TWI868973B

TWI868973B - 自舉式裝置及降壓-升壓轉換器

Info

Publication number: TWI868973B
Application number: TW112138716A
Authority: TW
Inventors: 楊曜瑋
Original assignee: 晶豪科技股份有限公司
Priority date: 2023-10-11
Filing date: 2023-10-11
Publication date: 2025-01-01
Also published as: TW202516838A

Abstract

一種自舉式裝置，用於降壓-升壓轉換器的第一及第二電晶體，自舉式裝置包含第一及第二自舉式電路。第一自舉式電路產生第一自舉電壓，並根據第一切換電壓、第一電晶體的源極端的電壓準位及第一自舉電壓間的變化，決定是否根據直流輸入電壓、直流輸出電壓及第二自舉電壓中的至少一者進行充電，第二自舉式電路產生第二自舉電壓，並根據第二切換電壓、第二電晶體的源極端的電壓準位及第二自舉電壓間的變化，決定是否根據直流輸入電壓、直流輸出電壓及第一自舉電壓中的至少一者進行充電。藉此，本發明自舉式裝置能快速且有效率的對自舉電容進行充電。

Description

自舉式裝置及降壓-升壓轉換器

本發明係關於一種裝置及轉換器，特別是指一種自舉式裝置及降壓-升壓轉換器。

參閱圖1，現有降壓-升壓轉換器(buck-boost converter)1包括四個電晶體11、12、13、14，及四個預先驅動器15、16、17、18。當降壓-升壓轉換器1操作於降壓模式(buck mode)時，電晶體11、13分別受預先驅動器15、16控制而在導通與不導通間切換，電晶體12受預先驅動器17控制而持續導通，且電晶體14受預先驅動器18控制而持續不導通。當降壓-升壓轉換器1操作於升壓模式(boost mode)時，電晶體11受預先驅動器15控制而持續導通，電晶體13受預先驅動器16控制而持續不導通，且電晶體12、14分別受預先驅動器17、18控制而在導通與不導通間切換。

操作於降壓模式或升壓模式時，由於電晶體11、12的汲極電壓分別為輸入電壓V _in及輸出電壓V _out，其在電路内為較高的電壓，若要使電晶體11、12操作時完全導通，則電晶體11、12各自必須有充分的閘源極電壓，也就是電晶體11、12各自的閘源極電壓必須高於自身的汲極電壓，因此必須準備比汲極電壓還高之自舉電壓V _bst1、V _bst2來提供給預先驅動器15、17，使預先驅動器15、17所產生用來控制電晶體11、12導通的控制信號的電壓大小得以高於所對應的汲極電壓，而用於產生自舉電壓V _bst1、V _bst2的便是自舉式(bootstrap)裝置，如圖1符號2所示。

現有自舉式裝置2包括一產生穩壓電壓的線性穩壓器21、二個自舉電容C _bs1、C _bs2及其他元件。自舉電容C _bs1具有一用於提供自舉電壓V _bst1的第一端，及一耦接電晶體11之源極端n1的第二端。自舉電容C _bs2具有一用於提供自舉電壓V _bst2的第一端，及一耦接電晶體12之源極端n2的第二端。當降壓-升壓轉換器1操作於降壓模式時，自舉電容C _bs2必須接收來自線性穩壓器21之穩壓電壓的電流進行充電，才可持續提供足夠的自舉電壓V _bst2給預先驅動器17來控制電晶體12持續導通。然而，由於自舉電容C _bs2的第二端耦接電晶體12之源極端n2，在降壓模式時，電晶體12之源極端n2的電壓等於輸出電壓V _out，並且讓自舉電容C _bs2上的第一端的電壓(即，自舉電壓V _bst2)被箝位到一電壓位階V _out _’(即，此時V _bst2=V _out _’=V _Cbs2+V _out，其中，V _Cbs2代表自舉電容C _bs2的跨壓)，導致自舉電容C _bs2無法接收來自線性穩壓器21之穩壓電壓(V _LVDD)的電流以進行充電(因此時穩壓電壓小於自舉電容C _bs2上的第一端的電壓，即V _LVDD＜V _bst2(=V _out _’))，因此必須藉由一外部控制電路週期性將電晶體12之源極端n2的電壓下拉，以使自舉電容C _bs2的第一端的電壓從電壓位階V _out _’箝位回到原本的自舉電壓V _bst2(此時，自舉電容C _bs2的第一端的電壓小於電壓位階V _out _’，即V _bst2＜V _out _’)。當線性穩壓器21所產生之穩壓電壓(V _LVDD)大於自舉電容C _bs2的第一端的電壓時(即，V _LVDD＞V _bst2)，則自舉電容C _bs2可接收來自線性穩壓器21之穩壓電壓的電流以進行充電。同理，當降壓-升壓轉換器1操作於升壓模式時，也須藉由外部控制電路週期性將電晶體11之源極端n1的電壓下拉，以使自舉電容C _bs1的第一端的電壓從輸入電壓V _in的電壓位階(V _in)箝位回到原本的自舉電壓V _bst1。當線性穩壓器21之穩壓電壓(V _LVDD)大於自舉電容C _bs1的第一端的電壓時(即，V _LVDD＞V _bst1)，則自舉電容C _bs1可接收來自線性穩壓器21之穩壓電壓的電流以進行充電，如此才可持續提供足夠的自舉電壓V _bst1給預先驅動器15來控制電晶體11持續導通。因此，現有自舉式裝置2無法較有效率的提供自舉電容C _bs1、C _bs2充電電流。

