CN101162866A - 可调变式电压稳压装置 - Google Patents

Abstract

一种可调变式电压稳压装置，其是用于将输出电压加以调变的机制，包含工作周期调变与控制信号调变两种实施方式。其中工作周期调变机制是利用不同的工作周期的脉冲信号于电阻电容网络会产生不同的电压信号，并经由稳压后可得到一控制电压，此控制电压再与电阻网络通过柯西荷夫(Kirchhoff)电流定理即可将原本的输出电压经由调变而产生新的输出电压；而控制信号调变则是利用场效晶体管的开关来控制电阻网络，再利用电阻网络与柯西荷夫(Kirchhoff)电流定理，即可将原本的输出电压调变为新的输出电压。

Description

可调变式电压稳压装置

技术领域

本发明可调变式电压稳压装置，其是一种使用于电压输出的调变与稳压的装置，用以切换多种输出电压，并提供两种不同的方法来达到此目的，实施例一的特别是仅需调整脉冲信号的工作周期(Duty Cycle)即可线性调变输出电压；实施例二的特别是仅利用控制场效晶体管即可达到调变输出电压的目的。

背景技术

现今的电子电路技术，常常需要各种不同的系统与模块相互配合才能完成功能更复杂、工作更有效率与功能多元化的特性。然而不同的系统与模块间不一定有着相同的工作电压，有些特殊系统或模块为了达到其特殊目的必须作升压或降压的动作，而本发明的电压调变技术，即可将此电压调变轻易地运用于各种系统与模块之间，此外本发明亦可作线性的电压调变与多电压选择调变，而不将电压调变局限于单一电压调变，是一种有效率且富有弹性的电压调变方法。

因此，本发明的发明人有鉴于公知输出电压调变的缺失，乃亟思发明一种兼具效率性与便利性的电压调变方法。

发明内容

本发明用于将某系统或模块的电压输出调变，通过此调变可以轻易将输出电压做不同位准的调变，进而将不同的系统或模块串连起来。

本发明可调变式电压稳压装置的另一目的，是可根据改变调变信号的工作周期(Duty Cycle)来改变输出电压，且两者的关是为线性，可以有效率地直接调变欲输出的输出电压。

本发明可调变式电压稳压装置的再一目的，是可利用晶体管的开关来改变分压电路的结构，来达到输出电压调变的目的。

一种用于电压调变的电路装置，其是用于调变输出电压，其中包括一工作周期(Duty Cycle)调变机制，其是至少包括一脉冲信号输入、一滤波器、一电压随耦器(或称缓冲放大器)以及一分压电路，其中脉冲信号的输入可通过工作周期(Duty Cycle)的调整以及通过滤波器而产生不同的控制电压信号，而此电压控制信号经过电压随耦器的稳压后，最后经由分压电路并利用一固定参考电压来使原本欲输出电压的位准进行调变的动作。

前述的分压电路可经由设计者指定不同的电阻值而得到不同电压范围的电压调变；此外前述的脉冲信号可通过工作周期(Duty Cycle)的周期调变直接影响输出电压调变，因此具有线性调变的特性。

前述的电压调变机制是可以进一步利用晶体管的开关来控制电压调变的电阻调变电路内的电阻分布，再利用此电阻的分布不同而可以得到不同的调变电压，而上述的晶体管开关控制则是利用一控制器来控制。

前述的晶体管的开关来控制电压调变机制，电阻值亦可由设计者调整，并且可以视不同的电压输出调变选择来增加其它分压用电阻及其控制晶体管以增加输出电压调变的弹性。

附图说明

图1是本发明可调变式电压稳压装置的组件关联图；

图2是本发明可调变式电压稳压装置一具体实施例的组件关联图；

图3是显示本发明可调变式电压稳压装置一具体实施例的脉冲信号输入端的信号示意图；

图4是本发明用于电压调变装置另一具体实施例的组件关联图。

主要组件符号说明

电压转换器(1)

输出电压控制器(2)

脉冲信号输入端(21)

滤波器(22)

电阻组件(22a)

电容组件(22b)

电压随耦器(23)

运算放大器(23a)

分压电路(24)

