TWI341972B - Controllable power supply with the step-up function - Google Patents

Description

0960045 23551 twfdoc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種電源供應裝置，且特別是有關於 —種具有超壓功能之可控式電源裝置。 、 【先前技術】 由於現今科技的突飛猛進，市面上的電子裝置不斷地 推陳出新，於是其對於電源供應裝置必須具備多組不同之 電壓準位的需求也愈來愈普遍’且對於電源供應裝置提供 之每一組電壓準位的準確度也愈來愈嚴格。舉例而言，應 用於個人電知)上的中央處理器（central pr〇cessing CPU) 目前在市面上已有數十種。就同一製造公司來說，其生產 的數種中央處理器之操作電壓不盡相同，又或者是針對同 ―，號的中央處理器來說，當使用者為了某種目的而將其 超壓時，這時電源供應裝置就必須提供多組的電源電壓， 以達成使用者的需求。 圖1纟會示為傳統超壓電路100的架構圖。於圖1中， 傳統超壓電路包括線性穩壓器（linear regulat〇r)12〇、電阻 R11〜R16以及開關SW1〜SW4。其中，線性穩壓器12〇更 包括運算放大器121、N型電晶體T21、電阻R21〜R22以 及電容C21。 請繼續參照圖1 ’電阻R15與R16串接在電壓vsn 與接地端之間，藉此用以產生初始電壓VI。運算放大器 121之輸出端透過電容C21耦接至其負輸入端，以形成一 緩衝電路。電阻RIUM透過開關SW1〜SW4的切換而形 0960045 23551twf.doc/n 成耗接方式不同的並聯組合，並與電阻〜R22與電晶體 T21與電壓VS12形成到地的電流路徑。在此，電阻 R21〜R22的阻值互不相同，故傳統超壓電路1〇〇利用電阻 R21〜R22所料的並聯組合與分壓魏，來產生多組 電源電壓，以達到超壓的目的。 圖2A繪示為用以說明傳統超壓電路1〇〇之電源電壓 的超壓表。由® 2A可看出，藉由開關SW1〜SW4的導通 (0=與斷開(0FF) ’電阻R1丨〜R] 4具有丨6種並聯組合換 而=之，傳統超壓電路1〇〇在不同的超壓階數下，其輸出 電壓VO也將升壓至不同的電源電壓。舉例而言，在超壓 階數為1之情況下，傳統超壓電路·將透過開關 的導通，而致使其輸出電壓V0升壓至電源電壓V1。相似 地’在超壓階數為16之情況下，傳統超壓電路1〇〇將透過 開關，W1〜SW4的導通’而致使其輸出電壓v〇升壓至電 源電壓V16。其中’電源電壓V1<V2<V3 <V16，故傳 -先超壓電路100的超壓階數愈高則其超壓的幅度也就愈 大。 然而，傳統超壓電路100仍受制於硬體上的限制。舉 =而言，傳統超壓電路1〇〇是利用多個不同阻值的電阻並 ，搭配，藉此產生多組電源電壓。但是，若使用者需要更 夕組的電源電壓時，則傳統超壓電路】〇〇勢必需要更多電 阻來搭配，如此一來將會使電路變得更複雜、更龐大。 另外，圖2B繪示為用以說明傳統超壓電路1〇〇之電 源電壓的誤差圖，由圖2B可看出，傳統超壓電路在 0960045 2355 ltwf.doc/n 不同的超麵數下，其電料壓卿成的電祕差也就不 在此，隨著超壓階數的遞增，電源電壓所形成的電壓 。吳差也就越大。主要的原因在於，電阻Rii〜ri4並聯後的 阻值並非為雜地減小，因此電源電壓的誤差也就會隨著 超壓階數的遞增而增加。 【發明内容】 本發明提供一種具有超屋功能之可控式電源裝置，除 化傳統超壓電路的硬體設計之外，還能提供使用 者多樣化的電源電壓。 本^月提供種具有超壓功能之可控 以簡化傳統超壓電路的硬體設計，並且能有效二： 電壓的準確度。 m缺开电源 勺括二種具有超壓功能之可控式電源裝置’ f ^括疋麵產生H、可程式電壓產生器 兩愿彦峰哭名拉 監產生态用以提供初始電壓。可程式 电 。。耗接固定電壓產生器，其用以 電r行調變，™收：二壓 Α第=連接端is _具有第—連接端、第二連接端 端=接=!