CN109283865A - 控制装置与其电源转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制装置与其电源转换电路。该控制装置包括第一开关、第二开关、切换电路、第一电路与第二电路。控制装置可响应于操作电流及预设电路的操作状态选择性地切换至第一模式或是第二模式。在第一模式下，第一电路的输出信号通过切换电路传送至第一开关的控制端，且第一电路与第一开关形成低压差稳压器。在第二模式下，第二电路的多个驱动信号通过切换电路传送至第一开关的控制端与第二开关的控制端，且第一开关、第二开关与阻抗电路形成切换式电压转换器。本发明可选择性地利用低压差稳压器或是切换式电压转换器进行供电，进而有助于降低功率消耗以及电源噪声的干扰。

Description

控制装置与其电源转换电路
技术领域
本发明是有关于一种控制装置与其电源转换电路，且特别是有关于一种可重组电源结构的控制装置与其电源转换电路。
背景技术
因应系统的整合，微控制器(microcontroller)大多都会内建低压差稳压器(lowdrop-out regulator)。此外，随着微控制器中核心逻辑(core logic)的操作电压的降低，微控制器更设有切换式电压转换器(switching voltage converter)。然而，当进入睡眠状态或是低功耗状态时，微控制器的操作电流可能只有数个微安培(μA)或是低于一微安培。因此，在睡眠或是低功耗状态下，倘若微控制器持续使用切换式电压转换器进行供电，将会引起功率消耗的增加。此外，近年来，微控制器整合射频电路的应用也越来越多。然而，当微控制器操作射频电路时，切换式电压转换器所引发的电源噪声往往会干扰到射频电路。
发明内容
本发明提供一种控制装置与其电源转换电路，可选择性地利用低压差稳压器或是切换式电压转换器进行供电，进而有助于降低功率消耗以及电源噪声的干扰。
本发明的控制装置，包括第一开关、第二开关、切换电路、第一电路与第二电路。第一开关与第二开关串联在电源电压与接地端之间。第一开关与第二开关之间的第一节点通过控制装置的第一接脚电连接阻抗电路。切换电路电连接第一开关与第二开关。第一电路电连接切换电路。当控制装置的操作电流小于电流临界值时，第一电路的输出信号通过切换电路传送至第一开关的控制端，且第一电路与第一开关形成低压差稳压器。第二电路电连接切换电路。当控制装置的操作电流不小于电流临界值时，第二电路的多个驱动信号通过切换电路传送至第一开关的控制端与第二开关的控制端，且第一开关、第二开关与阻抗电路形成切换式电压转换器。
本发明的控制装置，包括第一开关、第二开关、切换电路、第一电路与第二电路。第一开关与第二开关串联在电源电压与接地端之间。第一开关与第二开关之间的第一节点通过控制装置的第一接脚电连接阻抗电路。切换电路电连接第一开关与第二开关。第一电路与第二电路分别电连接切换电路。当控制装置操作预设电路时，控制装置切换至第一模式，且当控制装置停止操作预设电路时，控制装置依据操作电流而切换至第一模式或是第二模式。在第一模式下，第一电路的输出信号通过切换电路传送至第一开关的控制端，且第一电路与第一开关形成低压差稳压器。在第二模式下，第二电路的多个驱动信号通过切换电路传送至第一开关的控制端与第二开关的控制端，且第一开关、第二开关与阻抗电路形成切换式电压转换器。
本发明的控制装置，包括第一开关、第二开关、第三开关、第一电路、第二电路与切换电路。第一开关与第二开关串联在电源电压与接地端之间。第一开关与第二开关之间的第一节点通过控制装置的第一接脚电连接至阻抗电路的第一端。第三开关的第一端电连接第一节点，第三开关的第二端通过控制装置的第二接脚电连接至阻抗电路的第二端。第一电路与第二电路分别电连接第二接脚。在第一模式下，控制装置导通第三开关，切换电路将第一电路的输出信号传送至第一开关的控制端，且第一电路与第一开关形成低压差稳压器。在第二模式下，控制装置不导通第三开关，切换电路将第二电路的多个驱动信号传送至第一开关的控制端与第二开关的控制端，且第一开关、第二开关与阻抗电路形成切换式电压转换器。
本发明的电源转换电路，包括第一开关、第二开关、放大器与切换电路。第一开关与第二开关串联在电源电压与接地端之间。第一开关与第二开关之间的第一节点电连接至阻抗电路的第一端。放大器通过分压电路电连接至阻抗电路的第二端。切换电路电连接第一开关、第二开关与放大器。在第一模式下，电源转换电路不导通第二开关，切换电路将放大器的输出端导通至第一开关的控制端，且放大器、分压电路与第一开关形成低压差稳压器。在第二模式下，电源转换电路禁能放大器，切换电路将多个驱动信号传送至第一开关的控制端与第二开关的控制端，且第一开关、第二开关与阻抗电路形成切换式电压转换器。
