TWI599870B - 操作系統及控制方法 - Google Patents

Description

操作系統及控制方法

本發明係有關於一種操作系統，特別是有關於一種可產生不同輸出電壓的操作系統。

電子裝置的內部通常具有許多的電子元件。這些電子元件的操作電壓並不相同。一般而言，不同的元件可能需要不同的操作電壓。然而，習知的電源轉換器只能提供單一輸出電壓。因此，如果要提供多操作電壓予不同的電子元件時，則需設置多個電源轉換器，因而造成元件成本的增加，並且大幅減少電子裝置內部的可用空間。

本發明提供一種操作系統，包括一電壓轉換器、一處理電路以及一保護器。電壓轉換器根據一回授電壓轉換一輸入電壓，用以產生一輸出電壓。處理電路耦接電壓轉換器，並根據一控制信號轉換輸出電壓，用以產生回授電壓。保護器耦接電壓轉換器以及處理電路，並根據回授電壓致能或不致能電壓轉換器。

本發明另提供一種控制方法，包括根據一回授電壓轉換一輸入電壓，用以產生一輸出電壓；根據一控制信號處理該輸出電壓，用以產生該回授電壓；以及偵測該回授電壓。 當該回授電壓大於一參考電壓時，停止轉換該輸入電壓。當該回授電壓不大於該參考電壓時，轉換該輸入電壓。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100A、100B‧‧‧操作系統

110‧‧‧電壓轉換器

120‧‧‧保護器

130、200‧‧‧處理電路

FB‧‧‧回授電壓

VIN‧‧‧輸入電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

EN‧‧‧控制信號

CMP‧‧‧比較器

REF‧‧‧參考電壓

CNT‧‧‧控制信號

140‧‧‧儲能器

150‧‧‧電壓產生器

C‧‧‧電容

ADJ‧‧‧調整信號

R1~R3‧‧‧電阻

210‧‧‧阻抗單元

ND1~ND3‧‧‧節點

GND‧‧‧接地節點

220‧‧‧開關

Q1‧‧‧N型電晶體

S311~S314‧‧‧步驟

第1A及1B圖為本發明之操作系統的示意圖。

第2圖為本發明之處理電路的示意圖。

第3圖為本發明之控制方法的一可能流程圖。

第1A圖為本發明之操作系統的示意圖。如圖所示，操作系統100A包括一電壓轉換器110、一保護器120以及一處理電路130。在一可能實施例中，操作系統100A係為一電源管理積體電路(power management IC)，用以供電予一外部裝置。操作系統100A亦可應用在USB 3.0晶片中，但並非用以限制本發明。

電壓轉換器110根據一回授電壓FB轉換一輸入電壓VIN，用以產生一輸出電壓VOUT。舉例而言，電壓轉換器110根據不同的回授電壓產生不同的輸出電壓。本發明並不限定電壓轉換器110的種類。任何只要能夠根據一回授電壓產生不同的輸出電壓的電路均可作為電壓轉換器110。在一可能實施例中，電壓轉換器110並未具有一內部整合電路(Inter-Integrated Circuit；I2C)介面。在此例中，電壓轉換器110不會根據I2C協定調整輸出電壓VOUT。在一可能實施例，電壓 轉換器110係為一直流轉換器(DC/DC converter)、一脈寬調變積體電路(PWM IC)或是一線性穩壓器(Linear Regulator)。

保護器120耦接於電壓轉換器110以及處理電路130之間，並根據回授電壓FB產生一控制信號EN，用以致能或不致能電壓轉換器110。在本實施例中，保護器120判斷回授電壓FB是否過大。當回授電壓FB過大時，保護器120透過控制信號EN不致能電壓轉換器110。當回授電壓FB並未過大時，保護器120透過控制信號EN致能電壓轉換器110。

在一可能實施例中，保護器120係利用控制信號EN的位準，致能或不致能電壓轉換器110。舉例而言，當控制信號EN被設定為一第一位準時，電壓轉換器110不被致能，當控制信號EN被設定為一第二位準時，電壓轉換器110被致能。第一位準不同於第二位準。在一可能實施例中，第一位準係為高位準，第二位準係為低位準。在另一可實施例中，第一位準係為低位準，第二位準係為高位準。

在本實施例中，保護器120係為一比較器CMP，用以將回授電壓FB與一參考電壓REF作比較，並將比較結果作為控制信號EN。舉例而言，當回授電壓FB大於參考電壓REF時，比較器CMP輸出低位準。此時，電壓轉換器110不被致能。然而，當回授電壓FB不大於參考電壓REF時，比較器CMP輸出高位準，用以致能電壓轉換器110。

由於保護器120在回授電壓FB較高時，不致能電壓轉換器110，故以避免過高的回授電壓觸發電壓轉換器110內部的過壓保護機制(Over Voltage Protect)，因而避免電壓轉換器 110被關閉(shutdown)。

