CN100573397C - 直流电源的稳压装置 - Google Patents

Abstract

稳压装置，用来稳定直流电源所输出的电压，包含有一限流保护电路，用来限制直流电源输出电流的大小，及一储能电路，用来储存该直流电源所输出的电能。

Description

直流电源的稳压装置

技术领域

本发明涉及一种直流电源的稳压装置，特别是涉及提供一种稳定燃料电池输出电压的稳压装置。

背景技术

请参考图1。图1为现有技术的手提式电子装置的供电系统100的示意图。如图所示，供电系统100耦接至一手提式电子装置140。供电系统100包含一交流电源120及一交/直流转换器110。手提式电子装置140包含一传统电池130。交流电源120耦接至交/直流转换器，用以提供交流电给交/直流转换器110。交/直流转换器110耦接于交流电源120与传统电池130之间，用以提供将交流电转换出的直流电给传统电池130与手提式电子装置140，使传统电池130能得以充电及手提式电子装置140能够正常运作。

而当交流电源120不可取得时，交/直流转换器110无法输出直流电给传统电池130与手提式电子装置140。此时手提式电子装置140仅能以传统电池130放电所产生的直流电来正常运作。

一般来说，传统电池130的放电能力有限，意即当传统电池130的离线放电时间有限，例如笔记型计算机的锂电池，其放电时间一般为2小时，而当使用者需要工作超过2小时，传统电池130便无法提供足够电力给手提式电子装置140以正常运作，而造成使用者的困扰。

发明内容

本发明提供一种直流电源的稳压装置，包含一限流保护电路，耦接于该直流电源的电源输出端，用来限制该直流电源所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该直流电源的地端之间，用来储存该直流电源所输出的电能；以及一节能电路，耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能。

本发明还提供一种使用燃料电池的手提式电子装置，其中燃料电池包含一用以提供电源的电源输出端、一地端，而手提式电子装置系耦接于燃料电池的电源输出端与地端之间，用以接收燃料电池的电源，其中手提式电子装置包含一耦接于燃料电池的电源输出端，以用来限制燃料电池所输出的电流的限流保护电路、一耦接于限流保护电路与燃料电池的地端之间，用来储存燃料电池所输出的电能的储能电路、以及耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能的节能电路。

附图说明

图1为现有技术的手提式电子装置的供电系统100的示意图。

图2为本发明的供电系统200的示意图。

图3为本发明的稳压装置220的示意图。

图4为本发明的稳压装置420的示意图。

图5为本发明的稳压装置520的示意图。

附图符号说明

100        供电系统

110        交/直流转换器

120        交流电源

130        电池

140        手提式电子装置

210 410 510燃料电池

220 420 520稳压装置

C1         电容

R1 R2      电阻

V1 V2 V4   电压

S1         开关

X          控制讯号

530        稳压电路

具体实施方式

请参考图2。图2为本发明的供电系统200的示意图。供电系统200包含一直流电源(在此是以燃料电池为例做说明)210、一稳压装置220。如图所示，本发明提供除现有技术的供电系统100之外的另一供电系统200用以提供直流电给传统电池130与手提式电子装置140。燃料电池210耦接至稳压装置220，用以提供直流电。稳压装置220耦接至手提式电子装置140，用以将燃料电池210输出的直流电稳定后再输出给手提式电子装置140与传统电池130，使传统电池130能得以充电及手提式电子装置140能够正常运作。因此，当现有技术的供电系统100不可取得时，而传统电池130所能放电的时间又有限，便可经由本发明的供电系统200，来提高手提式电子装置140所能正常运作的时间，以解决使用者的不便。其中，稳压装置220除了如图2所示之外，亦可内建于手提式电子装置140中或者内建于燃料电池210中，此外，传统电池130与燃料电池210亦可同时装设于手提式电子装置140中，亦或者手提式电子装置140中不需装设传统电池130，而只要装设一个燃料电池210即可，而当燃料电池系装设于手提式电子装置140中时，若要添加燃料的时候，只要将燃料电池中的燃料匣更新或者打开燃料匣然后添加新燃料于其内即可。