第一分压电阻(24a)

第二分压电阻(24b)

第三分压电阻(24c)

控制器(25)

第一控制端(25a)

第二控制端(25b)

分压电路(26)

第一分压电阻(26a)

第二分压电阻(26b)

第三分压电阻(26c)

第一开关(26d)

第二开关(26e)

集成电路芯片(3)

回授端(31)

第一端埠(32)

第二端埠(33)

微控制器(4)

脉冲信号输出端(41)

参考电压端(100)

输入电压端(200)

输出电压端(300)

接地端(400)

脉冲信号Vctl

参考电压Vref

输入电压Vin

输出电压Vout

电阻R41

电阻R42

电阻R43

工作时间D

周期T

具体实施方式

参考图1所示，其是本发明可调变式电压稳压装置的组件关联图。本发明可调变式电压稳压装置主要是一电压转换器(DC-DC Converter)(1)电气结合一输出电压控制器(2)，而达成一可调变直流电压转换机制。该输出电压控制器(2)具有一参考电压端(100)以及一输出电压端(300)，该参考电压端(100)是用以输入一经调变的直流偏压或是以开关机制改变其分压电阻等手段，使得电压转换器(1)的输入电压端(100)所输入具有输入电压Vin的输入电源，会被调节为具有该输出电压Vout的输出电源，并由该输出电压端(300)输出。

前述的电压转换器(1)中主要是具有一集成电路所组成的控制器并配合一电感器或一二极管来达成，但因为升压稳压器(BOOST)和降压稳压器(BUCK)的电路结构不同，此专利为了强调及简化此电压调变的操作方式，仅将此电压转换器(1)以必需的三端组件表现，而达到该输入电压端(200)、该输出电压端(300)以及该参考电压端(100)。

参考图2所示，其是本发明可调变式电压稳压装置一具体实施例的组件关联图。前述的电压转换器(1)是一直流电源的电压转换器，如升压转换器、降压转换器等。再者，前述的输出电压控制器(2)中进一步包含一脉冲信号输入端(21)、一滤波器(22)、一电压随耦器(23)以及一分压电路(24)。其中该脉冲信号输入端(21)是电气连接至该滤波器(22)，该滤波器(22)是电气连接至该电压随耦器(23)，该电压随耦器(23)是电气连接至该分压电路(24)，该分压电路(24)则包括该参考电压端(100)、该输出电压端(300)以及一接地端(400)，使得该脉冲信号输入端(21)输入的一连续脉冲信号Vctl电气信号经由该滤波器(22)、该电压随耦器(23)以及该分压电路(24)后，由该输出电压端(300)输出具有该输出电压Vout的电气信号输出。

前述本发明的可调变式电压稳压装置中，该脉冲信号输入端(21)是用以提供一连续脉冲信号Vctl的输入；该滤波器(22)是用以将具有特定工作周期的该连续脉冲信号Vctl调节为一具有特定电压V0的信号，且该滤波器(22)可以是由具有电阻Rm的一电阻组件(22a)与具有电容Cm的一电容组件(22b)组成具有电阻电容效应(RC效应)的电路，使得该电阻组件(22a)一端电气连接该脉冲信号输入端(21)，该电阻组件(22a)另一端是同时电气连接该电容组件(22b)的一端与该电压随耦器(23)，该电容组件(22b)的另一端是电气连接该接地端(400)；该电压随耦器(23)是包括一运算放大器(23a)，且该运算放大器(23a)的高电位端是电气连接该电阻组件(22a)，该运算放大器(23a)的低电位端是电气连接该运算放大器(23a)的输出端而形成负回授的状态，且使得该运算放大器(23a)的输出端输出一电压V1会与该运算放大器(23a)的高电位端输入的电压V0具有相同的电压平均值，但电压V1的信号会较输入电压V0的信号来得平稳；以及该分压电路(24)是包括一第一分压电阻(24a)、一第二分压电阻(24b)以及一第三分压电阻(24c)，该第一分压电阻(24a)、该第二分压电阻(24b)以及该第三分压电阻(24c)的阻值分别为电阻R1、电阻R2以及电阻R3，该第一分压电阻(24a)一端是电气连接该电压随耦器(23)的运算放大器(23a)的输出端，该第一分压电阻(24a)的另一端、该第二分压电阻(24b)的一端以及该第三分压电阻(24c)的一端是共同电气连接该参考电压端(100)，该第三分压电阻(24c)的另一端是电气连接该接地端(400)，该第二分压电阻(24b)的另一端是电气连接该输出电压端(300)。其中该电阻R1、该电阻R2与该电阻R3的电阻值的比例关是可用以选择输出电压的调变电压准位，因而可视不同的需求来加以调整。

