本发明涉及一种高压装置，尤其涉及一种采用中压开关来传输高压的高压电源装置。
背景技术：
理论上，高压开关元件可被使用在高压装置中，以使高压装置可提供负载所需的高电压。然而，相对于中压开关元件来说，高压开关元件的电路面积通常较中压开关元件的电路面积大上许多，且高压开关元件的导通电阻值也较中压开关元件的导通电阻值大。除此之外，高压开关元件的临界电压值较高，速度较慢，且具有较严重的基体效应，致使采用高压开关元件的高压装置的成本较高，效能也较差。
因此，中压开关元件便广泛地应用在高压装置中。然而，高压装置中的中压开关元件可能会承受不了高电压而发生崩溃。除此之外，现行采用中压开关元件的高压装置，其内部的工作电压的范围通常会受到局限，致使输出电压的范围被局限。因此，如何避免高压装置中的中压开关元件因高压而崩溃，且提升高压装置所能正常运作的工作电压的范围，并避免输出电压的电压范围被局限，已是高压装置在设计上的重要课题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种高压电源装置，其内部的中压开关元件不会因高压电源装置操作在高压的电源电压下而发生崩溃，且可提升高压电源装置可正常运作的电源电压的范围以及其输出电压的范围。
本发明的高压电源装置包括M个第一中压开关、M个第一开关串联组、第二开关串联组以及L个第一电流源。M个第一中压开关依序串接，且串接在电源电压与高压电源装置的输出端之间。M个第一中压开关分别受控于M个第一偏压电压，以将电源电压传输至输出端，其中M为大于或等于二的整数。M个第一开关串联组包括辅助开关串联组以及L个偏压开关串联组，其中M个第一开关串联组中的每一个的第一端耦接电源电压，且M个第一开关串联组的每一个的第二端产生M个第一偏压电压的其中一个，其中L＝M－1。第二开关串联组耦接在辅助开关串联组的第二端与接地电压之间。第二开关串联组用以限制流经辅助开关串联组的电流，且受控于控制信号而启闭，致使辅助开关串联组产生对应的第一偏压电压。L个第一电流源中的每一个耦接在L个偏压开关串联组中的其中一对应者的第二端与接地电压之间，以提供对应的偏压开关串联组运作所需的第一偏压电流。
在本发明的一实施例中，上述的M个第一开关串联组中的每一个包括多个第二中压开关。这些第二中压开关依序串接，且串接在电源电压与对应的第一开关串联组的第二端之间。
在本发明的一实施例中，上述的M个第一开关串联组中的每一个的这些第二中压开关为多个晶体管，其中这些晶体管中的第一级晶体管的源极端耦接电源电压，这些晶体管中的每一个的栅极端与漏极端相耦接并耦接至下一级晶体管的源极端，且这些晶体管中的最后一级晶体管的栅极端与漏极端相耦接并耦接至对应的第一开关串联组的第二端，其中至少部分这些晶体管的基体为彼此共用并耦接至所述至少部分这些晶体管中的一最高电位，且所述至少部分这些晶体管的数量由晶体管的崩溃电压与临界电压来决定。
在本发明的一实施例中，上述的M个第一开关串联组中的每一个的这些第二中压开关为多个二极管，其中这些二极管中的第一级二极管的阳极端耦接电源电压，这些二极管中的每一个的阴极端耦接至下一级二极管的阳极端，且这些二极管中的最后一级二极管的阴极端耦接至对应的第一开关串联组的第二端。
在本发明的一实施例中，上述的M个第一中压开关包括多个晶体管。这些晶体管中的第一级晶体管的源极端耦接电源电压，这些晶体管的每一个的漏极端耦接至下一级晶体管的源极端，且这些晶体管中的最后一级晶体管的漏极端耦接至输出端。这些晶体管中的第一级晶体管的栅极端耦接辅助开关串联组的第二端，且这些晶体管中的第J级晶体管的栅极端耦接上述L个偏压开关串联组中的第I个偏压开关串联组的第二端，其中J＝I+1，且I为小于或等于L的正整数。
在本发明的一实施例中，上述的辅助开关串联组中的这些第二中压开关的数量，由这些晶体管的崩溃电压及这些晶体管的临界电压决定。上述的L个偏压开关串联组中的第I个偏压开关串联组的这些第二中压开关的数量，由电源电压的最大值、这些晶体管中的第J级晶体管的源极端的电压以及这些晶体管的临界电压决定。
在本发明的一实施例中，上述的高压电源装置还包括辅助元件。辅助元件耦接在第一级晶体管的源极端与栅极端之间，以辅助控制第一级晶体管的启闭运作。
在本发明的一实施例中，上述的辅助元件为电阻或电流源。
在本发明的一实施例中，M为大于2的整数，且上述的高压电源装置还包括W个二极管。此W个二极管中的第X个二极管的阳极端耦接至这些晶体管中的第Y级晶体管的源极端，且第X个二极管的阴极端耦接至第Y个偏压开关串联组中的第Z个第二中压开关的漏极端，其中W＝M－2，Y＝X+1，X为小于或等于W的正整数，且Z由电源电压的最大值、这些晶体管中的第Y级晶体管的源极端的电压以及这些晶体管的临界电压来决定。
在本发明的一实施例中，M等于2，且上述的第二开关串联组包括电阻以及输入中压开关。电阻的第一端耦接辅助开关串联组的第二端。输入中压开关耦接在电阻的第二端与接地电压之间，且受控于控制信号而启闭。
在本发明的一实施例中，上述的电源电压为正电高压，M个第一中压开关的每一个以及这些第二中压开关的每一个为P型金氧半场效晶体管，且输入中压开关为N型金氧半场效晶体管。
在本发明的一实施例中，上述的电源电压为负电高压，M个第一中压开关的每一个以及这些第二中压开关的每一个为N型金氧半场效晶体管，且输入中压开关为P型金氧半场效晶体管。
在本发明的一实施例中，M为大于2的整数，且上述的第二开关串联组包括电阻、L个第三中压开关、第二电流源以及输入中压开关。电阻的第一端耦接辅助开关串联组的第二端。L个第三中压开关中的第一级第三中压开关至第L级第三中压开关依序串接，且依序串接在电阻的第二端与第一节点之间。第二电流源耦接在第一节点与接地电压之间，以提供辅助开关串联组运作所需的第二偏压电流。输入中压开关耦接在第一节点与接地电压之间，且受控于控制信号而启闭。第一级第三中压开关至第W级第三中压开关分别受控于W个第二偏压电压，且第L级第三中压开关受控于输入偏压电压，以防止输入中压开关发生崩溃，其中W＝M－2。
在本发明的一实施例中，上述的高压电源装置还包括电流镜电路。电流镜电路用以接收输入偏压电压，并据以产生W个第二偏压电压。
在本发明的一实施例中，上述的电流镜电路包括参考电路以及W个映射电路。参考电路用以接收输入偏压电压，并据以产生参考电压。W个映射电路用以接收参考电压，并据以产生W个第二偏压电压。
在本发明的一实施例中，上述的参考电路包括第三开关串联组、二极管以及第四开关串联组。第三开关串联组具有至少一第四中压开关。此至少一第四中压开关依序串接，且串接在电源电压与第二节点之间，其中此至少一第四中压开关中的第一级第四中压开关产生参考电压。二极管的阳极端接收输入偏压电压，且二极管的阴极端产生箝制电压。第四开关串联组耦接在第二节点与接地电压之间，用以受控于输入偏压电压及箝制电压而提供第三开关串联组运作所需的第三偏压电流。
在本发明的一实施例中，上述的至少一第四中压开关为至少一晶体管。此至少一晶体管中的第一级晶体管的源极端耦接电源电压，此至少一晶体管中的每一个的栅极端与漏极端相耦接并耦接至下一级晶体管的源极端，且此至少一晶体管中的最后一级晶体管的栅极端与漏极端相耦接并耦接至第二节点，其中第一级晶体管的栅极端产生参考电压，且至少部分晶体管的基体为彼此共用并耦接至所述至少部分晶体管中的最高电位，且所述至少部分晶体管的数量由晶体管的崩溃电压与临界电压来决定。
在本发明的一实施例中，上述的至少一第四中压开关的数量由电源电压的最小值以及这些晶体管的临界电压决定。
在本发明的一实施例中，上述的第四开关串联组包括第三电流源以及两个第五中压开关。第三电流源的第一端耦接接地电压。此两个第五中压开关分别受控于箝制电压及输入偏压电压。此两个第五中压开关依序串接，且串接在第二节点与第三电流源的第二端之间。
在本发明的一实施例中，上述的W个映射电路中的第K级映射电路产生W个第二偏压电压的其中一对应者以控制第K级第三中压开关，且K为小于或等于W的正整数。上述的第K级映射电路包括第五开关串联组以及U个第六中压开关。第五开关串联组具有多个第七中压开关，其中这些第七中压开关依序串接，且串接在第三节点与接地电压之间以产生对应的第二偏压电压。此U个第六中压开关中的第一级第六中压开关至第U级第六中压开关依序串接，且依序串接在电源电压与第三节点之间。第一级第六中压开关反应于参考电压而产生第五开关串联组运作所需的第四偏压电流，其中此U个第六中压开关的数量，由电源电压的最大值、第K级映射电路的第二偏压电压与此U个第六中压开关的崩溃电压来决定。此W个映射电路中的第一级映射电路的第三节点还耦接至二极管的阴极端。
在本发明的一实施例中，M为大于3的整数，且上述的高压电源装置还包括F个第六开关串联组，其中F＝M－3。F个第六开关串联组中的每一个包括多个第八中压开关以及第四电流源。这些第八中压开关依序串接，且串接在电源电压与第四节点之间。第四电流源耦接在第四节点与接地电压之间。F个第六开关串联组中的第H个第六开关串联组的这些第八中压开关的数量，等于上述L个偏压开关串联组中的第H个偏压开关串联组的这些第二中压开关的数量，其中H为小于或等于F的正整数。
在本发明的一实施例中，这些第八中压开关为多个晶体管，其中这些晶体管中的第一级晶体管的源极端耦接电源电压，这些晶体管中的每一个的栅极端与漏极端相耦接并耦接至下一级晶体管的源极端，且这些晶体管中的最后一级晶体管的栅极端与漏极端相耦接并耦接至第四节点，其中至少部分这些晶体管的基体为彼此共用并耦接至所述至少部分这些晶体管中的最高电位，且所述至少部分这些晶体管的数量由晶体管的崩溃电压与临界电压来决定。
在本发明的一实施例中，上述的第K级映射电路中的第V级第六中压开关的栅极端，耦接至F个第六开关串联组中的第T个第六开关串联组的第四节点，其中V为小于或等于U且大于或等于2的整数，且T＝V－1。
在本发明的一实施例中，上述的多个第八中压开关为多个二极管，其中这些二极管中的第一级二极管的阳极端耦接电源电压，这些二极管中的每一个的阴极端耦接至下一级二极管的阳极端，且这些二极管中的最后一级二极管的阴极端耦接至第四节点。
在本发明的一实施例中，上述的多个第七中压开关为多个晶体管，其中这些晶体管中的第一级晶体管的源极端耦接接地电压，这些晶体管中的每一个的栅极端与漏极端相耦接并耦接至下一级晶体管的源极端，且这些晶体管中的最后一级晶体管的栅极端与漏极端相耦接并耦接至第三节点，其中至少部分这些晶体管的基体为彼此共用并耦接至所述至少部分这些晶体管中的最低电位，且所述至少部分这些晶体管的数量由晶体管的崩溃电压与临界电压来决定。
在本发明的一实施例中，上述的W个映射电路中的第一级映射电路的第五开关串联组的这些晶体管的数量，由这些晶体管的崩溃电压、这些晶体管的临界电压与输入偏压电压来决定。上述的W个映射电路中的第Y级映射电路的第五开关串联组的这些晶体管的数量，由这些晶体管的崩溃电压与W个映射电路中的第X级映射电路的第二偏压电压来决定，其中X＝Y－1，且Y为小于或等于W以及大于或等于二的整数。
在本发明的一实施例中，上述的多个第七中压开关为多个二极管，其中这些二极管中的第一级二极管的阴极端耦接接地电压，这些二极管中的每一个的阳极端耦接至下一级二极管的阴极端，且这些二极管中的最后一级二极管的阳极端耦接至第三节点。
在本发明的一实施例中，上述的电源电压为正电高压，M个第一中压开关、这些第二中压开关、此至少一第四中压开关以及此U个第六中压开关为P型金氧半场效晶体管，且此L个第三中压开关、输入中压开关、此两个第五中压开关以及这些第七中压开关为N型金氧半场效晶体管。
在本发明的一实施例中，上述的电源电压为负电高压，此M个第一中压开关、这些第二中压开关、此至少一第四中压开关以及此U个第六中压开关为N型金氧半场效晶体管，且此L个第三中压开关、输入中压开关、此两个第五中压开关以及这些第七中压开关为P型金氧半场效晶体管。
