CN115912900A - 电压产生装置以及其产生方法 - Google Patents

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陈昱瑾
郭志远
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Abstract

本发明提供一种电压产生装置以及电压产生方法。电压产生装置包括第一电压产生器、第二电压产生器、第三电压产生器以及输出电压产生器。第一电压产生器至第三电压产生器分别产生第一电压至第三电压。输出电压产生器根据第一电压、第二电压以及第三电压以在输出端产生输出电压。当输出电压在第一电压与第二电压间转换时，在第一间区间中，第一电压产生器提供第一电压至第一电容，第三电压产生器使输出电压由第二电压变更为第三电压。在第二时间区间中，第一电压产生器以及第一电容使输出电压由第三电压变更为第一电压。

Description

电压产生装置以及其产生方法
技术领域
本发明涉及一种电压产生装置以及其产生方法，尤其涉及一种可减低浪涌电流的电压产生装置以及其产生方法。
背景技术
在电压产生装置中，当输出电压发生大幅度的改变时，会因为外部电容负载与切换时间的限制，造成很大的瞬时浪涌电流发生。这个浪涌电流的发生，容易造成电压产生装置和整个系统因电流的冲击现象而造成一定程度的损坏，并进而造成寿命的降低。
发明内容
本发明是针对一种电压产生装置以及产生方法，可减低浪涌电流。
根据本发明的实施例，电压产生装置包括第一电压产生器、第二电压产生器、第三电压产生器以及输出电压产生器。第一电压产生器至第三电压产生器分别产生第一电压至第三电压。其中，第一电压与第二电压不相同，第三电压介于第一电压与第二电压间。输出电压产生器根据第一电压、第二电压以及第三电压以在输出端产生输出电压。当输出电压在第一电压与第二电压间转换时，在第一间区间中，第一电压产生器提供第一电压至第一电容，第三电压产生器使输出电压由第二电压变更为第三电压，在第二时间区间中，第一电压产生器以及第一电容使输出电压由第三电压变更为第一电压。
根据本发明的实施例，电压产生方法包括：提供第一电压产生器以产生第一电压；提供第二电压产生器以产生第二电压，其中第一电压与第二电压不相同；提供第三电压产生器以提供第三电压，其中第三电压介于第一电压与第二电压间；提供输出电压产生器以根据第一电压、第二电压以及第三电压以在一输出端产生输出电压；当输出电压在第一电压与第二电压间转换时，在第一间区间中，使第一电压产生器提供第一电压至第一电容，提供第三电压产生器使输出电压由第二电压变更为第三电压；以及，在第二时间区间中，提供第一电压产生器以及第一电容使输出电压由第三电压变更为第一电压。
根据本发明的实施例的电压产生装置，通过使第一电压产生器在输出电压发生转变的第一时间区间，先行提供或汲取对应的第一电容的电流，并同时使输出电压被调整为中间值的第三电压。接着，在第二时间区间，同时配合第一电压产生器以及对应的第一电容，来调整输出电压至目标的电压值。如此一来，可有效降低电压调整过程所产生的浪涌电流，降低所可能产生的干扰以及破坏。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例的电压产生装置的示意图；
图2A以及图2B为本发明另一实施例的电压产生装置及其动作示意图；
图3为本发明实施例的电压产生装置的动作波形图；
图4为本发明另一实施例的电压产生装置的另一实施方式的动作波形图；
图5为本发明实施例电压产生装置中的第一电压产生器的实施方式的示意图；
图6为本发明实施例的电压产生方法的流程图。
附图标号说明
100、200：电压产生装置；
110～130、210～230、510：电压产生器；
140、240：输出电压产生器；
241、521：控制器；
242：电压驱动缓冲器；
CH、CL、CO：电容；
CT1、CT2、CT3、CT4：控制信号；
IH、IL、ICH：电流；
