TW201643585A - 具電線壓降補償的電源供應裝置 - Google Patents

Abstract

一種具電線壓降補償的電源供應裝置。電源供應裝置包 括第一電源接腳、第二電源接腳、直流輸出穩壓器、電流感測電路以及補償電路。第一電源接腳與第二電源接腳分別透過第一導線與第二導線耦接到外部負載。直流輸出穩壓器接收輸入電壓與回授電壓，並據以產生輸出電壓與輸出電流。電流感測電路用以感測輸出電流，並據以產生感測電壓。補償電路反應於感測電壓以產生補償電壓，其中補償電壓為第一導線的電壓降與第二導線的電壓降之和。補償電路根據補償電壓以對輸出電壓進行補償，以使外部負載的負載電壓維持在穩定電壓值。

Description

具電線壓降補償的電源供應裝置

本發明是有關於一種電源供應裝置，且特別是有關於一種具電線壓降補償的電源供應裝置。

一般來說，電源供應裝置大多可透過電源傳輸線(cable)耦接到負載(例如手機、平板電腦、筆記型電腦或行動電源等電子裝置)，以對負載進行供電(或充電)。然而，電源傳輸線本身通常具有阻抗。當負載增加使得通過電源傳輸線的電流變大時，電源傳輸線本身線路或是電源傳輸線的接頭上的阻抗將會產生明顯的電壓降。由於電源供應裝置所提供的輸出電壓通常為定值，因此，透過電源傳輸線而傳送至負載端的負載電壓將會隨著電流的增加而下降。如此一來，可能會影響到負載端的電子裝置能否正常地運作(或充電)。尤其是，一旦電源傳輸線上所產生的電壓降過大，使得負載端所接收到的負載電壓值降至電子裝置可容許的最小工作電壓值以下時，甚至會使負載端的電子裝置停止運作。

因此，在一般的應用中，通常會採用額外的檢測導線 (sensing wire)連接至負載端，以檢測負載端的負載電壓。然而，此額外的檢測導線可能會降低電源傳輸線的可信賴度且會增加電源傳輸線的成本。因此，在不採用額外的檢測導線的前提下，如何降低電源傳輸線上的電壓降對負載端的電壓的影響，以提高負載端的電壓的穩定度，乃是本領域所面臨的重要課題之一。

有鑒於此，本發明的示範性實施例提供一種具電線壓降補償的電源供應裝置，藉以檢測電源供應裝置的輸出電流以產生一補償電壓，並根據此補償電壓來對電源供應裝置的輸出電壓進行補償，以提高負載端的電壓的穩定度。

本發明的一示範性實施例的具電線壓降補償的電源供應裝置可用以供電至外部負載。此電源供應裝置可包括第一電源接腳、第二電源接腳、直流輸出穩壓器、電流感測電路以及補償電路。第一電源接腳可用以透過第一導線耦接到外部負載的第一電源接點。第二電源接腳可用以透過第二導線耦接到外部負載的第二電源接點。直流輸出穩壓器可用以接收輸入電壓與回授電壓，並據以產生輸出電壓與輸出電流。電流感測電路可耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與第一電源接腳之間以感測輸出電流，或是耦接在直流輸出穩壓器的參考電壓端與第二電源接腳之間以感測輸出電流，並據以產生感測電壓。補償電路可耦接到電流感測電路以接收感測電壓。補償電路可耦接在第一電源接腳與第二電 源接腳之間或是耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與直流輸出穩壓器的參考電壓端之間以產生回授電壓。補償電路可反應於感測電壓以產生補償電壓，以及使用該補償電壓對輸出電壓進行補償。補償電壓可為第一導線的電壓降與第二導線的電壓降之和。

在本發明的一實施例中，上述的電流感測電路可耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與第一電源接腳之間。直流輸出穩壓器的參考電壓端可耦接到第二電源接腳。電流感測電路可包括檢測電阻以及減法器。檢測電阻可耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與第一電源接腳之間以檢測輸出電流。減法器可耦接到檢測電阻的兩端以對檢測電阻的兩端的電壓進行減法運算，並據以產生感測電壓。

