TW200812205A - Two step voltage converter - Google Patents

Description

200812205 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 β本發明係關於-種提供電廢的電路，特別是指一種具 有k供兩段式電麼位準的電路。 【先前技術】 隨著各國貿易往來的頻繁，一項產品往往會輸出至世 I各國販售’但因各地氣溫差異頗大，故產品内的積體電 路（integrated circuit，以下簡稱IC)可能受到溫度的影響， 而在某些地區就無法正常運作’因此就需要進一步調整電 路的設計方式。舉一例說明：在正常狀態下，只需提供一 顆1C 1.9伏特的類比電塵就可以使該ic的某一接腳在開機 後達到理想的0.8伏特。但若此^在寒冷的地區（如：北歐 )使用則會因為周遭溫度太低，而使該接腳在開機後的電 壓只有0.35伏特，無法達到理想的〇8伏特。故必需先提 供該ic較高的類比電壓（例如：2 3伏特），以使該扣之接 腳能順利需出0.8伏特’然後等IC運作一段時間(例如：I? 秒）而使整體溫度提高時，再使提供該IC的電壓由2.3伏特 回復到正常的1.9伏特。 而習知提供IC類比電壓的電路大都只能提供一段式的 電壓位準’如：直接將等於輸人電壓VIN㈤輸出電壓 UT輸出，或疋利用一二極體，使輪出電壓ν〇υτ等於 輸入電£ VIN減上二極體的導通電壓。故習知的電路無法 先提供ic 一種位準的電壓，隔一段時間後，再提供ic另 一位準的電壓。 200812205 【發明内容】 因此’本發明的目的之一 電壓位準的電路。 ，在於提供一種能產生兩段 依據本發明之實施例，係揭露一種電壓位準轉換 ，包含有-跨壓單元，用來依據一第一電壓以產生二第二

其中’㈣—電壓之電壓值與該第二電壓之電壓值 實質上不相同；n晶豸，接收該第-電壓；以及一 抆制杈組’耦接至該第一電晶體，用來控制該第一電晶體 之導通狀態；纟中，該控制模組係於_第_時段導通該第 電日日體，使得該第一 f晶體輸出該第一電壓至該電壓位 料換電路之輸該控龍組係於—第二時段關閉該 第一電晶體，使得該跨壓單元輸出該第二電壓至該電壓位 準轉換電路之輸出端。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合苓考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說 明内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 請參閱圖1，圖1為本發明兩段式電壓位準轉換電路之 第一實施例，該兩段式電壓位準轉換電路係包含一控制模 、、且1 ~壓單元2及一第一電晶體Q1及一二極體D。控 制模組1包括一第二電晶體q2及具有一電容c和一電阻R 的充電單元11 ;跨壓單元2具有一第一端和一第二端，且 6 200812205 、刀別耦接於該兩段電壓位準轉 輸入端VIN與該輪出始λ/ηττΓρ 得兴罨路之 屬出％ V0UT，當跨壓單元2 電壓減上第二端的電壓， 乐％的 士 _ _ 大於该跨壓早兀2中的導通電壓 B寸，戎h壓單元2才會被導通 ^ 生一絲。在第-實^1 的兩端會產 幻中’如圖1所示，該跨壓單元2 包含一個二極體21，且兮休颅留—1 且4跨壓早το 2的第一端與第二 別為二極體21的陽朽《^托 y 而刀 幻％極和陰極。但值得注意恭 例t的跨壓簟亓7 + ^ 胃％ 2亦可以複數個串聯在-起的二極體所實 現，此外，在第一杏# Αϊ + 、 隹弟只鈿例中，跨壓單元2中之二極體亦 採用電晶體的方式來實現。 依據本發明之第一實施例，第一電晶體Q1和第二電晶 體Q2係為一種ρ别66雔 。雙载子接面電晶體（bip〇lar juncti〇n transistor，BJT)，且第一電晶體Φ和第二電晶體Q2分別 具!―第—端、一第二端及一控制端’第一端為射極、第 端為木極，而控制端為基極。該第一電晶體Q1的射極與 純分難接於該輸人端VIN與輸出端V⑻τ，而其控制 j極則與該第二電晶體Q2的射極相搞接。此外，該第二 ::二Q2的集極接地’且該電阻尺與該電容c串聯並耦接 =弟二電晶體Q2的基極與集極之間。該二極體D的陰極 乂輪入糙VIN相耦接，而陽極耦接於該電阻R盥該