基于上述，在本发明实施例的高压电源装置中，其内部的中压开关元件不会因高压电源装置操作在高压的电源电压下而发生崩溃。此外，通过本发明实施例的高压电源装置的电路设计，可有效提升高压电源装置可正常运作的电源电压及其输出电压的范围。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
下面的附图是本发明的说明书的一部分，显示了本发明的示例实施例，附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。
图1是依照本发明一实施例所显示的高压电源装置的电路架构示意图；
图2是依照本发明另一实施例所显示的高压电源装置的电路架构示意图；
图3是依照本发明又一实施例所显示的高压电源装置的电路架构示意图。
附图标记说明：
100、200、300：高压电源装置
110、210、310：第一开关串联组
111、211、311：辅助开关串联组
112、212、213、312、313、314：偏压开关串联组
120、220、320：第二开关串联组
130、232、233、332、333、334：第一电流源
140、240、340：辅助元件
222、322：第二电流源
250、350：电流镜电路
251、351：参考电路
2513、3513：第三开关串联组
2514、3514：第四开关串联组
252、352、353：映射电路
2525、3535：第五开关串联组
359：第四电流源
391：第六开关串联组
CRS：控制信号
DM、DM1、DM2、DP：二极管
GND：接地电压
I251：第三电流源
MN1：输入中压开关
MN2、MN3、MN4：第三中压开关
MN5_1～MN5_11、MN7_1～MN7_17：第七中压开关
MNC1、MNC2：第五中压开关
MP11、MP12、MP13、MP14：第一中压开关
MP1_1～MP1_6、MP2_1～MP2_6、MP3_1～MP3_11、MP4_1～MP4_16：第二中压开关
MP5_1～MP5_5：第四中压开关
MPC6、MPC61、MPC7：第六中压开关
MP8_1～MP8_6：第八中压开关
ND1：第一节点
ND2：第二节点
ND31、ND32：第三节点
ND4：第四节点
OT：输出端
R1：电阻
VCP：初始箝制电压
VG1、VG2、VG3、VG4：第一偏压电压
VG21、VG22：第二偏压电压
VG41：偏压电压
VHH：电源电压
VP1、VP2、VP3：电压值
VR：参考电压
VSP：输入偏压电压
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易理解，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件，均代表相同或类似部件。
以下请参照图1，图1是依照本发明一实施例所显示的高压电源装置的电路架构示意图。高压电源装置100可包括两个第一中压开关MP11及第一中压开关MP12、两个第一开关串联组110、第二开关串联组120以及一个第一电流源130，但不限于此。值得一提的是，本发明所配置的第一开关串联组的数量等于第一中压开关的数量。此外，第一电流源的数量L与第一中压开关的数量M相关联，其中L＝M－1。第一中压开关MP11与第一中压开关MP12依序串接，且串接在电源电压VHH与高压电源装置100的输出端OT之间。第一中压开关MP11与第一中压开关MP12可分别受控于第一偏压电压VG1与第一偏压电压VG2，以将电源电压VHH传输至输出端OT。
第一开关串联组110包括辅助开关串联组111以及偏压开关串联组112。辅助开关串联组111的第一端以及偏压开关串联组112的第一端耦接电源电压VHH。辅助开关串联组111的第二端可产生第一偏压电压VG1，而偏压开关串联组112的第二端可产生第一偏压电压VG2。
第二开关串联组120耦接在辅助开关串联组111的第二端与接地电压GND之间。第二开关串联组120可用以限制流经辅助开关串联组111的电流，且受控于控制信号CRS而启闭，致使辅助开关串联组111产生第一偏压电压VG1。
第一电流源中130耦接在偏压开关串联组112的第二端与接地电压GND之间，以提供偏压开关串联组112运作所需的第一偏压电流。
更进一步来说，辅助开关串联组111可包括多个第二中压开关MP1_1～MP1_6，其中第二中压开关MP1_1～MP1_6依序串接，且串接在电源电压VHH与辅助开关串联组111的第二端之间。偏压开关串联组112可包括多个第二中压开关MP2_1～MP2_6，其中第二中压开关MP2_1～MP2_6依序串接，且串接在电源电压VHH与偏压开关串联组112的第二端之间。
在图1所示的实施例中，辅助开关串联组111的第二中压开关MP1_1～MP1_6可为晶体管，但本发明并不以此为限。其中第一级晶体管(即第二中压开关MP1_1)的源极端耦接电源电压VHH。第一级晶体管(即第二中压开关MP1_1)的栅极端与漏极端相耦接，并耦接至下一级晶体管(即第二中压开关MP1_2)的源极端。其余的晶体管的耦接方式可依此类推。而最后一级晶体管(即第二中压开关MP1_6)的栅极端与漏极端相耦接，并耦接至辅助开关串联组111的第二端。类似地，偏压开关串联组112的第二中压开关MP2_1～MP2_6可为晶体管，其耦接方式可参照上述第二中压开关MP1_1～MP1_6为晶体管的耦接方式而类推得之，故在此不再赘述。值得一提的是，在图1所示的第二中压开关MP1_1～MP1_6及第二中压开关MP2_1～MP2_6中，各晶体管的基体耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，辅助开关串联组111及偏压开关串联组112中的第二中压开关MP1_1～MP1_6及第二中压开关MP2_1～MP2_6可以共用一基体，特别是，可以共用的第二中压开关数量可以是至少两个，而至多数量则可由第二中压开关的崩溃电压(breakdown voltage)与临界电压(threshold voltage)来决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第二中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第二中压开关可共用一基体，故，第二中压开关MP1_1～MP1_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP1_1～MP1_6中的最高电压(即第二中压开关MP1_1的源极端，也即电源电压VHH)。类似地，第二中压开关MP2_1～MP2_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP2_1～MP2_6中的最高电压(即第二中压开关MP2_1的源极端，也即电源电压VHH)。需说明的是，上述范例中的第二中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，辅助开关串联组111的第二中压开关MP1_1～MP1_6可改采二极管来实现，但本发明并不以此为限。其中第一级二极管(即第二中压开关MP1_1)的阳极端耦接电源电压VHH。第一级二极管(即第二中压开关MP1_1)的阴极端耦接至下一级二极管(即第二中压开关MP1_2)的阳极端。其余的二极管的耦接方式可依此类推。而最后一级二极管(即第二中压开关MP1_6)的阴极端可耦接至辅助开关串联组111的第二端。类似地，偏压开关串联组112的第二中压开关MP2_1～MP2_6可改采二极管来实现，其耦接方式可参照上述第二中压开关MP1_1～MP1_6为二极管的耦接方式而类推得之，故在此不再赘述。
在图1所示的实施例中，第一中压开关MP11及第一中压开关MP12可为晶体管。第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的源极端耦接电源电压VHH。第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的漏极端耦接至最后一级晶体管(即第一中压开关MP12)的源极端。最后一级晶体管(即第一中压开关MP12)的漏极端耦接至输出端OT。第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的栅极端耦接至辅助开关串联组111的第二端以接收第一偏压电压VG1，而最后一级晶体管(即第一中压开关MP12)的栅极端耦接至偏压开关串联组112的第二端以接收第一偏压电压VG2。
在图1所示的实施例中，高压电源装置100还可包括辅助元件140。辅助元件140耦接在第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的源极端与栅极端之间，以辅助控制第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的启闭运作。在本发明的一实施例中，辅助元件140可为电阻，但本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，辅助元件140可为电流源或是任何可辅助控制第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的启闭运作的元件。
在图1所示的实施例中，第二开关串联组120可包括电阻R1以及输入中压开关MN1。电阻R1的第一端耦接至辅助开关串联组111的第二端。输入中压开关MN1耦接在电阻R1的第二端与接地电压GND之间，且受控于控制信号CRS而启闭。
在图1所示的实施例中，电源电压VHH可为正电高压，而第一中压开关MP11与第一中压开关MP12以及第二中压开关MP1_1～MP1_6与第二中压开关MP2_1～MP2_6可为P型金氧半场效晶体管，且输入中压开关MN1可为N型金氧半场效晶体管。如此一来，高压电源装置100可基于控制信号CRS而提供正电的输出电压至输出端OT。但本发明并不以此为限。
在本发明的其他实施例中，图1的电源电压VHH可为负电高压，而第一中压开关MP11与第一中压开关MP12以及第二中压开关MP1_1～MP1_6与第二中压开关MP2_1～MP2_6可变更为N型金氧半场效晶体管，且输入中压开关MN1可变更为P型金氧半场效晶体管。如此一来，图1的高压电源装置100即可基于控制信号CRS而提供负电的输出电压至输出端OT。
值得一提的是，为了避免第一中压开关MP11与第一中压开关MP12以及输入中压开关MN1因电源电压VHH的高压而发生崩溃，辅助开关串联组111中的第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量以及偏压开关串联组112中的第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量必须精心设计。
举例来说，以下假设图1的P型金氧半场效晶体管(即第一中压开关MP11与第一中压开关MP12以及第二中压开关MP1_1～MP1_6与第二中压开关MP2_1～MP2_6)的崩溃电压(breakdown voltage，下称Vbd)为6伏特，且导通的临界电压(threshold voltage，下称Vtp)为-1伏特，电源电压VHH的最大值(下称VHHmax)可设定在11伏特，而电源电压VHH的最小值(下称VHHmin)可设定在1伏特。另外，在电源电压VHH为11伏特的情况下，为了避免第一中压开关MP11的源极端与漏极端之间发生崩溃，第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1可设定在6伏特(最小值)。于上述情境下，第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量，将由崩溃电压Vbd及临界电压Vtp决定，例如下列式(1)所示，其中S1为第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量，此数量为6。而第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量，将由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1以及临界电压Vtp决定，例如下列式(2)所示，其中S2为第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量，此数量为6。附带一提的是，倘若根据式(1)及式(2)的计算结果具有小数，则可对该计算结果采无条件进位以取得该数量。
