TWI676341B

TWI676341B - 穩壓系統

Info

Publication number: TWI676341B
Application number: TW107140227A
Authority: TW
Inventors: 黃柏勳; Po-Hsuan Huang
Original assignee: 新唐科技股份有限公司; Nuvoton Technology Corporation
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-11-01
Also published as: TW202019071A; CN111181384A; CN111181384B

Abstract

本發明揭露一種穩壓系統，其包含一三階降壓型轉換器以及一開關控制電路。三階降壓型轉換器至少包含複數個開關、一輸入端、一輸出端、一電感器以及一控制開關。電感器包含一第一端以及一第二端電性連接輸出端。複數個開關之操作以依序形成兩個階段，在輸出端形成一輸出電壓。每一階段包含複數個轉換狀態。控制開關之一端電性連接電感器之第一端而另一端電性接地。開關控制電路係控制複數個開關以及控制開關。控制開關係在該兩個階段中的至少一階段之其中一轉換狀態導通，使得電感器之第一端接地，以使得一電感電流流經電感器。

Description

穩壓系統

本發明係有關於一種穩壓系統，特別是有關於一種使用三階降壓型轉換器的穩壓系統。

三階降壓型轉換器(3-level buck converter)包含一切換式電容電路(switched capacitor circuit)以及一電感式降壓型轉換器(inductor-based buck converter)。切換式電容電路具有高轉換效率的優點，而電感式降壓型轉換器可輸出高穩定度的電壓，因此三階降壓型轉換器可結合兩種電路的優點。

然而，傳統的三階降壓型轉換器的操作會在兩個階段(phase)之間切換，每一個階段包含三個轉換狀態(conversion state)。透過控制切換式電容電路之開關的導通狀態，傳統的三階降壓型轉換器會依序進行第一階段的三個轉換狀態，接著切換到第二階段，再依序執行第二階段的三個轉換狀態，接著再切換回第一階段，如此重複進行。

然而，每次在第一階段與第二階段之間的切換，切換式電容電路之電容之跨壓就會大改變，例如，電容之頂電壓與底電壓從(VDD,VDD/2)改變成(VDD/2,0)，或是從(VDD/2,0)改變成(VDD,VDD/2)，而當電容之跨壓過於頻繁的變化，會造成不必要的功率耗損。

為了解決上述問題，本發明提出一種穩壓系統，其包含一三階降壓型轉換器(3-level buck converter)以及一開關控制電路。三階降壓型轉換器至少包含複數個開關、一輸入端、一輸出端、一電感器以及一控制開關，電感器包含一第一端以及一第二端，電感器之第二端係電性連接輸出端，複數個開關之操作以依序形成三階降壓型轉換器之兩個階段(phase)，藉此在輸出端形成一輸出電壓，其中每一兩個階段係包含複數個轉換狀態，而控制開關之一端電性連接電感器之第一端而另一端電性連接一低電壓端。開關控制電路可產生複數個開關控制訊號以控制複數個開關以及控制開關。控制開關係在兩個階段中的至少一階段之複數個轉換狀態之其中一轉換狀態導通，使得電感器之第一端接地，以使得一電感電流流經電感器。

在一實施例中，複數個開關包含一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關，三階降壓型轉換器更包含一電容器，第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關係依序串接於輸入端以及低電壓端之間，電容器之一端電性連接第一開關與第二開關之間的節點，而另一端電性連接第三開關與四開關之間的節點，電感器之第一端係電性連接第二開關與第三開關之間的節點，開關控制電路係控制第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關。

在一實施例中，兩個階段包含一第一階段以及一第二階段，第一階段包含一第一轉換狀態、一第二轉換狀態以及一第三轉換狀態，第二階段包含一第四轉換狀態、一第五轉換狀態以及一第六轉換狀態。

在一實施例中，在第一階段之第一轉換狀態，第一開關導通、第二開關不導通、第三開關導通、第四開關不導通、以及控制開關不導通，而在第一階段之第二轉換狀態，第一開關導通、第二開關不導通、第三開關不導通、第四開關不導通、以及控制開關導通，而在第一階段之第三轉換狀態，第一開關導通、第二開關不導通、第三開關不導通、第四開關不導通、以及控制開關不導通。

