CN101286691B - 具有超压功能的可控式电源装置 - Google Patents

Abstract

一种具有超压功能的可控式电源装置。此装置包括固定电压产生器、可编程电压产生器、第一开关以及线性稳压器。固定电压产生器用以提供初始电压。可编程电压产生器用以接收初始电压，并对接收的初始电压进行调变，以致使初始电压升压至电源电压。第一开关的第一连接端用以接收初始电压，其第二连接端用以接收电源电压，且其第三连接端耦接第一连接端与第二连接端两者其中之一。藉此，线性稳压器用以稳定来自第一开关的第三连接端的电压，以输出作为可控式电源装置的输出电压。

Description

具有超压功能的可控式电源装置

技术领域

本发明是有关于一种电源供应装置，且特别是有关于一种具有超压功能的可控式电源装置。

背景技术

由于现今科技的突飞猛进，市面上的电子装置不断地推陈出新，于是其对于电源供应装置必须具备多组不同的电压准位的需求也愈来愈普遍，且对于电源供应装置提供的每一组电压准位的准确度也愈来愈严格。举例而言，应用于个人电脑上的中央处理器(central processing unit，CPU)目前在市面上已有数十种。就同一制造公司来说，其生产的数种中央处理器的操作电压不尽相同，又或者是针对同一型号的中央处理器来说，当使用者为了某种目的而将其超压时，这时电源供应装置就必须提供多组的电源电压，以达成使用者的需求。

图1所示为传统超压电路100的架构图。于图1中，传统超压电路包括线性稳压器(linear regulator)120、电阻R11～R16以及开关SW1～SW4。其中，线性稳压器120更包括运算放大器121、N型晶体管T21、电阻R21～R22以及电容C21。

请继续参照图1，电阻R15与R16串接在电压VS11与接地端之间，藉此用以产生初始电压VI。运算放大器121的输出端透过电容C21耦接至其负输入端，以形成一缓冲电路。电阻R11～R14透过开关SW1～SW4的切换而形成耦接方式不同的并联组合，并与电阻R21～R22与晶体管T21与电压VS12形成到地的电流路径。在此，电阻R21～R22的阻值互不相同，故传统超压电路100利用电阻R21～R22所形成的并联组合与电阻分压原理，来产生多组电源电压，以达到超压的目的。

图2A所示为用以说明传统超压电路100的电源电压的超压表。由图2A可看出，藉由开关SW1～SW4的导通(ON)与断开(OFF)，电阻R11～R14具有16种并联组合，换而言的，传统超压电路100在不同的超压阶数下，其输出电压V0也将升压至不同的电源电压。举例而言，在超压阶数为1的情况下，传统超压电路100将透过开关SW1的导通，而致使其输出电压V0升压至电源电压V1。相似地，在超压阶数为16的情况下，传统超压电路100将透过开关SW1～SW4的导通，而致使其输出电压V0升压至电源电压V16。其中，电源电压V1<V2<V3.....<V16，故传统超压电路100的超压阶数愈高则其超压的幅度也就愈大。

然而，传统超压电路100仍受制于硬件上的限制。举例而言，传统超压电路100是利用多个不同阻值的电阻并联搭配，藉此产生多组电源电压。但是，若使用者需要更多组的电源电压时，则传统超压电路100势必需要更多电阻来搭配，如此一来将会使电路变得更复杂、更庞大。

另外，图2B所示为用以说明传统超压电路100的电源电压的误差图，由图2B可看出，传统超压电路100在不同的超压阶数下，其电源电压所形成的电压误差也就不同。在此，随着超压阶数的递增，电源电压所形成的电压误差也就越大。主要的原因在于，电阻R11～R14并联后的阻值并非为线性地减小，因此电源电压的误差也就会随着超压阶数的递增而增加。

发明内容

本发明提供一种具有超压功能的可控式电源装置，除了可以简化传统超压电路的硬件设计的外，还能提供使用者多样化的电源电压。

本发明提供一种具有超压功能的可控式电源装置，可以简化传统超压电路的硬件设计，并且能有效地提升电源电压的准确度。

本发明提出一种具有超压功能的可控式电源装置，其包括固定电压产生器、可编程电压产生器、第一开关以及线性稳压器。固定电压产生器用以提供初始电压。可编程电压产生器耦接固定电压产生器，其用以接收初始电压，并对接收的初始电压进行调变，以致使所接收的初始电压升压至电源电压。第一开关具有第一连接端、第二连接端与第三连接端，其第一连接端接收初始电压，其第二连接端接收电源电压，而其第三连接端耦接第一连接端与第二连接端两者其中之一。线性稳压器具有一输入端，其中，当其输入端耦接第一开关的第三连接端时，线性稳压器用以稳定并输出线性稳压器的输入端所接收到的电压，以作为可控式电源装置的输出电压。