S1＝Vbd÷|Vtp| 式(1)
S2＝(VHH max-VP1-Vtp)÷|Vtp| 式(2)
于上述情境下，当电源电压VHH为11伏特，高压电源装置100的输出端OT所接的负载(未显示)为轻载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第一偏压电压VG1及第一偏压电压VG2都为5伏特(即VHH-6×|Vtp|)，致使第一中压开关MP11及第一中压开关MP12分别被导通。由于负载为轻载，故第一中压开关MP12的源极端的电压为11伏特，且输出端的电压也是11伏特。如此一来，第一中压开关MP11的源极端与栅极端的跨压为6伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP12的源极端与栅极端的跨压为6伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。在负载为轻载且电源电压VHH于11伏特的高压情况下，第一中压开关MP11及第一中压开关MP12都不会发生崩溃，因此高压电源装置100可正常运作。
另一情况是，当电源电压VHH为11伏特，高压电源装置100的输出端OT所接的负载(未显示)为重载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第一偏压电压VG1及第一偏压电压VG2都为5伏特(即VHH-6×|Vp|)，致使第一中压开关MP11及第一中压开关MP12分别被导通。由于负载为重载，故第一中压开关MP12的源极端的电压会被下拉至6伏特，且输出端的电压被下拉至约为0伏特。如此一来，第一中压开关MP11的源极端与栅极端的跨压为6伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端的跨压为5伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP12的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端的跨压为6伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为5伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。在负载为重载且电源电压VHH于11伏特的高压情况下，第一中压开关MP11及第一中压开关MP12都不会发生崩溃，因此高压电源装置100可正常运作。
又一情况是，当电源电压VHH为1伏特，高压电源装置100的输出端OT所接的负载(未显示)为轻载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第一偏压电压VG1因为输入中压开关MN1为导通状态而被下拉到接地电压GND的电位(即0伏特)，而第一偏压电压VG2因为第一电流源130耦接到接地电压GND而为0伏特，致使第一中压开关MP11及第一中压开关MP12可分别被导通。由于负载为轻载，故第一中压开关MP12的源极端的电压为1伏特，且输出端的电压也是1伏特。如此一来，第一中压开关MP11的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP12的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。在负载为轻载且电源电压VHH低至1伏特的情况下，第一中压开关MP11及第一中压开关MP12仍可分别被导通，因此高压电源装置100在低压的情况下仍可正常运作。
又一情况是，当电源电压VHH为1伏特，高压电源装置100的输出端OT所接的负载(未显示)为重载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第一偏压电压VG1因为输入中压开关MN1为导通状态而被下拉到接地电压GND的电位(即0伏特)，而第一偏压电压VG2因为第一电流源130耦接到接地电压GND而为0伏特，致使第一中压开关MP11及第一中压开关MP12可分别被导通，而第一中压开关MP12的源极端的电压会被箝位在1伏特。由于负载为重载，故输出端的电压被下拉至约为0伏特。如此一来，第一中压开关MP11的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP12的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端的跨压为1伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为0伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。在负载为重载且电源电压VHH低至1伏特的情况下，第一中压开关MP11及第一中压开关MP12仍可分别被导通，因此高压电源装置100在低压的情况下仍可正常运作。
总的来说，无论负载为轻载或是重载，只要电源电压VHH是在1伏特至11伏特的电压范围内，高压电源装置100都可正常运作。因此高压电源装置100可正常运作的电源电压VHH的范围以及其输出电压的范围确实可被有效提升。
以下请参照图2，图2是依照本发明另一实施例所显示的高压电源装置的电路架构示意图。高压电源装置200可包括三个第一中压开关MP11、第一中压开关MP12与第一中压开关MP13、三个第一开关串联组210、第二开关串联组220、两个第一电流源232、第一电流源233、辅助元件240、二极管DM以及电流镜电路250，但不限于此。值得一提的是，本发明所配置的第一开关串联组的数量等于第一中压开关的数量。此外，第一电流源的数量L以及二极管的数量W都与第一中压开关的数量M相关联，其中L＝M－1，W＝M－2。第一中压开关MP11、第一中压开关MP12与第一中压开关MP13依序串接，且串接在电源电压VHH与高压电源装置200的输出端OT之间。第一中压开关MP11、第一中压开关MP12、第一中压开关MP13可分别受控于第一偏压电压VG1、第一偏压电压VG2及第一偏压电压VG3，以将电源电压VHH传输至输出端OT。
第一开关串联组210包括辅助开关串联组211以及两个偏压开关串联组212、偏压开关串联组213。辅助开关串联组211的第一端以及偏压开关串联组212、偏压开关串联组213的第一端耦接电源电压VHH。辅助开关串联组211的第二端产生第一偏压电压VG1，而偏压开关串联组212、偏压开关串联组213的第二端分别产生第一偏压电压VG2、第一偏压电压VG3。
第二开关串联组220耦接在辅助开关串联组211的第二端与接地电压GND之间。第二开关串联组220用以限制流经辅助开关串联组211的电流，且受控于控制信号CRS而启闭，致使辅助开关串联组211产生第一偏压电压VG1。
第一电流源232、第一电流源233分别耦接在偏压开关串联组212、偏压开关串联组213的第二端与接地电压GND之间，以分别提供偏压开关串联组212、偏压开关串联组213运作所需的第一偏压电流。
辅助开关串联组211的内部架构及实施方式类似于图1的辅助开关串联组111，故可参酌上述的相关说明，在此不再赘述。另外，偏压开关串联组212的内部架构及实施方式类似于图1的偏压开关串联组112，故可参酌上述的相关说明，在此不再赘述。以下仅针对偏压开关串联组213进行说明。
偏压开关串联组213可包括多个第二中压开关MP3_1～MP3_11，其中第二中压开关MP3_1～MP3_11依序串接，且串接在电源电压VHH与偏压开关串联组213的第二端之间。在图2所示的实施例中，偏压开关串联组213的第二中压开关MP3_1～MP3_11可为晶体管，但本发明并不以此为限。其中第一级晶体管(即第二中压开关MP3_1)的源极端耦接电源电压VHH。第一级晶体管(即第二中压开关MP3_1)的栅极端与漏极端相耦接，并耦接至下一级晶体管(即第二中压开关MP3_2)的源极端。其余的晶体管的耦接方式可依此类推。而最后一级晶体管(即第二中压开关MP3_11)的栅极端与漏极端相耦接，并耦接至偏压开关串联组213的第二端。
值得一提的是，在图2所示的第二中压开关MP3_1～MP3_11中，各晶体管的基体可耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，偏压开关串联组213中的第二中压开关MP3_1～MP3_11可以共用一基体，特别是，可以共用的第二中压开关数量可以是至少两个，而至多数量则可由第二中压开关的崩溃电压与临界电压决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第二中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第二中压开关可共用一基体，故，第二中压开关MP3_1～MP3_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP3_1～MP3_6中的最高电压(即第二中压开关MP3_1的源极端，也即电源电压VHH)。类似地，第二中压开关MP3_7～MP3_11可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP3_7～MP3_11中的最高电压(即第二中压开关MP3_7的源极端)。上述范例中的第二中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，偏压开关串联组213的第二中压开关MP3_1～MP3_11可改采二极管来实现，其耦接方式可参照上述图1的第二中压开关MP1_1～MP1_6为二极管的耦接方式而类推得之，故在此不再赘述。
在图2所示的实施例中，第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13可为晶体管，但本发明并不以此为限。第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的源极端耦接电源电压VHH。第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的漏极端耦接至下一级晶体管(即第一中压开关MP12)的源极端。第二级晶体管(即第一中压开关MP12)的漏极端耦接至下一级晶体管(即第一中压开关MP13)的源极端。最后一级晶体管(即第一中压开关MP13)的漏极端耦接至输出端OT。第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的栅极端耦接至辅助开关串联组211的第二端以接收第一偏压电压VG1，第二级晶体管(即第一中压开关MP12)的栅极端耦接至偏压开关串联组212的第二端以接收第一偏压电压VG2，而最后一级晶体管(即第一中压开关MP13)的栅极端耦接至偏压开关串联组213的第二端以接收第一偏压电压VG3。另外，辅助元件240耦接在第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的源极端与栅极端之间，辅助元件240的实施方式及运作类似于图1的辅助元件140，故可参酌上述的相关说明，不再赘述。