在一實施例中，在第二階段之第四轉換狀態，第一開關不導通、第二開關導通、第三開關不導通、第四開關導通、以及控制開關不導通，而在第二階段之第五轉換狀態，第一開關不導通、第二開關不導通、第三開關不導通、第四開關導通、以及控制開關導通，而在第二階段之第六轉換狀態，第一開關不導通、第二開關不導通、第三開關不導通、第四開關導通、以及控制開關不導通。

在一實施例中，穩壓系統更包含一第一判斷電路，係比較該輸出電壓以及一參考電壓值，在第一階段，當第一判斷電路判斷輸出電壓小於參考電壓值，則第一判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器進入第一轉換狀態。

在一實施例中，在第二階段，當第一判斷電路判斷輸出電壓小於參考電壓值，則第一判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器進入第四轉換狀態。

在一實施例中，穩壓系統更包含一第二判斷電路，係比較電感電流以及一參考電流值，在第一轉換狀態，當第二判斷電路判斷電感電流大於參考電流值，則第二判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器從第一轉換狀態進入第二轉換狀態。

在一實施例中，在第四轉換狀態，當第二判斷電路判斷電感電流大於參考電流值，則第二判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器從第四轉換狀態進入第五轉換狀態。

在一實施例中，穩壓系統更包含一第三判斷電路，係接收電容器之一頂電壓以及一底電壓，在第一階段中，第三判斷電路比較底電壓以及一預設電壓值，當第三判斷電路判斷底電壓低於預設電壓值，第三判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器從第一階段進入第二階段。

在一實施例中，在第二階段中，第三判斷電路比較頂電壓以及預設電壓值，當第三判斷電路判斷頂電壓低於預設電壓值，第三判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器從第二階段進入第一階段。

在一實施例中，穩壓系統更包含一第三判斷電路，在第一階段中，第三判斷電路係計數三階降壓型轉換器進入第一轉換狀態之一第一次數，當第一次數大於一預設計數值，第三判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器從第一階段進入第二階段。

在一實施例中，在第二階段中，第三判斷電路係計數三階降壓型轉換器進入第四轉換狀態之一第二次數，當第二次數大於預設計數值，第三判斷電路觸發開關控制電路操作複數個開關以及控制開關，使得三階降壓型轉換器從第二階段進入第一階段。

10、11、12‧‧‧三階降壓型轉換器

20‧‧‧第一判斷電路

201‧‧‧第一控制訊號

21‧‧‧參考電壓值

30‧‧‧第二判斷電路

301‧‧‧第二控制訊號

31‧‧‧參考電流值

40‧‧‧第三判斷電路

401‧‧‧第三控制訊號

41‧‧‧門檻值

50‧‧‧開關控制電路

501、502、503、504、505‧‧‧開關控制訊號

SW1‧‧‧第一開關

SW2‧‧‧第二開關

SW3‧‧‧第三開關

SW4‧‧‧第四開關

SW5‧‧‧控制開關

C1‧‧‧電容器

C2‧‧‧穩壓電容器

L‧‧‧電感器

IL‧‧‧電感電流

VIN‧‧‧輸入電壓

VOUT‧‧‧輸出電壓

VTOP‧‧‧頂電壓

VBOT‧‧‧底電壓

MP1、MP2、MP3‧‧‧P型電晶體

MN1、MN2、MN3‧‧‧N型電晶體

Phase1‧‧‧第一階段

Phase2‧‧‧第二階段

S1‧‧‧第一轉換狀態

S2‧‧‧第二轉換狀態

S3‧‧‧第三轉換狀態

S4‧‧‧第四轉換狀態

S5‧‧‧第五轉換狀態

S6‧‧‧第六轉換狀態

T1、T2、T3、T4、T5、T7、T8、T9、T10、T11‧‧‧時間點

△V‧‧‧電壓降

第1圖係為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之示意圖。

第2圖係為本發明之穩壓系統之一實施例之方塊圖。

第3圖係為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之一實施例之電路圖。

第4圖係為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之另一實施例之電路圖。

第5圖係為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器分別操作在第一轉換狀態、第二轉換狀態以及第三轉換狀態的示意圖。

第6圖係為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器分別操作在第四轉換狀態、第五轉換狀態以及第六轉換狀態的示意圖。