因此，本發明的目的，即在提供一種能較有效率對自舉電容充電的自舉式裝置，以解決現有技術必須藉由外部控制電路下拉自舉電容一端的電壓後才可進行充電，造成現有自舉式裝置無法較有效率對自舉電容充電的問題。

於是，本發明自舉式裝置，適用於降壓-升壓轉換器，降壓-升壓轉換器根據直流輸入電壓產生直流輸出電壓，且包括作為上側開關的第一電晶體及第二電晶體。自舉式裝置包含第一自舉式電路，及第二自舉式電路。

第一自舉式電路用於產生第一自舉電壓，以控制第一電晶體的閘極電壓大於第一參考電壓，且接收直流輸入電壓、直流輸出電壓及第二自舉電壓，並耦接第一電晶體的源極端。第一自舉式電路根據第一切換電壓、第一電晶體的源極端的電壓準位及第一自舉電壓間電壓差的變化是否大於臨界電壓，以決定是否根據直流輸入電壓、直流輸出電壓及第二自舉電壓中的至少一者進行充電，以致第一自舉電壓維持在可用於控制第一電晶體的閘極電壓大於第一參考電壓。

第二自舉式電路接收直流輸入電壓及直流輸出電壓，且耦接第一自舉式電路以接收第一自舉電壓，及耦接第二電晶體的源極端。第二自舉式電路用於產生第二自舉電壓，以控制第二電晶體的閘極電壓大於第二參考電壓，且將第二自舉電壓輸出至第一自舉式電路。第二自舉式電路根據第二切換電壓、第二電晶體的源極端的電壓準位及第二自舉電壓間電壓差的變化是否大於臨界電壓，以決定是否根據直流輸入電壓、直流輸出電壓及第一自舉電壓中的至少一者進行充電，以致第二自舉電壓維持在可用於控制第二電晶體的閘極電壓大於第二參考電壓。

本發明降壓-升壓轉換器包含第一至第四電晶體、如先前所述之自舉式裝置，及預先驅動電路。

第一電晶體具有一用於接收直流輸入電壓的汲極端、一源極端，及一閘極端。第二電晶體具有一用於輸出直流輸出電壓的汲極端、一源極端，及一閘極端。第三電晶體具有一耦接第一電晶體的源極端的汲極端、一接地的源極端，及一閘極端。第四電晶體具有一耦接第二電晶體的源極端的汲極端、一接地的源極端，及一閘極端。

預先驅動電路耦接第一至第四電晶體的閘極端，用於控制第一至第四電晶體導通或不導通，及耦接自舉式裝置以接收第一與第二自舉電壓，並根據第一自舉電壓控制第一電晶體的閘極電壓大於第一參考電壓，及根據第二自舉電壓控制第二電晶體的閘極電壓大於第二參考電壓。

本發明的功效在於：第一自舉式電路可直接根據第一切換電壓、第一電晶體的源極端的電壓準位及第一自舉電壓間電壓差的變化是否大於臨界電壓，以快速決定是否根據直流輸入電壓、直流輸出電壓及第二自舉電壓中的至少一者進行充電，且第二自舉式電路可直接根據第二切換電壓、第二電晶體的源極端的電壓準位及第二自舉電壓間電壓差的變化是否大於臨界電壓，以快速決定是否根據直流輸入電壓、直流輸出電壓及第一自舉電壓中的至少一者進行充電，因此不需如現有自舉式裝置須額外藉由外部控制電路週期性將電晶體之源極端的電壓下拉後才能對自舉電容充電，進而使本發明自舉式裝置達到較有效率對自舉電容充電的功效。