初始ί壓，其第二連接 =其中，一。線性穩壓器具有一輸入端，其中， 田i_接第—開關的第三連接端時’線性穩壓器用 ί出線性穩壓器之輸人端所接收到的電壓’二乍 為可控式電源裝置的輪出電壓。 乂作 0960045 23551 twf.doc/n 從另一觀點來看，本發明提出— 控式電源裝置，其包括固定電壓產生，、有超壓功能之可 程式電壓產生器、第-開關以及產生器、可 生器用以提供初始電壓。訊號產 °固定電壓產 第一切換訊號。可裎式電壓產ί 控制訊麯 其用以接收初始電壓，並對接收的初 壓產生态， 致使=接收的初始電壓升壓至電源電^1進損變，以 弟一開關具有第一連接端、裳-端，其第-連接端接收初始電壓，& 端與第三連接 電壓，而其第三連接端祕第—連接==接1接收電源 其中之-。線性穩壓器具有接端兩者 _第2關的第三連接端，線性穩愿器用以 線性穩壓1讀人端所接㈣的電壓， 裝置的輸出電壓。 為控式電源 本發明是湘可程式電壓產生器來 望的電源霞，而無須·由電阻所形成的並聯組合因 此本發明除了㈣化可控式電源裝㈣硬體設計之外，還 能有效地提升電源電壓的準確度。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下 舉較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 圖3Α繪示為依照本發明—實施例具有超壓功能之可 的電路圖。請參照圖3Α，可控式電源 裝置包括肢電壓產生器31()、可程式電壓 0960045 23551twf.doc/n 330、線性穩壓器340以及開關SW3卜其中，固定電壓產 生β 310耦接可程式電壓產生器33〇與開關SW3i。開 SW31具有第-連接端、第二連接端與第三連接端，其^ -連接端祕固定電壓產生器31〇,其第二連接端轉接可 程式電壓產生器330,而其第三連接端耦接線性穩 340 〇 。° 現在利用圖3A來說明具有超壓功能之可控式電源裝 置300A的動作原理。首先，固定電壓產生器31〇提供'二 初始電壓vi ’並傳送至可程式電壓產生器33〇。而可裎 電壓產生器330用以接收初始電壓VI，並對其所接收到^ 初始電壓VI進行調變，以使接收後的初始電壓VI升壓至 電源電壓VR。之後’關SW31之第—連接端用以接收 初始電壓VI，且其第二連接端用以接收電源電壓VR。此 外，開關SW31之第三連接端耦接至其第一連接端或第二 連接端，以致使初始電壓VI或電源電壓VR傳送至線性穩 壓器340。最後，線性穩壓器34〇會接收開關SW31傳^ 來的電壓，並且穩定地將此電壓輸出，以作為可控式電源 裝置300A的輸出電壓VO。 I"' 圖3B繪示為依照本發明另—實施例具有超壓功能之 可控式電源裝置300B的電路圖。請參照圖3B，具有超壓 功能之可控式電源裝置300B包括固定電壓產生器31(^訊 號產生器320、可程式電壓產生器33〇、開關SWM、開關 SW32以及線性穩壓器340。其中，固定電壓產生器H 用以提供一初始電壓VI。訊號產生器320耦接可程^電壓 1341972 產生器330、開關SW3〗與SW32，並用以產生電源控制 訊號sv、切換訊號S1與切換訊號S2。可程式電壓產生器 330耦接固定電壓產生器31〇與開關SW3I，其用以接收初 始，壓vi ’並依據電源控制訊號sv來調控接收後的初始 電壓vi ’以將接收後的初始電壓VI升壓至電源電壓。 為340之輸入端。在此， 切換訊號S1 ’而決定轉去 相似地，開關SW32夕^ 開關SW3]具有第一連接端、第二連接端與第三連接 端三其中關SW31的第—連接端用以接收初始電愿％， 其，二連接端耦接可程式電壓產生器33〇。開關SW32具 有第一連接端（可視為第四連接端）、第二連接端（可視為第 五連接端）與第三連接端（可視為第六連接端），其中開關 tW32的第—連接端(可視為第四連接端)耗接開關SW31的 第ΐ連接ί ’其第二連接端(可㈣第五連接端说接至接 ，端其第二連接端(可視為第六連接端)則耗接線性穩壓 開關SW31之第三連接端會依據