第7圖係為本發明之穩壓系統在第一階段之訊號示意圖。

第8圖係為本發明之穩壓系統在第二階段之訊號示意圖。

第9圖係為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之電容器之頂電壓與底電壓的訊號示意圖。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

請參閱第1圖與第2圖，其分別為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之示意圖、以及本發明之穩壓系統之一實施例之方塊圖。如第1圖所示，本發明穩壓系統包含一三階降壓型轉換器10以及一開關控制電路50。三階降壓型轉換器10係包含第一開關SW1、一第二開關SW2、一第三開關SW3、一第四開關SW4、一電容器C1以及一電感器L。

第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3以及第四開關SW4係依序串接於三階降壓型轉換器之一輸入端以及低電壓端之間，在此實施例中，低電壓端係為一接地端GND。電容器C1之頂端電性連接第一開關SW1與第二開關SW2之間的節點，而底端電性連接第三開關SW3與第四開關SW4之間的節點。輸入端上的電壓為輸入電壓VIN。

電感器L之第一端係電性連接第二開關SW2與第三開關SW3之間的節點，而第二端係電性連接三階降壓型轉換器10之輸出端。控制開關SW5係電性連接於電感器L之第一端與接地端之間。開關控制電路50係分別產生開關控制訊號501至505，以分別控制第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4以及控制開關SW5導通(turn on)或不導通(turn off)，藉此以依序形成三階降壓型轉換器10之兩個階段(phase)，以在輸出端形成輸出電壓VOUT。兩個階段中的每一階段係包含複數個轉換狀態。控制開關SW5係在至少一個階段之複數個轉換狀態之其中一轉換狀態導通，使得電感器L之第一端接地，以使得電感電流IL流經電感器L。

上述開關可用電晶體來實現，例如N型金氧半場效電晶體(n-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，NMOSFET)或是P型金氧半場效電晶體(p-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，PMOSFET)。請參閱第3圖，其為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之一實施例之電路圖。如第3圖所示，第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4以及控制開關SW5分別使用PMOSFET MP1、PMOSFET MP2、NMOSFET MN1、NMOSFET MN2、以及NMOSFET MN3來實現。在此實施例中，為了使PMOSFET導通，可在PMOSFET的閘極輸入低電壓位準的開關控制訊號；反之，在PMOSFET的閘極輸入高電壓位準的開關控制訊號，可使得PMOSFET不導通。在此實施例中，為了使NMOSFET導通，可在NMOSFET的閘極輸入高電壓位準的開關控制訊號；反之，在NMOSFET的閘極輸入低電壓位準的開關控制訊號，可使得NMOSFET不導通

請參閱第4圖，其為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器之另一實施例之電路圖。第4圖之實施例與第3圖之實施例不同之處在於第4圖之實施例使用PMOSFET MP3來實現第三開關SW3，同時增加一反相器INV，其一端接收開關控制訊號501，並輸出與開關控制訊號501相反的訊號至第三開關SW3之閘極，因此，當PMOSFET MP1導通時，PMOSFET MP3不導通；當PMOSFET MP1不導通時，PMOSFET MP3導通。此外，PMOSFET MP1與NMOSFET MN2都接收開關控制訊號502，因此，當PMOSFET MP2導通時，NMOSFET MN2不導通；當PMOSFET MP2不導通時，NMOSFET MN2導通。

本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器操作時包含一第一階段Phase1以及一第二階段Phase2。在一實施例中，第一階段Phase1包含一第一轉換狀態S1、一第二轉換狀態S2以及一第三轉換狀態S3，第二階段Phase2包含一第四轉換狀態S4、一第五轉換狀態S5以及一第六轉換狀態S6。

在第一階段Phase1中，第一轉換狀態S1、第二轉換狀態S2以及第三轉換狀態S3是依序執行，且可重複執行，換句話說，第一轉換狀態S1切換至第二轉換狀態S2，第二轉換狀態S2切換至第三轉換狀態S3，接著可從第三轉換狀態S3再切換回第一轉換狀態S1；應注意的是，在一實施例中，視需要，第三轉換狀態S3也可省略不用，換句話說，在第一階段Phase1中，只有第一轉換狀態S1與第二轉換狀態S2依序且重複執行。