本發明將透過下述的實施例和所附之圖式來詳細說明本發明的內容，藉以幫助本發明技術領域中具有通常知識者理解本發明之目的、特徵及其功效。應注意的是，整個說明書中使用了某些術語來指代特定的部件。如本領域技術人員所認識到的，製造商可以通過不同的名稱來引用組件。在下面的描述和申請專利範圍中，術語「包括」和「包含」以開放式的方式使用，因此不應被解釋為諸如「由...組成」的封閉式術語。另外，術語「耦接」旨在表示間接或直接的電連接。因此，如果一個設備耦接到另一個設備，則此連接可以通過直接電連接，或者通過經由其他設備和連接的間接電連接。此外，在本發明所述的內容中，諸如“第一”、“第二”和“第三”等用語是用以區分元件之間的不同，而不是用以限制元件本身或表示元件的特定排序。

參閱圖2，說明包含本發明自舉式裝置3的降壓-升壓轉換器4。降壓-升壓轉換器4根據直流輸入電壓V _IN產生直流輸出電壓V _OUT。降壓-升壓轉換器4還包含第一至第四電晶體41、42、43、44、第一至第四預先驅動器45、46、47、48，及電感49。第一至第四預先驅動器45、46、47、48作為一預先驅動電路。降壓-升壓轉換器4可以操作於降壓模式、升壓模式以及升降壓模式，且操作方式與降壓-升壓轉換器1(見圖1)相同，此為熟悉本技術領域之通常知識者所熟知，故於此不再贅述。自舉式裝置3產生第一與第二自舉電壓V _BST1、V _BST2，用於提升第一與第二電晶體41、42的閘極端的電壓準位。

第一電晶體41具有一用於接收直流輸入電壓V _IN的汲極端、一源極端N1，及一閘極端。第二電晶體42具有一用於輸出直流輸出電壓V _OUT的汲極端、一源極端N2，及一閘極端。第三電晶體43具有一耦接第一電晶體41的源極端N1的汲極端、一接地的源極端，及一閘極端。第四電晶體44具有一耦接第二電晶體42的源極端N2的汲極端、一接地的源極端，及一閘極端。在本實施例中，第一至第四電晶體41、42、43、44各自為一N型金氧半場效電晶體。第一與第二電晶體41、42作為上側開關，第三與第四電晶體43、44作為下側開關。電感49耦接於第一電晶體41的源極端N1與第二電晶體42的源極端N2之間。

第一至第四預先驅動器45、46、47、48的輸出端分別耦接第一至第四電晶體41、42、43、44的閘極端，用於根據降壓-升壓轉換器4的操作模式(即降壓模式、升壓模式或降升壓模式)控制第一至第四電晶體41、42、43、44導通或不導通。第一預先驅動器45接收一外部控制信號C1，且還耦接自舉式裝置3以接收第一自舉電壓V _BST1，及耦接第一電晶體41的源極端N1。第一預先驅動器45根據外部控制信號C1、第一自舉電壓V _BST1及第一電晶體41的源極電壓，調節第一電晶體41的閘極電壓(即提升第一電晶體41的閘極端的電壓準位)，以於降壓-升壓轉換器4操作在升壓模式時，控制第一電晶體41的閘極電壓持續大於第一參考電壓(即，第一電晶體41的源極電壓與第一臨界電壓之和)，以使第一電晶體41受第一預先驅動器45控制而持續導通。第二預先驅動器46根據外部控制信號C2、第二自舉電壓V _BST2及第二電晶體42的源極電壓，調節第二電晶體42的閘極電壓(即提升第二電晶體42的閘極端的電壓準位)，以於降壓-升壓轉換器4操作在降壓模式時，控制第二電晶體42的閘極電壓持續大於第二參考電壓(即，第二電晶體42的源極電壓與第二臨界電壓之和)，以使第二電晶體42受第二預先驅動器46控制而持續導通。

需注意的是，本發明著重於自舉式裝置3如何較有效率的持續提供穩定的第一與第二自舉電壓V _BST1、V _BST2，用於分別提升第一與第二電晶體41、42的閘極端的電壓準位，以解決現有技術中提到的問題，因此本實施例第一至第四預先驅動器45、46、47、48的配置及決定何時使第一至第四電晶體41、42、43、44從導通切換至不導通的操作，此為熟悉本技術領域之通常知識者所熟知，為求簡潔起見，於此不贅述。在此請注意，本發明公開的自舉式裝置3不限於應用於如圖2所示的降壓-升壓轉換器4。

