电压系统及其运行方法与流程

本公开涉及一种电压系统及其运行方法，尤其是指一种包括升压装置的电压系统及其运行方法。

背景技术

电压调节器一般应用于功率输出，其中输入电压需要被转换成输出电压，比例范围从小于1到大于1。

上文的“现有技术”说明仅是提供背景技术，并未承认上文的“现有技术”说明公开本公开的标的，不构成本公开的现有技术，且上文的“现有技术”的任何说明均不应作为本公开的任一部分。

技术实现要素：

本公开的一实施例提供一电压系统。该电压系统包括：一开关装置，经配置以调节该电压系统的一输出端的一输出电压；一升压装置，经配置以被使能时拉升该电压系统的该输出电压；以及一控制装置经配置以当该输出电压低于一参考电压时，使能该升压装置。

在一些实施例中，该控制装置经配置以感测该输出电压而得到一感测输出电压，以及基于该感测输出电压确定是否使能该升压装置。

在一些实施例中，该控制装置直接连接至该输出端。

在一些实施例中，当该升压装置被使能时，该开关装置提供一电流的一第一部分至该输出端，以及该升压装置提供该电流的一第二部分至该输出端。

在一些实施例中，该控制装置包括一调变装置和一控制器，该控制器是与该调变装置彼此独立，该调变装置经配置以基于一基准参考电压和该输出电压调整该开关装置的一工作周期，该控制器经配置以基于该参考电压和该输出电压确定是否使能该升压装置。

在一些实施例中，在该输出电压低于该参考电压期间，该控制器持续使能该升压装置。

在一些实施例中，该升压装置包括一晶体管，该晶体管包括一源极以及一漏极，该源极耦合至一电源电压端，该漏极耦合至该输出端。

在一些实施例中，该晶体管的一栅极由该控制器所控制。

在一些实施例中，该开关装置接收一基准电源电压，且该基准电源电压与该电源电压不同。

在一些实施例中，该电源电压高于该基准电源电压。

在一些实施例中，该晶体管是一第二晶体管，该开关装置包括一第一晶体管，该第一晶体管包括一第一源极及一第一漏极，该第一源极耦合至一基准电源电压端，该第一漏极耦合至该输出端。

本公开的另一实施例提供一种电压系统的运行方法，包括：通过一开关装置调节该电压系统的一输出电压；确定该输出电压是否高于一参考电压；当确定该输出电压低于该参考电压时，使能一升压装置以拉升该输出电压；以及当确定该输出电压高于该参考电压时，禁能该升压装置。

在一些实施例中，该运行方法还包括感测该输出电压而得到一感测输出电压，其中确定该输出电压是否低于该参考电压还包括：基于该感测输出电压，以确定该输出电压是否低于该参考电压。

在本公开的实施例中，由于该升压装置连接至第二电源电压，当升压装置被使能时，第二电源电压通过升压装置对输出端的元件(例如，电容器)充电。在升压装置被使能期间，第二电源电压持续对输出端的元件(例如，电容器)。也就是说，当升压装置被使能时，输出端的元件(例如，电容器)不仅仅被基准电源电压充电，也通过升压装置而被第二电源电压充电。如此，将该输出电压从一急剧下降电平拉升回至一期望电平，所需要的恢复时间相对较短。

相对地，现有的电压系统仅包括一调节装置以调整该电压系统的输出电压。也就是说，耦合至该电压系统的输出端的电容器仅通过该调节装置的单一电压来进行充电。当耦合至输出端的负载的运行模式从轻负载改变至重负载模式时，输出电压可能急剧下降。在这样的情况下，需要相对较长的时间来将该输出电压从一急剧下降电平拉升回至一期望电平。

上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，从而使下文的本公开详细描述得以获得优选了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中技术人员应了解，可相当容易地利用下文公开的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制程而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离权利要求所界定的本公开的构思和范围。