同樣地，在第二階段Phase2中，第四轉換狀態S4、第五轉換狀態S5以及第六轉換狀態S6是依序執行，且可重複執行；在一實施例中，視需要，第六轉換狀態S6也可省略不用，換句話說，在第二階段Phase2中，只有第四轉換狀態S4與第五轉換狀態S5依序且重複執行。

請參閱第5圖，其為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器分別操作在第一轉換狀態S1、第二轉換狀態S2以及第三轉換狀態S3的示意圖。在第一轉換狀態S1，開關控制電路50係控制第一開關SW1導通、第二開關SW2不導通、第三開關SW3導通、第四開關SW4不導通、以及控制開關SW5不導通，使得電容器C1的頂端連接三階降壓型轉換器之輸入端，而底端連接電感器L的第一端，因此電容器C1透過輸入端進行充電，並從輸入端提供電感電流IL流至電感器L。

在第二轉換狀態S2，開關控制電路50係控制第一開關SW1導通、第二開關SW2不導通、第三開關SW3不導通、第四開關SW4不導通、以及控制開關SW5導通，使得電容器C1的頂端連接三階降壓型轉換器之輸入端，而底端浮接(float)，電感器L的第一端接地。由於電感器L的電流不能瞬間改變，從第一轉換狀態S1切換到第二轉換狀態S2後，仍會有電感電流IL持續流至電感器L，因此在第二轉換狀態S2，是從接地端提供電感電流IL流至電感器L。

在第三轉換狀態S3，開關控制電路50係控制第一開關SW1導通、第二開關SW2不導通、第三開關SW3不導通、第四開關SW4不導通、以及控制開關SW5不導通，使得電容器C1的頂端連接三階降壓型轉換器10之輸入端，而底端浮接(float)，電感器L的第一端浮接，沒有電流流至電感器L。

請參閱第6圖，其為本發明之穩壓系統之三階降壓型轉換器分別操作在第四轉換狀態S4、第五轉換狀態S5以及第六轉換狀態S6的示意圖。

在第四轉換狀態S4，開關控制電路50係控制第一開關SW1不導通、第二開關SW2導通、第三開關SW3不導通、第四開關SW4導通、以及控制開關SW5不導通，使得電容器C1的頂端連接電感器L的第一端，以及底端接地。從電容器C1提供電感電流IL流至電感器L。

在第五轉換狀態S5，開關控制電路50係控制第一開關SW1不導通、第二開關SW2不導通、第三開關SW3不導通、第四開關SW4導通、以及控制開關SW5導通，使得電容器C1的頂端浮接，而底端接地，電感器L的第一端接地。由於電感器L的電流不能瞬間改變，從第四轉換狀態S4切換到第五轉換狀態S5後，仍會有電感電流IL持續流至電感器L，因此在第四轉換狀態S4，是從接地端提供電感電流IL流至電感器L。

在第六轉換狀態S6，開關控制電路50係控制第一開關SW1不導通、第二開關SW2不導通、第三開關SW3不導通、第四開關SW4導通、以及控制開關SW5不導通，使得電容器C1的頂端浮接，而底端接地，電感器L的第一端浮接，沒有電流流至電感器L。

應注意的是，在上述六種轉換狀態S1~S6的說明中，電感電流IL是隨時間變化的電流。以下將說明本發明之穩壓系統進行上述六種轉換狀態之操作流程。

請參閱第2圖、第7圖以及第8圖。第2圖為本發明之穩壓系統之一實施例之方塊圖，第7圖係為本發明之穩壓系統在第一階段Phase1之訊號示意圖，而第8圖係為本發明之穩壓系統在第二階段Phase2之訊號示意圖。如第2圖所示，本發明之穩壓系統可包含一第一判斷電路20、一第二判斷電路30以及一第三判斷電路40，其用以控制三階降壓型轉換器10何時切換階段或是轉換狀態。

第一判斷電路20可比較輸出端之輸出電壓VOUT以及一參考電壓值21，在第一階段Phase1，當第一判斷電路20判斷輸出電壓小於參考電壓值21，則第一判斷電路20觸發開關控制電路50操作第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4以及控制開關SW5，使得三階降壓型轉換器10進入第一轉換狀態S1，例如從第三轉換狀態S3切換至第一轉換狀態S1。在第一轉換狀態S1中每一開關的導通狀態已在上述段落說明，故在此不再贅述。

