TWI600251B - 雙電壓輸出裝置及其充電電路 - Google Patents

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Description

雙電壓輸出裝置及其充電電路
本發明關於一種電壓輸出裝置，特別是一種雙電壓輸出裝置。
相較於升壓轉換電路或降壓轉換電路而言，一般的升壓降壓轉換電路的主要缺點在於主要開關元件所承受的電壓應力較高，其等於輸入電壓及輸出電壓的總合，因此在製作主要開關元件時必須選用耐壓程度較高而面積較大的元件，其成本也隨之增加。因此提供一種改良的升壓降壓轉換電路，是非常重要的課題之一。
本發明提出的雙電壓輸出裝置是一種改良的升壓降壓轉換電路，是避免選用耐壓程度較高及成本較高的元件，但也同樣達到升壓降壓轉換電路之功效。
本發明實施例提供一種充電電路，包括：一第一開關，該第一開關的第一端連接一直流電壓源；一電感，該電感的第一端連接該第一開關的第二端；一第二開關，該第二開關的第一端連接該電感的第二端，該第二開關的第二端連接一接地端；一第三開關，該第三開關的第一端連接該電感的第二端；一第一電容，用以提供一第一電壓，該第一電容的第一端連接該第三開關的第二端，該第一電容的第二端連接該接地端；一第四開關，該第四開關的第一端連接該第一開關的第二端；一第五開關，該第五開關的第 一端連接該第四開關的第二端，該第五開關的第二端連接該接地端；一第六開關，該第六開關的第一端連接該第四開關的第二端；以及一第二電容，用以提供一第二電壓，該第二電容的第一端連接該第六開關的第二端，該第二電容的第二端連接該接地端。
本發明實施例提供一種雙電壓輸出裝置，包括：一充電電路，包括：一第一開關，該第一開關的第一端連接一直流電壓源；一電感，該電感的第一端連接該第一開關的第二端；一第二開關，該第二開關的第一端連接該電感的第二端，該第二開關的第二端連接一接地端；一第三開關，該第三開關的第一端連接該電感的第二端；一第一電容，用以提供一第一電壓，該第一電容的第一端連接該第三開關的第二端，該第一電容的第二端連接該接地端；一第四開關，該第四開關的第一端連接該第一開關的第二端；一第五開關，該第五開關的第一端連接該第四開關的第二端，該第五開關的第二端連接該接地端；一第六開關，該第六開關的第一端連接該第四開關的第二端；以及一第二電容，用以提供一第二電壓，該第二電容的第一端連接該第六開關的第二端，該第二電容的第二端連接該接地端；以及一控制電路，連接該充電電路以控制該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關及該第六開關的開啟與關閉。
本發明提出的雙電壓輸出裝置利用直流電壓源對單一電感充電以及透過單一電感的兩端分別對二個電容進行充電，使得二個電容可以分別提供一正電壓及一負電壓給其他負載電路。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1‧‧‧雙電壓輸出裝置
2‧‧‧充電電路
3‧‧‧控制電路
31‧‧‧第一感測器
32‧‧‧第二感測器
33‧‧‧第一電壓調節電路
34‧‧‧第二電壓調節電路
35‧‧‧開關控制電路
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
GND‧‧‧接地端
L‧‧‧電感
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
SW5‧‧‧第五開關
SW6‧‧‧第六開關
V1‧‧‧第一端點
V2‧‧‧第二端點
V3‧‧‧第三端點
Vin‧‧‧直流電壓源
Vref1‧‧‧第一門限值
Vref2‧‧‧第二門限值
V+‧‧‧第一電壓
V-‧‧‧第二電壓
圖1是本發明實施例的雙電壓輸出裝置的示意圖。
圖2是本發明實施例的控制電路的示意圖。
圖3A是本發明實施例的雙電壓輸出裝置的開關變化示意圖。
圖3B是本發明實施例的雙電壓輸出裝置的電位變化示意圖。
圖4A是本發明另一實施例的雙電壓輸出裝置的開關變化示意圖。
圖4B是本發明另一實施例的雙電壓輸出裝置的電位變化示意圖。
圖5A是本發明又一實施例的雙電壓輸出裝置的開關變化示意圖。
圖5B是本發明又一實施例的雙電壓輸出裝置的電位變化示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
