电压电平转换装置及其操作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电压电平转换装置及其操作方法，尤其涉及一种应用于马达驱动电路的电压电平转换装置及其操作方法。
【背景技术】
[0002]目前市面上的高速切换应用产品设计，例如直流无刷马达(brushless DCmotor, BLDC motor)的上桥驱动电路、发光二极管(light-emitting d1de, LED)能量控制电路等，皆需要高压驱动电路，而驱动电压的电平往往需要比系统输入的电压还要高。
[0003]以现有技术而言，由于升压集成电路(charge pump 1C)可以简易地制造出提升驱动电压电平，因此广为业界所使用。惟，升压集成电路的成本较高，再者，对技术需求考量，升压集成电路的最低运行电压(operat1n voltage)与充放电效率都受到相当的局限。
[0004]因此，如何设计出一种电压电平转换装置及其操作方法，透过使用两阶的电压电平转换，不仅能够提供客制化的运行电压与充放电效率、克服最低运行电压的局限，并且能够提供电压电平提升与快速放电的功能，乃为本发明创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。
【发明内容】
[0005]本发明的一目的在于提供一种电压电平转换装置，以克服公知技术的问题。因此本发明电压电平转换装置包含一第一电平转换单元、一第二电平转换单元、一充电单元以及一放电单兀。该第一电平转换单兀接收一参考电压与一电源电压，以输出一提升电压。其中该提升电压大小为该参考电压与该电源电压之和。该第二电平转换单元连接该第一电平转换单元，以接收该提升电压。该充电单元接收一控制电压，并且接收该提升电压，以提供该充电单元充电操作所需的电压，以提供一输出电压。该放电单元连接该充电单元，并且接收该控制电压与该参考电压。其中，当该控制电压导通该充电单元并且截止该放电单元时，该充电单兀由该提升电压充电，使该提升电压为该充电单兀所提供的该输出电压；当该控制电压截止该充电单元并且导通该放电单元时，该放电单元由该输出电压放电。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种电压电平转换装置的操作方法，以克服公知技术的问题。因此本发明电压电平转换装置的操作方法包含下列步骤:(a)提供一第一电平转换单兀，接收一参考电压与一电源电压，以输出一提升电压，其中该提升电压大小系为该参考电压与该电源电压之和；(b)提供一第二电平转换单元，接收该提升电压；(c)提供一充电单元接收一控制电压，并且接收该提升电压，以提供该充电单元充电操作所需的电压，以提供一输出电压；(d)提供一放电单元，接收该控制电压与该参考电压；以及(e)当该控制电压导通该充电单元并且截止该放电单元时，该充电单元由该提升电压充电，使该提升电压系为该充电单元所提供的该输出电压；当该控制电压截止该充电单元并且导通该放电单元时，该放电单元由该输出电压放电。
[0007]为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
【附图说明】
[0008]图1为本发明一电压电平转换装置的方框示意图；
[0009]图2为本发明该电压电平转换装置的电路图；
[0010]图3为本发明该电压电平转换装置应用于马达驱动的电路图；
[0011]图4为本发明一输出电压与一参考电压两者关系的波形示意图；
[0012]图5为本发明一提升电压与该参考电压两者关系的波形示意图；
[0013]图6为本发明一转换电压与该输出电压两者关系的波形示意图 '及
[0014]图7为本发明一电压电平转换装置的操作方法的流程图。
[0015]其中，附图标记说明如下:
[0016]10第一电平转换单元
[0017]20第二电平转换单元
[0018]30充电单元
[0019]40放电单元
[0020]50 马达
[0021]102 第一二极管
[0022]104 第一电容
[0023]202 第二二极管
[0024]204 第二电容
[0025]302 第一电阻
[0026]304第一功率开关
[0027]306限流电阻
[0028]402 第二电阻
[0029]404第三二极管
[0030]406第二功率开关
[0031]408第三功率开关
[0032]502隔离电阻
[0033]Vref参考电压
[0034]Vcc电源电压
[0035]Vs提升电压
[0036]Vx转换电压
[0037]Vc控制电压
[0038]Vout输出电压
[0039]Sc控制信号
[0040]U U 相
[0041]V V 相
[0042]ff W 相
[0043]Qc功率开关
[0044]Q1第一桥臂开关
[0045]Q2第二桥臂开关
[0046]Q3第三桥臂开关
[0047]Q4 第四桥臂开关
[0048]Q5 第五桥臂开关
[0049]Q6 第六桥臂开关
[0050]S10?S50 步骤
【具体实施方式】
[0051]兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合【附图说明】如下:
[0052]请参阅图1为本发明一电压电平转换装置的方框示意图。该电压电平转换装置包含一第一电平转换单元10、一第二电平转换单元20、一充电单元30以及一放电单元40。该第一电平转换单元10接收一参考电压Vref与一电源电压Vcc，以输出一提升电压Vs。其中该提升电压Vs大小为该参考电压Vref与该电源电压Vcc之和。亦即，Vs = Vref+Vcc。换言之，若该参考电压Vref为20伏特,而该电源电压Vcc为12伏特，则该第一电平转换单元10所输出的该提升电压Vs即为32伏特。该第二电平转换单元20连接该第一电平转换单元10，以接收该提升电压Vs，以提供一转换电压Vx。该充电单元30接收一控制电压Vc，并且接收该提升电压Vs，以提供该充电单元30充电操作所需的电压，以提供一输出电压Vout。该放电单元40连接该充电单元30，并且接收该控制电压Vc与该参考电压Vref。其中，当该控制电压Vc导通该充电单元30并且截止该放电单元40时，该充电单元30由该提升电压Vs充电,使该提升电压Vs为该充电单兀30所提供的该输出电压Vout。反之，当该控制电压Vc截止该充电单元30并且导通该放电单元40时，该放电单元40由该输出电压Vout放电。至于该电压电平转换装置的详细电路架构以及对应的操作，将于后文有详细的阐述。
[0053]请参阅图2为本发明该电压电平转换装置的电路图。在图2中更进一步揭露每一单元的电路元件，如下所述。该第一电平转换单元10包含一第一二极管102以及与该第一二极管102连接的一第一电容104，其中该第一电容104连接该第一二极管102的一阴极。该第二电平转换单元20包含一第二二极管202以及与该第二二极管202连接的一第二电容204，其中该第二电容204连接该第二二极管202的一阴极。该充电单元30包含一第一电阻302与一第一功率开关304，其中该第一功率开关304的一栅极系连接该第一电阻302的一端。该放电单兀40系包含一第二电阻402、一第三二极管404、一第二功率开关406以及一第三功率开关408，其中该第三二极管40