在本發明的一實施例中，上述的減法器可包括運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻。運算放大器的輸出端可用以產生感測電壓。第一電阻可耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與運算放大器的非反相輸入端之間。第二電阻可耦接在運算放大器的非反相輸入端與第二電源接腳之間。第三電阻可耦接在第一電源接腳與運算放大器的反相輸入端之間。第四電阻可耦接在運算放大器的反相輸入端與運算放大器的輸出端之間。

在本發明的一實施例中，上述的補償電路可耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與直流輸出穩壓器的參考電壓端之間。補償電路可包括電壓至電流轉換器、補償電阻以及分壓電路。電 壓至電流轉換器的輸入端可耦接到電流感測電路以接收感測電壓，並據以產生設定電流。補償電阻可耦接在直流輸出穩壓器的輸出電壓端與電壓至電流轉換器的輸出端之間。補償電阻可用以反應於設定電流而產生補償電壓。分壓電路可耦接在電壓至電流轉換器的輸出端與直流輸出穩壓器的參考電壓端之間，用以反應於該補償電壓而產生回授電壓。

在本發明的一實施例中，上述的電壓至電流轉換器可包括電壓隨耦器(Voltage follower)以及設定電阻。電壓隨耦器的第一輸入端可用以接收感測電壓以做為設定電壓。電壓隨耦器的輸出端可耦接到電壓至電流轉換器的輸出端。設定電阻可耦接在電壓隨耦器的第二輸入端與直流輸出穩壓器的參考電壓端之間。設定電阻可用以反應於設定電壓以產生設定電流。

在本發明的一實施例中，上述的電壓隨耦器可包括運算放大器以及電晶體。運算放大器的非反相輸入端可耦接到電壓隨耦器的第一輸入端。運算放大器的反相輸入端可耦接到電壓隨耦器的第二輸入端。電晶體的控制端可耦接到運算放大器的輸出端。電晶體的第一端可耦接到電壓隨耦器的輸出端。電晶體的第二端可耦接到運算放大器的反相輸入端。

在本發明的一實施例中，上述的分壓電路可包括第一電阻以及第二電阻。第一電阻可耦接在電壓至電流轉換器的輸出端與直流輸出穩壓器的回授端之間。第二電阻可耦接在直流輸出穩壓器的回授端與直流輸出穩壓器的參考電壓端之間。

在本發明的一實施例中，上述的補償電路可耦接在第一電源接腳與第二電源接腳之間。補償電路可包括電壓至電流轉換器、補償電阻以及分壓電路。電壓至電流轉換器的輸入端可耦接到電流感測電路以接收感測電壓，並據以產生設定電流。補償電阻可耦接在第一電源接腳與電壓至電流轉換器的輸出端之間。補償電阻可用以反應於設定電流而產生補償電壓。分壓電路可耦接在電壓至電流轉換器的輸出端與第二電源接腳之間，用以反應於該補償電壓而產生回授電壓。

在本發明的一實施例中，上述的電壓至電流轉換器可包括電壓隨耦器以及設定電阻。電壓隨耦器的第一輸入端可用以接收感測電壓以做為設定電壓。電壓隨耦器的輸出端可耦接到電壓至電流轉換器的輸出端。設定電阻可耦接在電壓隨耦器的第二輸入端與第二電源接腳之間。設定電阻可用以反應於設定電壓以產生設定電流。

在本發明的一實施例中，上述的電壓隨耦器可包括運算放大器以及電晶體。運算放大器的非反相輸入端可耦接到電壓隨耦器的第一輸入端。運算放大器的反相輸入端可耦接到電壓隨耦器的第二輸入端。電晶體的控制端可耦接到運算放大器的輸出端。電晶體的第一端可耦接到電壓隨耦器的輸出端。電晶體的第二端可耦接到運算放大器的反相輸入端。

在本發明的一實施例中，上述的分壓電路可包括第一電阻以及第二電阻。第一電阻可耦接在電壓至電流轉換器的輸出端 與直流輸出穩壓器的回授端之間。第二電阻可耦接在直流輸出穩壓器的回授端與第二電源接腳之間。