I1、I2：电流值；
GND：参考接地端；
SW1、SW2：开关；
VREF：参考电压；
VH、VL、VM：电压；
VHH、VLL：电压值；
VO：输出电压；
T1、T2：时间区间；
S610～S650：步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
请参照图1，图1为本发明一实施例的电压产生装置的示意图。电压产生装置100包括电压产生器110～130、输出电压产生器140、开关SW1、SW2以及电容CH、CL以及CO。电压产生器110用以产生电压VH；电压产生器120则用以产生电压VL。输出电压产生器140耦接至电压产生器110、120，并接收电压产生器110、120所分别产生的电压VH以及VL，其中电压VH与电压VL的电压值不相同。输出电压产生器140根据电压VH以及VL以在电压产生装置100的输出端OE上产生输出电压VO。
另外，电压产生器130耦接至输出端OE，并用以产生电压VM，其中电压VM的电压值介于电压VH以及VL的电压值间。
在本实施例中，开关SW1耦接在输出电压产生器140以及输出端OE间。开关SW2则耦接在电压产生器130以及输出端OE间。开关SW1可根据控制信号CT1以被导通或断开。开关SW2则可根据控制信号CT2以被导通或断开。控制信号CT1以及控制信号CT2可由输出电压产生器140来提供。并且，开关SW1以及开关SW2不会同时被导通。
在另一方面，电容CH耦接在电压产生器110产生电压VH的端点以及参考接地端GND间。电容CL耦接在电压产生器120产生电压VL的端点以及参考接地端GND间。电容CO则耦接在输出端OE以及参考接地端GND间。以电压VH大于VL为范例，在当电压产生器110产生电压VH时，电容CH可接收电压VH并进行充电动作；在当电压产生器120产生电压VL时，电容CL可接收电压VL并进行充电或放电动作。电容CO则可作为输出电压VO的稳压电容。
在本实施例中，电压VH的电压值可以高于电压VM的电压值，电压VM的电压值则高于电压VL的电压值。
在动作细节上，以输出电压VO初始等于电压VL为范例，当输出电压VO发生变换时，在其中的第一间区间中，开关SW1被断开且开关SW2被导通。同时，电压产生器110可提供电压VH至电容CH，并使电容CH进行充电。电压产生器130则同时产生电压VM，通过开关SW2使输出电压VO由电压VL变更为电压VM。接着，在第一时间区间后的第二时间区间中，开关SW1被导通且开关SW2被断开，电压产生器110以及电容CH可提供电流以通过开关SW2来使输出电压VO由电压VM变更为电压VH。
在另一方面，以输出电压VO初始等于电压VH为范例，当输出电压VO发生变换时，在其中的第一间区间中，开关SW1被断开且开关SW2被导通。同时，电压产生器120可提供电压VL至电容CL，并由电容CL汲取电流。电压产生器130同时产生电压VM，通过开关SW2使输出电压VO由电压VH变更为电压VM。接着，在第一时间区间后的第二时间区间中，开关SW1被导通且开关SW2被断开，电压产生器120以及电容CL可通过开关SW2由电容VO汲取电流，来使输出电压VO由电压VM变更为电压VL。
由上述的说明可以得知，本发明实施例的电压产生装置100，在所产生的输出电压VO发生电压值的变化时，可使输出电压VO先被调整至介于中间电压值的电压VM，再被调整至目标的电压VH或VL。并且，本发明实施例的电压产生装置100可配合电容CH或CL以进行预先的充电或放电动作，来辅助电压产生装置100在第二时间区间中所进行的输出电压VO调整动作，可有效降低所产生的浪涌电流的电流值。