基于上述，本发明的控制装置与其电源转换电路，可选择性地利用低压差稳压器或是切换式电压转换器进行供电，进而有助于降低功率消耗以及电源噪声的干扰。再者，低压差稳压器与切换式电压转换器共用第一开关，进而有助于降低生产成本与硬件空间。
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，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的控制装置的示意图。
图2为低压差稳压器与切换式电压转换器在不同输出电流下的功率转换效率(power conversion efficiency)图。
图3是依照本发明另一实施例的控制装置的示意图。
附图标号
100、300：控制装置
110：电源转换电路
111：第一开关
112：第二开关
113：切换电路
114：第一电路
115：第二电路
120：控制器
121：预设电路
130：反相器
141：第一传输门
142：第二传输门
143：及门
151：第一电阻
152：第二电阻
153：放大器
101：阻抗电路
102：电感
103：电容
PN11：第一接脚
PN12：第二接脚
ND11：第一节点
ND12：第二节点
VSS：电源电压
VDD1：第一操作电压
VDD2：第二操作电压
CT：控制信号
CTB：反相信号
DR11～DR12：驱动信号
VR11：第一参考电压
VR12：第二参考电压
210、220：曲线
310：第三开关
具体实施方式
图1是依照本发明一实施例的控制装置的示意图。如图1所示，控制装置100包括第一接脚PN11与第二接脚PN12，且控制装置100可通过第一接脚PN11与第二接脚PN12电连接设置在外部的阻抗电路101。此外，控制装置100包括电源转换电路110与控制器120，且电源转换电路110用以供应控制器120所需的电源。举例来说，控制器120可操作在电源转换电路110所产生的第一操作电压VDD1或是第二操作电压VDD2下。
电源转换电路110包括第一开关111、第二开关112、切换电路113、第一电路114与第二电路115。其中，第一开关111与第二开关112串联在电源电压VSS与接地端之间。第一开关111与第二开关112之间的第一节点ND11通过第一接脚PN11电连接至阻抗电路101的第一端。切换电路113电连接第一开关111、第二开关112、第一电路114与第二电路115。此外，第一电路114与第二电路115通过第二接脚PN12电连接至阻抗电路101的第二端。其中第一开关111可为P型功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Power PMOSFET)，第二开关112可为N型功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Power NMOSFET)，但不以此为限。
更进一步来看，切换电路113包括第一传输门141、第二传输门142与及门143，且第一电路114包括第一电阻151、第二电阻152与放大器153。其中，第一传输门141的输入端电连接放大器153的输出端，且第一传输门141的输出端电连接第一开关111的控制端。第二传输门142的输入端电连接第二电路115，且第二传输门142的输出端电连接第一开关111的控制端。此外，第一传输门141与第二传输门142受控于控制信号CT以及控制信号CT的反相信号CTB。第二电路115可为降压驱动电路(Buck Driving Circuit)，但不以此为限。
及门143的第一输入端电连接第二电路115，及门143的第二输入端接收反相信号CTB，且及门143的输出端电连接第二开关112的控制端。第一电阻151与第二电阻152串联在第二接脚PN12与接地端之间，以形成分压电路。放大器153的第一输入端电连接第一电阻151与第二电阻152之间的第二节点ND12。换言之，放大器153可通过分压电路电连接至阻抗电路101的第二端。此外，放大器153的第二输入端接收第一参考电压VR11，放大器153的输出端电连接切换电路113，且放大器153的使能端接收控制信号CT。