在本發明的一實施例中，上述的電流感測電路可耦接在直流輸出穩壓器的參考電壓端與第二電源接腳之間。直流輸出穩壓器的輸出電壓端可耦接到第一電源接腳。電流感測電路可包括檢測電阻以及減法器。檢測電阻可耦接在直流輸出穩壓器的參考電壓端與第二電源接腳之間以檢測輸出電流。減法器可耦接到檢測電阻的兩端以對檢測電阻的兩端的電壓進行減法運算，並據以產生感測電壓。

在本發明的一實施例中，上述的減法器可包括運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第四電阻。運算放大器的輸出端可用以產生感測電壓。第一電阻可耦接在第二電源接腳與運算放大器的非反相輸入端之間。第二電阻可耦接在運算放大器的非反相輸入端與直流輸出穩壓器的參考電壓端之間。第三電阻可耦接在直流輸出穩壓器的參考電壓端與運算放大器的反相輸入端之間。第四電阻可耦接在運算放大器的反相輸入端與運算放大器的輸出端之間。

基於上述，在本發明的上述實施例中，可藉由電流感測器來檢測電源供應裝置的輸出電流(亦即提供給外部負載的負載電流)。當輸出電流增加時，補償電路中的設定電流的電流值也以一定的比例增加，使得補償電路所產生的補償電壓的電壓值亦隨之增加。如此一來，即使輸出電流改變使得第一導線的電壓降與 第二導線的電壓降隨之改變，補償電路仍可產生相應大小的補償電壓以對輸出電壓進行動態補償，從而使負載電壓維持在穩定的電壓值。因此，當電源供應裝置在高負載時，負載電壓的穩定度仍可有效地提昇，並可改善負載端因瞬間負載急劇增加而造成負載電壓瞬間下降的問題。除此之外，本發明上述實施例的電源供應裝置不需要採用額外的檢測導線來檢測負載端電壓，故可增加電源供應裝置的導線的可信賴度並降低導線的成本與尺寸。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、300、400‧‧‧電源供應裝置

110‧‧‧直流輸出穩壓器

120、120’‧‧‧電流感測電路

121、121’‧‧‧減法器

130、130’‧‧‧補償電路

131‧‧‧電壓至電流轉換器

131_1‧‧‧電壓隨耦器

135‧‧‧分壓電路

900‧‧‧外部負載

CN1‧‧‧第一電源接點

CN2‧‧‧第二電源接點

FB‧‧‧回授端

Ifb‧‧‧電流

Iout‧‧‧輸出電流

Iset‧‧‧設定電流

OP1、OP2‧‧‧運算放大器

OUT‧‧‧輸出電壓端

P1‧‧‧第一電源接腳

P2‧‧‧第二電源接腳

Q‧‧‧電晶體

R1、Ra‧‧‧第一電阻

R2、Rb‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧補償電阻

Rc‧‧‧第三電阻

Rd‧‧‧第四電阻

Rdet‧‧‧檢測電阻

Rset‧‧‧設定電阻

RW1、RW2‧‧‧電阻

Vcmp‧‧‧補償電壓

Vd‧‧‧電壓差

Vdc、Vdc’‧‧‧直流電壓

Vfb‧‧‧回授電壓

Vin‧‧‧輸入電壓

VL‧‧‧負載電壓

VO、VO’‧‧‧輸出電壓

Vsen‧‧‧感測電壓

Vset‧‧‧設定電壓

VSS‧‧‧參考電壓端

VW1、VW2‧‧‧電壓降

W1‧‧‧第一導線

W2‧‧‧第二導線

下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。

圖1是依照本發明一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置。

圖2是依照本發明另一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置。

圖3是依照本發明又一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置。

圖4是依照本發明又一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置。

為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。

以下請參照圖1，圖1是依照本發明一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置100。如圖1所示，電源供應裝置100可對外部負載900進行供電。外部負載900可例如是手機、平板電腦、筆記型電腦或行動電源等電子裝置，但本發明並不以此為限。電源供應裝置100可包括第一電源接腳P1、第二電源接腳P2、直流輸出穩壓器110、電流感測電路120以及補償電路130，但不限於此。第一電源接腳P1與第二電源接腳P2可具有相異的電壓極性。