前述输入该脉冲信号输入端(21)的连续脉冲信号Vctl，是可透过一微控制器(4)中的脉冲信号输出端(41)输出该连续脉冲信号Vctl而达成。

前述的电压转换器(1)(如图1所示)是整合于一集成电路芯片(3)中，该集成电路芯片(3)是一集成电路组件，并包括一回授端(31)、一第一端埠(32)以及一第二端埠(33)，该回授端(31)是电气连接该参考电压端(100)并可提供一固定电压而输出电压大小为该参考电压Vref的信号，使得该参考电压端(100)的参考电压Vref为定电压，而该第一端埠(32)与该第二端埠(33)是分别电气连接该输入电压端(200)与该输出电压端(300)。

参考图2并配合图3所示，图3是显示本发明可调变式电压稳压装置一具体实施例的脉冲信号输入端的信号示意图。该脉冲信号输入端(21)所输入的连续脉冲信号Vctl，会经由该滤波器(22)的电阻电容效应而产生一近似定电压的该电压V0，该电压V0再经过该电压随耦器(23)的缓冲的后形成该电压V1，而该电压V1最后经过该分压电路(24)后，则由该分压电路(24)与集成电路芯片(3)的参考电压Vref形成一电器回路而得到相对应的输出电压Vout的电气信号。其中，该脉冲信号输入端(24)的连续脉冲信号Vctl为连续且其工作周期可进行脉冲宽度调变(PWM，Pulse Width Modulation)，如图3所示，该连续脉冲信号Vctl的工作周期定义为(D/T)×100％，且工作时间D表示电压信号位于高电位的时间，周期T是表示该连续脉冲信号Vctl每经过一次电压的高低电位变换所需的时间周期，而在工作周期愈高(即调整D与T的比例)的情况下，该连续脉冲信号Vctl经过该滤波器(22)后所得到的该电压V0会愈高，而该电压V1亦随着该电压V0调变，此时V0＝Vctrl x(D/T)，并透过该分压电路(24)与集成电路芯片(3)的参考电压Vref形成一电器回路而得到相对应的输出电压Vout至该输出电压端(300)。因此，当该集成电路芯片(3)的第一端埠(32)由该输入电压端(200)输入一电力信号时，该集成电路芯片(3)的第二端埠(33)会随着不同的输入脉冲信号Vctl而输出相对应的输出电压Vout的电力信号，故可藉此调整系统所输出的电力的电压大小。

前述本发明通过调整该连续脉冲信号Vctl的工作周期(Duty Cycle)，而得到不同的电压V1来对输出电压Vout作线性的调整。其中，前述的电阻R1、电阻R2、电阻R3与参考电压Vref为固定值，该电压V1可由脉冲宽度调变来调整其电压值，因此可利用柯西荷夫(Kirchhoff)电流定理：

[(V1-Vref)/R1]+[(Vout-Vref)/R2]＝[Vref/R3]……………(a)

因此根据方程式(a)即可确立该电压V1与电压Vout的线性调变关是，亦即通过该方程式(a)可得到该输出电压Vout的大小，而该电压V1的电压值又可通过该连续脉冲信号Vctl的工作周期D的调变而达成，故本发明可利用PWM技术调变输入脉冲信号的工作周期，以针对输出电压作线性的电压调变，使得该分压电路(24)产生特定输出电压Vout的电气信号。