c的接點。 、 I & 士 /閱圖1，本發明之兩段式電壓位準轉換電路在初始 雯了 “ 〇) ’電容C上不具有電荷，故電容C上的電壓為 "此化第二電晶體Q2成為導通狀態，且第一電晶體⑴ 200812205 亦為導通狀態，由 一曰 、弟一電日日體Q1被控制模組1所導通， 輸入電壓VIN即難士 Μ Λ 叮分通 鮮出佶V 一電晶體91輸出至輸出端νουτ， 具W出值VOUT每餅，人Μ 電曰曰許〇1冰道、只貝 電壓VIN的值，但由於 咚？、’電晶體Q1的射極與集極之間會產生 去;=;Q1被導通時，νουτ的電厂_為彻減 被忽略的。接著= 值很小，通常是可 曰體02丄 Q1，Q2同時被導通時，在電 基極端上係有電流流至充電單元u中的電容c 足=Γ進行充電，經過一時段後，電容。上的電屢 广】《Q1及電晶體印關閉，而進人了第二時段 山… 由於包日曰體Q1被關閉，使得vm經

由一極體21輸出至VOUT，且vrmT L υυι且v〇UT上之電壓為VIN減去 一極體21的導通電壓。經由 义4明可知，本發明之兩段 ^壓位準轉換電路在第—時段時，電晶冑qi及電晶體 Q2為導通狀態，此時νουτ的

日7尾壓貫質上會等於電壓VIN 鱼：著再經由電容C充電後，電晶體Q1及電晶體Q2為轉 ，為關閉狀態，此日夺νουτ的電壓實質上會等於電壓VIN 去二極體21的導通電壓，以達成輪出端卿T具有電壓 轉換之功能。最後’當電源關閉時’該二極體D可以將電 谷C上的電荷放電，使得電路下—次重新 運作。 φ 厂請參閱圖2’圖2為本發明之第-實施例中，兩段式電 錄準轉換電路之輸出4 νουτ的訊號圖及控制模組1中 200812205 之電容c上的電壓兮_ °…圖。由圖中可知，在初始狀態時 (t=0) ’電容c上不且有雷丼,> ^ ^ 0 /、有電何，故電谷C上的電壓為零，當 電晶體Q1及電晶體士、& & Q2成為為導通狀態時，且輸入電壓 VIN設定為2.3伏胜，邮认，Λ 伙特則輸出電壓VOUT也為2·3伏特。待 弟二電晶體Q2之| f+ • y ·對電容C持續充電一段時間（如 • 1·7和）之後’其上的電壓會使第二電晶體以截止，且 一電晶體Q1也會截止，這時 ‘ 才退入第一日τ段，即輪屮雷獻 νουτ的值為第二位準值， 出電£ 丑此弟一位準值等於輸 VIN減上該跨壓單元2 β ',咖+ 導通電壓，而且之後該輸出電壓 UT -直維持在此第二位準值。若卿具有㈣伏特 ::塵的跨塵單元2,則輸咖ν〇υτ即為2.3-。… 另外，值得注意的是，本發明可藉由選擇 通電㈣跨壓單元2或是改變跨料元2所包不“ 21個數來調整第二位準值的大小。此外，藉：極體

和電容°的值可以改變充電單元u的充電時間，二MR 改變輸出電壓V〇UT由第一 進一步 祖旱轉換到第二位準的 請參閱圖3，而本發明兩段式命 了间0 电壓位準轉換電路之笙 季父乜貫施例是包含一跨壓單元2、 <弟二 & 第一電晶體〇1 制模組1，及一二極體D。且該跨壓 Y 、一控 白與弟一實施例類似，故在此不再贅述。 日體Q1 而第二實施例的控制模組i，是包 〜匕從弟二電晶濟 一具有一電容C和一電阻尺的充電單元丨丨’。 Q3、 έ亥第三電晶體Q3是一 η型的勢. )雙載子接面電晶體，且具 9 200812205 有一第一端、一第二端和一批制# &制鳊，而該第一端是集極、 弟一端是射極且控制端是基極。 該第三電晶體Q3的隼極盥兮错 ； 木程與5玄弟-電晶體Q1的基極耦 接，且射極接地。且電阻R盥雷交 氏，、包合C串聯在一起並耦接於 . 該第三電晶體Q3'的基極盥一外農从千γ /、外界的電壓源VDD之間。而 吞亥一^極體D的1%極接到地，且盆…4 • 1其陰極耦接於該電阻R.與該 電容C的接點。 ^ 與第一實施例類似，本發明夕 乂月之兩段式電壓位準轉換電