自舉式裝置3包括第一自舉式電路31，及第二自舉式電路32。

第一自舉式電路31用於產生第一自舉電壓V _BST1，以控制第一電晶體41的閘極電壓大於第一參考電壓，且接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2，並耦接第一電晶體41的源極端N1。第一自舉式電路31根據第一切換電壓V _S1、第一電晶體41的源極端N1的電壓準位及第一自舉電壓V _BST1間電壓差的變化是否大於自舉電晶體310的臨界電壓(threshold voltage)Vt，以決定是否根據直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2中的至少一者進行充電，以致第一自舉電壓V _BST1維持在可用於控制第一電晶體41的閘極電壓大於第一參考電壓。需說明的是，第一自舉電壓V _BST1會隨第一電晶體41的導通而逐漸減少，故第一自舉式電路31需進行充電以使第一自舉電壓V _BST1保持在一定的電壓。

第二自舉式電路32接收直流輸入電壓V _IN及直流輸出電壓V _OUT，且耦接第一自舉式電路31以接收第一自舉電壓V _BST1，及耦接第二電晶體42的源極端N2。第二自舉式電路32用於產生第二自舉電壓V _BST2，以控制第二電晶體42的閘極電壓大於第二參考電壓，且將第二自舉電壓V _BST2輸出至第一自舉式電路31。第二自舉式電路32根據第二切換電壓V _S2、第二電晶體42的源極端N2的電壓準位及第二自舉電壓V _BST2間電壓差的變化是否大於自舉電晶體320的臨界電壓Vt，以決定是否根據直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第一自舉電壓V _BST1中的至少一者進行充電，以致第二自舉電壓V _BST2維持在可用於控制第二電晶體42的閘極電壓大於第二參考電壓。需說明的是，第二自舉電壓V _BST2會隨第二電晶體42的導通而逐漸減少，故第二自舉式電路32需進行充電以使第二自舉電壓V _BST2保持在一定的電壓。

進一步參閱圖3，是根據本發明實施例的第一自舉式電路31的示意圖。第一自舉式電路31包括自舉電晶體310、自舉電容311、箝位電路312、第一至第三充電電路313、314、315，及驅動單元316。

自舉電晶體310具有一第一端、一輸出第一自舉電壓V _BST1的第二端，及一控制端。自舉電晶體310的控制端的電壓準位作為第一切換電壓V _S1。自舉電晶體310為一N型金氧半場效電晶體，其中汲極、源極及閘極分別作為自舉電晶體310的第一端、第二端及控制端。自舉電容311耦接於自舉電晶體310的第二端與第一電晶體41的源極端N1之間。第一自舉電壓V _BST1為浮動電壓。

箝位電路312耦接於自舉電晶體310的控制端與自舉電容311的第二端之間。箝位電路312用以維持自舉電容311的第二端與自舉電晶體310的控制端之間的一電位差，又自舉電容311的第二端的電壓非定值，因此第一切換電壓V _S1為浮動電壓。箝位電路312具體可以是本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知悉的成品，其可以例如是包括多個箝位電晶體，其中多個箝位電晶體的每一者是由二極體形式電晶體來實現。舉例來說，多個箝位電晶體的每一者的閘極端與汲極端彼此耦接，且多個箝位電晶體彼此串聯。

第一充電電路313用於接收直流輸入電壓V _IN，且耦接自舉電晶體310的第一端，並能根據直流輸入電壓V _IN產生第一充電電流並輸出至自舉電晶體310的第一端。第二充電電路314用於接收直流輸出電壓V _OUT，且耦接自舉電晶體310的第一端，並能根據直流輸出電壓V _OUT產生第二充電電流並輸出至自舉電晶體310的第一端。第三充電電路315用於接收第二自舉電壓V _BST2，且耦接自舉電晶體310的第一端，並能根據第二自舉電壓V _BST2產生第三充電電流並輸出至自舉電晶體310的第一端。在本實施例中，第一至第三充電電路313、314、315各自具有一蕭特基二極體D1，但不限於此。於第一至第三充電電路313、314、315的每一者中，蕭特基二極體D1的陽極用於接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2中的一對應者，且蕭特基二極體D1的陰極耦接自舉電晶體310的第一端。

驅動單元316耦接自舉電晶體310的控制端，且用於接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2，並據以提供驅動電流至自舉電晶體310的控制端。驅動單元316包括第一至第三驅動電路317、318、319。第一至第三驅動電路317、318、319分別接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2，且第一至第三驅動電路317、318、319耦接自舉電晶體310的控制端。第一至第三驅動電路317、318、319中的每一者具有串聯連接的電流源S1與蕭特基二極體D2。於第一至第三驅動電路317、318、319的每一者中，電流源S1用於接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2中的一對應者。蕭特基二極體D2的陽極耦接電流源S1，且蕭特基二極體D2的陰極耦接自舉電晶體310的控制端。