参考图1以及图4所示，图4是本发明用于电压调变装置另一具体实施例的组件关联图。前述的输出电压控制器(2)的另一实施态样是包括一控制器(25)以及一分压电路(26)。其中该控制器(25)是具有一第一控制端(25a)以及一第二控制端(25b)的控制组件，并可透过一微控制器控制该第一控制端(25a)以及该第二控制端(25b)的信号输入，以达到开启或关闭第一开关(26d)以及一第二开关(26e)的目的；以及该分压电路(26)是具有一第一分压电阻(26a)、一第二分压电阻(26b)、一第三分压电阻(26c)、一第一开关(26d)以及一第二开关(26e)，该第一分压电阻(26a)、第二分压电阻(26b)以及第三分压电阻(26c)是分别具有电阻R41、电阻R42以及电阻R43的电阻器，该第一开关(26d)与第二开关(26e)分别是一电子开关如MOS开关、晶体管开关等，且该第一分压电阻(26a)、该第一开关(26d)与该接地端(400)是依序电气串接，该第二分压电阻(26b)、该第二开关(26e)与该接地端(400)是依序电气串接，该第一控制端(25a)与该第二控制端(25b)是分别电气连接该第一开关(26d)与该第二开关(26e)的控制端，该第一分压电阻(26a)的另一端、该第二分压电阻(26b)的另一端以及该第三分压电阻(26c)的一端是同时电气连接至该参考电压端(100)，该第三分压电阻(26c)的另一端是电气连接至该输出电压端(300)。

前述的控制器(25)可以分别透过该第一控制端(25a)与该第二控制端(25b)分别对应选择该第一开关(26d)与第二开关(26e)的开启或关闭，并藉此选择该第一分压电阻(26a)与第二分压电阻(26b)的电气连通，同时选择了该分压电路(26)的等效电阻。因此，透过控制器(25)决定该分压电路(26)的各分路的分压后，与该参考电压端(100)的参考电压Vref的电气信号形成一电器回路，而使得输出电压端(300)会输出一对应具有输出电压Vout的电气信号。

同样地，前述的电压转换器(1)(如图1所示)是可整合于前述的集成电路芯片(3)中，且该回授端(31)是电气连接该参考电压端(100)并可输出一固定电压而输出电压大小为该参考电压Vref的信号，使得该参考电压端(100)的参考电压Vref为定电压，而该第一端埠(32)与该第二端埠(33)是分别电气连接该输入电压端(200)与该输出电压端(300)。

再次参考图4所示，当该控制器(25)选择该分压电路(26)的第一开关(26d)与该第二开关(26e)同时开启时，该分压电路(26)中的第一分压电阻(26a)、第二分压电阻(26b)以及第三分压电阻(26c)形成一电阻网络，并同样可利用柯西荷夫(Kirchhoff)电流定理，可写出以下方程序：

Vref[(1/R41)+(1/R42)]＝(Vout-Vref)/R43……………(b)

另外，当该控制器(25)选择该分压电路(26)的第一开关(26d)开启与该第二开关(26e)关闭时，该分压电路(26)中的第一分压电阻(26a)以及第三分压电阻(26c)形成一电阻网络，并同样可利用柯西荷夫(Kirchhoff)电流定理，可写出以下方程序：

Vref[(1/R41)]＝(Vout-Vref)/R43……………(c)

因此，透过方程式(b)与方程式(c)的示范，通过该分压电路(26)的各个分压电阻的连通控制，即可将该集成电路芯片(3)的输出电压端(300)转换为具有对应的输出电压Vout的电气信号输出，同时达到将输入至第一端埠(32)且具有输入电压Vin的电力信号转换为具有对应的输出电压Vout的电力信号输出。

再者，由于前述的分压电路(26)是透过其各个分压电阻的连通控制，而达到输出电压Vout的控制，因此，该些开关可以由一多任务器所取代，并由该控制器(25)选择该多任务器的通道，而达到该些分压电阻的连通控制。

虽然本发明已以具体实施例揭露如上，然其所揭露的具体实施例并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，其所作的更动与润饰皆属于本发明的范畴，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种可调变式电压稳压装置，其特征在于包括：

一电压转换器，其特征在于一直流电源的电压转换器，且包括一输入电压端以及一输出电压端及一参考电压端，该输入电压端是用以输入电力，而该输出电压端是用以输出电力，该参考电压端为提供一稳定的固定电压；以及