附图说明

参阅实施方式与权利要求结合考量附图时，可得以更全面了解本公开的公开内容，附图中相同的元件符号是指相同的元件。

图1为本公开的比较实施例的电压系统的电路图。

图2为本公开的实施例的电压系统的电路图。

图3为图2所述电压系统的一运行电路图。

图4为图2所述电压系统的另一运行电路图。

图5为图1和图2所述电压系统所需恢复时间的波形图。

图6为本公开的实施例的另一电压系统的电路图。

图7为本公开的实施例的电压系统的运行方法的示意图。

附图标记说明：

10电压系统

100控制器

m0晶体管

pout0输出端

vdd基准电源电压

vout0输出电压

vref0基准参考电压

20电压系统

200控制装置

202开关装置

204升压装置

i电流

i1电流

i2电流

pout输出端

pvdd1基准电源电压端

pvdd2电源电压端

vdd1基准电源电压

vdd2电源电压

vout输出电压

vref1基准参考电压

vref2参考电压

δt1恢复时间

δt2恢复时间

60电压系统

600控制装置

602调变装置

604控制器

606开关装置

608升压装置

70方法

702-706步骤

具体实施方式

本公开的以下说明伴随并入且组成说明书的一部分的附图，说明本公开的实施例，然而本公开并不受限于该实施例。此外，以下的实施例可适当整合以下实施例以完成另一实施例。

“一实施例”、“实施例”、“例示实施例”、“其他实施例”、“另一实施例”等是指本公开所描述的实施例可包含特定特征、结构或是特性，然而并非每一实施例必须包含该特定特征、结构或是特性。再者，重复使用“在实施例中”一语并非必须指相同实施例，然而可为相同实施例。

为了使得本公开可被完全理解，以下说明提供详细的步骤与结构。显然，本公开的实施不会限制该技艺中的技术人士已知的特定细节。此外，已知的结构与步骤不再详述，以免不必要地限制本公开。本公开的优选实施例详述如下。然而，除了实施方式之外，本公开亦可广泛实施于其他实施例中。本公开的范围不限于实施方式的内容，而是由权利要求定义。

图1为本公开的比较实施例，电压系统10的电路图。参考图1，电压系统10在由基准电源电压vdd所定义的功率域中运行。电压系统10包括控制器100和晶体管m0。

晶体管m0耦合至基准电源电压vdd和电压系统10的输出端pout0之间，经配置以调节电压系统10的输出端pout0的输出电压vout0。更详细地说，当晶体管m0的导通时间相对较长时，由于晶体管m0连接至基准电源电压vdd，基准电源电压vdd对电容器(例如耦合至输出端pout0的电容器，未示出于图1)的充电时间则相对较长。据此，输出电压vout0的电压电平相对较高。或者，当晶体管m0的导通时间相对较短时，则基准电源电压vdd对该电容器的充电时间则相对较短。据此，输出电压vout0的电压电平则相对较低。所以，晶体管m0的导通时间长度与输出电压vout0有关。晶体管m0通过调整导通时间的长度，以调节输出电压vout0。

在一实施例中，晶体管m0包括金属氧化物半导体场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(metal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)。在另一实施例中，晶体管m0包括高压金氧半场效晶体管(highvoltagemosfet)，能够在700伏(或其以上)下运行。或者，晶体管m0包括双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistors,bjts)、互补式金氧半场效晶体管(complementarymostransistors,cmostransistors)或其类似物。在一个或多个实施例中，晶体管m0包括功率场效晶体管(powerfield-effecttransistor,powerfet)，例如双重扩散金氧半场效晶体管(double-diffusedmetal-oxide-semiconductortransistor,dmostransistor)。在另一个实施例中，晶体管m0包括另一个合适的元件，例如绝缘闸双极晶体管(insulated-gatebipolartransistor,igbt)、场效晶体管(fieldeffecttransistor,fet)或其类似物。在本实施例中，晶体管m0包括一p型金氧半场效晶体管(p-typemetal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,pmosfet)。在另一实施例中，晶体管m0包括n型金氧半场效晶体管(n-typemetal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,nmosfet)。尽管只示出一个栅极结构，但应理解，晶体管m0于p型金氧半场效晶体管可包括多个栅极结构，包括短通道与长通道的晶体管。

控制器100经配置以确定与晶体管m0的导通时间长度有关的工作周期。此外，控制器100基于所决定的工作周期，据以控制晶体管m0处理的时间长度。更详细地说，控制器100通过感测输出电压vout0据以得到一感测输出电压。控制器100将该感测输出电压与一基准参考电压vref0进行比较，且基于比较结果调整晶体管m0的工作周期。在一实施例中，控制器100包括一脉冲宽度调变(pulsewidthmodulation,pwm)元件。在另一实施例中，控制器100包括任一可执行脉冲宽度调变运行的装置。

