電壓電平轉換裝置及其操作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電壓電平轉換裝置及其操作方法，尤其涉及一種應用于馬達驅動電路的電壓電平轉換裝置及其操作方法。
【背景技術】
[0002]目前市面上的高速切換應用產品設計，例如直流無刷馬達(brushless DCmotor, BLDC motor)的上橋驅動電路、發(fā)光二極管(light-emitting d1de, LED)能量控制電路等，皆需要高壓驅動電路，而驅動電壓的電平往往需要比系統(tǒng)輸入的電壓還要高。
[0003]以現有技術而言，由于升壓集成電路(charge pump 1C)可以簡易地制造出提升驅動電壓電平，因此廣為業(yè)界所使用。惟，升壓集成電路的成本較高，再者，對技術需求考量，升壓集成電路的最低運行電壓(operat1n voltage)與充放電效率都受到相當的局限。
[0004]因此，如何設計出一種電壓電平轉換裝置及其操作方法，透過使用兩階的電壓電平轉換，不僅能夠提供客制化的運行電壓與充放電效率、克服最低運行電壓的局限，并且能夠提供電壓電平提升與快速放電的功能，乃為本發(fā)明創(chuàng)作人所欲行克服并加以解決的一大課題。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的一目的在于提供一種電壓電平轉換裝置，以克服公知技術的問題。因此本發(fā)明電壓電平轉換裝置包含一第一電平轉換單元、一第二電平轉換單元、一充電單元以及一放電單兀。該第一電平轉換單兀接收一參考電壓與一電源電壓，以輸出一提升電壓。其中該提升電壓大小為該參考電壓與該電源電壓之和。該第二電平轉換單元連接該第一電平轉換單元，以接收該提升電壓。該充電單元接收一控制電壓，并且接收該提升電壓，以提供該充電單元充電操作所需的電壓，以提供一輸出電壓。該放電單元連接該充電單元，并且接收該控制電壓與該參考電壓。其中，當該控制電壓導通該充電單元并且截止該放電單元時，該充電單兀由該提升電壓充電，使該提升電壓為該充電單兀所提供的該輸出電壓；當該控制電壓截止該充電單元并且導通該放電單元時，該放電單元由該輸出電壓放電。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種電壓電平轉換裝置的操作方法，以克服公知技術的問題。因此本發(fā)明電壓電平轉換裝置的操作方法包含下列步驟:(a)提供一第一電平轉換單兀，接收一參考電壓與一電源電壓，以輸出一提升電壓，其中該提升電壓大小系為該參考電壓與該電源電壓之和；(b)提供一第二電平轉換單元，接收該提升電壓；(c)提供一充電單元接收一控制電壓，并且接收該提升電壓，以提供該充電單元充電操作所需的電壓，以提供一輸出電壓；(d)提供一放電單元，接收該控制電壓與該參考電壓；以及(e)當該控制電壓導通該充電單元并且截止該放電單元時，該充電單元由該提升電壓充電，使該提升電壓系為該充電單元所提供的該輸出電壓；當該控制電壓截止該充電單元并且導通該放電單元時，該放電單元由該輸出電壓放電。
[0007]為了能更進一步了解本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術、手段及功效，請參閱以下有關本發(fā)明的詳細說明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點，當可由此得一深入且具體的了解，然而所附附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制者。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明一電壓電平轉換裝置的方框示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明該電壓電平轉換裝置的電路圖；
[0010]圖3為本發(fā)明該電壓電平轉換裝置應用于馬達驅動的電路圖；
[0011]圖4為本發(fā)明一輸出電壓與一參考電壓兩者關系的波形示意圖；
[0012]圖5為本發(fā)明一提升電壓與該參考電壓兩者關系的波形示意圖；
[0013]圖6為本發(fā)明一轉換電壓與該輸出電壓兩者關系的波形示意圖 '及
[0014]圖7為本發(fā)明一電壓電平轉換裝置的操作方法的流程圖。
[0015]其中，附圖標記說明如下:
[0016]10第一電平轉換單元
[0017]20第二電平轉換單元
[0018]30充電單元
[0019]40放電單元
[0020]50 馬達
[0021]102 第一二極管
[0022]104 第一電容
[0023]202 第二二極管
[0024]204 第二電容
[0025]302 第一電阻
[0026]304第一功率開關
[0027]306限流電阻
[0028]402 第二電阻
[0029]404第三二極管
[0030]406第二功率開關
[0031]408第三功率開關
[0032]502隔離電阻
[0033]Vref參考電壓
[0034]Vcc電源電壓
[0035]Vs提升電壓
[0036]Vx轉換電壓
[0037]Vc控制電壓
[0038]Vout輸出電壓
[0039]Sc控制信號
[0040]U U 相
[0041]V V 相
[0042]ff W 相
[0043]Qc功率開關
[0044]Q1第一橋臂開關
[0045]Q2第二橋臂開關
[0046]Q3第三橋臂開關
[0047]Q4 第四橋臂開關
[0048]Q5 第五橋臂開關
[0049]Q6 第六橋臂開關
[0050]S10?S50 步驟
【具體實施方式】
[0051]茲有關本發(fā)明的技術內容及詳細說明，配合【附圖說明】如下:
[0052]請參閱圖1為本發(fā)明一電壓電平轉換裝置的方框示意圖。該電壓電平轉換裝置包含一第一電平轉換單元10、一第二電平轉換單元20、一充電單元30以及一放電單元40。該第一電平轉換單元10接收一參考電壓Vref與一電源電壓Vcc，以輸出一提升電壓Vs。其中該提升電壓Vs大小為該參考電壓Vref與該電源電壓Vcc之和。亦即，Vs = Vref+Vcc。換言之，若該參考電壓Vref為20伏特,而該電源電壓Vcc為12伏特，則該第一電平轉換單元10所輸出的該提升電壓Vs即為32伏特。該第二電平轉換單元20連接該第一電平轉換單元10，以接收該提升電壓Vs，以提供一轉換電壓Vx。該充電單元30接收一控制電壓Vc，并且接收該提升電壓Vs，以提供該充電單元30充電操作所需的電壓，以提供一輸出電壓Vout。該放電單元40連接該充電單元30，并且接收該控制電壓Vc與該參考電壓Vref。其中，當該控制電壓Vc導通該充電單元30并且截止該放電單元40時，該充電單元30由該提升電壓Vs充電,使該提升電壓Vs為該充電單兀30所提供的該輸出電壓Vout。反之，當該控制電壓Vc截止該充電單元30并且導通該放電單元40時，該放電單元40由該輸出電壓Vout放電。至于該電壓電平轉換裝置的詳細電路架構以及對應的操作，將于后文有詳細的闡述。
[0053]請參閱圖2為本發(fā)明該電壓電平轉換裝置的電路圖。在圖2中更進一步揭露每一單元的電路元件，如下所述。該第一電平轉換單元10包含一第一二極管102以及與該第一二極管102連接的一第一電容104，其中該第一電容104連接該第一二極管102的一陰極。該第二電平轉換單元20包含一第二二極管202以及與該第二二極管202連接的一第二電容204，其中該第二電容204連接該第二二極管202的一陰極。該充電單元30包含一第一電阻302與一第一功率開關304，其中該第一功率開關304的一柵極系連接該第一電阻302的一端。該放電單兀40系包含一第二電阻402、一第三二極管404、一第二功率開關406以及一第三功率開關408，其中該第三二極管40