一输出电压控制器，其特征在于包括：

一脉冲信号输入端，其特征在于用以提供一脉冲宽度调变信号输入；

一滤波器，其特征在于用以将该脉冲信号输入端输入的具有特定工作周期的脉冲宽度调变信号调节为一具有特定电压的信号输出；

一电压随耦器，其特征在于包括一运算放大器，且该运算放大器的高电位端是电气连接该滤波器，该运算放大器的低电位端是电气连接该运算放大器的输出端而形成负回授的状态；以及

一分压电路，其特征在于包括一第一分压电阻、一第二分压电阻以及一第三分压电阻，该第一分压电阻一端是电气连接该电压随耦器的运算放大器的输出端，该第一分压电阻的另一端、该第二分压电阻一端以及该第三分压电阻一端是共同电气连接一参考电压端，该第三分压电阻的另一端是电气连接一接地端，该第二分压电阻的另一端是电气连接该输出电压端。

2.如权利要求1所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于该电压转换器是整合于一集成电路芯片中，该集成电路芯片是一集成电路组件，并包括一回授端、一第一端埠以及一第二端埠，该回授端是形成该参考电压端，该第一端埠与该第二端埠是形成该输入电压端与该输出电压端。

3.如权利要求1所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于该滤波器是包括一电阻组件以及一电容组件，且该电阻组件一端电气连接该脉冲信号输入端，该电阻组件另一端是同时电气连接该电容组件的一端与该电压随耦器，该电容组件的另一端是电气连接该接地端。

4.如权利要求1所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于该电压转换器是选自升压电压稳压器、降压电压稳压器或升降压电压稳压器。

5.如权利要求1所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于进一步包括一微控制器，该微控制器包括一脉冲信号输出端，用以提供该脉冲信号输入端的连续脉冲信号。

6.一种可调变式电压稳压装置，其特征在于包括：

一电压转换器，其特征在于一直流电源的电压转换器，且包括一输入电压端以及一输出电压端及一参考电压端，该输入电压端是用以输入电力，而该输出电压端是用以输出电力而该参考电压端为提供一稳定的固定电压；以及

一输出电压控制器，其特征在于包括：

一控制器；以及

一分压电路，其特征在于包括一通路选择手段、复数个第一分流通路以及至少一第二分流通路，该通路选择手段是用以选择该些第一分流通路分别为导通状态或开路状态，且该些第一分流通路与该第二分流通路是分别至少电气串联一电阻器，该些第一分流通路分别之一端是电气串接一接地端，该些第一分流通路的另一端与该第二分流通路之一端是同时电气连接至一参考电压端，该第二分流通路的另一端是电气连接至该输出电压端；

其中该参考电压端是用以供给一固定电压源，且该控制器是用以控

制该通路选择手段选择该些第一分流通路分别为导通状态或开路状态。

7.如权利要求6所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于：该通路选择手段是包括复数个开关组件，且各个开关组件是分别电气串连至各个对应的第一分流通路；以及该控制器是用以控制各个开关组件分别选择开启状态或关闭状态，而选择所对应的第一分流通路对应为导通状态或开路状态。

8.如权利要求7所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于：进一步包括一微控制器，该微控制器是提供该控制器控制各个开关组件的信号。

9.如权利要求6所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于：该通路选择手段是包括一多任务器，且该多任务器控制各个对应的第一分流通路为导通状态或开路状态；以及该控制器是用以控制该多任务器，而选择所对应的第一分流通路对应为导通状态或开路状态。

10.如权利要求6所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于：该电压转换器是整合于一集成电路芯片中，该集成电路芯片是一集成电路组件，并包括一回授端、一第一端埠以及一第二端埠，该回授端是形成该参考电压端，该第一端埠与该第二端埠是形成该输入电压端与该输出电压端。

11.如权利要求6所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于：该电压转换器是选自升压电压稳压器、降压电压稳压器或升降压电压稳压器。

12.如权利要求6所述的可调变式电压稳压装置，其特征在于：该开关组件是选自电子开关如MOS开关或晶体管开关。

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