而燃料电池210可为一直接甲醇燃料电池(DMFC)或质子交换膜燃料电池(PEMFC)。直接甲醇燃料电池的特性是能量密度高，便于使用者携带，当直接甲醇燃料电池所存的电力用完时，使用者可以加入甲醇以充电，便可继续输出电力。

但直接甲醇燃料电池所输出的直流电不够稳定，难以被手提式电子装置140与电池130所直接利用，故需另一稳压装置220来稳定其输出的直流电。

请参考图3。图3为本发明的稳压装置220的示意图。如图所示，稳压装置包含一限流保护电路(限流保护电路在此系以电阻R1为例做说明)、一节能电路(节能电路在此包含电阻R2、R3以及开关S1)以及一储能电路(储能电路在此是以储能电容C1为例做说明)。电阻R2耦接于储能电容C1，电阻R3耦接于燃料电池210的负端(地端)，电阻R1耦接于燃料电池210的正端，另一端耦接至储能电容C1。开关S1跨接于电阻R1的两端，而开关S1的控制端耦接于电阻R2与R3之间。储能电容C1一端耦接于地端，一端耦接至手提式电子装置140的电压输入端。

由于手提式电子装置140在操作时会因为使用程度的不同，而使得用电量也不同。因此，储能电容C1用以储存燃料电池210所供给的电量，当手提式电子装置140使用程度突然增加时，储能电容C1能实时给手提式电子装置140电量，意即储能电容C1用以稳定电压V2，使其不致下降而影响手提式电子装置140的正常运作。依据本发明较佳实施例，储能电容C1的电容值，一般为大于0.1法拉(farad)。

而当燃料电池210尚未耦接至稳压装置220时，储能电容C1处于完全放电的状态，一旦燃料电池210耦接至稳压装置220时，储能电容C1开始充电，为免此时由燃料电池220抽取大电流，本发明的稳压装置220于燃料电池210的输出端与储能电容C1之间设置一电阻R1，用以限制其电流大小，以免燃料电池210与稳压装置220中的组件因此受损。

而在储能电容C1充电之后，前述的大电流的情况便不会发生，因此，此时的电阻R1便不需再限制电流，而仅单纯消耗功率。故本发明的稳压装置220在电阻R1的两端设置一开关S1，其作用为当储能电容C1充电之后，不需电阻R1来限流时，便把电阻R1的两端耦接在一起，成为一短路状态，因此，电流便不会流经电阻R1，而直接从开关S1流过。这样一来，便可节省因电阻R1而损耗的功率。

请继续参考图3。如图所示，电压V3为电压V2经由电阻R2与R3的分压(V3＝V2×(R3/(R2+R3)))。而在储能电容C1由完全放电至充电的瞬间，电压V2为0(储能电容C1一端接至地端)，然后持续往电压V1上升。因此，本发明的稳压装置220设定当电压V2高于电压V3且两者的差异至一预定值时，便认为此时的储能电容C1已充电而不会有大电流的情况产生，并将开关S1开启，以使电流流通开关S1而不流通电阻R1。

而若本发明的稳压装置220中的开关S1为一晶体管时(例如金属氧化物半导体晶体管(MOSFET))，前段所述的预定值即为该晶体管的临界电压(Vth，threshold voltage)。

请参考图4。图4为本发明的稳压装置420的示意图。如图所示，稳压装置420与稳压装置220几乎相同，唯一不同的是开关S1的控制端改为由燃料电池410所控制。一般燃料电池除了电源输出的外，还另外提供一控制讯号X，用以告知使用者输出正常。因此，当燃料电池410输出控制讯号X给开关S1，即表示燃料电池410的输出正常，不需电阻R1来限流，而开启开关S1。另外，电阻R2用以稳定开关S1控制端的讯号，当燃料电池410尚未输出控制讯号X时，使开关S1的控制端上的讯号不至浮动以影响开关S1的正常动作。