在运行中，电压系统10的输出电压vout0可以从约1.2伏(volts,v)，下降至，例如约0.9伏。控制器100感测该下降输出电压(约0.9伏)，且该感测输出电压与基准参考电压vref0(例如约1伏)进行比对。基于比较结果，控制器100确定输出电压vout0下降后，控制器100就调整晶体管m0的工作周期。据此，该下降输出电压(0.9伏)将被增加至约1.2伏。因为压降(从约1.2伏降至约0.9伏)相对较小，所以将输出电压vout0从下降电平(约0.9伏)拉升回至期望电平(约1.2伏)，所需时间则相对较短。

然而，在一些运行中，电压系统10的输出电压vout0可能急剧地下降。例如，假设输出电压vout0作为一负载的电源电压。当负载的运行模式从轻负载模式改变至重负载模式时，输出电压vout0可能急剧地下降，例如从约1.2伏降至约0.8伏。在这种情况下，需要相对较长的时间来将输出电压vout0从约0.8伏的一急剧下降电平拉升回约1.2伏的一期望电平。

图2为本公开的实施例，电压系统20的电路图。参考图2，电压系统20在由一基准电源电压vdd1及一电源电压vdd2所定义的功率域中运行。电压系统20，类似于示出于图1中所述的电压系统10，不同的处在于例如电压系统20包括控制装置200、开关装置202和升压装置204。

开关装置202耦合至电压系统20中基准电源电压端pvdd1与输出端pout之间，经配置以调节电压系统20中输出端pout的输出电压vout。更详细地说，由于开关装置202通过基准电源电压端pvdd1，连接至基准电源电压vdd1，当开关装置202导通一段相对较长的时间时，基准电源电压vdd1对电容器(例如耦合至输出端pout的电容器，未示出于图中)的充电时间则相对较长。据此，输出电压vout的电压电平相对较高。或者，当开关装置202的导通时间相对较短时，基准电源电压vdd1对该电容器的充电时间则相对较短。据此，输出电压vout的电压电平相对较低。所以，开关装置202的导通时间长度与输出电压vout有关。开关装置202通过调整开关装置202的导通时间长度，据以调整输出电压vout。

升压装置204耦合至电压系统20中电源电压端pvdd2与输出端pout之间，当升压装置204经配置以被使能时拉升电压系统20的输出电压vout。更详细地说，由于升压装置204连接至电源电压vdd2，当升压装置204被使能时，电源电压vdd2通过升压装置204对电容器充电。在升压装置204被使能期间，电源电压vdd2持续地对该电容器充电。也就是说，当升压装置204被使能时，该电容器不仅通过通过开关装置202的基准电源电压vdd1来充电，也通过通过升压装置204的电源电压vdd2来充电。结果，将输出电压vout从一急剧下降电平拉升回至一期望电平的所需要的时间则相对较短。在一实施例中，基准电源电压vdd1不同于电源电压vdd2。在另一实施例中，电源电压vdd2高于基准电源电压vdd1。将输出电压vout从一下降电平拉升至一期望电平的时间长度，在电源电压vdd2高于基准电源电压vdd1的实施例中所需的时间长度少于在电源电压vdd2等于基准电源电压vdd1的实施例中所需的时间长度。

控制装置200经配置以确定与开关装置202的导通时间长度有关的一工作周期。此外，控制装置200基于已确定的该工作周期，据以控制开关装置202的导通时间长度。更详细地说，控制装置202通过感测输出电压vout，据以得到一感测输出电压。控制装置200比对该感测输出电压与一基准参考电压vref1，基于比对结果，据以调整开关装置202的导通时间。在一实施例中，控制装置200包括一脉冲宽度调变(pulsewidthmodulation,pwm)元件。在另一实施例中，控制装置200包括任一可执行脉冲宽度调变运行的元件。在一实施例中，控制装置200直接连接至电压系统20的输出端pout。

此外，当输出电压vout低于参考电压vref2时，控制装置200经配置以使能升压装置204。在此，参考电压vref2低于基准参考电压vref1。例如，参考电压vref2约为0.9伏，而基准参考电压vref1约为1.0伏。更详细地说，控制装置200，经配置以通过感测输出电压vout，而得到一感测输出电压。此外，基于该感测输出电压，控制装置200据以确定是否使能升压装置204。当该感测输出电压(例如约0.8伏)低于参考电压vref2(例如约0.9伏)时，控制装置200则使能升压装置204。相对地，当该感测输出电压高于参考电压vref2，控制装置200则不使能升压装置204，因此升压装置204并未拉升输出电压vout。