第一電源接腳P1可用以透過第一導線W1耦接到外部負載900的第一電源接點CN1。第二電源接腳P2可用以透過第二導線W2耦接到外部負載900的第二電源接點CN2。第一電源接點CN1與第二電源接點CN2可具有相異的電壓極性。第一導線W1可具有一第一電阻RW1，而第二導線W2可具有一第二電阻RW2。直流輸出穩壓器110可用以接收一輸入電壓Vin與一回授電壓Vfb，並據以產生直流電壓Vdc(即輸出電壓VO)與輸出電流Iout，其中輸入電壓Vin可以是直流電源或是交流電源。

當電源供應裝置100所輸出的輸出電流Iout經由第一導線W1、外部負載900以及第二導線W2而回流至電源供應裝置100時，將在第一導線W1產生一電壓降VW1，且在第二導線W2產生一電壓降VW2，其中電壓降VW1、VW2的數值與輸出電流Iout成正比。因此，外部負載900的第一電源接點CN1與第二電源接點CN2之間的負載電壓VL將會低於第一電源接腳P1與第二電源接腳P2之間的輸出電壓VO，且負載電壓VL將會隨著輸出電流Iout的電流大小而改變。

為了讓負載電壓VL於任何的輸出電流Iout的電流值的情況下皆可保持穩定，在本實施例中，直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS可直接耦接到第二電源接腳P2。電流感測電路120可耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與第一電源接腳P1之間以感測輸出電流Iout，並據以產生感測電壓Vsen。而補償電路130可耦接到電流感測電路120以接收感測電壓Vsen。除此之外，補償電路130可耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS之間以產生回授電壓Vfb。直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與參考電壓端VSS可具有相異的電壓極性。特別是，補償電路130可反應於感測電壓Vsen以產生補償電壓Vcmp，以對第一電源接腳P1與第二電源接腳P2之間的輸出電壓VO進行補償，其中補償電壓Vcmp為第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2之和。

在本發明的一實施例中，如圖2所示，電流感測電路120 可包括檢測電阻Rdet以及減法器121，但不限於此。檢測電阻Rdet可耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與第一電源接腳P1之間以檢測輸出電流Iout。減法器121可耦接到檢測電阻Rdet的兩端以對檢測電阻Rdet的兩端的電壓進行減法運算(例如圖2所示的電壓差Vd)，並據以產生感測電壓Vsen。

減法器121可包括運算放大器OP1、第一電阻Ra、第二電阻Rb、第三電阻Rc以及第四電阻Rd，但不限於此。運算放大器OP1的輸出端用以產生感測電壓Vsen。第一電阻Ra耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與運算放大器OP1的非反相輸入端之間。第二電阻Rb耦接在運算放大器OP1的非反相輸入端與第二電源接腳P2之間。第三電阻Rc耦接在第一電源接腳P1與運算放大器OP1的反相輸入端之間。第四電阻Rd耦接在運算放大器OP1的反相輸入端與運算放大器OP1的輸出端之間。

另一方面，補償電路130可包括電壓至電流轉換器131、補償電阻R3以及分壓電路135。電壓至電流轉換器131的輸入端耦接到電流感測電路120以接收感測電壓Vsen，並據以產生設定電流Iset。補償電阻R3耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與電壓至電流轉換器131的輸出端之間。補償電阻R3用以反應於設定電流Iset而產生補償電壓Vcmp。分壓電路135可耦接在電壓至電流轉換器131的輸出端與直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS之間以產生回授電壓Vfb。

電壓至電流轉換器131可包括電壓隨耦器(Voltage follower)131_1以及設定電阻Rset，但不限於此。電壓隨耦器131_1的第一輸入端可用以接收感測電壓Vsen以做為設定電壓Vset。電壓隨耦器131_1的輸出端可耦接到電壓至電流轉換器131的輸出端。設定電阻Rset可耦接在電壓隨耦器131_1的第二輸入端與直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS之間，可用以反應於設定電壓Vset以產生設定電流Iset。