从另一观点来看，本发明提出一种具有超压功能的可控式电源装置，其包括固定电压产生器、讯号产生器、可编程电压产生器、第一开关以及线性稳压器。固定电压产生器用以提供初始电压。讯号产生器产生电源控制讯号与第一切换讯号。可编程电压产生器耦接固定电压产生器，其用以接收初始电压，并对接收的初始电压进行调变，以致使所接收的初始电压升压至电源电压。

第一开关具有第一连接端、第二连接端与第三连接端，其第一连接端接收初始电压，其第二连接端接收电源电压，而其第三连接端耦接第一连接端与第二连接端两者其中之一。线性稳压器具有一输入端，其中，当其输入端耦接第一开关的第三连接端，线性稳压器用以稳定并输出线性稳压器的输入端所接收到的电压，以作为可控式电源装置的输出电压。

本发明是利用可编程电压产生器来调控使用者所期望的电源电压，而无须利用由电阻所形成的并联组合，因此本发明除了能简化可控式电源装置的硬件设计的外，还能有效地提升电源电压的准确度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为传统超压电路100的架构图。

图2A所示为用以说明传统超压电路100的电源电压的超压表。

图2B所示为用以说明传统超压电路100的电源电压的误差图。

图3A所示为依照本发明一实施例具有超压功能的可控式电源装置300A的电路图。

图3B所示为依照本发明另一实施例具有超压功能的可控式电源装置300B的电路图。

具体实施方式

图3A所示为依照本发明一实施例具有超压功能的可控式电源装置300A的电路图。请参照图3A，可控式电源装置300A包括固定电压产生器310、可编程电压产生器330、线性稳压器340以及开关SW31。其中，固定电压产生器310耦接可编程电压产生器330与开关SW31。开关SW31具有第一连接端、第二连接端与第三连接端，其第一连接端耦接固定电压产生器310，其第二连接端耦接可编程电压产生器330，而其第三连接端耦接线性稳压器340。

现在利用图3A来说明具有超压功能的可控式电源装置300A的动作原理。首先，固定电压产生器310提供一初始电压VI，并传送至可编程电压产生器330。而可编程电压产生器330用以接收初始电压VI，并对其所接收到的初始电压VI进行调变，以使接收后的初始电压VI升压至电源电压VR。之后，开关SW31的第一连接端用以接收初始电压VI，且其第二连接端用以接收电源电压VR。此外，开关SW31的第三连接端耦接至其第一连接端或第二连接端，以致使初始电压VI或电源电压VR传送至线性稳压器340。最后，线性稳压器340会接收开关SW31传送来的电压，并且稳定地将此电压输出，以作为可控式电源装置300A的输出电压V0。

图3B所示为依照本发明另一实施例具有超压功能的可控式电源装置300B的电路图。请参照图3B，具有超压功能的可控式电源装置300B包括固定电压产生器310、讯号产生器320、可编程电压产生器330、开关SW31、开关SW32以及线性稳压器340。其中，固定电压产生器310用以提供一初始电压VI。讯号产生器320耦接可编程电压产生器330、开关SW31与SW32，并用以产生电源控制讯号SV、切换讯号S1与切换讯号S2。可编程电压产生器330耦接固定电压产生器310与开关SW31，其用以接收初始电压VI，并依据电源控制讯号SV来调控接收后的初始电压VI，以将接收后的初始电压VI升压至电源电压VR。

开关SW31具有第一连接端、第二连接端与第三连接端，其中开关SW31的第一连接端用以接收初始电压VI，其第二连接端耦接可编程电压产生器330。开关SW32具有第一连接端(可视为第四连接端)、第二连接端(可视为第五连接端)与第三连接端(可视为第六连接端)，其中开关SW32的第一连接端(可视为第四连接端)耦接开关SW31的第三连接端，其第二连接端(可视为第五连接端)耦接至接地端，其第三连接端(可视为第六连接端)则耦接线性稳压器340的输入端。在此，开关SW31的第三连接端会依据切换讯号S1，而决定耦接至其第一连接端或第二连接端。相似地，开关SW32的第三连接端(可视为第六连接端)也会依据切换讯号S2，而决定耦接至其第一连接端(可视为第四连接端)或第二连接端(可视为第五连接端)。