图3为图2所述的电压系统20的一运行电路图。参考图3，在图2所述的运行中，该感测输出电压高于参考电压vref2。所以，控制装置200不使能升压装置204。开关装置202将电流i1提供至通向输出端pout的电流i。因为升压装置204尚未被使能，所以升压装置204没有供应一电流给电流i。

图4为图2所述的电压系统20的另一运行电路图。参考图4，该感测输出电压低于参考电压vref2，这意味输出电压vout急剧下降。所以，控制装置200使能升压装置204。升压装置204被使能，因而提供电流i2，以作为电流i的一第二部分，而开关装置202则提供电流i1，以作为电流i的一第一部分。由升压装置204提供电流i2，将输出电压vout从一急剧下降电平(例如约0.8伏)，提升回至一期望电平(例如约1.2伏)，所需的时间相对较短。

图5为图1和图2所述的电压系统10和电压系统20的所需恢复时间的波形图。参考图5，横轴表示时间，纵轴表示电压。藉用图2的电压系统20，恢复时间δt1持续的时间相对较短。相比之下，利用图1的电压系统10，恢复时间δt2持续的时间相对较长。结果，如图5所示，电压系统20将输出电压vout从一急剧下降电平调整至一期望电平，仅需相对较短的时间。

图6为本公开的实施例的另一电压系统60的电路图。参考图6，电压系统60类似示出于图2所述的电压系统20，不同的处在于电压系统60包括控制装置600、开关装置606和升压装置608；控制装置600包括调变装置602和控制器604；开关装置606包括第一晶体管m1，以及升压装置608包括第二晶体管m2。

调变装置602经配置以基于基准参考电压vref1与该感测输出电压，确定与第一晶体管m1的导通时间长度有关的工作周期；此外，调变装置602还经配置以调整开关装置606的工作周期。调变装置602的运行类似于如先前所述的控制装置200的运行。因此，在此省略详细说明。

控制器604，是独立于调变装置602，经配置以基于参考电压vref2与该感测输出电压，确定是否使能升压装置608；如前所述，当该感测输出电压低于参考电压vref2时，据以使能升压装置608的第二晶体管m2。例如，当感测输出电压低于参考电压vref2时，且第二晶体管m2为p型金氧半场效晶体管(pmos)时，控制器604提供一电压(是等同于电源电压vdd2)至第二晶体管m2的栅极，以禁能第二晶体管m2，反的亦然。由于一些细节上的描述与图2所讨论的实施例类似，而在此省略未述。

第一晶体管m1的第一源极耦合至基准电源电压端pvdd1，第一晶体管m1的第一漏极耦合至输出端pout。在一实施例中，第一晶体管m1包括金氧半场效晶体管(metal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)。在另一实施例，第一晶体管m1包括可在700伏(或其以上)下运行的高压金氧半场效晶体管(highvoltagemosfet)。或者，第一晶体管m1包括双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistors,bjts)、互补式金氧半场效晶体管(complementarymostransistors,cmostransistors)或其类似物。在一个或多个实施例中，第一晶体管m1包括功率场效晶体管(powerfield-effecttransistor,powerfet)，例如双重扩散金氧半场效晶体管(double-diffusedmetal-oxide-semiconductortransistor,dmostransistor)。在另一个实施例中，第一晶体管m1包括另一个合适的元件，例如绝缘闸双极晶体管(insulated-gatebipolartransistor,igbt)、场效晶体管(fieldeffecttransistor,fet)或其类似物。在本实施例中，第一晶体管m1包括一p型金氧半场效晶体管(p-typemetal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,pmosfet)。在另一实施例中，第一晶体管m1包括n型金氧半场效晶体管(n-typemetal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,nmosfet)。尽管只有一个栅极结构被示出来，但应理解，第一晶体管m1可于p型金氧半场效晶体管中包括多个栅极结构，包括短通道或长通道的晶体管。