根據公開於本實施例的第一自舉式電路31，自舉電容311可以在以下的狀態充電：當第一切換電壓V _S1減掉第一電晶體41的源極端N1的電壓準位而得的電壓值V1，與第一自舉電壓V _BST1減掉第一電晶體41的源極端N1的電壓準位而得的電壓值V2相減大於自舉電晶體310的臨界電壓Vt時(即，V1-V2＞Vt)，自舉電晶體310導通。此時，當直流輸入電壓V _IN減掉所對應的蕭特基二極體D1的跨壓V _D1及減掉自舉電晶體310的汲極-源極跨壓V _X1大於第一自舉電壓V _BST1時(即，V _IN-V _D1-V _X1＞V _BST1)，第一充電電流對自舉電容311充電；當直流輸出電壓V _OUT減掉所對應的蕭特基二極體D1的跨壓V _D1及減掉自舉電晶體310的汲極-源極跨壓V _X1大於第一自舉電壓V _BST1時(即，V _OUT-V _D1-V _X1＞V _BST1)，第二充電電流對自舉電容311充電；當第二自舉電壓V _BST2減掉所對應的蕭特基二極體D1的跨壓V _D1及減掉自舉電晶體310的汲極-源極跨壓V _X1大於第一自舉電壓V _BST1時(即，V _BST2-V _D1-V _X1＞V _BST1)，第三充電電流對自舉電容311充電，以致第一自舉電壓V _BST1維持在可用於控制第一電晶體41的閘極電壓大於第一參考電壓。

進一步參閱圖4，是根據本發明實施例的第二自舉式電路32的示意圖。第二自舉式電路32包括自舉電晶體320、自舉電容321、箝位電路322、第一至第三充電電路323、324、325，及驅動單元326。

自舉電晶體320具有一第一端、一輸出第二自舉電壓V _BST2的第二端，及一控制端。自舉電晶體320的控制端的電壓準位作為第二切換電壓V _S2。自舉電晶體320為一N型金氧半場效電晶體，其中汲極、源極及閘極分別作為自舉電晶體320的第一端、第二端及控制端。自舉電容321耦接於自舉電晶體320的第二端與第二電晶體42的源極端N2之間。第二自舉電壓V _BST2為浮動電壓。

箝位電路322耦接於自舉電晶體320的控制端與自舉電容321的第二端之間，箝位電路322用以維持自舉電容321的第二端與自舉電晶體320的控制端之間的一電位差，又自舉電容321的第二端的電壓非定值，因此第二切換電壓V _S2為浮動電壓。箝位電路322具體可以是本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知悉的成品，其可以例如是包括多個箝位電晶體，其中多個箝位電晶體的每一者是由二極體形式電晶體來實現。舉例來說，多個箝位電晶體的每一者的閘極端與汲極端彼此耦接，且多個箝位電晶體彼此串聯。

第一充電電路323用於接收直流輸入電壓V _IN，且耦接自舉電晶體320的第一端，並能根據直流輸入電壓V _IN產生另一第一充電電流並輸出至自舉電晶體320的第一端。第二充電電路324用於接收直流輸出電壓V _OUT，且耦接自舉電晶體320的第一端，並能根據直流輸出電壓V _OUT產生另一第二充電電流並輸出至自舉電晶體320的第一端。第三充電電路325用於接收第一自舉電壓V _BST1，且耦接自舉電晶體320的第一端，並能根據第一自舉電壓V _BST1產生另一第三充電電流並輸出至自舉電晶體320的第一端。在本實施例中，第一至第三充電電路323、324、325各自具有一蕭特基二極體D3，但不限於此。於第一至第三充電電路323、324、325的每一者中，蕭特基二極體D3的陽極用於接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST1中的一對應者，且蕭特基二極體D1的陰極耦接自舉電晶體320的第一端。

驅動單元326耦接自舉電晶體320的控制端，且用於接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第一自舉電壓V _BST1，並據以提供驅動電流至自舉電晶體320的控制端。驅動單元326包括第一至第三驅動電路327、328、329。第一至第三驅動電路327、328、329分別接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第一自舉電壓V _BST1，且第一至第三驅動電路327、328、329耦接自舉電晶體320的控制端。第一至第三驅動電路327、328、329中的每一者具有串聯連接的電流源S2與蕭特基二極體D4。於第一至第三驅動電路327、328、329的每一者中，電流源S2用於接收直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第一自舉電壓V _BST1中的一對應者。蕭特基二極體D4的陽極耦接電流源S2，且蕭特基二極體D4的陰極耦接自舉電晶體320的控制端。