096004 5 23551iwf.d oc/n 096004 5 23551iwf.d oc/n 的第一端 初始電壓 的第一端 端（可視為 R4。電阻R3具有第一端與第二端，i中電阻 用以接收第-電壓观，且其第二端用以輪出 VI。電阻R4具有第一端與第二端，其中電阻吩 (了視為弟二端)柄接電阻R_3之第-端，发第_ 第四端）則耦接至接地端。 〃— 此外 琛性檍嶝340句扛-笛瞀務丄 amplifler)34卜N型電晶體们、電容""益（〇peration 甘士 , 电令L1以及電阻R1〜R2。 二中’運异放大器341的正輸入端轉接線性穩壓器3 輸入端，而其負輸入端則透過電容 】)阻可視為第五端)與第二端(;視t二 =其苐-知(可視為第五端)轉接至電容Cl的第 其第二端則耗接至N型電晶體T1的問極端。電阻尺2且 第-端與第二端’其第-輪接至電容C1的第二端^其 第二端則耗接至N型電晶體T1的源極端。N型電晶體& ^及極端用以接收第二電壓VS2，而其源極端用以^共輸 出電壓V〇。 請繼續參照圖3B，以下將詳述可控式電源裝置3〇〇B 的動作原理。當可程式電壓產生器33〇啟動時，首先固定 电壓產生态310利用電阻R3與R4對第一電壓vs丨進行 ^壓，進而產生並輸出初始電壓VI。其中，固定電壓產生 器310將初始電壓VI輸出至可程式電壓產生器3刈與開 關SW3卜接著，訊號產生器32〇會提供切換訊號s】與 2並刀別傳送至開關s W31與SW32。此時，開關§ w31 接收切換訊號S1，並依據切換訊號Si來導通其第一連接 0960045 2355 ltwf. doc/π 端與第三連接端，以致使初始電壓VI傳送至其第三速接 端。此外，開關SW32接收切換訊號S2，並依據切換訊號 S2來導通其第一連接端(可視為第四連接端)與第三連接端 (可視為第六連接端），使從其第一連接端(可視為第四連接 端)接收的初始電壓V〗可以經由其第三連接端（可視為第六 連接端)傳送至線性穩壓器340,進而使線性穩壓器34〇接 收到初始電壓之後，藉由線性穩壓器34〇的穩壓功能， 可控式電源裝置300B將輸出—穩定的輸出電壓v〇，且輸 出電壓VO相等於初始電壓v卜 在***啟動後，可控式電源裝置也可依據電源 控制訊號SV以及切換訊號S1〜S2，來執行超壓的動作。 舉例來說，當訊號產生器產生電源控制訊號sv時，可程 式電壓產生器330將依據電源控制訊號sv VI’以將初始電壓VI升壓至電源電論。接;== 生器^20會產生切換訊號S#S2，㈣使開關s则導 通其第二連接端與第三連接端，開關SW32導通苴苐一連 接端(可視為第四連接端)與第三連接端(可視為第六連接 端）。在切換訊號S1與S2的控制下，線性穩壓器34〇將得 =接收到電源電壓VR。因此，藉由線性穩壓器34〇的穩 =力能’可控式電源裝置3_⑯輸出—穩定的輸出㈣ ，且輸出電壓VO相等於電源電壓VR。

曰^外二上述實施例中的線性穩壓器遍，其動作原理 疋精運t放大态341的正輸入端接收初始電壓VI 源电[VR，使仟運异放大器341的輸出端能提供一電壓 丄 0960045 23551twf.d〇c/„ 型電晶體Τ1的操作狀態。之後， fiirt Γ電阻R1、電阻R2、電容ci與ν型 授電路架構’使得其輸出端能提供