请参考图5。图5为本发明的稳压装置520的示意图。如图所示，稳压装置520与稳压装置220几乎相同，唯一不同的是在储能电容C1与手提式电子装置140之间另加入了一稳压电路530。稳压电路530用来更稳定电压V2，而输出一电压V4给手提式电子装置，以使稳压装置520能有更好的表现。

而稳压电路530可为一交换式稳压电路(switching regulator)，一线性稳压电路(linear regulator)，或可为一电容。

手提式电子装置140可为一笔记型计算机(notebook pc)，或一个人数字助理(personal digital assistant，PDA)，或任何可随身携带的电子装置。另外，上述图3～图5中的R2的一端虽然是与V2相接，然其亦可选择与V1相接，而不与V2相接，其中选择与V1相接时，开关S1会较早开启，且可能会有一个大电流产生并流到电容C1，而选择与V1相接时，开关S1则会较晚开启。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (25)

1.一种直流电源的稳压装置，包含：

一限流保护电路，耦接于该直流电源的电源输出端，用来限制该直流电源所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该直流电源的地端之间，用来储存该直流电源所输出的电能；以及

一节能电路，耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能，

其中该限流保护电路包含一第一电阻，该第一电阻耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，

其中该储能电路包含一第一电容，

其中该节能电路包含：

一开关，包含：

一第一端，耦接于该直流电源的电源输出端；

一第二端，耦接于该储能电路；及

一控制端；

一第二电阻，耦接于该开关的第一端与该开关的控制端之间；及

一第三电阻，耦接于该开关的控制端与该直流电源的地端之间。

2.如权利要求1所述的直流电源的稳压装置，其中该第一电容为一电容值大于0.1法拉的电容。

3.如权利要求1所述的直流电源的稳压装置，还包含一稳压电路，耦接于该限流保护电路与该直流电源的地端之间，用来更稳定该直流电源所输出的电压。

4.如权利要求3所述的直流电源的稳压装置，其中该稳压电路包含一第二电容。

5.如权利要求1所述的直流电源的稳压装置，其中该开关为一金属氧化物半导体晶体管。

6.一种直流电源的稳压装置，包含：

一限流保护电路，耦接于该直流电源的电源输出端，用来限制该直流电源所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该直流电源的地端之间，用来储存该直流电源所输出的电能；以及

一节能电路，耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能，

其中该限流保护电路包含一第一电阻，该第一电阻耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，

其中该储能电路包含一第一电容，

其中该节能电路包含：

一开关，包含：

一第一端，耦接于该直流电源的电源输出端；

一第二端，耦接于该储能电路；及

一控制端；

一第二电阻，耦接于该开关的第二端与该开关的控制端之间；及

一第三电阻，耦接于该开关的控制端与该直流电源的地端之间。

7.如权利要求6所述的直流电源的稳压装置，其中该第一电容为一电容值大于0.1法拉的电容。

8.如权利要求6所述的直流电源的稳压装置，还包含一稳压电路，耦接于该限流保护电路与该直流电源的地端之间，用来更稳定该直流电源所输出的电压。

9.如权利要求8所述的直流电源的稳压装置，其中该稳压电路包含一第二电容。

10.如权利要求6所述的直流电源的稳压装置，其中该开关为一金属氧化物半导体晶体管。

11.一种直流电源的稳压装置，包含：

一限流保护电路，耦接于该直流电源的电源输出端，用来限制该直流电源所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该直流电源的地端之间，用来储存该直流电源所输出的电能；以及

一节能电路，耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能，

其中该限流保护电路包含一第一电阻，该第一电阻耦接于该直流电源的电源输出端与该储能电路之间，

其中该储能电路包含一第一电容，

其中该节能电路包含：

一开关，包含：

一第一端，耦接于该直流电源的电源输出端；

一第二端，耦接于该储能电路；及

一控制端，耦接于该直流电源的控制讯号输出端；及

一第二电阻，耦接于该储能电路与该开关的控制端之间；

其中该直流电源系于电源稳定时输出一控制讯号于其控制讯号输出端。

12.一种使用燃料电池的手提式电子装置，其中该燃料电池包含一用以提供电源的电源输出端、一地端，而该手提式电子装置耦接于该燃料电池的电源输出端与地端之间，用以接收该燃料电池的电源，其中该手提式电子装置包含：