路在初始狀態時（t=〇)，電容c卜尤良士 + M 电谷L上不具有電荷，故電容c上 的電壓為零，此時第二雷曰辦 才罘一冤曰日體Q3為導通狀態，且第一電晶 驵Q1也為導通狀態，由於第一雷曰辦Pil 乐 电日日體Q1被控制模組Γ所 導通，輸入電壓VIN即藉由第一電晶體Q1輸出至輸出端 out /、輸出值νουτ實質上會等於輸入電壓vin的值 ’但由於電晶體Q1被導通時，電晶體Q1的射極與集極之 間=產生-小跨麼VEC (約略為G 2V，亦可稱作導通電塵）， φ 故貝際上，當第一電晶體Q1被導通時，νουτ的電壓值係 為VIN減去導通電屬Vec，但導通電塵〜的電遷值很小， 通常是可被忽略的。接著，由於電晶體Φ，Q3同時被導通 時’在電晶體Q3的基極端上有電流流至充電單^ n，中的 電谷C，以對電容c進行充電，經過一時段後，電容。上 的电壓足以使得電晶體Q1及電晶體Q3關閉，而進入了第 、々狀心在苐二時段，由於電晶體Q1被關閉，使得 ViN紅由一極體21輸出至V0UT，且VOUT上之電壓為 VIN減去_極體21的導通電屋。經由上述說明可知，本發 10 200812205 明之兩段式電壓位準轉換電路在第_日士 $ +又時，電晶辦 電晶體Q3為導通狀態，此時νουτ的带^ 日、J笔壓實質上备 壓VIN，接著再經由電容c充電後，番日 曰寻於电 日日體Q1及雷曰挪 Q3轉換為關閉狀態，此時ν〇υτ的電壓〜所- 日曰 .VIN減去二極體21的導通電壓，以逵、貝上會等於電壓 建成輪出端VOUT且女 電壓轉換之功能。最後，當電源關閉 /、 τ 磙二極體D可Ϊ、， 將電容C上的電荷放電，使得電路 Tu 正常運作。 人新啟動時能夠 請參閱圖4,而本發明兩段式電壓位準轉換電 較佳實施例是包含一跨壓單元2、一 弟一 乐 電晶體Q1、一批 制模組1”及一二極體D。且該跨壓 工 比你隹一 , 平凡2及弟一電晶體Q1 白”弟一貫施例類似，故在此不再贅述。 而第三實施例的控制模組！，，是包 -電阻R的充電單元U，，。 -有-電容C和 且電阻R與電容C串聯在一起並搞接於該第一電晶體 Q1的控制端與接地電位之間。二極體D的陰極與該輸入端 彻_接，而陽極純於該電阻尺與該電容^的接點。 /、第只％例類似，本發明之兩段式電壓位準轉換電 路在初始狀態時㈣，電容C上不具有電荷，故電以、上 的電麼為零’此時第—電晶體Q1為導通狀態，由於第一電 曰體Q1被&制拉組】，，所導通，輸人電遷V爪即藉由第一 :晶體Q1輸出至輸出端ν〇υτ，其輸出值v〇u丁實質上會 等方、輸入電屋VIN的值，但由於電晶體Qi被導通時，電晶 體Q!的射極與集極之間會產生—小跨屢〜（約略為〇2v 11 200812205 ，亦可稱作導通電壓），故實際上，當第一電晶體Ql被導 通％ ’ VOUT的電壓值係為VIN減去導通電壓VEC，但導通 私£ VEC的電壓值报小，通常是可被忽略的。接著，由於電 晶體Q1被導通時，在電晶體Q1的基極端上有電流流至充 電單元11中的電容C，以對電容C進行充電，經過一時 段後’電容C上的電壓足以使得電晶體Q1關閉，而進入了 第一時段的狀態。在第二時段，由於電晶體Q1被關閉，使 付VIN經由二極體21輸出至ν〇υτ，且ν〇υτ上之電壓為 減去一極體21的導通電壓。經由上述說明可知，本發 =之兩段式電壓位準轉換電路在第—時段時，電晶體⑴為 ;I狀〜、此日守νουτ的電壓實質上會等於電壓VIN，接 :再經由電容C充電後，電晶體Q1為轉換為關閉狀態，此 k VOUT的電壓實質上會等於電Μ彻減去二極體21的導 通電壓、，以達成輸出端ν〇υτ具有電塵轉換之功能。最後 田私源關閉4，該二極體D可以將電容c上的電荷放電 ’使得電路下一次重新啟動時能夠正常運作。 、、τ、口上述，本發明兩段式電壓位準轉換電路利用電容c 被充電時會累積雷為：，Β Μ 卜 、可且於一段％間後因其累積電荷夠多 而使第一電晶體Q1由導通變成不導通，而達到改變輸出電 墨VOUT的目@，因此其可達到產生具有二電壓 出電壓VOUT的目的。 准以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 12 200812205 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明兩段式電壓位準轉換電路之第 施例的電路圖； 圖2是一波形圖，