第二晶体管m2的第二源极耦合至电压电压端pvdd2，第二晶体管m2的第二漏极耦合至输出端pout。第二晶体管m2的栅极由控制器604控制。在一实施例中，第二晶体管m2包括金氧半场效晶体管(metal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)。在另一实施例中，第二晶体管m2包括可在700伏(或其以上)下运行的高压金氧半场效晶体管(highvoltagemosfet)。或者，第二晶体管m2包括双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistors,bjts)、互补式金氧半场效晶体管(complementarymostransistors,cmostransistors)或其类似物。在一个或多个实施例中，第二晶体管m2包括功率场效晶体管(powerfield-effecttransistor,powerfet)，例如双重扩散金氧半场效晶体管(double-diffusedmetal-oxide-semiconductortransistor,dmostransistor)。在另一个实施例中，第二晶体管m2包括另一个合适的元件，例如绝缘闸双极晶体管(insulated-gatebipolartransistor,igbt)、场效晶体管(fieldeffecttransistor,fet)或其类似物。在本实施例中，第二晶体管m2包括一p型金氧半场效晶体管(p-typemetal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,pmosfet)。在另一实施例中，第二晶体管m2包括n型金氧半场效晶体管(n-typemetal–oxide–semiconductorfield-effecttransistor,nmosfet)。尽管只有一个栅极结构被示出来，但应理解，第二晶体管m2可于p型金氧半场效晶体管包括多个栅极结构，包括短通道或长通道的晶体管。

图7为本公开的实施例的电压系统的运行方法70的示意图。参考图7，运行方法70包括步骤700、702、704和706。

运行方法70开始于步骤700，电压系统的输出电压由开关装置予以调节；例如，参考图6，该输出电压vout由开关装置606予以调节。

步骤方法70继续执行步骤702，确定感测输出电压是否高于参考电压vref。例如，参考图6，控制器604确定感测输出电压是否高于参考电压vref2。如果步骤702的结果为是(yes)，参考图7，运行方法70继续执行步骤704，禁能升压装置；例如，参考图6，控制器604禁能升压装置608。如果步骤702的结果为否(no)，参考图7，运行方法70继续执行步骤706，使能升压装置以拉升输出电压。例如，参考图6，控制器604使能升压装置608，以拉升该输出电压。

在本公开的实施例中，由于升压装置204连接至电源电压vdd2，当升压装置204被使能时，电源电压vdd2例如通过升压装置204对电容器充电。在升压装置204被使能期间，电源电压vdd2持续对该电容器充电。也就是说，当升压装置204被使能时，该电容器不仅通过通过开关装置202的基准电源电压vdd1所充电，也通过通过升压装置204的电源电压vdd2所充电。结果，将该输出电压从一急剧下降电平拉升回至一期望电平，所需的恢复时间则相对较短。

在一些现有的电压系统中，现有的电压系统仅包括一调节装置以调节该电压系统的输出电压。也就是说，耦合至该电压系统的输出端的电容器仅通过该调节装置的单一电压来进行充电。当耦合至输出端的负载的运行模式从轻负载改变至重负载模式时，该输出电压可能急剧下降。在这样的情况下，需要相对较长的时间来将该输出电压从一急剧下降电平拉升回至一期望电平。

相对地，在本公开的实施例中，由于该升压装置连接至电源电压vdd2，当升压装置被使能时，电源电压vdd2通过升压装置对输出端的元件(例如，电容器)充电。在升压装置被使能期间，电源电压vdd2持续对输出端的元件充电。也就是说，当升压装置被使能时，输出端的元件不仅仅被基准电源电压vdd1充电，也通过升压装置而被电源电压vdd2充电。如此，将该输出电压从一急剧下降电平拉升回至一期望电平，所需要的恢复时间相对较短。本公开的一实施例提供一电压系统。该电压系统包括：一开关装置，经配置以调节该电压系统的一输出端的一输出电压；一升压装置，经配置以被使能时拉升该电压系统的该输出电压；以及一控制装置经配置以当该输出电压低于一参考电压时，使能该升压装置。

本公开的另一实施例提供一种电压系统的运行方法，包括：通过一开关装置调节该电压系统的一输出电压；确定该输出电压是否高于一参考电压；当确定该输出电压低于该参考电压时，使能一升压装置以拉升该输出电压；以及当确定该输出电压高于该参考电压时，禁能该升压装置。

虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的构思与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多制程，并且以其他制程或其组合替代上述的许多制程。

再者，本公开的范围并不受限于说明书中所述的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。该技艺的技术人士可自本公开的公开内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质相同结果的现存或是未来发展的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，这些制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤包含于本公开的权利要求内。