另一方面，线性稳压器340具有一输入端，且当其输入端透过开关SW32耦接至开关SW31的第三连接端时，线性稳压器340用以稳定并输出线性稳压器340的输入端所接收到的电压(初始电压VI或电源电压VR)，以作为可控式电源装置300B的输出电压。

更进一步来看，固定电压产生器310包括电阻R3与R4。电阻R3具有第一端与第二端，其中电阻R3的第一端用以接收第一电压VS1，且其第二端用以输出初始电压VI。电阻R4具有第一端与第二端，其中电阻R4的第一端(可视为第三端)耦接电阻R3的第二端，其第二端(可视为第四端)则耦接至接地端。

此外，线性稳压器340包括运算放大器(operation amplifier)341、N型晶体管T1、电容C1以及电阻R1～R2。其中，运算放大器341的正输入端耦接线性稳压器340的输入端，而其负输入端则透过电容C1耦接至其输出端。电阻R1具有第一端(可视为第五端)与第二端(可视为第六端)，其第一端(可视为第五端)耦接至电容C1的第一端，其第二端则耦接至N型晶体管T1的栅极端。电阻R2具有第一端与第二端，其第一端耦接至电容C1的第二端，其第二端则耦接至N型晶体管T1的源极端。N型晶体管T1的漏极端用以接收第二电压VS2，而其源极端用以提供输出电压V0。

请继续参照图3B，以下将详述可控式电源装置300B的动作原理。当可编程电压产生器330启动时，首先固定电压产生器310利用电阻R3与R4对第一电压VS1进行分压，进而产生并输出初始电压VI。其中，固定电压产生器310将初始电压VI输出至可编程电压产生器330与开关SW31。接着，讯号产生器320会提供切换讯号S1与S2，并分别传送至开关SW31与SW32。此时，开关SW31接收切换讯号S1，并依据切换讯号S1来导通其第一连接端与第三连接端，以致使初始电压VI传送至其第三连接端。此外，开关SW32接收切换讯号S2，并依据切换讯号S2来导通其第一连接端(可视为第四连接端)与第三连接端(可视为第六连接端)，使从其第一连接端(可视为第四连接端)接收的初始电压VI可以经由其第三连接端(可视为第六连接端)传送至线性稳压器340，进而使线性稳压器340接收到初始电压VI。之后，藉由线性稳压器340的稳压功能，可控式电源装置300B将输出一稳定的输出电压V0，且输出电压V0相等于初始电压VI。

在系统启动后，可控式电源装置300B也可依据电源控制讯号SV以及切换讯号S1～S2，来执行超压的动作。举例来说，当讯号产生器产生电源控制讯号SV时，可编程电压产生器330将依据电源控制讯号SV调控初始电压VI，以将初始电压VI升压至电源电压VR。接着，讯号产生器320会产生切换讯号S1与S2，以致使开关SW31导通其第二连接端与第三连接端，开关SW32导通其第一连接端(可视为第四连接端)与第三连接端(可视为第六连接端)。在切换讯号S1与S2的控制下，线性稳压器340将得以接收到电源电压VR。因此，藉由线性稳压器340的稳压功能，可控式电源装置300B将输出一稳定的输出电压V0，且输出电压V0相等于电源电压VR。

此外，上述实施例中的线性稳压器340，其动作原理是藉由运算放大器341的正输入端接收初始电压VI或电源电压VR，使得运算放大器341的输出端能提供一电压至N型晶体管T1的栅极端。于是，N型晶体管T1的栅极端会依据此电压来决定N型晶体管T1的操作状态。之后，线性稳压器340利用电阻R1、电阻R2、电容C1与N型晶体管T1组成的负回授电路架构，使得其输出端能提供稳定的输出电压V0。

更进一步来看，可编程电压产生器330更包括一数字至模拟转换器。数字至模拟转换器会依据接收的电源控制讯号SV，从多组参考电压的中择一作为其的输出电压。于是，可编程电压产生器330将接收的初始电压VI与数字至模拟转换器输出的电压相加，藉此以得到电源电压VR。因此，可编程电压产生器330可依据电源控制讯号SV，使接收的初始电压VI升压至电源电压VR。

值得注意的是，讯号产生器320可透过I2C(Inter-Integrated Circuit)总线，来传送电源控制讯号SV至可编程电压产生器320。相似地，讯号产生器320也可透过I2C总线传送切换讯号S1～S2至开关SW31～SW32。换而言的，电源控制讯号SV与切换讯号S1～S2可分别为一I2C指令。此外，讯号产生器320可从可控式电源装置300B中置换掉，以致使可控式电源装置300B依据外部的控制讯号，来产生初始电压VI或电源电压VR。