根據公開於本實施例的第二自舉式電路32，自舉電容321可以在以下的狀態充電：當第二切換電壓V _S2減掉第二電晶體42的源極端N2的電壓準位而得的電壓值V3，與第二自舉電壓V _BST2減掉第二電晶體42的源極端N2的電壓準位而得的電壓值V4相減大於自舉電晶體320的臨界電壓Vt時(即，V3-V4＞Vt)，自舉電晶體320導通。此時，當直流輸入電壓V _IN減掉所對應的蕭特基二極體D3的跨壓V _D3及減掉自舉電晶體320的汲極-源極跨壓V _X2大於第二自舉電壓V _BST2時(即，V _IN-V _D3-V _X2＞V _BST2)，另一第一充電電流對自舉電容321充電；當直流輸出電壓V _OUT減掉所對應的蕭特基二極體D3的跨壓V _D3及減掉自舉電晶體320的汲極-源極跨壓V _X2大於第二自舉電壓V _BST2時(即，V _OUT-V _D3-V _X2＞V _BST2)，另一第二充電電流對自舉電容321充電；當第一自舉電壓V _BST1減掉所對應的蕭特基二極體D3的跨壓V _D3及減掉自舉電晶體320的汲極-源極跨壓V _X2大於第二自舉電壓V _BST2時(即，V _BST1-V _D3-V _X2＞V _BST2)，另一第三充電電流對自舉電容321充電，以致第二自舉電壓V _BST2維持在可用於控制第二電晶體42的閘極電壓大於第二參考電壓。

綜上所述，由於本發明自舉式裝置3可直接根據第一切換電壓V _S1、第一電晶體41的源極端N1的電壓準位及第一自舉電壓V _BST1間電壓差的變化，隨時決定是否根據直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第二自舉電壓V _BST2中的至少一者的電流對自舉電容311進行充電，且可直接根據第二切換電壓V _S2、第二電晶體42的源極端N2的電壓準位及第二自舉電壓V _BST2間電壓差的變化，隨時決定是否根據直流輸入電壓V _IN、直流輸出電壓V _OUT及第一自舉電壓V _BST1中的至少一者的電流對自舉電容321進行充電，因此不需如現有自舉式裝置須額外藉由外部控制電路週期性將電晶體之源極端的電壓下拉後才能對自舉電容充電，如此一來，本發明自舉式裝置3具有較有效率的對自舉電容311、321充電之功效。此外，第一自舉式電路31會將第一自舉電壓V _BST1提供給第二自舉式電路32，且第二自舉式電路32會將第二自舉電壓V _BST2提供給第一自舉式電路31，如此本發明自舉式裝置3更具有電荷分享機制且可用於對自舉電容311、321進行充電，以使第一與第二自舉電壓V _BST1、V _BST2可保持在一定的電壓，進而能減少無法對自舉電容311、321進行充電的情況發生，相較於現有自舉式裝置，本發明自舉式裝置3還具有較好的充電能力。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:降壓-升壓轉換器 11、12、13、14:電晶體 15、16、17、18:預先驅動器 2:自舉式裝置 21:線性穩壓器 3:自舉式裝置 31:第一自舉式電路 310:自舉電晶體 311:自舉電容 312:箝位電路 313、314、315:第一至第三充電電路 316:驅動單元 317、318、319:第一至第三驅動電路 32:第二自舉式電路 320:自舉電晶體 321:自舉電容 322:箝位電路 323、324、325:第一至第三充電電路 326:驅動單元 327、328、329:第一至第三驅動電路 4:降壓-升壓轉換器 41、42、43、44:第一至第四電晶體 45、46、47、48:第一至第四預先驅動器 49:電感 C1:外部控制信號 C2:外部控制信號 C _bs1、C _bs2:自舉電容 D1、D2、D3、D4:蕭特基二極體 n1、n2:電晶體的源極端 N1:第一電晶體的源極端 N2:第二電晶體的源極端 S1、S2:電流源 V _bst1、V _bst2:自舉電壓 V _BST1、V _BST2:第一與第二自舉電壓 V _in:輸入電壓 V _IN:直流輸入電壓 V _out:輸出電壓 V _OUT:直流輸出電壓 V _S1、V _S2:第一與第二切換電壓 V _X1、V _X2:自舉電晶體的汲極-源極跨壓

圖1是一電路方塊圖，說明現有用於降壓-升壓轉換器之自舉式裝置；圖2是一電路方塊圖，說明應用本發明自舉式裝置的降壓-升壓轉換器的一實施例；圖3是一電路方塊圖，說明該實施例的第一自舉式電路；及圖4是一電路方塊圖，說明該實施例的第二自舉式電路。