同樣地，在第二階段Phase2，當第一判斷電路20判斷輸出電壓小於參考電壓值21，則第一判斷電路20觸發開關控制電路50操作第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4以及控制開關SW5，使得三階降壓型轉換器10進入第四轉換狀態S4，例如從第六轉換狀態S6切換至第四轉換狀態S4。在第四轉換狀態S4中每一開關的導通狀態已在上述段落說明，故在此不再贅述。

如第7圖所示，穩壓系統進入第一轉換狀態S1後，由於電容器C1的跨電壓有變化，而產生電流流向電感器L，因此電感電流IL從零開始上升，例如在第7圖之時間點T2與T4。例如，在第三轉換狀態S3，電容器C1的底電壓VBOT約為1/2*VIN，電感器L的第一端之電壓為零，電感電流IL為零，切換到第一轉換狀態S1後，電容器C1的底端電性連接電感器L的第一端，所以電容器C1的底電壓VBOT往零電壓下降，使得電容器C1的跨電壓增加，產生電流流向電感器L。如第7圖所示，第一轉換狀態S1中，電感電流IL從零開始上升，而電容器C1的底電壓逐漸下降。

根據同樣的操作原理，如8圖所示，穩壓系統進入第四轉換狀態S4後，電容器C1的頂端電性連接電感器L的第一端，底端接地；由於電容器C1的跨電壓有變化，而產生電流流向電感器L，因此電感電流IL從零開始上升，而電容器C1的頂電壓VTOP逐漸下降，例如在第8圖之時間點T8與T10。

第二判斷電路30比較電感電流IL以及一參考電流值31，在第一轉換狀態S1，當第二判斷電路30判斷電感電流IL大於參考電流值31，例如在第7圖之時間點T1、T3以及T5，則第二判斷電路30觸發開關控制電路50操作上述開關SW1~SW5，使得三階降壓型轉換器10從第一轉換狀態S1進入第二轉換狀態S2。同樣地，在第四轉換狀態S4，當第二判斷電路30判斷電感電流IL大於參考電流值31，則第二判斷電路30觸發開關控制電路50操作複數個開關以及控制開關SW5，使得三階降壓型轉換器10從第四轉換狀態S4進入第五轉換狀態S5。

在第二轉換狀態S2中，電容器C1的底端浮接，所以底電壓VBOT維持在切換之前的電壓。電感器L之第一端接地，所以電感器L之第一端之電壓下降為零，使得流經電感器L之電感電流IL逐漸下降，如第7圖所示。根據同樣的操作原理，在第五轉換狀態S5中，電容器C1的頂端浮接，所以頂電壓VTOP維持在切換之前的電壓。電感器L之第一端接地，所以電感器L之第一端之電壓下降為零，使得流經電感器L之電感電流IL逐漸下降，如8圖所示之時間點T7、T9以及T11。

第二判斷電路30更判斷電感電流IL是否為零電流，若是，則第二判斷電路30觸發開關控制電路50操作上述開關SW1~SW5，使得三階降壓型轉換器10從第二轉換狀態S2切換至第三轉換狀態S3，或是從第五轉換狀態S5切換至第六轉換狀態S6。

在第三轉換狀態S3，電容器C1的底端浮接，電感電流IL為零電流，其表示穩壓系統並未對外輸出能量，而輸出端之輸出電壓VOUT會因為負載(load)而持續下降，此時，第一判斷電路20可用於監控輸出電壓VOUT，當第一判斷電路20判斷輸出電壓小於參考電壓值21，則第一判斷電路20觸發開關控制電路50操作第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4以及控制開關SW5，使得三階降壓型轉換器10從第三轉換狀態S3切換至第一轉換狀態S1，或是從第六轉換狀態S6切換至第一轉換狀態S1，藉此再輸出電流以提高輸出電壓VOUT。