至如來Γ可程式電壓產生器330更包括一數位 ^'sv二”位至類比轉換11會依據接收的電源控制 ::二夕組"電壓之中擇一作為其之輸出電壓。於 疋。王;^電壓產生為330將接收的初始電壓w盥數位 ，匕轉換器輪出的電壓相加，藉此以得到電源電壓vr。 因此’可程式電壓產生器33〇可依據電源控制訊號sv，使 接收的初始電壓VI升壓至電源電壓VR。 值得注意的是，訊號產生器32〇可透過nc

(Mer-Integrated Circuit)匯流排，來傳送電源控制訊號sv 至可程式電壓產生器320。相似地，訊號產生器32〇也可 透過I2C®流排傳送切換訊號S1〜S2至開關期卜則2。 換而言之，電源控制訊號sv與切換訊號S1〜S2可分別為 一I2C指令。此外，訊號產生器32〇可從可控式 300B中置換掉，以致使可控式電源裝置3〇〇B依據外部的 控制訊號，來產生初始電壓VI或電源電壓VR。 另外，可控式電源裝置300B是利用訊號產生器320 產生電源控制訊號S V至可程式電壓產生器3 3 〇，以指°示可 程式電壓產生器330產生使用者所期望的電源電壓VR。 因此，可控式電源裝置300B可以提供比傳統超壓電路1〇〇 13 1341972 0960045 23551 twf.doc/n 更為準確的電源電壓VR，且不會有因為電阻並聯導致電 源電壓誤差變大的情形發生。

综上所述，本發明是利用可程式電壓產生器來產生使 用者所期望的電源電壓，而無須利用由電阻所形成的並聯 組合，因此電源電壓的誤差不會受到超壓階數的影響而變 大。此外，由於不使用電阻所形成的並聯組合，因二本發 明還可簡化電路的硬體設計。 X

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何所屬技術領域巾具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範gj内，當可作些許之更動與潤飾， 因此本發明之紐範圍當視後社_料娜圍所界定者 【圖式簡單說明】 圖1繪示為傳統超壓電路100的架構圖。 的超壓表 圖2A繪示為用以說明傳統超壓電路1〇〇之電源 ΙαΚ λ 夂

圖2Β繪示為用以說明傳統超壓電路 的誤差圖。 100之電源電壓 控式==:本二-實施例具湖功能-可 實施例具有超壓功能之 圖3Β繪示為依照本發明另 可控式電源裝置300Β的電路圖 【主要元件符號說明】 100 :傳統超壓電路 14 1341972 0960045 2355 ltwf.doc/n 120、 340 ··線性穩壓器 121、 341 :運算放大器 300A、300B :具有超壓功能之可控式電源裝置 310 :固定電壓產生器 320 :訊號產生器 330 :可程式電壓產生器 SW1 〜SW4、SW31、SW32 :開關 R1 〜R4、R11 〜R16、R21、R22 :電阻 C2卜C1 :電容 T21、T1 : N型電晶體

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Claims (1)