電壓隨耦器131_1可包括運算放大器OP2以及電晶體Q，其中電晶體Q可為雙載子接面電晶體(BJT)或是金氧半場效電晶體(MOSFET)，但不限於此。運算放大器OP2的非反相輸入端耦接到電壓隨耦器131_1的第一輸入端。運算放大器OP2的反相輸入端耦接到電壓隨耦器131_1的第二輸入端。電晶體Q的控制端耦接到運算放大器OP2的輸出端。電晶體Q的第一端耦接到電壓隨耦器131_1的輸出端。電晶體Q的第二端耦接到運算放大器OP2的反相輸入端。

分壓電路135可包括第一電阻R1以及第二電阻R2。第一電阻R1耦接在電壓至電流轉換器131的輸出端與直流輸出穩壓器110的回授端FB之間。第二電阻R2耦接在直流輸出穩壓器110的回授端FB與直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS之間。

以下將針對圖1所示的電源供應裝置100的運作進行說明。為了方便說明，在以下的實施例中，假設減法器121中的第一電阻Ra、第二電阻Rb、第三電阻Rc以及第四電阻Rd的電阻值皆相同，且分壓電路135的第一電阻R1及第二電阻R2的電阻 值極大於設定電阻Rset的電阻值，故流入分壓電路135的電流Ifb可忽略不計，但本發明並不以此為限。於此情況下，電流感測電路120所產生的感測電壓Vsen將等於檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd。另外，基於電壓隨耦器131_1的負回授特性，故設定電壓Vset實質上等於感測電壓Vsen。因此設定電流Iset可如式(1)所示，設定電壓Vset可如式(2)所示，而補償電壓Vcmp可如式(3)所示。

Iset=Vset÷Rset 式(1)

Vset=Vsen=Vd=Iout×Rdet 式(2)

Vcmp=Iset×R3 式(3)

若將式(1)及式(2)代入式(3)，則補償電壓Vcmp可如式(4)所示。

Vcmp=Iout×((Rdet×R3)÷Rset) 式(4)

當外部負載900不消耗功率時，亦即輸出電流Iout為零時，檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd為零，使得設定電壓Vset為零，故設定電流Iset為零。此時，補償電阻R3上將不會產生補償電壓Vcmp。除此之外，第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2皆為零(因輸出電流Iout為零)，因此，負載電壓VL將等於輸出電壓VO，亦即是直流輸出穩壓器110所產生的直流電壓Vdc，如式(5)所示。

VL=VO=Vdc=(1+((R1+R3)÷R2))×Vfb 式(5)

相對地，當外部負載900因開始運作而消耗功率時，亦 即輸出電流Iout大於零時，根據式(4)，補償電阻R3上將會產生不為零的補償電壓Vcmp。此時，直流輸出穩壓器110經補償過後的直流電壓Vdc’將如式(6)所示，而補償後的輸出電壓VO’則如式(7)所示。

Vdc’=(1+((R1+R3)÷R2))×Vfb+Vcmp 式(6)

VO’=Vdc’-Vd 式(7)

除此之外，第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2可分別如式(8)及式(9)所示。為了讓負載電壓VL可保持穩定，亦即不管輸出電流Iout的電流大小如何變化，負載電壓VL皆可穩定於((1+((R1+R3)÷R2))×Vfb)(即輸出電流Iout為零時的負載電壓VL的電壓值)，因此式(10)可成立。將式(6)、(7)代入式(10)可得到式(11)。將式(4)、(8)、(9)以及電壓差Vd=Iout×Rdet代入式(11)可得到式(12)。

VW1=Iout×RW1 式(8)

VW2=Iout×RW2 式(9)

VL=VO’-VW1-VW2=((1+((R1+R3)÷R2))×Vfb) 式(10)

Vcmp-Vd=VW1+VW2 式(11)

((Rdet×R3)÷Rset)-Rdet=RW1+RW2 式(12)