處理電路130耦接電壓轉換器110以及保護器120，並根據一控制信號CNT處理輸出電壓VOUT，用以產生回授電壓FB。在本實施例中，處理電路130根據不同的控制信號產生不同的回授電壓。舉例而言，當控制信號CNT位於一第一位準時，回授電壓FB等於一第一電壓，當控制信號CNT位於一第二位準時，回授電壓FB等於一第二電壓。在本實施例中，第一位準不同於第二位準，第一電壓不同於第二電壓。在一可能實施例中，當第一位準為一高位準或是一低位準時，第二位準為一低位準或是一高位準。另外，第一電壓可能大於第二電壓。

本發明並不限定處理電路130如何處理輸出電壓VOUT。稍後將透過第2圖說明處理電路130的一可能實施例。第1B圖為本發明之操作系統的另一示意圖。第1B圖相似第1A圖，不同之處在於，第1B圖的操作系統100B多了一儲能器140以及一電壓產生器150。如圖所示，儲能器140耦接節點ND1。當電壓轉換器110被致能時，儲能器140根據輸出電壓VOUT而充電。當電壓轉換器110不被致能時，儲能器140供電予節點ND1，用以避免輸出電壓VOUT的位準過低。在本實施例中，儲能器140係為一電容C，但並非用以限制本發明。電容C所儲存的電荷足以使輸出電壓VOUT在一固定時間內高於一特定電壓。該特定電壓足以維持後端的電子元件的運作。

電壓產生器150根據一調整信號ADJ，輸出參考電壓REF。在本實施例中，電壓產生器150對輸入電壓VIN進行分壓，用以產生複數分壓結果，並根據調整信號ADJ，從多個分 壓結果中選擇一者輸出，作為參考電壓REF。在另一可能實施例中，電壓產生器150僅產生單一分壓結果，並直接將該分壓結果作為參考電壓REF。

第2圖為本發明之處理電路的一可能實施例。如圖所示，處理電路200包括電阻R1以及一阻抗單元210。電阻R1與阻抗單元210串聯於節點ND1與接地節點GND之間，用以對輸出電壓VOUT進行分壓。在本實施例中，阻抗單元210的阻值係由控制信號CNT所決定。舉例而言，當控制信號CNT位於一第一位準時，阻抗單元210具有一第一阻值。因此，回授電壓FB等於一第一電壓。當控制信號CNT位於一第二位準時，阻抗單元210具有一第二阻值。因此，回授電壓FB等於一第二電壓。在一可能實施例中，第二阻值小於第一阻值。在此例中，第二電壓小於第一電壓。在其它實施例中，第二阻值可能大於第一阻值，因此，第二電壓大於第一電壓。

阻抗單元210包括電阻R2~R3以及一開關220，但並非用以限制本發明。任何可根據一控制信號的位準，提供不同阻值的電路，均可作為阻抗單元210。在本實施例中，電阻R2耦接於節點ND2與接地節點GND之間。節點ND2輸出回授電壓FB。電阻R3耦接於節點ND2與ND3之間。開關220串聯電阻R3並耦接至接地節點GND，並根據控制信號CNT控制節點ND3的位準。

舉例而言，當控制信號CNT位於一第一位準時，開關220不導通。因此，節點ND3的位準不等於接地節點GND的位準。此時，電阻R1與R2對輸出電壓VOUT進行分壓。因此回 授電壓FB等於第一電壓。然而，當控制信號CNT位於一第二位準時，開關220被導通。因此，節點ND3的位準等於接地節點GND的位準。此時，電阻R2並聯電阻R3，並且回授電壓FB等於第二電壓。

在本實施例中，開關220係為一N型電晶體Q1。N型電晶體Q1的閘極接收控制信號CNT，其輸入端(汲極)耦接節點ND3，其輸出端(源極)耦接接地節點GND。在其它實施例中，開關220亦可替換成P型電晶體。

第3圖為本發明之控制方法的一可能流程圖。在一可能實施例中，本發明的控制方法可應用在USB 3.0晶片中。首先，根據一回授電壓轉換一輸入電壓，用以產生一輸出電壓(步驟S311)。在一可能實施例中，可利用一電壓轉換器處理該輸入電壓。電壓轉換器可能根據不同的回授電壓，轉換輸入電壓，用以產生不同的輸出電壓。

舉例而言，當回授電壓等於第一電壓時，輸出電壓等於一第三電壓。當回授電壓等於一第二電壓時，輸出電壓等於一第四電壓。第一電壓不同於第二電壓，並且第三電壓不同於第四電壓。在一可能實施例中，第一電壓大於第二電壓，並且第三電壓小於第四電壓。本發明並不限定電壓轉換器的種類。在一可能實施例中，電壓轉換器並不具有I2C介面。在另一可能實施例中，電壓轉換器係為一直流轉換器、一脈寬調變積體電路或是一線性穩壓器。

根據一控制信號處理該輸出電壓，用以產生該回授電壓(步驟S312)。在一可能實施例中，步驟S312係對輸出電 壓進行分壓，並將分壓結果作為回授電壓。不同的控制信號可能對應不同的回授電壓。舉例而言，當控制信號為一第一位準時，回授電壓等於一第一電壓，控制信號為一第二位準時，回授電壓等於一第二電壓。第一位準不同於第二位準。舉例而言，當第一位準為一高位準或是一低位準時，則第二位準為低位準或是高位準。另外，第一電壓小於或大於第二電壓。