透過上述控制機制，穩壓系統可在第一階段Phase1中依序且重複地執行第一轉換狀態S1、第二轉換狀態S2與第三轉換狀態S3，或是在第二階段Phase2中依序且重複地執行第四轉換狀態S4、第五轉換狀態S5與第六轉換狀態S6，將輸出電壓VOUT大致上維持在參考電壓值21。應注意的是，在實際應用，例如在重負載(heavy load)的情況下，穩壓系統可在第一階段Phase1中依序且重複地執行第一轉換狀態S1與第二轉換狀態S2，不進入第三轉換狀態S3；或是在第二階段Phase2中依序且重複地執行第四轉換狀態S4與第五轉換狀態S5，不進入第六轉換狀態S6。

以下將搭配第2圖以及第9圖描述本發明之穩壓系統在第一階段Phase1與第二階段Phase2之間切換的控制機制。

如第2圖所示，本發明之穩壓系統可包含一第三判斷電路40，其包含一門檻值41，其根據不同的實施方式而可為一預設電壓值或是一預設計數值。在一實施例中，第三判斷電路40可接收電容器C1之頂電壓VTOP以及底電壓VBOT，在第一階段Phase1中，第三判斷電路40可比較底電壓VBOT以及一預設電壓值。根據上述內容，在第一階段Phase1之第一轉換狀態S1，底電壓VBOT會下降，而在第二轉換狀態S2以及第三轉換狀態S3，底電壓VBOT會維持不變，因此當第一轉換狀態S1、第二轉換狀態S2以及第三轉換狀態S3依序且重複執行，底電壓VBOT逐漸下降，且能提供給外部負載的能量也逐漸降低。

因此，當第三判斷電路40判斷底電壓VBOT低於預設電壓值，第三判斷電路40可觸發開關控制電路50操作上述開關SW1~SW5，使得三階降壓型轉換器10從第一階段Phase1進入第二階段Phase2，電容器C1之底端接地而頂端連接電感器L之第一端，由於電感器L之第一端之電壓在第三轉換狀態S3為零電壓，所以當切換到第四轉換狀態S4，電感器L之第一端電性連接電容器C1之頂端，使得電感器L之第一端的電壓為正電壓，其略高於1/2*VIN，進而產生電感電流IL，使得電容器C1能再次充電。

同樣地，在第二階段Phase2之第四轉換狀態S4，底電壓VBOT會下降，而在第五轉換狀態S5以及第六轉換狀態S6，頂電壓VTOP會維持不變。第三判斷電路40可比較頂電壓VTOP以及預設電壓值，當第三判斷電路40判斷頂電壓VTOP低於預設電壓值，第三判斷電路40觸發開關控制電路50操作上述開關SW1~SW5，使得三階降壓型轉換器10從第二階段Phase2進入第一階段Phase1。

由於電容器C1的底電壓VBOT在每一次第一轉換狀態S1中的電壓降是可以預先決定的，而電容器C1的頂電壓VTOP在每一次第四轉換狀態S4中的電壓降也是可以預先決定的，所以根據進入第一轉換狀態S1或是第四轉換狀態S4的次數也可以計算出總電壓降。

因此，在另一實施例中，在第一階段Phase1，第三判斷電路40可計數三階降壓型轉換器10進入第一轉換狀態S1之一第一次數，當第一次數大於一預設計數值，第三判斷電路40觸發開關控制電路50操作上述開關SW1~SW5，使得三階降壓型轉換器10從第一階段Phase1進入第二階段Phase2。