由此可知，只要透過量測第一導線W1的電阻RW1及第二導線W2的電阻RW2的電阻值，並透過調整檢測電阻Rdet、補償電阻R3以及設定電阻Rset的電阻值以符合式(12)之條件，即可產生相對應的補償電壓Vcmp以對輸出電壓VO進行補償，從而使 負載電壓VL保持穩定。

舉例來說，在上述實施例中，假設直流輸出穩壓器110可用以產生5伏特的直流電壓Vdc，第一導線W1的電阻RW1的電阻值為0.2歐姆(Ω)，而第二導線W2的電阻RW2的電阻值為0.2歐姆。為了符合式(12)，檢測電阻Rdet的電阻值可為0.01歐姆，設定電阻Rset的電阻值可為2.5千歐姆(KΩ)，且補償電阻R3的電阻值可為102.5千歐姆，但不限於此。

當外部負載900不消耗功率時，亦即輸出電流Iout為0安培時，檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd為0伏特，故設定電流Iset為0安培。此時，補償電阻R3上將不會產生補償電壓Vcmp。除此之外，第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2皆為0伏特，因此，負載電壓VL等於輸出電壓VO，亦等於直流輸出穩壓器110所產生的直流電壓Vdc(即為5伏特)。

另一方面，當外部負載900因開始運作而消耗功率時，在此假設輸出電流Iout為1安培，則第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2皆為0.2伏特，而檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd、感測電壓Vsen及設定電壓Vset皆為0.01伏特。如此一來，電晶體Q將被導通且設定電流Iset為0.004毫安培。此時，補償電阻R3上將因設定電流Iset(為0.004毫安培)流過而產生補償電壓Vcmp為0.41伏特。此時，直流輸出穩壓器110的直流電壓Vdc因補償電壓Vcmp為0.41伏特而被拉昇(或被補償)至5.41伏特。由於檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd為0.01伏特， 故補償過後的輸出電壓VO’為5.4伏特。補償過後的輸出電壓VO’在扣除第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2(皆為0.2伏特)的情況下，負載電壓VL仍為5伏特。

在此值得一提的是，由於檢測電阻Rdet的兩端的電壓差Vd通常很小，故式(7)及式(11)中的電壓差Vd通常可忽略不計。因此，補償電壓Vcmp實質上可視為第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2之和。

由此可知，當檢測電阻Rdet所檢測出的輸出電流Iout(亦即提供給外部負載900的負載電流)增加時，設定電流Iset的電流值也以一定的比例增加(根據式(1)、(2))，使得補償電壓Vcmp的電壓值亦隨之增加以對輸出電壓VO進行補償。如此一來，補償過後的輸出電壓VO’可使負載電壓VL不受第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2的影響(即輸出電流Iout的影響)並維持在穩定的電壓值。

有別於上一示範性實施例，圖2是依照本發明另一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置200。請合併參照圖1與圖2，圖2所示的電源供應裝置200同樣包括第一電源接腳P1、第二電源接腳P2、直流輸出穩壓器110、電流感測電路120以及補償電路130’。圖2所示的直流輸出穩壓器110、電流感測電路120以及補償電路130’的電路架構分別類似於圖1所示的直流輸出穩壓器110、電流感測電路120以及補償電路130的電路架構，故可參考上述圖1的相關說明以類推之，在此不再贅述。

相較於圖1所示的補償電路130是耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS之間，圖2所示的補償電路130’是耦接在第一電源接腳P1與第二電源接腳P2之間。換句說話，圖1的補償電路130所產生的補償電壓Vcmp是直接補償在直流輸出穩壓器110所產生的直流電壓Vdc上，從而間接地對輸出電壓VO進行補償(如式(7)所示)。相對地，圖2的補償電路130’所產生的補償電壓Vcmp則是直接地對輸出電壓VO進行補償。