以下请参照图2A、图2B以及图3，其中，图2A以及图2B为本发明另一实施例的电压产生装置及其动作示意图。图3则为本发明实施例的电压产生装置的动作波形图。在图2A中，电压产生装置200包括电压产生器210～230、输出电压产生器240、开关SW1、SW2以及电容CH、CL以及CO。在本实施例中，输出电压产生器240包括控制器241以及电压驱动缓冲器242。控制器241以及电压驱动缓冲器242相互耦接，电压驱动缓冲器242并可根据控制信号CT3以根据电压VH或电压VL来在输出端OE产生输出电压VO。控制器241用以产生控制信号CT1～CT3，控制信号CT1～CT2分别控制开关SW1、SW2的导通或断开状态。
在本实施例中，控制器241可以应用任意形式的数字电路来建构，并可根据电压切换指令来产生控制信号CT1～CT3。其中，电压切换指令可以由外部电子装置来提供。
在动作细节中，当输出电压VO需由相对低的电压VL变更为相对高的电压VH时，在此请同步参照图2A以及图3，第一时间区间T1中，控制器241产生控制信号CT1、CT2以使开关SW1被断开，并使开关SW2被导通。同时，控制器241通过控制信号CT3以使电压驱动缓冲器242不动作以节省电能。同时，在第一时间区间T1中，电压产生器230被启动并提供电压VM至输出端OE，以使输出电压VO由电压VL拉升至电压VM。输出电压VO可等于电压VM一段维持时间区间。
在另一方面，在第一时间区间T1中，电压产生器210被启动，并通过提供等于电流值I1的电流IH以对电容CH充电。基于电容CH的充电动作，电压产生器210所产生的电压VH的电压值可被线性的提升至电压值VHH。
在第一时间区间T1后，可进入第二时间区间T2。请同步参照图2B以及图3，在第二时间区间T2中，控制器241产生控制信号CT1、CT2以使开关SW1被导通，并使开关SW2被断开。同时，控制器241通过控制信号CT3以使电压驱动缓冲器242启动。此时电压产生器210以及电容CH可分别提供等于电流值I1的电流IH以及电流ICH至电压驱动缓冲器242。电压驱动缓冲器242并使电流IH以及ICH被传送至电容CO以针对电容CO进行充电，并进以产生输出电压VO。
值得一提的，在本实施例中，在第一时间区间T1中，电容CH上的电压可线性上升，并在第二时间区间T2中，电容CH上的电压则可线性下降。另外，不论是在时间区间T1或是在时间区间T2中，电压产生器210所提供的电流IH都可以维持等于电流值I1。其中，电流值I1与电压值VHH、电压VH、电容CH以及第一时间区间T1的关系为：I1＝CH*(VHH-VH)/T1。电流值I1与电压值VHH、电压VM、VH、电容CO以及第二时间区间T2的关系为：I1＝[CO*(VH-VM)–CH*(VHH–VH)]/T2。而电流值I1与总和时间T(＝第一时间区间T1+第二时间区间T2)间的关系可以为：I1＝CO*(VH-VM)/T。
在本发明实施例中，电压产生器210可以持续的在第一时间区间T1以及第二时间区间T2提供电流IH，以作为拉升输出电压VO的根据，如此一来，电压产生器210可以降低所需要提供的电流IH的电流值I1，有效降低浪涌电流的大小。
请参照图4，图4为本发明另一实施例的电压产生装置的另一实施方式的动作波形图。在图4的为中，电压产生装置200产生的输出电压VO由相对高的电压VH下降为相对低的电压VL。在时间区间T1中，开关SW1被断开且开关SW2被导通，电压产生器220可针对电容CL汲取为电流值I2的电流IL，同时电压产生器230提供电压VM以使输出电压VO由电压VH被拉低至电压VM。基于电压产生器220的电流汲取动作，电容CL上的电压VL可线性下降至电压值VLL。
接着，在时间区间T2中，在开关SW1被导通且开关SW2被断开，电压产生器220以及电容CL可分别由输出端OE汲取电流，并使输出电压VO由电压VM下拉为电压VL。基于电容CL的电流汲取动作，电容CL上的电压VL可线性上升。其中，电流值I2与电压值VLL、电压VL、电容CL以及第一时间区间T1的关系为：I2＝CL*(VL-VLL)/T1。电流值I2与电压值VLL、电压VM、VL、电容CO以及第二时间区间T2的关系为：I2＝[CO*(VM-VL)–CL*(VL–VLL)]/T2。而电流值I2与总和时间T(＝第一时间区间T1+第二时间区间T2)间的关系可以为：I2＝CO*(VM-VL)/T。