在操作上，控制器120可利用控制信号CT将控制装置100切换至第一模式或是第二模式，且控制装置100中的电源转换电路110可响应于不同的模式而形成不同的电源结构，例如：低压差稳压器与切换式电压转换器。其中，控制器120所产生的控制信号CT可通过反相器130转换成反相信号CTB。
具体而言，电源转换电路110可响应于具有高准位的控制信号CT而进入第一模式。在第一模式下，控制器120可利用具有高准位的控制信号CT来使能放大器153，并可利用具有低准位的反相信号CTB来禁能第二电路115。此外，在第一模式下，第一传输门141与第二传输门142可响应于控制信号CT与反相信号CTB将第一开关111的控制端导通至放大器153的输出端。及门143可响应于具有低准位的反相信号CTB输出低准位信号，进而不导通第二开关112。此时，切换电路113可将第一电路114中放大器153的输出信号传送至第一开关111的控制端，且第一电路114与第一开关111可形成低压差稳压器。藉此，控制装置100将可利用低压差稳压器将电源电压VSS稳压至第一操作电压VDD1，进而致使控制器120可操作在第一操作电压VDD1下。
另一方面，电源转换电路110可响应于具有低准位的控制信号CT而进入第二模式。在第二模式下，控制器120可利用具有低准位的控制信号CT来禁能放大器153，并可利用具有高准位的反相信号CTB来使能第二电路115，进而致使第二电路115可产生多个驱动信号DR11～DR12。此外，在第二模式下，第一传输门141与第二传输门142可响应于控制信号CT与反相信号CTB将第一开关111的控制端导通至第二电路115，进而将驱动信号DR11传送至第一开关111的控制端。及门143可响应于具有高准位的反相信号CTB而将驱动信号DR12传送至第二开关112的控制端。此时，第一开关111、第二开关112与阻抗电路101将可形成切换式电压转换器，且切换式电压转换器受控于第二电路115所产生的驱动信号DR11～DR12。
藉此，控制装置100将可利用切换式电压转换器将电源电压VSS转换成第二操作电压VDD2，进而致使控制器120可操作在第二操作电压VDD2下。此外，第二电路115可依据第二参考电压VR12与第二操作电压VDD2来调整驱动信号DR11～DR12。再者，阻抗电路101可例如是包括电感102与电容103，进而致使第一开关111、第二开关112与阻抗电路101可形成降压型(buck)的切换式电压转换器。
换言之，在整体操作上，控制器120可利用控制信号CT与反相信号CTB来使能第一电路114与第二电路115的其一。此外，控制器120可利用控制信号CT与反相信号CTB来控制切换电路113。例如，切换电路113中的第一传输门141与第二传输门142可响应于控制信号CT与反相信号CTB，而将第一开关111的控制端导通至放大器153的输出端或是第二电路115。藉此，电源转换电路110将可形成不同的电源结构，例如：低压差稳压器与切换式电压转换器。此外，由于电源转换电路110所形成的切换式电压转换器与低压差稳压器共用第一开关111，因此可有效地降低生产成本与硬件空间。
在一实施例中，控制装置100可依据控制器120的操作电流来重组电源转换电路110的电源结构，进而有助于降低功率消耗。举例来说，控制器120可将操作电流与电流临界值相互比较，并依据比较结果切换控制信号CT的准位，进而致使控制装置100可响应于控制信号CT切换至第一模式或是第二模式。
具体而言，当控制器120的操作电流小于电流临界值时，则代表控制器120处于轻负载状态(例如，睡眠状态或是低功耗状态)。此时，控制器120可将电源转换电路110切换至第一模式，以利用电源转换电路110所形成的低压差稳压器来进行供电。另一方面，当控制器120的操作电流不小于电流临界值时，则代表控制器120处于重负载状态。此时，控制器120可将电源转换电路110切换至第二模式，以利用电源转换电路110所形成的切换式电压转换器来进行供电。
值得一提的是，图2为低压差稳压器与切换式电压转换器在不同输出电流下的功率转换效率(power conversion efficiency)图，其中曲线210为低压差稳压器的功率转换效率曲线，且曲线220为切换式电压转换器的功率转换效率曲线。如图2所示，低压差稳压器在轻负载时具有较佳的功率转换效率，而切换式电压转换器则是在重负载时具有较佳的功率转换效率。换言之，控制装置100可响应于控制器120的负载状态来选取具有较佳功率转换效率的电源结构来对控制器120进行供电，因此可有效地降低功率消耗。