3:自舉式裝置

31:第一自舉式電路

32:第二自舉式電路

4:降壓-升壓轉換器

41、42、43、44:第一至第四電晶體

45、46、47、48:第一至第四預先驅動器

49:電感

C1:外部控制信號

C2:外部控制信號

N1:第一電晶體的源極端

N2:第二電晶體的源極端

V_IN:直流輸入電壓

V_OUT:直流輸出電壓

V_BST1、V_BST2:第一與第二自舉電壓

Claims

一種自舉式裝置，適用於一降壓-升壓轉換器，該降壓-升壓轉換器根據一直流輸入電壓產生一直流輸出電壓，且包括作為上側開關的一第一電晶體及一第二電晶體，該自舉式裝置包含：一第一自舉式電路，用於產生一第一自舉電壓，且接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及一第二自舉電壓，並耦接該第一電晶體的一源極端，該第一自舉式電路根據一第一切換電壓、該第一電晶體的該源極端的電壓準位及該第一自舉電壓間電壓差的變化是否大於一臨界電壓，以決定是否根據該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓中的至少一者進行充電，以致該第一自舉電壓維持在可用於控制該第一電晶體的一閘極電壓大於一第一參考電壓；及一第二自舉式電路，接收該直流輸入電壓及該直流輸出電壓，且耦接該第一自舉式電路以接收該第一自舉電壓，及耦接該第二電晶體的一源極端，該第二自舉式電路用於產生該第二自舉電壓，且將該第二自舉電壓輸出至該第一自舉式電路，該第二自舉式電路根據一第二切換電壓、該第二電晶體的該源極端的電壓準位及該第二自舉電壓間電壓差的變化是否大於該臨界電壓，以決定是否根據該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓中的至少一者進行充電，以致該第二自舉電壓維持在可用於控制該第二電晶體的一閘極電壓大於一第二參考電壓。
如請求項1所述的自舉式裝置，其中，該第一自舉式電路包括，一自舉電晶體，具有一第一端、一輸出該第一自舉電壓的第二端，及一控制端，該自舉電晶體的該控制端的電壓準位作為該第一切換電壓，一自舉電容，耦接於該自舉電晶體的該第二端與該第一電晶體的該源極端之間，一箝位電路，耦接於該自舉電晶體的該控制端與該自舉電容的該第二端之間，該箝位電路用以維持該自舉電容的該第二端與該自舉電晶體的該控制端之間的一電位差，一第一充電電路，用於接收該直流輸入電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸入電壓產生一第一充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第二充電電路，用於接收該直流輸出電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸出電壓產生一第二充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第三充電電路，用於接收該第二自舉電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該第二自舉電壓產生一第三充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，及一驅動單元，耦接該自舉電晶體的該控制端，且用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓，並據以提供一驅動電流至該自舉電晶體的該控制端。
如請求項2所述的自舉式裝置，其中，該等第一至第三充電電路各自具有一蕭特基二極體，該蕭特基二極體的陽極用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓中的一對應者，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該第一端。
如請求項2所述的自舉式裝置，其中，該驅動單元包括第一至第三驅動電路，該等第一至第三驅動電路分別接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓，且該等第一至第三驅動電路耦接該自舉電晶體的該控制端。
如請求項4所述的自舉式裝置，其中，該等第一至第三驅動電路中的每一者具有串聯連接的一電流源與一蕭特基二極體，該電流源用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓中的一對應者，該蕭特基二極體的陽極耦接該電流源，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該控制端。
如請求項1所述的自舉式裝置，其中，該第二自舉式電路包括，一自舉電晶體，具有一第一端、一輸出該第二自舉電壓的第二端，及一控制端，該自舉電晶體的該控制端的電壓準位作為該第二切換電壓，一自舉電容，耦接於該自舉電晶體的該第二端與該第二電晶體的該源極端之間，一箝位電路，耦接於該自舉電晶體的該控制端與該自舉電容的該第二端之間，該箝位電路用以維持該自舉電容的該第二端與該自舉電晶體的該控制端之間的一電位差，一第一充電電路，用於接收該直流輸入電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸入電壓產生一第一充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第二充電電路，用於接收該直流輸出電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸出電壓產生一第二充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第三充電電路，用於接收該第一自舉電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該第一自舉電壓產生一第三充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，及一驅動單元，耦接該自舉電晶體的該控制端，且用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓，並據以提供一驅動電流至該自舉電晶體的該控制端。
如請求項6所述的自舉式裝置，其中，該等第一至第三充電電路各自具有一蕭特基二極體，該蕭特基二極體的陽極用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓中的一對應者，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該第一端。