在图2所示的实施例中，为了避免第一中压开关MP13发生崩溃，故配置了二极管DM，其中二极管DM的阳极端耦接第一中压开关MP12的源极端，且二极管DM的阴极端耦接至偏压开关串联组213的第二中压开关MP3_6的漏极端。关于二极管DM的配置位置稍后会再详细说明。
在图2所示的实施例中，第二开关串联组220可包括电阻R1、两个第三中压开关MN2、第三中压开关MN3、输入中压开关MN1以及第二电流源222。电阻R1的第一端耦接至辅助开关串联组211的第二端。第三中压开关MN3与第三中压开关MN2依序串接，且串接在电阻R1的第二端与第一节点ND1之间。第二电流源222耦接在第一节点ND1与接地电压GND之间，以提供辅助开关串联组211运作所需的第二偏压电流。输入中压开关MN1耦接在第一节点ND1与接地电压GND之间，且受控于控制信号CRS而启闭。值得一提的是，第三中压开关MN2及第三中压开关MN3分别受控于输入偏压电压VSP以及第二偏压电压VG21，以防止输入中压开关MN1发生崩溃，其中输入偏压电压VSP可为一固定的中压电压值，例如5伏特，但本发明并不以此为限。值得一提的是，本发明所配置的第三中压开关的数量L与第一中压开关M的数量相关联，也即L＝M－1。
在图2所示的实施例中，电流镜电路250用以接收输入偏压电压VSP，并据以产生第二偏压电压VG21。详细来说，电流镜电路250可包括参考电路251以及一个映射电路252。参考电路251用以接收输入偏压电压VSP，并据以产生参考电压VR及参考电流。映射电路252接收参考电压VR以映射出偏压电流，并据以产生第二偏压电压VG21。值得一提的是，本发明所配置的映射电路的数量W与第一中压开关M的数量相关联，也即W＝M－2。
更进一步来说，参考电路251可包括第三开关串联组2513、二极管DP以及第四开关串联组2514。第三开关串联组2513包括第四中压开关MP5_1。第四中压开关MP5_1串接在电源电压VHH与第二节点ND2之间，并产生参考电压VR。在图2的实施例中，第四中压开关MP5_1可为晶体管，其中晶体管的源极端耦接电源电压VHH，且晶体管的栅极端与漏极端相耦接并耦接至第二节点ND2。
二极管DP的阳极端接收输入偏压电压VSP，且二极管DP的阴极端可产生初始箝制电压VCP。第四开关串联组2514耦接在第二节点ND2与接地电压GND之间，且受控于输入偏压电压VSP及初始箝制电压VCP而提供第三开关串联组2513运作所需的第三偏压电流。详言之，第四开关串联组包括2514可包括第三电流源I251以及两个第五中压开关MNC1、MNC2。第三电流源I251的第一端耦接接地电压GND。第五中压开关MNC2及第五中压开关MNC1分别受控于初始箝制电压VCP及输入偏压电压VSP。第五中压开关MNC2及第五中压开关MNC1依序串接，且串接在所述第二节点ND2与第三电流源I251的第二端之间。
映射电路252可包括第五开关串联组2525以及一个第六中压开关MPC6。第五开关串联组2525具有多个第七中压开关MN5_1～MN5_11。第七中压开关MN5_1～MN5_11依序串接，且串接在第三节点ND31与接地电压GND之间，以产生第二偏压电压VG21。第六中压开关MPC6耦接在电源电压VHH与第三节点ND31之间，且反应于参考电压VR而产生第五开关串联组2525运作所需的第四偏压电流。
特别的是，映射电路252的第三节点ND31还与二极管DP的阴极端相耦接，藉以在电源电压VHH被拉升至高压后，第七中压开关MN5_1～MN5_11所产生的第二偏压电压VG21可取代初始箝制电压VCP以控制第五中压开关MNC2，从而避免第五中压开关MNC1崩溃。稍后会进行详细说明。
于图2所示的实施例中，第七中压开关MN5_1～MN5_11可为晶体管，但本发明并不以此为限。其中第一级晶体管(即第七中压开关MN5_11)的源极端耦接接地电压GND。第一级晶体管(即第七中压开关MN5_11)的栅极端与漏极端相耦接并耦接至下一级晶体管(即第七中压开关MN5_10)的源极端。其余的晶体管的耦接方式可依此类推。而最后一级晶体管(即第七中压开关MN5_1)的栅极端与漏极端相耦接并耦接至第三节点ND31。值得一提的是，在图2所示的第七中压开关MN5_1～MN5_11中，各晶体管的基体可耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，第七中压开关MN5～MN5_11可以共用一基体，特别是，可以共用的第七中压开关数量可以是至少两个，而至多数量则可由第七中压开关的崩溃电压与临界电压来决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第七中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第七中压开关可共用一基体，故，第七中压开关MN5_1～MN5_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第七中压开关MN5_1～MN5_6中的最低电压(即第七中压开关MN5_6的源极端。类似地，第七中压开关MN5_7～MN5_11可以共用一基体，且共用的基体耦接至第七中压开关MN5_7～MN5_11中的最低电压(即第七中压开关MN5_11的源极端，也即接地电压GND)。上述范例中的第七中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，第七中压开关MN5_1～MN5_11可改采二极管来实现，但本发明并不以此为限。其中第一级二极管(即第七中压开关MN5_11)的阴极端耦接至接地电压GND。第一级二极管(即第七中压开关MN5_11)的阳极端耦接至下一级二极管(即第二中压开关MN5_10)的阴极端。其余的二极管的耦接方式可依此类推。而最后一级二极管(即第二中压开关MN5_1)的阳极端可耦接至第三节点ND31。
在图2所示的实施例中，电源电压VHH可为正电高压；第一中压开关MP11～MP13、第二中压开关MP1_1～MP1_6、第二中压开关MP2_1～MP2_6与第二中压开关MP3_1～MP3_11、第四中压开关MP5_1以及第六中压开关MPC6可为P型金氧半场效晶体管；而第三中压开关MN2～MN3、输入中压开关MN1、第五中压开关MNC1与第五中压开关MNC5以及第七中压开关MN5_1～MN5_11可为N型金氧半场效晶体管。如此一来，高压电源装置200可基于控制信号CRS而提供正电的输出电压至输出端OT。但本发明并不以此为限。
在本发明的其他实施例中，图2的电源电压VHH可为负电高压；第一中压开关MP11～MP13、第二中压开关MP1_1～MP1_6、第二中压开关MP2_1～MP2_6与第二中压开关MP3_1～MP3_11、第四中压开关MP5_1以及第六中压开关MPC6可变更为N型金氧半场效晶体管；而第三中压开关MN2～MN3、输入中压开关MN1、第五中压开关MNC1与第五中压开关MNC5以及第七中压开关MN5_1～MN5_11可变更为P型金氧半场效晶体管。如此一来，图2的高压电源装置200可基于控制信号CRS而提供负电的输出电压至输出端OT。
值得一提的是，为了避免第一中压开关MP11～MP13以及输入中压开关MN1因电源电压VHH的高压而发生崩溃，辅助开关串联组211中的第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量、偏压开关串联组212中的第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量、偏压开关串联组213中的第二中压开关MP3_1～MP3_11的数量以及二极管DM的耦接位置必须精心设计。
以下假设图2的输入偏压电压VSP为5伏特，二极管DM以及二极管DP的顺向偏压VF为1伏特，P型金氧半场效晶体管及N型金氧半场效晶体管的崩溃电压(breakdown voltage，下称Vbd)为6伏特，且P型金氧半场效晶体管导通的临界电压(threshold voltage，下称Vtp)为-1伏特，而N型金氧半场效晶体管导通的临界电压(下称Vtn)为1伏特，电源电压VHH的最大值(下称VHHmax)可设定在16伏特，而电源电压VHH的最小值(下称VHHmin)可设定在1伏特。
一般来说，通常会先将输入偏压电压VSP及电源电压VHH(约为输入偏压电压VSP的电压值)提供给高压电源装置200，故初始箝制电压VCP的初始值为4伏特(即VSP－VF)，而第二偏压电压VG21等于初始箝制电压VCP的初始值为4伏特。此时，输入偏压电压VSP(为5伏特)及初始箝制电压VCP(为4伏特)可分别用来对第五中压开关MNC1及MNC2进行偏压，致使参考电路251可产生参考电压VR及参考电流，并使映射电路252映射出偏压电流，从而完成电流镜电路250的预充电动作。接着，可在高压的应用下将电源电压VHH拉升(例如拉升至VHHmax，为16伏特)，此时，第五开关串联组2525将产生偏压电压VG21为11伏特(即11×Vtn)，并将初始箝制电压VCP由4伏特拉升至11伏特。换句话说，此时的偏压电压VG21不仅对第三中压开关MN3进行偏压，也用来对第五中压开关MNC2进行偏压。由于电源电压VHH拉升至16伏特后，初始箝制电压VCP由4伏特拉升至11伏特，故可避免第五中压开关MNC2发生崩溃。
另外，在电源电压VHH为16伏特的情况下，为了避免第一中压开关MP11的源极端与漏极端之间发生崩溃，第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1可设定为11伏特(最小值)；且为了避免第一中压开关MP12的源极端与漏极端之间发生崩溃，第一中压开关MP13的源极端的电压值VP2可设定在6伏特(最小值)。于上述情境下，第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量，将由崩溃电压Vbd及临界电压Vtp决定，例如上述式(1)所示，其数量为6个。而第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量，将由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1以及临界电压Vtp决定，例如上述式(2)所示，其数量为6个。另外，第二中压开关MP3_1～MP3_11的数量，将由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP13的源极端的电压值VP2以及临界电压Vtp决定，例如下列式(3)所示，其中S3为第二中压开关MP3_1～MP3_11的数量，此数量为11。附带一提的是，倘若根据式(3)的计算结果具有小数，则可对所述计算结果采无条件进位以取得所述数量。
S3＝(VHH max-VP2-Vtp)÷|Vtp| 式(3)
需特别说明的是，二极管DM的阳极端耦接至三个第一中压开关MP11～MP13中的第二级(即第一中压开关MP12)的源极端。而二极管DM的阴极端耦接至偏压开关串联组212～213中的最后一个偏压开关串联组(即偏压开关串联组213)的第Z个第二中压开关的漏极端，其中Z由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1以及临界电压Vtp来决定，以避免第一中压开关MP13于负载为轻载时发生崩溃，例如下列式(4)所示。于本实施例中，Z为6，因此二极管DM的阴极端耦接至偏压开关串联组213中的第六个第二中压开关MP3_6的漏极端。附带一提的是，倘若根据式(4)的计算结果具有小数，则可对该计算结果采无条件进位以取得该数量。
Z＝(VHH max-VP1-Vtp)÷|Vtp| 式(4)