除此之外，低压差稳压器具有良好的电源抑制比(power supply rejectionratio，简称PSRR)，进而可提供具有较低噪声的第一操作电压VDD1。因此，在另一实施例中，控制装置100更可利用低压差稳压器来对控制器120中对噪声敏感的预设电路进行供电，进而降低电源噪声对于预设电路所造成的干扰。
具体而言，在另一实施例中，控制器120包括对噪声敏感的预设电路121，例如：模拟数字转换器或是射频电路。在控制器120比较操作电流与电流临界值之前，控制器120会先判别其内部的预设电路121是否已被启动或是使能。当控制器120中的预设电路121被使能时，亦即当控制器120操作预设电路121时，控制器120可将电源转换电路110切换至第一模式，以利用电源转换电路110所形成的低压差稳压器来进行供电。藉此，将可降低电源噪声对于预设电路121所造成的干扰。另一方面，当控制器120中的预设电路121被禁能时，亦即当控制器120停止操作预设电路121时，控制装置100可依据操作电流选择性地切换至第一模式或是第二模式，从而有助于降低功率消耗。
图3是依照本发明另一实施例的控制装置的示意图。相较于图1实施例，图3的控制装置300更包括第三开关310。其中，第三开关310的第一端电连接第一节点ND11，且第三开关310的第二端通过控制装置300的第二接脚PN12电连接至阻抗电路101的第二端。第三开关310可为N型功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Power NMOSFET)。
在操作上，当切换至第一模式时，控制装置300将导通第三开关310，并可利用第一电路114与第一开关111形成低压差稳压器。此时，导通的第三开关310将可致使阻抗电路101中电感102的两端短路，进而致使来自第一开关111的电流可直接通过第三开关310传送至第一电路114，而不会流经电感102。藉此，将可防止电感102对低压差稳压器所造成的影响，并可进一步降低电源噪声对于预设电路121所造成的干扰。此外，当切换至第二模式时，控制装置300不导通第三开关310，并可利用第一开关111、第二开关112与阻抗电路101形成切换式电压转换器。
与图1实施例相似地，控制器120可判别其内部的预设电路121是否已被启动或是使能。当控制器120中的预设电路121被使能时，亦即当控制器120操作预设电路121时，控制器120可将控制装置300切换至第一模式。另一方面，当控制器120中的预设电路121被禁能时，亦即当控制器120停止操作预设电路121时，控制器120可比较操作电流与电流临界值，并依据比较结果将控制装置300切换至第一模式或是第二模式。至于图3实施例中各个元件的细部配置与操作已包含在图1与图2实施例中，故在此不予赘述。
综上所述，本发明的控制装置可响应于控制器的操作电流以及控制器中预设电路的操作状态选择性地切换至第一模式或是第二模式，且控制装置中的电源转换电路可因应不同的模式形成不同的电源结构，例如：低压差稳压器与切换式电压转换器。藉此，将可有效地降低控制装置与其电源转换电路的功率消耗以及电源噪声的干扰。此外，电源转换电路所形成的切换式电压转换器与低压差稳压器共用第一开关，因此可有效地降低生产成本与硬件空间。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种控制装置，其特征在于，包括：
一第一开关与一第二开关，串联在一电源电压与一接地端之间，且该第一开关与该第二开关之间的一第一节点通过该控制装置的一第一接脚电连接一阻抗电路；
一切换电路，电连接该第一开关与该第二开关；
一第一电路，电连接该切换电路，其中当该控制装置的一操作电流小于一电流临界值时，该第一电路的一输出信号通过该切换电路传送至该第一开关的控制端，且该第一电路与该第一开关形成一低压差稳压器；以及
一第二电路，电连接该切换电路，其中当该控制装置的该操作电流不小于该电流临界值时，该第二电路的多个驱动信号通过该切换电路传送至该第一开关的控制端与该第二开关的控制端，且该第一开关、该第二开关与该阻抗电路形成一切换式电压转换器。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，更包括：