一限流保护电路，耦接于该燃料电池的电源输出端，用来限制该燃料电池所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该燃料电池的地端之间，用来储存该燃料电池所输出的电能；以及

一节能电路，耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能，

其中该限流保护电路包含一第一电阻，该第一电阻耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，

其中该储能电路包含一第一电容，

其中该节能电路包含：

一开关，包含：

一第一端，耦接于该燃料电池的电源输出端；

一第二端，耦接于该储能电路；及

一控制端；

一第二电阻，耦接于该开关的第一端与该开关的控制端之间；及

一第三电阻，耦接于该开关的控制端与该燃料电池的地端之间。

13.如权利要求12所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该第一电容为一电容值大于0.1法拉的电容。

14.如权利要求12所述的使用燃料电池的手提式电子装置，还包含一稳压电路，耦接于该限流保护电路与该燃料电池的地端之间，用来更稳定该燃料电池所输出的电压。

15.如权利要求14所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该稳压电路包含一第二电容。

16.如权利要求12所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该开关为一金属氧化物半导体晶体管。

17.如权利要求12所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该燃料电池为一直接甲醇燃料电池或质子交换膜燃料电池。

18.一种使用燃料电池的手提式电子装置，其中该燃料电池包含一用以提供电源的电源输出端、一地端，而该手提式电子装置耦接于该燃料电池的电源输出端与地端之间，用以接收该燃料电池的电源，其中该手提式电子装置包含：

一限流保护电路，耦接于该燃料电池的电源输出端，用来限制该燃料电池所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该燃料电池的地端之间，用来储存该燃料电池所输出的电能；以及

一节能电路，耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能，

其中该限流保护电路包含一第一电阻，该第一电阻耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，

其中该储能电路包含一第一电容，

其中该节能电路包含：

一开关，包含：

一第一端，耦接于该燃料电池的电源输出端；

一第二端，耦接于该储能电路；及

一控制端；

一第二电阻，耦接于该开关的第二端与该开关的控制端之间；及

一第三电阻，耦接于该开关的控制端与该燃料电池的地端之间。

19.如权利要求18所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该第一电容为一电容值大于0.1法拉的电容。

20.如权利要求18所述的使用燃料电池的手提式电子装置，还包含一稳压电路，耦接于该限流保护电路与该燃料电池的地端之间，用来更稳定该燃料电池所输出的电压。

21.如权利要求20所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该稳压电路包含一第二电容。

22.如权利要求18所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该开关为一金属氧化物半导体晶体管。

23.如权利要求18所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该燃料电池为一直接甲醇燃料电池或质子交换膜燃料电池。

24.一种使用燃料电池的手提式电子装置，其中该燃料电池包含一用以提供电源的电源输出端、一地端，而该手提式电子装置耦接于该燃料电池的电源输出端与地端之间，用以接收该燃料电池的电源，其中该手提式电子装置包含：

一限流保护电路，耦接于该燃料电池的电源输出端，用来限制该燃料电池所输出的电流；

一储能电路，耦接于该限流保护电路与该燃料电池的地端之间，用来储存该燃料电池所输出的电能；以及

一节能电路，耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，用来节省因该限流保护电路所消耗的电能，

其中该限流保护电路包含一第一电阻，该第一电阻耦接于该燃料电池的电源输出端与该储能电路之间，

其中该储能电路包含一第一电容，

其中该节能电路包含：

一开关，包含：

一第一端，耦接于该燃料电池的电源输出端；

一第二端，耦接于该储能电路；及

一控制端，耦接于该直流电源的控制讯号输出端；

一第二电阻，耦接于该储能电路与该开关的控制端之间；

其中该直流电源系于电源稳定时输出一控制讯号于其控制讯号输出端。

25.如权利要求24所述的使用燃料电池的手提式电子装置，其中该燃料电池为一直接甲醇燃料电池或质子交换膜燃料电池。

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