以下將針對圖2所示的電源供應裝置200的運作進行說明。為了方便說明，在以下的實施例中，同樣假設減法器121中的第一電阻Ra、第二電阻Rb、第三電阻Rc以及第四電阻Rd的電阻值皆相同，且分壓電路135的第一電阻R1及第二電阻R2的電阻值極大於設定電阻Rset的電阻值，故流入分壓電路135的電流Ifb可忽略不計，但本發明並不以此為限。於此情況下，電流感測電路120所產生的感測電壓Vsen將等於檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd。另外，基於電壓隨耦器131_1的負回授特性，故設定電壓Vset實質上等於感測電壓Vsen。因此設定電流Iset可如式(1)所示，設定電壓Vset可如式(2)所示，而補償電壓Vcmp可如式(3)所示。

當外部負載900不消耗功率時，亦即輸出電流Iout為零時，檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd為零，使得設定電壓Vset為零，故設定電流Iset為零。此時，補償電阻R3上將不會產生補償 電壓Vcmp。除此之外，第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2皆為零(因輸出電流Iout為零)，因此，負載電壓VL將等於輸出電壓VO，亦等於直流輸出穩壓器110所產生的直流電壓Vdc，如式(5)所示。換句話說，此時直流輸出穩壓器110所產生的直流電壓Vdc即是輸出電壓VO及負載電壓VL。

相對地，當外部負載900因開始運作而消耗功率時，亦即輸出電流Iout大於零時，根據式(4)，補償電阻R3上將會產生不為零的補償電壓Vcmp。此時，補償過後的輸出電壓VO’則如式(13)所示。

VO’=(1+((R1+R3)÷R2))×Vfb+Vcmp 式(13)

除此之外，第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2可分別如式(8)及式(9)所示。為了讓負載電壓VL可保持穩定，亦即不管輸出電流Iout的電流大小如何變化，負載電壓VL皆可穩定於((1+((R1+R3)÷R2))×Vfb)(即輸出電流Iout為零時的負載電壓VL的電壓值)，因此式(10)可成立。將式(13)代入式(10)可得到式(14)。將式(4)、(8)、(9)代入式(14)可得到式(15)。

Vcmp=VW1+VW2 式(14)

((Rdet×R3)÷Rset)=RW1+RW2 式(15)

由此可知，只要透過量測第一導線W1的電阻RW1及第二導線W2的電阻RW2的電阻值，並透過調整檢測電阻Rdet、補償電阻R3以及設定電阻Rset的電阻值以符合式(15)之條件，即可產生相對應的補償電壓Vcmp以對輸出電壓VO進行補償，從而使 負載電壓VL保持穩定。在此值得一提的是，由於檢測電阻Rdet的兩端的電壓差Vd通常很小，故式(7)中的電壓差Vd通常可忽略不計。因此補償後的直流電壓Vdc’實質上可視為補償後的輸出電壓VO’。

舉例來說，在上述實施例中，假設直流輸出穩壓器110可用以產生5伏特的直流電壓Vdc，第一導線W1的電阻RW1的電阻值為0.2歐姆(Ω)，而第二導線W2的電阻RW2的電阻值為0.2歐姆。為了符合式(15)，檢測電阻Rdet的電阻值可為0.01歐姆，設定電阻Rset的電阻值可為2.5千歐姆(KΩ)，且補償電阻R3的電阻值可為100千歐姆，但不限於此。

當外部負載900不消耗功率時，亦即輸出電流Iout為0安培時，檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd為0伏特，故設定電流Iset為0安培。此時，補償電阻R3上將不會產生補償電壓Vcmp。除此之外，第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2皆為0伏特，因此，負載電壓VL等於輸出電壓VO，亦即是直流輸出穩壓器110所產生的直流電壓Vdc(為5伏特)。

另一方面，當外部負載900因開始運作而消耗功率時，在此假設輸出電流Iout為1安培，則第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2皆為0.2伏特，而檢測電阻Rdet兩端的電壓差Vd、感測電壓Vsen及設定電壓Vset皆為0.01伏特。如此一來，電晶體Q將被導通且設定電流Iset為0.004毫安培。此時，補償電阻R3上將因設定電流Iset(為0.004毫安培)流過而 產生補償電壓Vcmp為0.4伏特。此時，輸出電壓VO因補償電壓Vcmp為0.4伏特而被拉昇(或被補償)至5.4伏特。補償後的輸出電壓VO’在扣除第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2(皆為0.2伏特)的情況下，負載電壓VL仍為5伏特。