在第二階段Phase2，第三判斷電路40可計數三階降壓型轉換器10進入第四轉換狀態S4之一第二次數，當第二次數大於預設計數值，第三判斷電路40觸發開關控制電路50操作上述開關SW1~SW5，使得三階降壓型轉換器10從第二階段Phase2進入第一階段Phase1。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種穩壓系統，包含：一三階降壓型轉換器(3-level buck converter)，至少包含複數個開關、一輸入端、一輸出端、一電感器以及一控制開關，該電感器包含一第一端以及一第二端，該電感器之該第二端係電性連接該輸出端，該複數個開關之操作以依序形成該三階降壓型轉換器之兩個階段，藉此在該輸出端形成一輸出電壓，其中每一該兩個階段係包含複數個轉換狀態，而該控制開關之一端電性連接該電感器之該第一端而另一端電性連接一低電壓端；一開關控制電路，係產生複數個開關控制訊號以控制該複數個開關以及該控制開關，其中該控制開關係在該兩個階段中的至少一階段之複數個轉換狀態之其中一轉換狀態導通，使得該電感器之該第一端接地，以使得一電感電流流經該電感器。
如申請專利範圍第1項所述之穩壓系統，其中該三階降壓型轉換器之該複數個開關包含一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關，該三階降壓型轉換器更包含一電容器，該第一開關、該第二開關、該第三開關以及該第四開關係依序串接於該輸入端以及該低電壓端之間，該電容器之一端電性連接該第一開關與該第二開關之間的節點，而另一端電性連接該第三開關與該第四開關之間的節點，該電感器之該第一端係電性連接該第二開關與該第三開關之間的節點，該開關控制電路係控制該第一開關、該第二開關、該第三開關以及該第四開關。
如申請專利範圍第2項所述之穩壓系統，其中該兩個階段包含一第一階段以及一第二階段，該第一階段包含一第一轉換狀態、一第二轉換狀態以及一第三轉換狀態，該第二階段包含一第四轉換狀態、一第五轉換狀態以及一第六轉換狀態。
如申請專利範圍第3項所述之穩壓系統，其中在該第一階段之該第一轉換狀態，該第一開關導通、該第二開關不導通、該第三開關導通、該第四開關不導通、以及該控制開關不導通，而在該第一階段之該第二轉換狀態，該第一開關導通、該第二開關不導通、該第三開關不導通、該第四開關不導通、以及該控制開關導通，而在該第一階段之該第三轉換狀態，該第一開關導通、該第二開關不導通、該第三開關不導通、該第四開關不導通、以及該控制開關不導通。
如申請專利範圍第4項所述之穩壓系統，其中在該第二階段之該第四轉換狀態，該第一開關不導通、該第二開關導通、該第三開關不導通、該第四開關導通、以及該控制開關不導通，而在該第二階段之該第五轉換狀態，該第一開關不導通、該第二開關不導通、該第三開關不導通、該第四開關導通、以及該控制開關導通，而在該第二階段之該第六轉換狀態，該第一開關不導通、該第二開關不導通、該第三開關不導通、該第四開關導通、以及該控制開關不導通。
如申請專利範圍第3項所述之穩壓系統，更包含一第一判斷電路，係比較該輸出電壓以及一參考電壓值，在該第一階段，當該第一判斷電路判斷該輸出電壓小於該參考電壓值，則該第一判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器進入該第一轉換狀態；其中，在該第二階段，當該第一判斷電路判斷該輸出電壓小於該參考電壓值，則該第一判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器進入該第四轉換狀態。
如申請專利範圍第3項所述之穩壓系統，更包含一第二判斷電路，係比較該電感電流以及一參考電流值，在該第一轉換狀態，當該第二判斷電路判斷該電感電流大於該參考電流值，則該第二判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器從該第一轉換狀態進入該第二轉換狀態；其中，在該第四轉換狀態，當該第二判斷電路判斷該電感電流大於該參考電流值，則該第二判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器從該第四轉換狀態進入該第五轉換狀態。
如申請專利範圍第3項所述之穩壓系統，更包含一第三判斷電路，係接收該電容器之一頂電壓以及一底電壓，在該第一階段中，該第三判斷電路比較該底電壓以及一預設電壓值，當該第三判斷電路判斷該底電壓低於該預設電壓值，該第三判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器從該第一階段進入該第二階段；其中，在該第二階段中，該第三判斷電路比較該頂電壓以及該預設電壓值，當該第三判斷電路判斷該頂電壓低於該預設電壓值，該第三判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器從該第二階段進入該第一階段。
如申請專利範圍第3項所述之穩壓系統，更包含一第三判斷電路，在該第一階段中，該第三判斷電路係計數該三階降壓型轉換器進入該第一轉換狀態之一第一次數，當該第一次數大於一預設計數值，該第三判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器從該第一階段進入該第二階段；其中，在該第二階段中，該第三判斷電路係計數該三階降壓型轉換器進入該第四轉換狀態之一第二次數，當該第二次數大於該預設計數值，該第三判斷電路觸發該開關控制電路操作該複數個開關以及該控制開關，使得該三階降壓型轉換器從該第二階段進入該第一階段。