另外，参考电路251的第三开关串联组2513中的第四中压开关MP5_1的数量，可由电源电压VHH的最小值VHHmin以及临界电压Vtp决定，例如下列式(5)所示，其中S41为第四中压开关MP5_1的数量，其数量为1个。而映射电路252的第五开关串联组2525中的第七中压开关MN5_1～MN5_11的数量，可由崩溃电压Vbd、临界电压Vtn与输入偏压电压VSP来决定，例如下列式(6)所示，其中S51为第七中压开关MN5_1～MN5_11的数量，其数量为11个。附带一提的是，倘若根据式(5)及式(6)的计算结果具有小数，则可对计算结果采无条件进位以取得该数量。以下将针对高压电源装置200的运作进行说明。
S41＝VHH min÷|Vtp| 式(5)
S51＝(Vbd+Vsp)÷Vtn 式(6)
当电源电压VHH为16伏特且输入偏压电压Vsp为5伏特时，电流镜电路250中的映射电路252将提供11伏特(即11×Vtn)的第二偏压电压VG21，而偏压开关串联组212所提供的第一偏压电压VG2为10伏特(即VHH-6×|Vtp|)，二极管DM的阴极端(即偏压开关串联组213的第二中压开关MP3_6的漏极端)的电压为10伏特(即VHH-6×|Vtp|)，偏压开关串联组213所提供的第一偏压电压VG3为5伏特(即VHH-11×|Vtp|)。
于一情况下，倘若高压电源装置200的输出端OT所接的负载(未显示)为轻载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2及第三中压开关MN3可分别反应于输入偏压电压VSP(为5伏特)及第二偏压电压VG21(为11伏特)而被导通。此时，第一偏压电压VG1为10伏特(即VHH-6×|Vtp|)，因此第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13可依序被导通。由于负载为轻载，故第一中压开关MP12的源极端(即二极管DM的阳极端)的电压为16伏特、第一中压开关MP13的源极端的电压为16伏特，且输出端OT的电压也是16伏特。基于二极管DM的阴极端的电压为10伏特，二极管DM的两端跨压(为6伏特)将大于二极管DM的顺向偏压(为1伏特)，故二极管DM将被导通，致使二极管DM的阴极端的电压被上拉至15伏特，因此第一偏压电压VG3由5伏特上拉至10伏特，而第二中压开关MP3_1～MP3_6被截止。
如此一来，第一中压开关MP11的源极端(为16伏特)与栅极端(为10伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端(为16伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。而第一中压开关MP12的源极端(为16伏特)与栅极端(为10伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端(为16伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP13的源极端(为16伏特)与栅极端(为10伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP13的源极端与漏极端(为16伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP13的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP13的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP13也不会发生崩溃。
可以理解的是，由于二极管DM于负载为轻载时可被导通，使得第一偏压电压VG3由5伏特上拉至10伏特，从而避免第一中压开关MP13发生崩溃。因此，在负载为轻载且电源电压VHH于16伏特的高压情况下，第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13都不会发生崩溃，因此高压电源装置200可正常运作。
另一情况是，倘若高压电源装置200的输出端OT所接的负载(未显示)为重载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2及第三中压开关MN3可分别反应于输入偏压电压VSP(为5伏特)及第二偏压电压VG21(为11伏特)而被导通。此时，第一偏压电压VG1为10伏特(即VHH-6×|Vtp|)，因此第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13可依序被导通。由于负载为重载，故第一中压开关MP12的源极端(即二极管DM的阳极端)被下拉至11伏特、第一中压开关MP13的源极端的电压被下拉至6伏特，且输出端OT的电压被下拉至约为0伏特。基于二极管DM的阴极端的电压为10伏特，二极管DM的两端跨压(为1伏特)并未大于顺向偏压(为1伏特)，故二极管DM为截止状态，因此第一偏压电压VG3保持在5伏特，而第二中压开关MP3_1～MP3_11都维持在导通状态。
如此一来，第一中压开关MP11的源极端(为16伏特)与栅极端(为10伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端(为11伏特)的跨压为5伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。而第一中压开关MP12的源极端(为11伏特)与栅极端(为10伏特)的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端(为6伏特)的跨压为5伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为4伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP13的源极端(为6伏特)与栅极端(为5伏特)的跨压为1伏特，第一中压开关MP13的源极端与漏极端(为0伏特)的跨压为6伏特，且第一中压开关MP13的栅极端与漏极端的跨压为5伏特，都未超过第一中压开关MP13的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP13也不会发生崩溃。由此可知，在负载为重载且电源电压VHH于16伏特的高压情况下，第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13都不会发生崩溃，因此高压电源装置200可正常运作。
又一情况是，当电源电压VHH为1伏特时，第七中压开关MN5_1～MN5_11为截止状态，电流镜电路250中的映射电路252所提供的第二偏压电压VG21将被维持在初始箝制电压VCP(为4伏特)，而偏压开关串联组212所提供的第一偏压电压VG2因为第一电流源232耦接到接地电压GND而为0伏特，二极管DM为截止状态，偏压开关串联组213所提供的第一偏压电压VG3因为电流源233接到GND为0伏特。
当高压电源装置200的输出端OT所接的负载(未显示)为轻载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2及第三中压开关MN3可分别反应于输入偏压电压VSP(为5伏特)及第二偏压电压VG21(为4伏特)而被导通。此时，第一偏压电压VG1约为0伏特，因此第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13可依序被导通。由于负载为轻载，故第一中压开关MP12的源极端的电压为1伏特，第一中压开关MP13的源极端的电压为1伏特，且输出端的电压也是1伏特。如此一来，第一中压开关MP11的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。第一中压开关MP12的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP13的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP13的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP13的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP13的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP13也不会发生崩溃。可以理解的是，在负载为轻载且电源电压VHH低至1伏特的情况下，第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13仍可分别被导通，因此高压电源装置200在低压的情况下仍可正常运作。
另外，当高压电源装置200的输出端OT所接的负载(未显示)为重载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2及第三中压开关MN3可分别反应于输入偏压电压VSP(为5伏特)及第二偏压电压VG21(为4伏特)而被导通。此时，第一偏压电压VG1约为0伏特，因此第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13可依序被导通，而第一中压开关MP12的源极端的电压以及第一中压开关MP13的源极端的电压会被箝位在1伏特。由于负载为重载，故输出端的电压被下拉至约为0伏特。如此一来，第一中压开关MP11的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。第一中压开关MP12的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端的跨压为0伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP13的源极端与栅极端的跨压为1伏特，第一中压开关MP13的源极端与漏极端的跨压为1伏特，且第一中压开关MP13的栅极端与漏极端的跨压为0伏特，都未超过第一中压开关MP13的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP13也不会发生崩溃。可以理解的是，在负载为重载且电源电压VHH低至1伏特的情况下，第一中压开关MP11、第一中压开关MP12及第一中压开关MP13仍可分别被导通，因此高压电源装置200在低压的情况下仍可正常运作。
总的来说，无论负载为轻载或是重载，只要电源电压VHH是在1伏特至16伏特的电压范围内，高压电源装置200都可正常运作。因此高压电源装置200可正常运作的电源电压VHH的范围以及其输出电压的范围确实可被有效提升。
以下请参照图3，图3是依照本发明又一实施例所显示的高压电源装置的电路架构示意图。高压电源装置300可包括四个第一中压开关MP11、第一中压开关MP12、第一中压开关MP13与第一中压开关MP14、四个第一开关串联组310、第二开关串联组320、三个第一电流源332、第一电流源333与第一电流源334、辅助元件340、两个二极管DM1与二极管DM2、一个第六开关串联组391以及电流镜电路350，但不限于此。值得一提的是，本发明所配置的第一开关串联组的数量等于第一中压开关的数量。此外，第一电流源的数量L、二极管的数量W以及第六开关串联组的数量F，都与第一中压开关的数量M相关联，其中L＝M－1，W＝M－2且F＝M－3。第一中压开关MP11、第一中压开关MP12、第一中压开关MP13与第一中压开关MP14依序串接，且串接在电源电压VHH与高压电源装置300的输出端OT之间。第一中压开关MP11、第一中压开关MP12、第一中压开关MP13及第一中压开关MP14可分别受控于第一偏压电压VG1、第一偏压电压VG2、第一偏压电压VG3及第一偏压电压VG4，以将电源电压VHH传输至输出端OT。