同样的，在本发明实施例中，电压产生器220可以持续的在第一时间区间T1以及第二时间区间T2汲取电流IL，以作为拉低输出电压VO的根据，如此一来，电压产生器220可以降低所需要提供的电流IL的电流值I2，有效降低浪涌电流的大小
以下请参照图5，图5为本发明实施例电压产生装置中的第一电压产生器的实施方式的示意图。在本发明实施例中，电压产生装置中的第一电压产生器510(如图2A实施例中的电压产生器110或120)可耦接至控制器521(如图2A实施例中的控制器241)。其中，在一实施方式中，控制器521可提供一参考电压VREF至第一电压产生器510。第一电压产生器510则可根据参考电压VREF来产生对应的电压VH或VL。若对应图3的实施方式，参考电压VREF在第一时间区间T1中可以为线性上升的电压，在时间区间T2中则可以为线性下降的电压，而第一电压产生器510可产生电压VH。若对应图4的实施方式，参考电压VREF在第一时间区间T1中可以为线性下降的电压，在时间区间T2中则可以为线性上升的电压，而第一电压产生器510可产生电压VL。
在另一实施方式中，控制器521可产生控制信号CT4。若对应图3的实施方式，第一电压产生器510则可根据控制信号CT4以在第一时间区间T1操作在定电压输出模式，在第二时间区间T2操作在定电流输出模式。
以下请参照图6，图6为本发明实施例的电压产生方法的流程图。其中，在步骤S610中，提供第一电压产生器以产生第一电压；在步骤S620中，提供第二电压产生器以产生第二电压，其中第一电压与第二电压不相同；在步骤S630中，提供第三电压产生器以提供第三电压，其中第三电压介于第一电压与该第二电压间，并且提供输出电压产生器以根据第一电压、第二电压以及第三电压以在一输出端产生输出电压。接着，在步骤S640中，在当输出电压在第一电压与第二电压间转换时，在第一间区间中，使第一电压产生器提供第一电压至第一电容，提供第三电压产生器使输出电压由第二电压变更为第三电压；以及，在步骤S650中，在第二时间区间中，提供第一电压产生器以及第一电容使输出电压由第三电压变更为第一电压。
关于上述的步骤的实施细节，在前述的多个实施例以及实施方式已有详细的说明，以下恕不多赘述。
根据上述，本发明的电压产生装置在输出电压发生转变时，在第一时间区间中，先通过使第一电压产生器提供或汲取对应的第一电容的电流，并同时使输出电压被调整为中间值的第三电压。接着，在第二时间区间，同时配合第一电压产生器以及对应的第一电容，来拉高或拉低输出电压至目标的电压值。如此一来，可有效降低电压调整过程所产生的浪涌电流，降低所可能产生的干扰以及破坏。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种电压产生装置，其特征在于，包括：
第一电压产生器，用以产生第一电压；
第二电压产生器，用以产生第二电压，其中所述第一电压与所述第二电压不相同；
第三电压产生器，提供第三电压，其中所述第三电压介于所述第一电压与所述第二电压间；以及
输出电压产生器，接收所述第一电压以及所述第二电压，根据所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压以在输出端产生输出电压，
其中，当所述输出电压在所述第一电压与所述第二电压间转换时，在第一间区间中，所述第一电压产生器提供所述第一电压至一第一电容，所述第三电压产生器使所述输出电压由所述第二电压变更为所述第三电压，在第二时间区间中，所述第一电压产生器以及所述第一电容使所述输出电压由所述第三电压变更为所述第一电压。
2.根据权利要求1所述的电压产生装置，其特征在于，还包括：
第一开关，耦接在所述输出电压产生器与所述输出端间；以及
第二开关，耦接在所述第三电压产生器与所述输出端间，
其中所述第一开关根据第一控制信号以被导通或断开，所述第二开关根据第二控制信号以被导通或断开，所述第一开关与所述第二开关不同时被导通。