偵測該回授電壓(步驟S313)。在本實施例中，步驟S313係將回授電壓與一參考電壓相比較。當回授電壓大於參考電壓時，停止轉換該輸入電壓(步驟S314)，並回到步驟S313，繼續偵測該回授電壓。當回授電壓不大於參考電壓時，回到步驟S311，根據回授信號轉換輸入電壓。

由於輸出電壓可能用以驅動許多電子元件，因此，在停止轉換輸入電壓時，可能會造成輸出電壓的位準過低，因而無法正常地驅動電子元件。為了正常供電予電子元件，在其它實施例中，步驟S314更提供一儲存電壓以作為輸出電壓，以維持電子元件的運作。在一可能實施例中，儲存電壓係由一儲能元件所提供。在此例中，當步驟S311產生輸出電壓時，儲能元件便根據輸出電壓而充電，並在輸出電壓低於一最小值時，將本身所儲存的電壓作為輸出電壓。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100A‧‧‧操作系統

110‧‧‧電壓轉換器

120‧‧‧保護器

130‧‧‧處理電路

FB‧‧‧回授電壓

VIN‧‧‧輸入電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

EN‧‧‧控制信號

CMP‧‧‧比較器

REF‧‧‧參考電壓

ND1‧‧‧節點

CNT‧‧‧控制信號

Claims (14)

1. 一種操作系統，包括：一電壓轉換器，根據一回授電壓轉換一輸入電壓，用以產生一輸出電壓；一處理電路，耦接該電壓轉換器，並根據一控制信號處理該輸出電壓，用以產生該回授電壓；以及一保護器，耦接該電壓轉換器以及該處理電路，並根據該回授電壓致能或不致能該電壓轉換器，其中當該回授電壓大於一參考電壓時，該保護器不致能該電壓轉換器，在該電壓轉換器不被致能後，當該回授電壓小於該參考電壓時，該保護器致能該電壓轉換器，使得該電壓轉換器根據該回授電壓轉換該輸入電壓，用以產生該輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，其中當該控制信號位於一第一位準時，該回授電壓等於一第一電壓，當該控制信號位於一第二位準時，該回授電壓等於一第二電壓，該第一位準小於該第二位準，該第一電壓大於該第二電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，其中該處理電路包括：一第一電阻，耦接於一第一節點與一第二節點之間，其中該第一節點接收該輸出電壓，該第二節點輸出該回授電壓；一第二電阻，耦接於該第二節點與一接地節點之間；一第三電阻，耦接於該第二節點與一第三節點之間；以及一電晶體，具有一閘極、一輸入端以及一輸出端，該閘極接收該控制信號，該輸入端耦接該第三節點，該輸出端耦接該 接地節點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，其中當該控制信號為一第一位準時，該輸出電壓等於一第三電壓，當該控制信號為一第二位準時，該輸出電壓等於一第四電壓，該第三電壓不同於該第四電壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，其中該保護器包括：一比較器，比較該回授電壓以及該參考電壓，用以致能或不致能該電壓轉換器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之操作系統，更包括：一電壓產生器，根據一調整信號，輸出該參考電壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，其中該電壓轉換器不具有一內部整合電路(Inter-Integrated Circuit；I2C)介面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，其中該電壓轉換器係為一脈寬調變積體電路。
9. 如申請專利範圍第1項所述之操作系統，更包括：一儲能器，耦接一第一節點，其中當該電壓轉換器被致能時，該儲能器根據該輸出電壓而充電，當該電壓轉換器不被致能時，該儲能器供電予該第一節點。
10. 一種控制方法，包括：根據一回授電壓轉換一輸入電壓，用以產生一輸出電壓；根據一控制信號處理該輸出電壓，用以產生該回授電壓；以及 偵測該回授電壓，其中當該回授電壓大於一參考電壓時，停止轉換該輸入電壓，在停止轉換該輸入電壓後，當該回授電壓不大於該參考電壓時，轉換該輸入電壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之控制方法，其中當該回授電壓等於一第一電壓時，該輸出電壓等於一第三電壓，當該回授電壓等於一第二電壓時，該輸出電壓等於一第四電壓，該第一電壓不同於該第二電壓，該第三電壓不同於該第四電壓。
12. 如申請專利範圍第11項所述之控制方法，其中該第一電壓大於該第二電壓，該第三電壓小於該第四電壓。
13. 如申請專利範圍第10項所述之控制方法，其中當該控制信號位於一第一位準時，該回授電壓等於一第一電壓，當該控制信號位於一第二位準時，該回授電壓等於一第二電壓，該第一位準小於該第二位準，該第一電壓大於該第二電壓。
14. 如申請專利範圍第10項所述之控制方法，更包括：儲存該輸出電壓，用以產生一儲存電壓；以及當停止轉換該輸入電壓時，將該儲存電壓作為該輸出電壓。