第一开关串联组310包括辅助开关串联组311以及三个偏压开关串联组312、偏压开关串联组313与偏压开关串联组314。辅助开关串联组311的第一端以及偏压开关串联组312、偏压开关串联组313、偏压开关串联组314的第一端耦接电源电压VHH。辅助开关串联组311的第二端产生第一偏压电压VG1，而偏压开关串联组312、偏压开关串联组313、偏压开关串联组314的第二端分别产生第一偏压电压VG2、第一偏压电压VG3、第一偏压电压VG4。
第二开关串联组320耦接在辅助开关串联组311的第二端与接地电压GND之间。第二开关串联组320用以限制流经辅助开关串联组311的电流，且受控于控制信号CRS而启闭，致使辅助开关串联组311产生第一偏压电压VG1。
第一电流源332、第一电流源333、第一电流源334分别耦接在偏压开关串联组312、偏压开关串联组313、偏压开关串联组314的第二端与接地电压GND之间，以分别提供偏压开关串联组312、偏压开关串联组313、偏压开关串联组314运作所需的第一偏压电流。
辅助开关串联组311、偏压开关串联组312及偏压开关串联组313的内部架构及实施方式，分别类似于图2的辅助开关串联组211、偏压开关串联组212及偏压开关串联组213，故可参酌上述的相关说明，在此不再赘述。以下仅针对偏压开关串联组314进行说明。
偏压开关串联组314可包括多个第二中压开关MP4_1～MP4_16，其中第二中压开关MP4_1～MP4_16依序串接，且串接在电源电压VHH与偏压开关串联组314的第二端之间。在图3所示的实施例中，偏压开关串联组314的第二中压开关MP4_1～MP4_16可为晶体管，但本发明并不以此为限。其中第一级晶体管(即第二中压开关MP4_1)的源极端耦接电源电压VHH。第一级晶体管(即第二中压开关MP4_1)的栅极端与漏极端相耦接，并耦接至下一级晶体管(即第二中压开关MP4_2)的源极端。其余的晶体管的耦接方式可依此类推。而最后一级晶体管(即第二中压开关MP4_16)的栅极端与漏极端相耦接，并耦接至偏压开关串联组314的第二端。值得一提的是，在图3所示的第二中压开关MP4_1～MP4_16中，各晶体管的基体可耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，偏压开关串联组314中的第二中压开关MP4_1～MP4_16可以共用一基体，特别是，可以共用的第二中压开关数量可以是至少两个，而至多数量则可由第二中压开关的崩溃电压与临界电压来决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第二中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第二中压开关可共用一基体，故，第二中压开关MP4_1～MP4_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP4_1～MP4_6中的最高电压(即电源电压VHH)。类似地，第二中压开关MP4_7～MP4_12可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP4_7～MP4_12中的最高电压(即第二中压开关MP4_7的源极端)；而第二中压开关MP4_13～MP4_16可以共用一基体，且共用的基体耦接至第二中压开关MP4_13～MP4_16中的最高电压(即第二中压开关MP4_13的源极端)。上述范例中的第二中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，偏压开关串联组314的第二中压开关MP4_13～MP4_16可改采二极管来实现，其耦接方式可参照上述图1的第二中压开关MP1_1～MP1_6为二极管的耦接方式而类推得之，故在此不再赘述。
在图3所示的实施例中，第一中压开关MP11、第一中压开关MP12、第一中压开关MP13、第一中压开关MP14可为晶体管，但本发明并不以此为限。第一中压开关MP11、第一中压开关MP12、第一中压开关MP13、第一中压开关MP14为晶体管的耦接方式可参酌上述图2的相关说明而依此类推，在此不再赘述。另外，辅助元件340耦接在第一级晶体管(即第一中压开关MP11)的源极端与栅极端之间，辅助元件340的实施方式及运作类似于图1及图2的辅助元件140、辅助元件240，故可参酌上述的相关说明，不再赘述。
在图3所示的实施例中，为了避免第一中压开关MP13及第一中压开关MP14发生崩溃，故分别配置了二极管DM1及二极管DM2，其中二极管DM1的阳极端耦接第一中压开关MP12的源极端，二极管DM1的阴极端耦接至偏压开关串联组313的第二中压开关MP3_6的漏极端，二极管DM2的阳极端耦接第一中压开关MP13的源极端，二极管DM2的阴极端耦接至偏压开关串联组314的第二中压开关MP4_11的漏极端。关于二极管DM1及二极管DM2的配置位置稍后会再详细说明。
在图3所示的实施例中，第二开关串联组320可包括电阻R1、三个第三中压开关MN2、第三中压开关MN3与第三中压开关MN4、输入中压开关MN1以及第二电流源322。电阻R1的第一端耦接至辅助开关串联组311的第二端。第三中压开关MN4、第三中压开关MN3与第三中压开关MN2依序串接，且串接在电阻R1的第二端与第一节点ND1之间。第二电流源322耦接在第一节点ND1与接地电压GND之间，以提供辅助开关串联组311运作所需的第二偏压电流。输入中压开关MN1耦接在第一节点ND1与接地电压GND之间，且受控于控制信号CRS而启闭。值得一提的是，第三中压开关MN2、第三中压开关MN3及第三中压开关MN4分别受控于输入偏压电压VSP、第二偏压电压VG21及第二偏压电压VG22，以防止输入中压开关MN1发生崩溃，其中输入偏压电压VSP可为一固定的中压电压值，例如5伏特，但本发明并不以此为限。值得一提的是，本发明所配置的第三中压开关的数量L与第一中压开关M的数量相关联，也即L＝M－1。
在图3所示的实施例中，电流镜电路350用以接收输入偏压电压VSP，并据以产生第二偏压电压VG21、第二偏压电压VG22。详细来说，电流镜电路350可包括参考电路351以及两个映射电路352、映射电路353。参考电路351用以接收输入偏压电压VSP，并据以产生参考电压VR及参考电流。映射电路352、映射电路353接收参考电压VR以分别映射出偏压电流，并分别据以产生第二偏压电压VG21、第二偏压电压VG22。值得一提的是，本发明所配置的映射电路的数量W与第一中压开关M的数量相关联，也即W＝M－2。
更进一步来说，参考电路351可包括第三开关串联组3513、二极管DP以及第四开关串联组3514。第三开关串联组3513包括第四中压开关MP5_1～MP5_5。第四中压开关MP5_1～MP5_5依序串接在电源电压VHH与第二节点ND2之间，其中第四中压开关MP5_1可产生参考电压VR。在图3的实施例中，第四中压开关MP5_1～MP5_5可为晶体管，其中第一级晶体管(第四中压开关MP5_1)的源极端耦接电源电压VHH，每一级晶体管(例如第四中压开关MP5_1))的栅极端与漏极端相耦接并耦接下一级晶体管(例如第四中压开关MP5_2)的源极端，且最后一级晶体管(第四中压开关MP5_5)的栅极端与漏极端相耦接并耦接至第二节点ND2。另外，二极管DP及第四开关串联组3514的架构及实施方式分别类似于图2的二极管DP及第四开关串联组2514，故可参照上述的相关说明，在此不再赘述。值得一提的是，在图3所示的第四中压开关MP5_1～MP5_5中，各晶体管的基体可耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，第四中压开关MP5_1～MP5_5可以共用一基体，特别是，可以共用的第四中压开关数量可以是至少两个，至多数量则可由第四中压开关的崩溃电压与临界电压来决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第四中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第四中压开关共用一基体，故，第四中压开关MP5_1～MP5_5可以共用一基体，且共用的基体耦接至第四中压开关MP5_1～MP5_5中的最高电压(即电源电压VHH)。上述范例中的第四中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，除第四中压开关MP5_1之外，第四中压开关MP5_2～MP5_5也可改采二极管来实现，但本发明并不以此为限。其中第一级二极管(即第二中压开关MP5_2)的阳极端耦接第四中压开关MP5_1的漏极端。第一级二极管(即第二中压开关MP5_2)的阴极端耦接至下一级二极管(即第二中压开关MP5_3)的阳极端。其余的二极管的耦接方式可依此类推。而最后一级二极管(即第二中压开关MP5_5)的阴极端耦接至第二节点ND2。
第一级映射电路352可包括第五开关串联组2525以及两个第六中压开关MPC6、第六中压开关MPC61。第五开关串联组2525的架构及实施方式类似于图2的第五开关串联组2525，故可参照上述图2的相关说明，在此不再赘述。第一级第六中压开关MPC6与第二级第六中压开关MPC61依序串接，且依序串接在电源电压VHH与第三节点ND31之间。第六中压开关MPC6可反应于参考电压VR而产生第五开关串联组2525运作所需的第四偏压电流，而第六中压开关MPC61受控于偏压电压VG41以防止第六中压开关MPC6发生崩溃。
特别的是，映射电路352的第三节点ND31还与二极管DP的阴极端相耦接，藉以在电源电压VHH被拉升至高压后，第七中压开关MN5_1～MN5_11所产生的第二偏压电压VG21可取代初始箝制电压VCP以控制五中压开关MNC2，从而避免第五中压开关MNC1崩溃。稍后会进行详细说明。
第二级映射电路353可包括第五开关串联组3535以及一个第六中压开关MPC7。第五开关串联组3535具有多个第七中压开关MN7_1～MN7_17。第七中压开关MN7_1～MN7_17依序串接，且串接在第三节点ND32与接地电压GND之间，以产生第二偏压电压VG22。第六中压开关MPC7耦接在电源电压VHH与第三节点ND32之间，且反应于参考电压VR而产生第五开关串联组3535运作所需的第四偏压电流。
于图3所示的实施例中，第七中压开关MN7_1～MN7_17可为晶体管，但本发明并不以此为限。第七中压开关MN7_1～MN7_17为晶体管的耦接方式可参酌上述图2的第七中压开关MN5_1～MN5_11相关说明而类推得之，在此不再赘述。值得一提的是，在图3所示的第七中压开关MN7_1～MN7_17中，各晶体管的基体可耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，第七中压开关MN7_1～MN7_17可以共用一基体，特别是，可以共用的第七中压开关数量可以是至少两个，而至多数量则可由第七中压开关的崩溃电压与临界电压来决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第七中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第七中压开关可共用一基体，故，第七中压开关MN7_1～MN7_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第七中压开关MN7_1～MN7_6中的最低电压(即第七中压开关MN7_6的源极端)；第七中压开关MN7_7～MN7_12可以共用一基体，且共用的基体耦接至第七中压开关MN7_7～MN7_12中的最低电压(即第七中压开关MN7_12的源极端)；而第七中压开关MN7_13～MN7_17可以共用一基体，且共用的基体耦接至第七中压开关MN7_13～MN7_17中的最低电压(即接地电压GND)。上述范例中的第七中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，第七中压开关MN7_1～MN7_17可改采二极管来实现，但本发明并不以此为限。第七中压开关MN7_1～MN7_17为二极管的耦接方式可参酌上述图2的第七中压开关MN5_1～MN5_11为二极管的相关说明而类推之，在此不再赘述。