3.根据权利要求2所述的电压产生装置，其特征在于，所述输出电压产生器包括：
控制器，用以产生所述第一控制信号、所述第二控制信号以及第三控制信号；以及
电压驱动缓冲器，耦接所述控制器，根据所述第三控制信号以根据所述第一电压或所述第二电压来在所述输出端产生所述输出电压。
4.根据权利要求2所述的电压产生装置，其特征在于，还包括：
第二电容，耦接至所述第一电压产生器，接收所述第二电压；以及
第三电容，耦接至所述输出端。
5.根据权利要求4所述的电压产生装置，其特征在于，当所述第一电压大于所述第二电压时，
其中，在第一时间区间中：
所述第一开关被断开，所述第二开关被导通，所述第一电压产生器提供第一电流对所述第一电容充电，所述第二电压产生器提供所述第三电压至所述第三电容以使所述输出电压由所述第二电压变更为所述第三电压，
其中，在所述第一时间区间后的第二时间区间中：
所述第一开关被导通，所述第二开关被断开，所述第一电压产生器与所述第一电容提供分别提供第二电流与第三电流至所述第三电容，以使所述输出电压由所述第三电压上升至所述第一电压。
6.根据权利要求5所述的电压产生装置，其特征在于，在所述第一时间区间中，所述第一电容上的电压线性上升，在所述第二时间区间中，所述第一电容上的电压线性下降。
7.根据权利要求6所述的电压产生装置，其特征在于，所述第一电压产生器根据参考电压以产生所述第一电压，所述参考电压在所述第一间区间中线性上升，所述参考电压在所述第二时间区间中线性下降。
8.根据权利要求5所述的电压产生装置，其特征在于，所述第一电压产生器在所述第一时间区间操作在定电压输出模式，在所述第二时间区间操作在定电流输出模式。
9.根据权利要求4所述的电压产生装置，其特征在于，当所述第一电压小于所述第二电压时，
其中，在第一时间区间中：
所述第一开关被断开，所述第二开关被导通，所述第一电压产生器对所述第一电容充电汲取第一电流，所述第二电压产生器提供所述第三电压至所述第三电容以使所述输出电压由所述第二电压变更为所述第三电压，
其中，在所述第一时间区间后的第二时间区间中：
所述第一开关被导通，所述第二开关被断开，所述第一电压产生器与所述第一电容提供分别由所述第三电容汲取一第二电流与第三电流至，以使所述输出电压由所述第三电压下降至所述第一电压。
10.一种电压产生方法，其特征在于，包括：
提供第一电压产生器以产生第一电压；
提供第二电压产生器以产生第二电压，其中所述第一电压与所述第二电压不相同；
提供第三电压产生器以提供第三电压，其中所述第三电压介于所述第一电压与所述第二电压间；
提供输出电压产生器以根据所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压以在输出端产生输出电压；
当所述输出电压在所述第一电压与所述第二电压间转换时，在一第一时间区间中，使所述第一电压产生器提供所述第一电压至第一电容，提供所述第三电压产生器使所述输出电压由所述第二电压变更为所述第三电压；以及
在第二时间区间中，提供所述第一电压产生器以及所述第一电容使所述输出电压由所述第三电压变更为所述第一电压。
11.根据权利要求10所述的电压产生方法，其特征在于，还包括：
其中当所述第一电压大于所述第二电压时，在所述第一时间区间中，使所述第一电容上的电压线性上升，在所述第二时间区间中，所述第一电容上的电压线性下降。
12.根据权利要求11所述的电压产生方法，其特征在于，还包括：
使所述第一电压产生器根据参考电压以产生所述第一电压；以及
使所述参考电压在所述第一时间区间中线性上升，并使所述参考电压在所述第二时间区间中线性下降。
13.根据权利要求10所述的电压产生方法，其特征在于，还包括：
使所述第一电压产生器在所述第一时间区间操作在定电压输出模式，并使所述第一电压产生器在所述第二时间区间操作在定电流输出模式。
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