一控制器，比较该操作电流与该电流临界值，并依据一比较结果将该控制装置切换至一第一模式或是一第二模式，其中在该第一模式下，该控制装置不导通该第二开关，并利用该低压差稳压器将该电源电压稳压至一第一操作电压，且在该第二模式下，该控制装置利用该切换式电压转换器将该电源电压转换成一第二操作电压。
3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，该控制器更依据该比较结果切换一控制信号的准位，且该控制器利用该控制信号与该控制信号的一反相信号来使能该第一电路与该第二电路的其一，并利用该控制信号与该反相信号来控制该切换电路。
4.一种控制装置，其特征在于，包括：
一第一开关与一第二开关，串联在一电源电压与一接地端之间，且该第一开关与该第二开关之间的一第一节点通过该控制装置的一第一接脚电连接一阻抗电路；
一切换电路，电连接该第一开关与该第二开关；
一第一电路与一第二电路，分别电连接该切换电路，其中当该控制装置操作一预设电路时，该控制装置切换至一第一模式，且当该控制装置停止操作该预设电路时，该控制装置依据一操作电流而切换至该第一模式或是一第二模式，
其中在该第一模式下，该第一电路的一输出信号通过该切换电路传送至该第一开关的控制端，且该第一电路与该第一开关形成一低压差稳压器，且在该第二模式下，该第二电路的多个驱动信号通过该切换电路传送至该第一开关的控制端与该第二开关的控制端，且该第一开关、该第二开关与该阻抗电路形成一切换式电压转换器。
5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，该预设电路为一模拟数字转换器或是一射频电路。
6.一种控制装置，其特征在于，包括：
一第一开关与一第二开关，串联在一电源电压与一接地端之间，且该第一开关与该第二开关之间的一第一节点通过该控制装置的一第一接脚电连接至一阻抗电路的第一端；
一第三开关，其第一端电连接该第一节点，该第三开关的第二端通过该控制装置的一第二接脚电连接至该阻抗电路的第二端；
一第一电路与一第二电路，分别电连接该第二接脚；以及
一切换电路，其中在一第一模式下，该控制装置导通该第三开关，该切换电路将该第一电路的一输出信号传送至该第一开关的控制端，且该第一电路与该第一开关形成一低压差稳压器，
在一第二模式下，该控制装置不导通该第三开关，该切换电路将该第二电路的多个驱动信号传送至该第一开关的控制端与该第二开关的控制端，且该第一开关、该第二开关与该阻抗电路形成一切换式电压转换器。
7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，更包括：
一控制器，包括一预设电路，其中当该预设电路被使能时，该控制器将该控制装置切换至该第一模式，且当该预设电路被禁能时，该控制器依据一操作电流将该控制装置切换至该第一模式或是该第二模式。
8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，该第一电路包括：
一第一电阻与一第二电阻，串联在该第二接脚与该接地端之间；以及
一放大器，其第一输入端电连接该第一电阻与该第二电阻之间的一第二节点，该放大器的第二输入端接收一第一参考电压，该放大器的输出端电连接该切换电路，且该控制器利用一控制信号与该控制信号的一反相信号来使能该放大器与该第二电路的其一。
9.一种电源转换电路，其特征在于，包括：
一第一开关与一第二开关，串联在一电源电压与一接地端之间，且该第一开关与该第二开关之间的一第一节点电连接至一阻抗电路的第一端；
一放大器，通过一分压电路电连接至该阻抗电路的第二端；以及
一切换电路，电连接该第一开关、该第二开关与该放大器，
其中，在一第一模式下，该电源转换电路不导通该第二开关，该切换电路将该放大器的输出端导通至该第一开关的控制端，且该放大器、该分压电路与该第一开关形成一低压差稳压器，
在一第二模式下，该电源转换电路禁能该放大器，该切换电路将多个驱动信号传送至该第一开关的控制端与该第二开关的控制端，且该第一开关、该第二开关与该阻抗电路形成一切换式电压转换器。
10.如权利要求9所述的电源转换电路，其特征在于，该电源转换电路适用于一控制装置，当该控制装置操作一预设电路时，该控制装置将该电源转换电路切换至该第一模式，且当该控制装置停止操作该预设电路时，该控制装置依据一操作电流将该电源转换电路切换至该第一模式或是该第二模式。
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