第六开关串联组391可包括第八中压开关MP8_1～MP8_6，其中第八中压开关MP8_1～MP8_6依序串接，且串接在电源电压VHH与第四节点ND4之间。而第四电流源359耦接在第四节点ND4与接地电压GND之间。
值得一提的是，本发明所配置的第H个第六开关串联组的第八中压开关的数量，等于L个偏压开关串联组中的第H个偏压开关串联组的第二中压开关的数量，其中H为小于或等于F的正整数。在图3的所示的实施例中有三个偏压开关串联组312～314，故L＝3；在图3的所示的实施例中有一个个第六开关串联组391，故H＝1。因此，图3所配置的第八中压开关MP8_1～MP8_6的数量，等于第一个偏压开关串联组312的第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量，为六个。
于图3所示的实施例中，第八中压开关MP8_1～MP8_6可为晶体管，但本发明并不以此为限。第八中压开关MP8_1～MP8_6为晶体管的耦接方式可参酌上述图2的第二中压开关MP2_1～MP2_6相关说明而类推得之，在此不再赘述。值得一提的是，在图3所示的第八中压开关MP8_1～MP8_6中，各晶体管的基体可耦接至其本身的源极端，但本发明并不限于此。在本发明的另一实施例中，为了节省电路面积，第八中压开关MP8_1～MP8_6可以共用一基体，可以共用的第八中压开关数量可以是至少两个，而至多数量则可由第八中压开关的崩溃电压与临界电压来决定，也即崩溃电压除以临界电压(倘若无法整除，则可对商数采无条件进位以取得上述至多数量)。举例来说，倘若第八中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特，则最多是6个第八中压开关共用一基体，故，第八中压开关MP8_1～MP8_6可以共用一基体，且共用的基体耦接至第八中压开关MP8_1～MP8_6中的最高电压(即电源电压VHH)。上述范例中的第八中压开关的崩溃电压为6伏特，且临界电压为1伏特仅为例示说明，并非用以限制本发明。
在本发明的其他实施例中，第八中压开关MP8_1～MP8_6可改采二极管来实现，但本发明并不以此为限。第八中压开关MP8_1～MP8_6为二极管的耦接方式可参酌上述图2的第二中压开关MP2_1～MP2_6为二极管的相关说明而类推之，在此不再赘述。
值得一提的是，本发明所配置的每一级映射电路中的第V级第六中压开关的栅极端，耦接至第T个第六开关串联组的第四节点，其中V为小于或等于第六中压开关的数量且大于或等于2的整数，且T＝V－1。因此，于图3所示的实施例中，第一级映射电路352中的第二级第六中压开关MPC61的栅极端，耦接至第六开关串联组391的第四节点ND4(即第八中压开关MP8_1～MP8_6中的最后一级第八中压开关MP8_6的栅极端)。特别的是，第二级第六中压开关MPC61的配置，可避免第一级第六中压开关MPC6发生崩溃。
在图3所示的实施例中，电源电压VHH可为正电高压；第一中压开关MP11～MP14、第二中压开关MP1_1～MP1_6、第二中压开关MP2_1～MP2_6与第二中压开关MP3_1～MP3_11、第二中压开关MP4_1～MP4_16、第四中压开关MP5_1～MP5_5、第六中压开关MPC6、第六中压开关MPC61、第六中压开关MPC7以及第八中压开关MP8_1～MP8_6可为P型金氧半场效晶体管；而第三中压开关MN2～MN4、输入中压开关MN1、第五中压开关MNC1与第五中压开关MNC5以及第七中压开关MN5_1～MN5_11、第七中压开关MN7_1～MN7_17可为N型金氧半场效晶体管。如此一来，高压电源装置300可基于控制信号CRS而提供正电的输出电压至输出端OT。但本发明并不以此为限。
在本发明的其他实施例中，电源电压VHH可为负电高压；第一中压开关MP11～MP14、第二中压开关MP1_1～MP1_6、第二中压开关MP2_1～MP2_6与第二中压开关MP3_1～MP3_11、第二中压开关MP4_1～MP4_16、第四中压开关MP5_1～MP5_5、第六中压开关MPC6、第六中压开关MPC61、第六中压开关MPC7以及第八中压开关MP8_1～MP8_6可为N型金氧半场效晶体管；而第三中压开关MN2～MN4、输入中压开关MN1、第五中压开关MNC1与第五中压开关MNC5以及第七中压开关MN5_1～MN5_11、第七中压开关MN7_1～MN7_17可为P型金氧半场效晶体管。如此一来，高压电源装置300可基于控制信号CRS而提供负电的输出电压至输出端OT。但本发明并不以此为限。
值得一提的是，为了避免第一中压开关MP11～MP14以及输入中压开关MN1因电源电压VHH的高压而发生崩溃，辅助开关串联组311中的第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量、偏压开关串联组312中的第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量、偏压开关串联组313中的第二中压开关MP3_1～MP3_11的数量、偏压开关串联组313中的第二中压开关MP4_1～MP4_16的数量、二极管DM1以及二极管DM2的耦接位置必须精心设计。
以下假设图3的输入偏压电压VSP为5伏特，二极管DM1、二极管DM2以及二极管DP的顺向偏压VF为1伏特，P型金氧半场效晶体管及N型金氧半场效晶体管的崩溃电压(breakdown voltage，下称Vbd)为6伏特，且P型金氧半场效晶体管导通的临界电压(threshold voltage，下称Vtp)为-1伏特，而N型金氧半场效晶体管导通的临界电压(下称Vtn)为1伏特，电源电压VHH的最大值(下称VHHmax)可设定在21伏特，而电源电压VHH的最小值(下称VHHmin)可设定在5伏特。
一般来说，通常会先将输入偏压电压VSP及电源电压VHH(约为输入偏压电压VSP的电压值)提供给高压电源装置300，故初始箝制电压VCP的初始值为4伏特(即VSP－VF)，而第二偏压电压VG21等于初始箝制电压VCP的初始值为4伏特。此时，输入偏压电压VSP(为5伏特)及初始箝制电压VCP(为4伏特)可分别用来对第五中压开关MNC1及第五中压开关MNC2进行偏压，致使参考电路351可产生参考电压VR及参考电流，并使映射电路352、映射电路353映射出偏压电流，从而完成电流镜电路350的预充电动作。接着，可在高压的应用下将电源电压VHH拉升(例如拉升至VHHmax，为21伏特)，此时，第五开关串联组2525将产生偏压电压VG21为11伏特(即11×Vtn)，并将初始箝制电压VCP由4伏特拉升至11伏特。换句话说，此时的偏压电压VG21不仅对第三中压开关MN3进行偏压，也用来对第五中压开关MNC2进行偏压。由于电源电压VHH拉升至21伏特后，第二节点ND2的电压为16伏特(即21-(5×|Vtp|))，而初始箝制电压VCP将由4伏特拉升至11伏特，故可避免第五中压开关MNC2发生崩溃。
另外，在电源电压VHH为21伏特的情况下，为了避免第一中压开关MP11的源极端与漏极端之间发生崩溃，第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1可设定为16伏特(最小值)；为了避免第一中压开关MP12的源极端与漏极端之间发生崩溃，第一中压开关MP13的源极端的电压值VP2可设定为11伏特(最小值)；且为了避免第一中压开关MP13的源极端与漏极端之间发生崩溃，第一中压开关MP14的源极端的电压值VP3可设定为6伏特(最小值)。于上述情境下，第二中压开关MP1_1～MP1_6的数量，将由崩溃电压Vbd及临界电压Vtp决定，例如上述式(1)所示，其数量为6个。而第二中压开关MP2_1～MP2_6的数量，将由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1以及临界电压Vtp决定，例如上述式(2)所示，其数量为6个。第二中压开关MP3_1～MP3_11的数量，将由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP13的源极端的电压值VP2以及临界电压Vtp决定，例如上述式(3)所示，其数量为11。另外，第二中压开关MP4_1～MP4_16的数量，将由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP14的源极端的电压值VP3以及临界电压Vtp决定，例如下列式(7)所示，其中S4为第二中压开关MP4_1～MP4_16的数量，此数量为16。附带一提的是，倘若根据式(7)的计算结果具有小数，则可对所述计算结果采无条件进位以取得所述数量。
S4＝(VHH max-VP3-Vtp)÷|Vtp| 式(7)
需特别说明的是，第一个二极管DM1的阳极端耦接至四个第一中压开关MP11～MP14中的第二级(即第一中压开关MP12)的源极端。而二极管DM1的阴极端耦接至偏压开关串联组312～314中的第二个偏压开关串联组(即偏压开关串联组313)的第Z1个第二中压开关的漏极端，其中Z1由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP12的源极端的电压值VP1以及临界电压Vtp来决定，以避免第一中压开关MP13于负载为轻载时发生崩溃，例如下列式(8.1)所示。于本实施例中，Z1为6，因此二极管DM1的阴极端耦接至偏压开关串联组313中的第六个第二中压开关MP3_6的漏极端。附带一提的是，倘若根据式(8.1)的计算结果具有小数，则可对该计算结果采无条件进位以做为Z1。
Z1＝(VHH max-VP1-Vtp)÷|Vtp| 式(8.1)
另外，二极管DM2的阳极端耦接至四个第一中压开关MP11～MP14中的第三级(即第一中压开关MP13)的源极端。而二极管DM2的阴极端耦接至偏压开关串联组312～314中的第三个偏压开关串联组(即偏压开关串联组314)的第Z2个第二中压开关的漏极端，其中Z2由电源电压VHH的最大值VHHmax、第一中压开关MP13的源极端的电压值VP2以及临界电压Vtp来决定，以避免第一中压开关MP14于负载为轻载时发生崩溃，例如下列式(8.2)所示。于本实施例中，Z2为11，因此二极管DM2的阴极端耦接至偏压开关串联组314中的第十一个第二中压开关MP4_11的漏极端。附带一提的是，倘若根据式(8.2)的计算结果具有小数，则可对该计算结果采无条件进位以做为Z2。
Z2＝(VHH max-VP2-Vtp)÷|Vtp| 式(8.2)