另外，可控式电源装置300B是利用讯号产生器320产生电源控制讯号SV至可编程电压产生器330，以指示可编程电压产生器330产生使用者所期望的电源电压VR。因此，可控式电源装置300B可以提供比传统超压电路100更为准确的电源电压VR，且不会有因为电阻并联导致电源电压误差变大的情形发生。

综上所述，本发明是利用可编程电压产生器来产生使用者所期望的电源电压，而无须利用由电阻所形成的并联组合，因此电源电压的误差不会受到超压阶数的影响而变大。此外，由于不使用电阻所形成的并联组合，因此本发明还可简化电路的硬件设计。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (13)

1.一种具有超压功能的可控式电源装置，其特征是包括：

一固定电压产生器，用以提供一初始电压；

一可编程电压产生器，耦接至上述的固定电压产生器，用以接收上述的初始电压并对接收后的上述的初始电压进行调变，以将接收后的上述的初始电压升压至一电源电压；

一第一开关，具有一第一连接端、一第二连接端以及一第三连接端，上述的第一连接端用以接收上述的初始电压，上述的第二连接端用以接收上述的电源电压，且上述的第三连接端耦接至上述的第一连接端与上述的第二连接端其中之一；以及

一线性稳压器，具有一输入端，其中，当上述的输入端耦接至上述的第三连接端时，上述的线性稳压器用以稳定并输出上述的线性稳压器的输入端所接收到的电压，以作为上述的可编程电源装置的输出电压。

2.根据权利要求1所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的固定电压产生器包括：

一第一电阻，具有一第一端与一第二端，上述的第一端耦接至一第一电压，上述的第二端用以提供上述的初始电压；以及

一第二电阻，具有一第三端与一第四端，上述的第三端耦接至上述的第二端，上述的第四端耦接至一接地端。

3.根据权利要求1所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的线性稳压器包括：

一运算放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，其正输入端耦接至上述的线性稳压器的输入端；

一电容，其第一端耦接至上述的运算放大器的输出端，且其第二端耦接至上述的运算放大器的负输入端；

一第三电阻，具有一第五端与一第六端，上述的第五端耦接至上述的电容的第一端；

一第四电阻，具有一第七端与一第八端，上述的第七端耦接至上述的电容的第二端；以及

一N型晶体管，其漏极端用以接收一第二电压，其栅极端耦接至上述的第六端，且其源极端耦接至上述的第八端，并用以提供上述的可控式电源装置的输出电压。

4.一种具有超压功能的可控式电源装置，其特征是包括：

一固定电压产生器，用以提供一初始电压；

一可编程电压产生器，耦接至上述的固定电压产生器，用以接收上述的初始电压并对接收后的上述的初始电压进行调变，以将接收后的上述的初始电压升压至一电源电压；

一第一开关，具有一第一连接端、一第二连接端以及一第三连接端，上述的第一连接端用以接收上述的初始电压，上述的第二连接端用以接收上述的电源电压，且上述的第三连接端耦接至上述的第一连接端与上述的第二连接端其中之一；

第二开关，具有一第四连接端、一第五连接端以及一第六连接端，上述的第四连接端耦接至上述的第三连接端，上述的第五连接端耦接至一接地端，其中上述的第六连接端耦接至上述的第四连接端与上述的第五连接端其中之一；以及

一线性稳压器，具有一输入端，其中，当上述的输入端耦接至上述第二开关的第六连接端时，上述的线性稳压器用以稳定并输出上述的线性稳压器的输入端所接收到的电压，以作为上述的可编程电源装置的输出电压。

5.根据权利要求4所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是更包括，一讯号产生器，用以产生切换上述的第一开关与上述的第二开关所需的控制讯号。

6.根据权利要求4所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的固定电压产生器包括：

一第一电阻，具有一第一端与一第二端，上述的第一端耦接至一第一电压，上述的第二端用以提供上述的初始电压；以及

一第二电阻，具有一第三端与一第四端，上述的第三端耦接至上述的第二端，上述的第四端耦接至一接地端。

7.根据权利要求4所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的线性稳压器包括：

一运算放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，其正输入端耦接至上述的线性稳压器的输入端；

一电容，其第一端耦接至上述的运算放大器的输出端，且其第二端耦接至上述的运算放大器的负输入端；

一第三电阻，具有一第五端与一第六端，上述的第五端耦接至上述的电容的第一端；

一第四电阻，具有一第七端与一第八端，上述的第七端耦接至上述的电容的第二端；以及

一N型晶体管，其漏极端用以接收一第二电压，其栅极端耦接至上述的第六端，且其源极端耦接至上述的第八端，并用以提供上述的可控式电源装置的输出电压。

8.一种具有超压功能的可控式电源装置，其特征是包括：

一固定电压产生器，用以提供一初始电压；

一讯号产生器，用以产生一电源控制讯号与一第一切换讯号；

一可编程电压产生器，耦接至上述的固定电压产生器，用以接收上述的初始电压并依据上述的电源控制讯号调控接收后的上述的初始电压，以将接收后的上述的初始电压升压至一电源电压；