的兩段電壓位準； 圖3是本發明兩段式 施例的電路圖；及 圖4是本發明 施例的電路圖。 說明輪出電壓隨著時間改 電壓位準轉換電路之第 兩段式電壓位準轉換電路之第 較佳實 而具有 較佳實 較佳實

13 200812205 【主要元件符號說明】 1、Γ、Γ’ 控制模組 Q2 第二電晶體 11 、:11’、11’’充電單元 Q3 第三電晶體 2 跨壓單元 R 電阻 21 二極體 VDD 電壓源 C 電容 VIN 輸入電壓 D 二極體 VOUT 輸出電壓 Q1 第一電晶體

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Claims (1)

1. 200812205 十、申請專利範圍： 1 · 一種電壓位準轉換電路，包含·· 一跨壓單元，用來依據一第_電壓以產生一第二電 壓H該第-電壓之電隸與該第二電壓之電磨值 實質上不相同； 一第一電晶體，接收該第一電壓；以及 -控制模組，耦接至該第一電晶體，用來控制該第

   電晶體之導通狀態； 其中，該控制模組係於一第/時段導通該第一電晶 體使彳f 5亥第一電晶體輪出該第一電壓至該電壓位準轉 換電路之輸出端； 該控制模組係於一第二時段關閉該第_電晶體，使 待忒跨壓單元輸出該第二電壓至該電壓位準轉換電路之 輸出端。 2·如申請專利範圍第丨項所述之電壓位準轉換電路，其中 該控制模組包含： 一第二電晶體，耦接至該第一電晶體，用來控制該 第一電晶體之導通狀態；以及 一充電單元，耦接至該第二電晶體，用來接收一充 電電流以進行充電，以控制該第二電晶體之導通狀態； 其中’該充電單元於該第一時段進行充電，直到該 充電單元上的電壓使該第一及第二電晶體由導通變成關 閉’而進，入第二時段。 •如申請專利範圍第2項所述之電壓位準轉換電路，其中 15 200812205 ，該充電單元包含： 一電阻，耦接至該第二電晶體；以及 一電容，搞接至該電阻與一工作電壓； 其中’該第一時段之時間長度係與該電容之電容值 相對應。 4·如申請專利範圍第3項所述之電壓位準轉換電路，更包 含： 一 一極體’該二極體耦接至該第一電壓及該電容， 用來於該電壓位準轉換電路關閉時，將該電容上所儲存 的電荷進行放電。 5·如申睛專利範圍第2項所述之電壓位準轉換電路，其中 ，該第一電晶體與第二電晶體係為一 p型雙載子接面電 晶體。 6·如申凊專利範圍第5項所述之電壓位準轉換電路，其中 该第二電晶體係控制該第一電晶體之基極端，以控制該 第一電晶體之導通狀態。 7·如申清專利範圍第2項所述之電壓位準轉換電路，其中 ，该第一電晶體係為一 P型雙載子接面電晶體，該第二 電晶體係為一 N型雙載子接面電晶體。 •如申凊專利範圍第7項所述之電壓位準轉換電路，其中 j苐二電晶體係控制該第一電晶體之基極端，以控制該 第一電晶體之導通狀態。 9·如申請專利範圍第1項所述之電壓位準轉換電路，其中 5亥控制模組包括： 16 200812205 一充電單元，耦接至該第一電晶體及一工作電壓， 用來接收一充電電流以進行充電，以控制該第一電晶體 之導通狀態。 10·如申晴專利範圍帛9項所述之電壓位準轉換電路，其中 該充電單元包括： 電阻’耦接至該第一電晶體；以及 一電谷’耗接至該電阻與該工作電壓； 其中，該第一時段之時間長度係與該電容之電容值 相對應。 如申請專利範圍第10項所述之電壓位準轉換電路，更包 含： 一極體’該二極體耦接至該第一電壓及該電容， 用來於該電壓位準轉換電路關閉時，將該電容上所儲存 的電荷進行放電。 12·如申請專利範圍第9項所述之電壓位準轉換電路，其中 ，該第一電晶體係為一 p型雙載子接面電晶體。 1 3 ·如申明專利範圍第丨項所述之電壓位準轉換電路，其中 ’該跨壓單元係為一二極體。 14·如申請專利範圍第13項所述之電壓位準轉換電路，其中 ，該二極體係由一電晶體所實現之。 15·如申請專利範圍第1項所述之電壓位準轉換電路，其令 ’该跨壓單元係由複數個二極體串聯而成。 16.種電壓位準轉換方法，包括以下步驟： 提供一第一電壓； 17 200812205 依據該第一電壓產生一第二電壓； 藉由一第一電晶體接收該第一電壓； 藉由一控制模組控制該電晶體之導通狀態； 於一第一時段，該控制模組導通該第一電晶體，以 輸出该第一電壓；以及 於一第二時段，該控制模組關閉該第一電晶體，以 輸出該第二電壓。 7.如申明專利範圍第丨6項所述之方法，其中，該第一時段 之柃間長度係與該控制模組中之一電容值相對應。 以·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中，依據該第一 電壓產生一第二電壓之步驟係藉由一二極體依據該第一 電壓產生該第二電壓。 A如申請專利範圍第18項所述之方法，其中，該二極體係 由一電晶體所實現之。 ' 20.如申請專利範圍第16項所述之方法，其中，該第二電壓 小於該第一電壓。 21· —種電壓位準轉換電路，具有一輸入端以及一輸出端， 該輸入端接收一第一電壓，該電壓位準轉換電路包含： m具有-第-壓降，純於該輸入端以 及該輸出端之間； 一第二路徑，具有一第 及該輸出端之間；以及 二壓降，耦接於該輸入端以 一控制模組 電壓經由該第一 ，耦接至该第二路徑，肖來控制該第一 路徑或該第二路徑至該輸出端； 18 200812205 其中，該第一壓降之電壓值與該第二壓降之 實質上不相同。 申明專利範圍第2丨項所述之電壓位準轉換電路，其中 ，該控制模組係於一第二時段關閉該第二路徑，使得該 $出端輪出一第二電壓，該第二電壓的電壓值係實質上 等於該第，電壓與該第一壓降的差值。 23·如申清專利範圍第21項所述之電壓位準轉換電路，其中 ’邊控制模組係於一第一時段導通該第二路徑，使得該 2出端輸出一第二電壓，該第二電壓的電壓值係實質上 等於该第一電壓與該第二壓降的差值。 24. 如申請專利範圍第23項所述之電壓位準轉換電路，其中 該控制模組包含： 充電單元，用來接收一充電電流進行充電以產生 一充電電壓； 其中，該控制模組依據該充電電壓以控制該第二路 徑是否導通。 25. 如申請專利範圍第24項所述之電壓位準轉換電路，其中 "亥第日寸段之時間長度係與該控制模組中的該充電單 元相對應。 26. 如申請專利範圍第21項所述之電壓位準轉換電路，其中 該控制模組包含·· 一充電單元，用來接收一充電電流進行充電以產生 一充電電壓； 其中’該控制模組依據該充電電壓以控制該第二路 19 200812205 徑是否導通。 27·如申請專利範圍第 該第一路徑包含一 極體的導通電壓。 28.如申請專利範圍第 該第二路徑包含_ 的導通電屢。 26項所述之電壓位準轉換電路，其中 二極體，*中，該第一壓降係為該二 26項所述之電壓位準轉換電路，其中 開關，其中，該第二壓译係為該開關