另外，参考电路351的第三开关串联组3513中的第四中压开关MP5_1～MP5_5的数量，可由电源电压VHH的最小值VHHmin以及临界电压Vtp决定，例如上述式(5)所示，其数量为5个。映射电路352的第五开关串联组2525中的第七中压开关MN5_1～MN5_11的数量，可由崩溃电压Vbd、临界电压Vtn与输入偏压电压VSP来决定，例如上述式(6)所示，其数量为11个。如此一来，第二偏压电压VG21可设定为11伏特。另外，映射电路353的第五开关串联组3535中的第七中压开关MN7_1～MN7_17的数量，可由崩溃电压Vbd、临界电压Vtn与第二偏压电压VG21来决定，例如下列式(9)所示，其中S61为第七中压开关MN7_1～MN7_17的数量，此数量为17个。映射电路352的第六中压开关MPC6、第六中压开关MPC61的数量，可由电源电压的最大值VHHmax、第二偏压电压VG21与崩溃电压Vbd来决定，以防止发生崩溃，例如下列式(10)所示，其中S71为第六中压开关MPC6、第六中压开关MPC61的数量，此数量为2个。映射电路353的第六中压开关MPC7的数量，可由电源电压的最大值VHHmax、第二偏压电压VG22与崩溃电压Vbd来决定，以防止发生崩溃，例如下列式(11)所示，其中S81为第六中压开关MPC7的数量，此数量为1个。附带一提的是，倘若根据式(9)、式(10)及式(11)的计算结果具有小数，则可对该计算结果采无条件进位以做为该数量。以下将针对高压电源装置300的运作进行说明。
S61＝(Vbd+VG21)÷Vtn 式(9)
S71＝(VHH max-VG21)÷Vbd 式(10)
S81＝(VHH max-VG22)÷Vbd 式(11)
当电源电压VHH为21伏特且输入偏压电压VSP为5伏特时，第六开关串联组391的第八中压开关MP8_6的栅极端将提供15伏特(即VHH-6×|Vtp|)的偏压电压VG41以导通第六中压开关MPC61，电流镜电路350中的映射电路352将提供11伏特(即11×Vtn)的第二偏压电压VG21，电流镜电路350中的映射电路353将提供17伏特(即17×Vtn)的第二偏压电压VG22，而偏压开关串联组312所提供的第一偏压电压VG2为15伏特(即VHH-6×|Vtp|)，二极管DM1的阴极端(即第二中压开关MP3_6的漏极端)的电压为15伏特(即VHH-6×|Vtp|)，偏压开关串联组313所提供的第一偏压电压VG3为10伏特(即VHH-11×|Vtp|)，二极管DM2的阴极端(即第二中压开关MP4_11的漏极端)的电压为10伏特(即VHH-11×|Vtp|)，偏压开关串联组314所提供的第一偏压电压VG4为5伏特(即VHH-16×|Vtp|)。
于一情况下，倘若高压电源装置300的输出端OT所接的负载(未显示)为轻载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2～MN4可分别反应于输入偏压电压VSP(为5伏特)、第二偏压电压VG21(为11伏特)及第二偏压电压VG22(为17伏特)而被导通。此时，第一偏压电压VG1为15伏特(即VHH-6×|Vtp|)，因此第一中压开关MP11～MP14可依序被导通。由于负载为轻载，故第一中压开关MP12的源极端的电压为21伏特、第一中压开关MP13的源极端(即二极管DM2的阳极端)的电压为21伏特，第一中压开关MP14的源极端的电压为21伏特，且输出端OT的电压也是21伏特。
基于二极管DM1的阴极端的电压为15伏特，二极管DM1的两端跨压(为6伏特)将大于二极管DM1的顺向偏压(为1伏特)，故二极管DM1将被导通，致使二极管DM1的阴极端的电压被上拉至20伏特，因此第一偏压电压VG3由10伏特上拉至15伏特，而第二中压开关MP3_1～MP3_6被截止。另外，基于二极管DM2的阴极端的电压为10伏特，二极管DM2的两端跨压(为11伏特)将大于二极管DM2的顺向偏压(为1伏特)，故二极管DM2将被导通，致使二极管DM2的阴极端的电压被上拉至20伏特，因此第一偏压电压VG4由5伏特上拉至15伏特，而第二中压开关MP4_1～MP4_11被截止。
如此一来，第一中压开关MP11的源极端(为21伏特)与栅极端(为15伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端(为21伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。而第一中压开关MP12的源极端(为21伏特)与栅极端(为15伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端(为21伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。第一中压开关MP13的源极端(为21伏特)与栅极端(为15伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP13的源极端与漏极端(为21伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP13的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP13的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP13也不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP14的源极端(为21伏特)与栅极端(为15伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP14的源极端与漏极端(为21伏特)的跨压为0伏特，且第一中压开关MP14的栅极端与漏极端的跨压为6伏特，都未超过第一中压开关MP14的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP14也不会发生崩溃。
可以理解的是，由于二极管DM1及DM2被导通，使得第一偏压电压VG3由10伏特上拉至15伏特，且第一偏压电压VG4由5伏特上拉至15伏特，从而避免第一中压开关MP13及第一中压开关MP14发生崩溃。因此，在负载为轻载且电源电压VHH于21伏特的高压情况下，第一中压开关MP11～MP14都不会发生崩溃，因此高压电源装置300可正常运作。
另一情况是，倘若高压电源装置300的输出端OT所接的负载(未显示)为重载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2～MN4可分别反应于输入偏压电压Vsp(为5伏特)、第二偏压电压VG21(为11伏特)及第二偏压电压VG22(为17伏特)而被导通。此时，第一偏压电压VG1为15伏特(即VHH-6×|Vtp|)，因此第一中压开关MP11～MP14可依序被导通。由于负载为重载，故第一中压开关MP12的源极端(即二极管DM1的阳极端)被下拉至16伏特，第一中压开关MP13的源极端(即二极管DM2的阳极端)的电压被下拉至11伏特，第一中压开关MP14的源极端的电压被下拉至6伏特，且输出端OT的电压被下拉至约为0伏特。基于二极管DM1的阴极端的电压为15伏特，二极管DM1的两端跨压(为1伏特)并未大于顺向偏压(为1伏特)，故二极管DM1为截止状态，因此第一偏压电压VG3保持在10伏特，而第二中压开关MP3_1～MP3_11都维持在导通状态。另外，基于二极管DM2的阴极端的电压为10伏特，二极管DM2的两端跨压(为1伏特)并未大于顺向偏压(为1伏特)，故二极管DM2为截止状态，因此第一偏压电压VG4保持在5伏特，而第二中压开关MP4_1～MP4_16都维持在导通状态。
如此一来，第一中压开关MP11的源极端(为21伏特)与栅极端(为15伏特)的跨压为6伏特，第一中压开关MP11的源极端与漏极端(为16伏特)的跨压为5伏特，且第一中压开关MP11的栅极端与漏极端的跨压为1伏特，都未超过第一中压开关MP11的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP11不会发生崩溃。而第一中压开关MP12的源极端(为16伏特)与栅极端(为15伏特)的跨压为1伏特，第一中压开关MP12的源极端与漏极端(为11伏特)的跨压为5伏特，且第一中压开关MP12的栅极端与漏极端的跨压为4伏特，都未超过第一中压开关MP12的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP12也不会发生崩溃。第一中压开关MP13的源极端(为11伏特)与栅极端(为10伏特)的跨压为1伏特，第一中压开关MP13的源极端与漏极端(为6伏特)的跨压为5伏特，且第一中压开关MP13的栅极端与漏极端的跨压为4伏特，都未超过第一中压开关MP13的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP13也不会发生崩溃。另外，第一中压开关MP14的源极端(为6伏特)与栅极端(为5伏特)的跨压为1伏特，第一中压开关MP14的源极端与漏极端(为0伏特)的跨压为6伏特，且第一中压开关MP14的栅极端与漏极端的跨压为5伏特，都未超过第一中压开关MP14的崩溃电压Vbd(为6伏特)，故第一中压开关MP14也不会发生崩溃。由此可知，在负载为重载且电源电压VHH于21伏特的高压情况下，第一中压开关MP11～MP14都不会发生崩溃，因此高压电源装置300可正常运作。
又一情况是，当电源电压VHH为5伏特、高压电源装置300的输出端OT所接的负载(未显示)为轻载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2～MN4可依序被导通。此时，第一偏压电压VG1通过第一电流源322接到接地电位GND而约为0伏特，偏压开关串联组312～314所提供的第一偏压电压VG2～VG4通过第二电流源332、第二电流源333及第二电流源334接到接地电位GND而都为0伏特，第一中压开关MP11～MP14依序被导通，且二极管DM1及DM2也被导通。基于电源电压VHH为5伏特，第一偏压电压VG1、第一偏压电压VG2、第一偏压电压VG3、第一偏压电压VG4都为0伏特，且输出端的电压为5伏特(由于负载为轻载)，因此第一中压开关MP11～MP14都不会发生崩溃。可以理解的是，在负载为轻载且电源电压VHH低至5伏特的情况下，第一中压开关MP11～MP14仍可分别被导通且不会发生崩溃，因此高压电源装置300在低压5伏特的情况下仍可正常运作。
又一情况是，当电源电压VHH为5伏特、高压电源装置300的输出端OT所接的负载(未显示)为重载且输入中压开关MN1基于控制信号CRS而被导通时，第三中压开关MN2～MN4可分别被导通。此时，第一偏压电压VG1通过第一电流源322接到接地电位GND而约为0伏特，偏压开关串联组312～314所提供的第一偏压电压VG2～VG4通过第二电流源332、第二电流源333及第二电流源334接到接地电位GND而都为0伏特，第一中压开关MP11～MP14依序被导通，而二极管DM1及DM2为截止状态。基于电源电压VHH为5伏特，第一偏压电压VG1、第一偏压电压VG2、第一偏压电压VG3、第一偏压电压VG4都为0伏特，且输出端的电压为0伏特(由于负载为重载)，因此第一中压开关MP11～MP14都不会发生崩溃。可以理解的是，在负载为重载且电源电压VHH低至5伏特的情况下，第一中压开关MP11～MP14仍可分别被导通且不会发生崩溃，因此高压电源装置300在低压5伏特的情况下仍可正常运作。
总的来说，无论负载为轻载或是重载，只要电源电压VHH是在5伏特至21伏特的电压范围内，高压电源装置300都可正常运作。因此高压电源装置300可正常运作的电源电压VHH的范围以及其输出电压的范围确实可被有效提升。
在本发明的上述实施例中，虽然仅例举两个第一中压开关(即图1)、三个第一中压开关(即图2)以及四个第一中压开关(即图3)的实施方式进行说明，但任何所属技术领域中技术人员当可依据上述图1～图3的显示而类推出五个(含)以上第一中压开关的实施方式，故在此不再赘述。
综上所述，在本发明实施例的高压电源装置中，其内部的中压开关元件不会因高压电源装置操作在高压的电源电压下而发生崩溃。此外，通过本发明实施例的高压电源装置的电路设计，可有效提升高压电源装置可正常运作的电源电压及其输出电压的范围。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。