如請求項6所述的自舉式裝置，其中，該驅動單元包括第一至第三驅動電路，該等第一至第三驅動電路分別接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓，且該等第一至第三驅動電路耦接該自舉電晶體的該控制端。
如請求項8所述的自舉式裝置，其中，該等第一至第三驅動電路中的每一者具有串聯連接的一電流源與一蕭特基二極體，該電流源用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓中的一對應者，該蕭特基二極體的陽極耦接該電流源，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該控制端。
一種降壓-升壓轉換器，包含：一第一電晶體，具有一用於接收一直流輸入電壓的汲極端、一源極端，及一閘極端；一第二電晶體，具有一用於輸出一直流輸出電壓的汲極端、一源極端，及一閘極端；一第三電晶體，具有一耦接該第一電晶體的該源極端的汲極端、一接地的源極端，及一閘極端；一第四電晶體，具有一耦接該第二電晶體的該源極端的汲極端、一接地的源極端，及一閘極端；如請求項1所述的自舉式裝置；及一預先驅動電路，耦接該等第一至第四電晶體的該等閘極端，用於控制該等第一至第四電晶體導通或不導通，及耦接該自舉式裝置以接收該等第一與第二自舉電壓，並根據該第一自舉電壓控制該第一電晶體的該閘極電壓大於該第一參考電壓，及根據該第二自舉電壓控制該第二電晶體的該閘極電壓大於該第二參考電壓。
如請求項10所述的降壓-升壓轉換器，其中，該第一自舉式電路包括，一自舉電晶體，具有一第一端、一輸出該第一自舉電壓的第二端，及一控制端，該自舉電晶體的該控制端的電壓準位作為該第一切換電壓，一自舉電容，耦接於該自舉電晶體的該第二端與該第一電晶體的該源極端之間，一箝位電路，耦接於該自舉電晶體的該控制端與該自舉電容的該第二端之間，該箝位電路用以維持該自舉電容的該第二端與該自舉電晶體的該控制端之間的一電位差，一第一充電電路，用於接收該直流輸入電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸入電壓產生一第一充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第二充電電路，用於接收該直流輸出電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸出電壓產生一第二充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第三充電電路，用於接收該第二自舉電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該第二自舉電壓產生一第三充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，及一驅動單元，耦接該自舉電晶體的該控制端，且用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓，並據以提供一驅動電流至該自舉電晶體的該控制端。
如請求項11所述的降壓-升壓轉換器，其中，該等第一至第三充電電路各自具有一蕭特基二極體，該蕭特基二極體的陽極用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓中的一對應者，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該第一端。
如請求項11所述的降壓-升壓轉換器，其中，該驅動單元包括第一至第三驅動電路，該等第一至第三驅動電路分別接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓，且該等第一至第三驅動電路耦接該自舉電晶體的該控制端。
如請求項13所述的降壓-升壓轉換器，其中，該等第一至第三驅動電路中的每一者具有串聯連接的一電流源與一蕭特基二極體，該電流源用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第二自舉電壓中的一對應者，該蕭特基二極體的陽極耦接該電流源，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該控制端。
如請求項10所述的降壓-升壓轉換器，其中，該第二自舉式電路包括，一自舉電晶體，具有一第一端、一輸出該第二自舉電壓的第二端，及一控制端，該自舉電晶體的該控制端的電壓準位作為該第二切換電壓，一自舉電容，耦接於該自舉電晶體的該第二端與該第二電晶體的該源極端之間，一箝位電路，耦接於該自舉電晶體的該控制端與該自舉電容的該第二端之間，該箝位電路用以維持該自舉電容的該第二端與該自舉電晶體的該控制端之間的一電位差，一第一充電電路，用於接收該直流輸入電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸入電壓產生一第一充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第二充電電路，用於接收該直流輸出電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該直流輸出電壓產生一第二充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，一第三充電電路，用於接收該第一自舉電壓，且耦接該自舉電晶體的該第一端，並能根據該第一自舉電壓產生一第三充電電流並輸出至該自舉電晶體的該第一端，及一驅動單元，耦接該自舉電晶體的該控制端，且用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓，並據以提供一驅動電流至該自舉電晶體的該控制端。
如請求項15所述的降壓-升壓轉換器，其中，該等第一至第三充電電路各自具有一蕭特基二極體，該蕭特基二極體的陽極用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓中的一對應者，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該第一端。
如請求項15所述的降壓-升壓轉換器，其中，該驅動單元包括第一至第三驅動電路，該等第一至第三驅動電路分別接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓，且該等第一至第三驅動電路耦接該自舉電晶體的該控制端。
如請求項17所述的降壓-升壓轉換器，其中，該等第一至第三驅動電路中的每一者具有串聯連接的一電流源與一蕭特基二極體，該電流源用於接收該直流輸入電壓、該直流輸出電壓及該第一自舉電壓中的一對應者，該蕭特基二極體的陽極耦接該電流源，且該蕭特基二極體的陰極耦接該自舉電晶體的該控制端。