，產生一第二決定時脈訊號；以及 一第二延遲電路，與該第二邏輯電路耦接，用以根據該第二重置訊號與該第二決定時脈訊號，延遲一段第二預設時間，以產生一第二電源重啟訊號，其中該第二重置訊號決定該段第二預設時間之開始時點，且該第二決定時脈訊號以一時脈計時該段第二預設時間； 其中該第二回授訊號相關於該電源重啟訊號。
  9. 一種電壓轉換裝置之電源重啟電路，該電壓轉換裝置用以根據一狀態回授訊號，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該電壓轉換裝置之電源重啟電路包含： 一第一邏輯電路，用以產生一第一重置訊號，並根據一第一回授訊號與一時脈訊號，產生一第一決定時脈訊號，其中當該輸入電壓與該輸出電壓皆就緒時，該第一重置訊號被設定於一預設第一重置訊號位準；以及 一第一延遲電路，用以根據該第一重置訊號與該第一決定時脈訊號，延遲一段第一預設時間，以產生一第一重啟訊號，其中該第一重置訊號決定該段第一預設時間之開始時點，且該第一決定時脈訊號以一時脈計時該段第一預設時間； 其中該第一回授訊號相關於該第一重啟訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電壓轉換裝置之電源重啟電路，其中該第一重置訊號被設定於該預設第一重置訊號位準後，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒或該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號仍保持被設定於該預設第一重置訊號位準，而當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號則被設定於非該預設第一重置訊號位準。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之電壓轉換裝置之電源重啟電路，其中該第一邏輯電路更包含一一次重置電路，用以產生一初始重啟訊號，該初始重啟訊號用以示意該輸入電壓就緒狀態，且於該初始重啟訊號示意該輸入電壓就緒後，該初始重啟訊號於該電壓轉換裝置關機之前，其位準不改變。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之電壓轉換裝置之電源重啟電路，其中該電源重啟電路更包括： 一第二邏輯電路，與該第一延遲電路耦接，用以根據該第一重啟訊號，產生一第二重置訊號，並根據一第二回授訊號與該時脈訊號，產生一第二決定時脈訊號；以及 一第二延遲電路，與該第二邏輯電路耦接，用以根據該第二重置訊號與該第二決定時脈訊號，而延遲一段第二預設時間，以產生一第二電源重啟訊號，其中該第二重置訊號決定該段第二預設時間之開始時點，且該第二決定時脈訊號以一時脈計時該段第二預設時間； 其中，其中該第二回授訊號相關於該電源重啟訊號。
  13. 一種電壓轉換裝置控制方法，包含： 根據一狀態回授訊號，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓； 根據該輸入電壓與一第一參考電壓，而產生一輸入狀態訊號； 根據該輸出電壓、該輸入狀態訊號、與一第二參考電壓，產生一輸出狀態訊號； 根據該輸出狀態訊號，產生該狀態回授訊號；以及 根據該輸入狀態訊號、該輸出狀態訊號、與一第一回授訊號，產生一電源重啟訊號，以示意該電壓轉換裝置的一電源重啟狀態之一完成階段； 其中該產生該電源重啟訊號之步驟包括：       根據該輸入狀態訊號與該輸出狀態訊號，產生一第一重置訊號並根據該第一回授訊號與一時脈訊號，產生一第一決定時脈訊號，其中，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓就緒，且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓也就緒時，該第一重置訊號被設定於一預設第一重置訊號位準；以及       根據該第一重置訊號與該第一決定時脈訊號，延遲一段第一預設時間，以產生相關於該電源重啟訊號之一第一重啟訊號，其中該第一重置訊號決定該段第一預設時間之開始時點，且該第一決定時脈訊號以一時脈計時該段第一預設時間；       其中該第一回授訊號相關於該第一重啟訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換裝置控制方法，其中該第一重置訊號被設定於該預設第一重置訊號位準後，當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒或該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號仍保持被設定於該預設第一重置訊號位準，而當該輸入狀態訊號示意該輸入電壓未就緒且該輸出狀態訊號示意該輸出電壓未就緒，該第一重置訊號則被設定於非該預設第一重置訊號位準。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換裝置控制方法，其中該狀態回授訊號包括互不重疊之一第一時脈訊號與一第二時脈訊號，用以分別操不同的功率開關，而將該輸入電壓升壓轉換為該輸出電壓。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換裝置控制方法，其中該產生該輸入狀態訊號之步驟包括： 接收該輸入電壓，產生一第一分壓；以及 比較該第一分壓與該第一參考電壓，而產生該輸入狀態訊號。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換裝置控制方法，其中該產生該輸出狀態訊號之步驟包括： 接收該輸出電壓，產生一第二分壓； 比較該第二分壓與該第二參考電壓，產生一輸出比較訊號；以及 根據該輸入狀態訊號與該輸出比較訊號，產生該輸出狀態訊號。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換裝置控制方法，其中該產生該第一重置訊號之步驟更包括：產生一初始重啟訊號，該初始重啟訊號用以示意該輸入電壓就緒狀態，且於該初始重啟訊號示意該輸入電壓就緒後，該初始重啟訊號於該電壓轉換裝置關機之前，不改變其位準。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之電壓轉換裝置控制方法，其中該產生該電源重啟訊號之步驟更包括： 根據該第一重啟訊號，產生一第二重置訊號，並根據一第二回授訊號與該時脈訊號，產生一第二決定時脈訊號；以及 根據該第二重置訊號與該第二決定時脈訊號，延遲一段第二預設時間，以產生一第二電源重啟訊號以作為該電源重啟訊號，其中該第二重置訊號決定該段第二預設時間之開始時點，且該第二決定時脈訊號以一時脈計時該段第二預設時間； 其中該第二回授訊號相關於該電源重啟訊號。
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