   2 9 ·如申凊專利範圍第 該第一路徑包含— 極體的導通電壓。 21項所述之電壓位準轉換電路，其中 二極體，其中，該第-壓降係為該二 π述壓位準轉換電路，j ，其中，該第二壓降係為該β 開關 30·如申請專利範圍第 該第二路徑包含一 的導通電壓。 干得換方法’該方法包括 31· 長:供一弟—路押 ^ k U及一弟二路徑；复中斤 徑具有一第一壓降， 八 该弟 /、中’該第一路經以；^ a— # 係與一輸出端相耦接； 该弟二 接收一第~電麗； 控制該第一雷茂 I、、、1由該第一路徑或是 該輸出端； 給仕弟二路 該輪出端輸出該 該輪出端輸出一 貫質上等於該第 當該第-電壓經由該第二路徑畴 第一電壓；以及 當該第一雷厥彡· · 經由該第一路徑時 第二電壓，其中嗲 ^弟二電壓的電壓信 20 200812205 一電壓與該第一壓降的差值。 32.如申請專利範圍第31項所述之方法，其中，於一第一時 段導通該第二路徑’使得該輪出端輪出、該第一電壓；於 -第二時段關閉該第二路徑，使得該電壓。 ^輸出該第- 33·如申請專利範圍第3 1項所述之方法， /ίΓ，其中 包含： 錢控制 對 電谷裔進行充電以產生一充電 步驟更 電壓； 依據5亥充電電壓以控制該第二路徑是—導 以及 通0

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