一第一开关，具有一第一连接端、一第二连接端以及一第三连接端，上述的第一连接端用以接收上述的初始电压，上述的第二连接端用以接收上述的电源电压，且上述的第三连接端依据上述的第一切换讯号，而决定耦接至上述的第一连接端或上述的第二连接端；以及

一线性稳压器，具有一输入端，其中，当上述的输入端耦接至上述的第三连接端时，上述的线性稳压器用以稳定并输出上述的线性稳压器的输入端所接收到的电压，以作为上述的可控式电源装置的输出电压。

9.根据权利要求8所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的固定电压产生器包括：

一第一电阻，具有一第一端与一第二端，上述的第一端耦接至一第一电压，上述的第二端用以提供上述的初始电压；以及

一第二电阻，具有一第三端与一第四端，上述的第三端耦接至上述的第二端，上述的第四端耦接至上述的接地端。

10.根据权利要求8所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的线性稳压器包括：

一运算放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，其正输入端耦接至上述的线性稳压器的输入端；

一电容，其第一端耦接至上述的运算放大器的输出端，且其第二端耦接至上述的运算放大器的负输入端；

一第三电阻，具有一第五端与一第六端，上述的第五端耦接至上述的电容的第一端；

一第四电阻，具有一第七端与一第八端，上述的第七端耦接至上述的电容的第二端；以及

一N型晶体管，其漏极端用以接收一第二电压，其栅极端耦接至上述的第六端，且其源极端耦接至上述的第八端，并用以提供上述的可控式电源装置的输出电压。

11.一种具有超压功能的可控式电源装置，其特征是包括：

一固定电压产生器，用以提供一初始电压；

一讯号产生器，用以产生一电源控制讯号与一第一切换讯号；

一可编程电压产生器，耦接至上述的固定电压产生器，用以接收上述的初始电压并依据上述的电源控制讯号调控接收后的上述的初始电压，以将接收后的上述的初始电压升压至一电源电压；

一第一开关，具有一第一连接端、一第二连接端以及一第三连接端，上述的第一连接端用以接收上述的初始电压，上述的第二连接端用以接收上述的电源电压，且上述的第三连接端依据上述的第一切换讯号，而决定耦接至上述的第一连接端或上述的第二连接端；

一第二开关，具有一第四连接端、一第五连接端以及一第六连接端，上述的第四连接端耦接至上述的第三连接端，上述的第五连接端耦接至一接地端，且上述的第六连接端依据一第二切换讯号，而决定耦接至上述的第四连接端或上述的第五连接端，其中，上述的第二切换讯号由上述的讯号产生器提供；以及

一线性稳压器，具有一输入端，其中，当上述的输入端耦接至上述的第六连接端时，上述的线性稳压器用以稳定并输出上述的线性稳压器的输入端所接收到的电压，以作为上述的可控式电源装置的输出电压。

12.根据权利要求11所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的固定电压产生器包括：

一第一电阻，具有一第一端与一第二端，上述的第一端耦接至一第一电压，上述的第二端用以提供上述的初始电压；以及

一第二电阻，具有一第三端与一第四端，上述的第三端耦接至上述的第二端，上述的第四端耦接至上述的接地端。

13.根据权利要求11所述的具有超压功能的可控式电源装置，其特征是上述的线性稳压器包括：

一运算放大器，具有一正输入端、一负输入端以及一输出端，其正输入端耦接至上述的线性稳压器的输入端；

一电容，其第一端耦接至上述的运算放大器的输出端，且其第二端耦接至上述的运算放大器的负输入端；

一第三电阻，具有一第五端与一第六端，上述的第五端耦接至上述的电容的第一端；

一第四电阻，具有一第七端与一第八端，上述的第七端耦接至上述的电容的第二端；以及

一N型晶体管，其漏极端用以接收一第二电压，其栅极端耦接至上述的第六端，且其源极端耦接至上述的第八端，并用以提供上述的可控式电源装置的输出电压。

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