請參照圖1所示，本發明實施例的雙電壓輸出裝置的示意圖。 本發明實施例的雙電壓輸出裝置1包括充電電路2及控制電路3。充電電路2包括第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4、第五開關SW5、第六開關SW6、電感L、第一電容C1及第二電容C2，其中第一開關SW1的第一端連接直流電壓源Vin，電感L的第一端連接第一開關SW1的第二端，第二開關SW2的第一端連接電感L的第二端，第二開關SW2的第二端連接接地端GND，第三開關SW3的第一端連接電感L的第二端，第一電容C1的第一端連接第三開關SW3的第二端，第一電容C1的第二端連接接地端GND，第四開關SW4的第一端連接第一開關SW1的第二端，第五開關SW5的第一端連接第四開關SW4的第二端，第五開關SW5的第二端連接接地端GND，第六開關SW6的第一端連接第四開關SW4的第二端，第二電容C2的第一端連接第六開關SW6的第二端，第二電容C2的第二端連接接地端GND，其中第一電容C1提供第一電壓(正電壓)V+給第一負載電路，第二電容C2提供第二電壓(負電壓)V-給第二負載電路；其中第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4、第五開關SW5及第六開關SW6為類比開關，較佳地為電晶體，但本發明不以此為限；其中第一負載電路及第二負載電路可為同一負載電路或非同一負載電路，本發明不以此為限。另外，如圖2所示，控制電路3連接充電電路2，控制電路3包括第一感測器31、第二感測器32、第一電壓調節電路33、第二電壓調節電路34及開關控制電路35，其中第一感測電路31連接第一電容C1的第一端以感測第一電壓V+，第二感測電路32連接第二電容C2的第一端以感測第二電壓V-，第一電壓調節電路33連接第一感測電路31以比較第一電壓V+與第一門限值Vref1，第二電壓調節電路34連接第二感測電路32以比較第二電壓V-與第二門限值Vref2，開關控制電路35連接第一電壓調節電路33及第二電壓調節電路34以根據比較結果控制第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關 SW3、第四開關SW4、第五開關SW5及第六開關SW6的開啟(turn on)與關閉(turn off)。
請同時參照圖1及3A所示，本發明實施例的雙電壓輸出裝置的開關變化示意圖。在第一階段中，控制電路3控制第一開關SW1與第二開關SW2開啟以及第三開關SW3、第四開關SW4、第五開關SW5與第六開關SW6關閉，使得從直流電壓源Vin、第一開關SW1、電感L、第二開關SW2至接地端GND形成一迴路，直流電壓源Vin對電感L充電。由於第一電容C1提供第一電壓V+給負載電路與第二電容C2提供第二電壓V-給負載電路，當控制電路3感測第一電壓V+下降低於第一門限值Vref1如5V及第二電壓V-下降低於第二門限值Vref2如-5V時，在第二階段中，控制電路3控制第一開關SW1、第二開關SW2與第五開關SW5關閉以及第三開關SW3、第四開關SW4與第六開關SW6開啟，使得從接地端GND、第二電容C2、第六開關SW6、第四開關SW4、電感L、第三開關SW3、第一電容C1至接地端GND形成一迴路，電感L分別對第一電容C1充正電及對第二電容C2充負電，其中本領域技術人員可依電路設計第一門限值Vref1及第二門限值Vref2，本發明不以此為限。另外，圖3B亦顯示第一端點V1、第二端點V2及第三端點V3於第一階段直流電源Vin對電感L充電及第二階段電感L對第一電容C1與第二電容C2充電的電壓變化。
請同時參照圖1及4A所示，本發明另一實施例的雙電壓輸出裝置的開關變化示意圖。第一階段與前一實施例相同，故在此不在贅述。由於第一電容C1提供第一電壓V+給負載電路與第二電容C2提供第二電壓V-給負載電路，當控制電路3感測第一電壓V+下降低於第一門限值Vref1如5V及第二電壓V-未下降低於第二門限值Vref2如-5V時，在第二階段中，控制電路3控制第一開關SW1、第二開關SW2與第六開關SW6關閉以及第三開關SW3、第四開關SW4與第五開關SW5開啟，使得從接地端GND、第五 開關SW5、第四開關SW4、電感L、第三開關SW3、第一電容C1至接地端GND形成一迴路，電感L對第一電容C1充正電。另外，圖4B亦顯示第一端點V1、第二端點V2及第三端點V3於第一階段直流電源Vin對電感L充電及第二階段電感L對第一電容C1充電的電壓變化。
請同時參照圖1及5A所示，本發明又一實施例的雙電壓輸出裝置的開關變化示意圖。第一階段與前一實施例相同，故在此不在贅述。由於第一電容C1提供第一電壓V+給負載電路與第二電容C2提供第二電壓V-給負載電路，當控制電路3感測第一電壓V+未下降低於第一門限值Vref1如5V及第二電壓V-下降低於第二門限值Vref2如-5V時，在第二階段中，控制電路3控制第一開關SW1、第三開關SW3與第五開關SW5關閉以及第二開關SW2、第四開關SW4與第六開關SW6開啟，使得從接地端GND、第二電容C2、第六開關SW6、第四開關SW4、電感L、第二開關SW2至接地端GND形成一迴路，電感L對第二電容C2充負電。另外，圖5B亦顯示第一端點V1、第二端點V2及第三端點V3於第一階段直流電源Vin對電感L充電及第二階段電感L對第二電容C2充電的電壓變化。