1341972 100-3-2 3 4¾修正替; 十、申請專利範圍： 1·一種具有超麼功能之可控式電源裝置，包括： 一固疋電壓產生器’用以提供一初始電壓； 一可程式電壓產生器，耦接至該固定電壓產生器，用 以接收該初始電壓並對接收後的該初始電壓進行調變，以 將接收後的該初始電壓升壓至一電源電壓； 一第一開關，具有一第一連接端、一第二連接端以及 一第二連接端，該第一連接端用以接收該初始電壓，該第 二連接端用以接收該電源電壓，且該第三連接端耦接至該 第一連接端與該第二連接端其中之一；以及 Λ 一線性穩壓益，具有一輸入端，其中，當該輸入端耦 接至該第三連接端時，該線性穩壓器用以穩定並輸出該線 性穩壓器之輸入端所接收到的電壓，以作為該可控式電源 裝置的輸出電壓。 ^ 、2.如申凊專利範圍第1項所述之具有超壓功能的可控 式電源裝置，更包括，-第二開關，具有—第四連接端、 了第五連接端以及-第六連接端’該第四連接她接至該 第三連接端，該第五連接端耦接至一接地端，該第六連接 端耦接至該線性穩壓器之輸入端，其中該第六連接端耦接 至該第四連接端與該第五連接端其中之一。 3. 如申請專利範圍第2項所述之具有超壓功能的可控 式電源裝置，更包括，-訊號產生器，用以產生切換該^ 一開關與該第二開關所需的控制訊號。 4. 如申請專利範圍第！項所述之具有超壓功能的可控 16 0960045 23551twfd〇c/n 式電源裝置，其中該固定電壓產 一第一電阻，具有一第—妓匕括： 接至-第-電壓，該第二端接:第二端，，第—端搞 -第二電阻，具有一第三2供該初始電壓；以及 接至該第二端，該第四端搞接;端，該第三端麵 式電ir置圍第1項所述之具有超壓功能的可控 源裝置’其中該線性穩壓器包括. 一運算放大器，具有一正# · 輸出端，其正輸人端端一負輸人端以及一 〇 _至。亥線性穩、壓器之輸入端； 复第'、第端麵接至該運算放大器之輸出端，且 接至該運算放大器之負輪入端； 接至:;s:;有一第五端與-第六端，該第五端辑 接至該有::七端與-第八端’該第七端耗 極心r型電晶體’其沒極端用以接收—第二電壓，其閘 板接至該第六端’且其源極端減至該第人端，並用 从供該可控式電源裝置的輸出電壓。 6.—種具有超壓功能之可控式電源裝置 ，包括： -固定電壓產生H，“提供―初始電壓； δί1旎產生器，用以產生一電源控制訊號與一第一切 換訊號； ^ —可程式電壓產生器，耦接至該固定電壓產生器，用 乂接收该初始電壓並依據該電源控制訊號調控接收後的該 17 1341972 0960045 23551t\vf.doc/n 初始電壓’以將接收後的該初始電壓升壓至—電源電麼. 一第一開關，具有一第一連接端、一第二連接端以及 一弟二連接端’該弟一連接端用以接收該初始電壓，該第 一連接端用以接收成電源電壓，且該第三連接端依據該第 一切換訊號，而決定耦接至該第一連接端或該第二連 端；以及 一線性穩壓器，具有一輸入端，其中，當該輸入端耦

接至該第三連接端時’該線性穩壓器用以穩定並輸出該線 性壓器之輸入所接收到的電壓，以作為該可控式電、厚 裝置的輸出電壓。 h 7.如申請專利範圍第6項所述之具有超壓功能的可控 式，源裝置’更包括，-第二關，具有—第四連接端二 :第五連接端以及-第六連接端，該第四連接_接至該 第三連接端，該第五連接端減至—接地端，該第六連 ，耗接至該線性懸H之輸人端，且該第六連接端依據一 m 換而決絲接至該第四連接端或該第五連接 ^〜、中’該第二切換訊號由該訊號產生器提供。 8·如中請專利範圍第7項所述之具有超壓功能的 式電源裝/ ’其㈣固定電财生器包括： 工 一第一電阻，具有一筮一 ^ 接至-第-電壓H’該第一端耗 -第二帝阳，二弟—^用以提供該初始電壓；以及 接至該第节第有-第三端與-第四端，該第三端耦 4四端_至該接地端。 9.如申凊專利範圖當” s 丄 圍弟項所述之具有越功能的可控 18 1341972 0960045 2355 ltwf.doc/η 式電源裝置，其中該線性穩壓器包括： • 運异放大态，具有一正輸入端、一負輸入端以及一 輸出端’其正輸人輪接至該線性穩壓H之輸入端； 一=電容，其第一端耦接至該運算放大器之輸出端，且 其第至該運算放大器之負輸入端； 第二電阻，具有一第五端與一第六端，該第五端耦 接至該電容之第一端； m 接至:電第有:Γ端與一第，’該第七端搞 其閘 並用 二電壓 第八端 極端叙技""，其汲極端用以接收一第 以接Ξ該第六端，且其源極端轉接至該 如供该可控式電源裝置的輪出電壓。 m 19