綜上所述，本發明的雙電壓輸出裝置1可透過控制電路3控制第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4、第五開關SW5及第六開關SW6的開啟與關閉以重複執行第一階段及第二階段，使得直流電壓源Vin對電感L充電以及電感L對第一電容C1及/或第二電容C2充電，以便第一電容C1提供的第一電壓V+得以維持在第一門限值Vref1之上及/或使得第二電容C2提供的第二電壓V-得以維持在第二門限值Vref2之上，達成穩定提供負載電路正電壓及負電壓之功效。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧雙電壓輸出裝置
2‧‧‧充電電路
3‧‧‧控制電路
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
GND‧‧‧接地端
L‧‧‧電感
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
SW5‧‧‧第五開關
SW6‧‧‧第六開關
V1‧‧‧第一端點
V2‧‧‧第二端點
V3‧‧‧第三端點
Vin‧‧‧直流電壓源
V+‧‧‧第一電壓
V-‧‧‧第二電壓

Claims (10)

  1. 一種充電電路，包括：一第一開關，該第一開關的第一端連接一直流電壓源；一電感，該電感的第一端連接該第一開關的第二端；一第二開關，該第二開關的第一端連接該電感的第二端，該第二開關的第二端連接一接地端；一第三開關，該第三開關的第一端連接該電感的第二端；一第一電容，用以提供一第一電壓，該第一電容的第一端連接該第三開關的第二端，該第一電容的第二端連接該接地端；一第四開關，該第四開關的第一端連接該第一開關的第二端；一第五開關，該第五開關的第一端連接該第四開關的第二端，該第五開關的第二端連接該接地端；一第六開關，該第六開關的第一端連接該第四開關的第二端；以及一第二電容，用以提供一第二電壓，該第二電容的第一端連接該第六開關的第二端，該第二電容的第二端連接該接地端。
  2. 如請求項1所述的充電電路，其中當該第一開關與該第二開關開啟以及該第三開關、該第四開關、該第五開關與該第六開關關閉時，該直流電壓源對該電感充電。
  3. 如請求項2所述的充電電路，其中當該第一開關、該第二開關與該第五開關關閉以及該第三開關、該第四開關與該第六開關開啟時，該電感對該第一電容與該第二電容充電。
  4. 如請求項2所述的充電電路，其中當該第一開關、該第二開關與該第六開關關閉以及該第三開關、該第四開關與該第五開關開啟時，該電感對該第一電容充電。
  5. 如請求項2所述的充電電路，其中當該第一開關、該第三開關 與該第五開關關閉以及該第二開關、該第四開關與該第六開關開啟時，該電感對該第二電容充電。
  6. 一種雙電壓輸出裝置，包括：一充電電路，包括：一第一開關，該第一開關的第一端連接一直流電壓源；一電感，該電感的第一端連接該第一開關的第二端；一第二開關，該第二開關的第一端連接該電感的第二端，該第二開關的第二端連接一接地端；一第三開關，該第三開關的第一端連接該電感的第二端；一第一電容，用以提供一第一電壓，該第一電容的第一端連接該第三開關的第二端，該第一電容的第二端連接該接地端；一第四開關，該第四開關的第一端連接該第一開關的第二端；一第五開關，該第五開關的第一端連接該第四開關的第二端，該第五開關的第二端連接該接地端；一第六開關，該第六開關的第一端連接該第四開關的第二端；以及一第二電容，用以提供一第二電壓，該第二電容的第一端連接該第六開關的第二端，該第二電容的第二端連接該接地端；以及一控制電路，連接該充電電路以控制該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關、該第五開關及該第六開關的開啟與關閉。
  7. 如請求項6所述的雙電壓輸出裝置，其中當該第一開關與該第二開關開啟以及該第三開關、該第四開關、該第五開關與該第六開關關閉時，該直流電壓源對該電感充電。
  8. 如請求項7所述的雙電壓輸出裝置，其中當該第一開關、該第 二開關與該第五開關關閉以及該第三開關、該第四開關與該第六開關開啟時，該電感對該第一電容與該第二電容充電。
  9. 如請求項7所述的雙電壓輸出裝置，其中當該第一開關、該第二開關與該第六開關關閉以及該第三開關、該第四開關與該第五開關開啟時，該電感對該第一電容充電。
  10. 如請求項7所述的雙電壓輸出裝置，其中當該第一開關、該第三開關與該第五開關關閉以及該第二開關、該第四開關與該第六開關開啟時，該電感對該第二電容充電。
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