由此可知，當檢測電阻Rdet所檢測出的輸出電流Iout(亦即提供給外部負載900的負載電流)增加時，設定電流Iset的電流值也以一定的比例增加(根據式(1)、(2))，使得補償電壓Vcmp的電壓值亦隨之增加以對輸出電壓VO進行補償。如此一來，補償過後的輸出電壓VO’可使負載電壓VL不受第一導線W1的電壓降VW1與第二導線W2的電壓降VW2的影響(即輸出電流Iout的影響)並維持在穩定的電壓值。

有別於圖1所示之實施例，圖3是依照本發明又一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置300。請合併參照圖1與圖3，圖3所示的電源供應裝置300同樣包括第一電源接腳P1、第二電源接腳P2、直流輸出穩壓器110、電流感測電路120’以及補償電路130。圖3所示的直流輸出穩壓器110、電流感測電路120’以及補償電路130的電路架構分別類似於圖1所示的直流輸出穩壓器110、電流感測電路120以及補償電路130的電路架構，故可參考上述圖1的相關說明以類推之，在此不再贅述。

圖1所示的電源供應裝置100與圖3所示的電源供應裝置300的差異僅在於：圖1所示的電流感測電路120是耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與第一電源接腳P1之間以 感測輸出電流Iout並據以產生感測電壓Vsen，且直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS是耦接到第二電源接腳P2。而圖3所示的電流感測電路120’則是耦接在直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS與第二電源接腳P2之間以感測輸出電流Iout並據以產生感測電壓Vsen，且直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT則是耦接到第一電源接腳P1。然而，圖3所示的電源供應裝置300的運作與圖1所示的電源供應裝置100的運作是相似的。因此，圖3所示的電源供應裝置300的運作可參考上述圖1的相關說明以類推得之，故在此不再贅述。

以下請參照圖4，圖4是依照本發明又一實施例所繪示的具電線壓降補償的電源供應裝置400。請合併參照圖2與圖4，圖4所示的電源供應裝置400同樣包括第一電源接腳P1、第二電源接腳P2、直流輸出穩壓器110、電流感測電路120’以及補償電路130’。圖4所示的直流輸出穩壓器110、電流感測電路120’以及補償電路130’的電路架構分別類似於圖2所示的直流輸出穩壓器110、電流感測電路120以及補償電路130’的電路架構，故可參考上述圖1的相關說明以類推之，在此不再贅述。

圖2所示的電源供應裝置200與圖4所示的電源供應裝置400的差異僅在於：圖2所示的電流感測電路120是耦接在直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT與第一電源接腳P1之間以感測輸出電流Iout並據以產生感測電壓Vsen，且直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS是耦接到第二電源接腳P2。而圖4所示的 電流感測電路120’則是耦接在直流輸出穩壓器110的參考電壓端VSS與第二電源接腳P2之間以感測輸出電流Iout並據以產生感測電壓Vsen，且直流輸出穩壓器110的輸出電壓端OUT則是耦接到第一電源接腳P1。然而，圖4所示的電源供應裝置400的運作與圖2所示的電源供應裝置200的運作是相似的。因此，圖4所示的電源供應裝置400的運作可參考上述圖2的相關說明以類推得之，故在此不再贅述。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，可藉由電流感測器來檢測輸出電流(亦即提供給外部負載的負載電流)。當輸出電流增加時，補償電路中的設定電流的電流值也以一定的比例增加，使得補償電路所產生的補償電壓的電壓值亦隨之增加。如此一來，即使輸出電流改變使得第一導線的電壓降與第二導線的電壓降隨之改變，補償電路仍可產生相應大小的補償電壓以對輸出電壓進行補償，從而使負載電壓維持在穩定的電壓值。因此，可有效地提昇電源供應裝置在高負載時，外部負載的負載電壓的穩定度，且可改善負載端因瞬間負載急劇增加而造成負載電壓瞬間下降的問題。除此之外，本發明上述實施例的電源供應裝置不需要採用額外的檢測導線來檢測負載端電壓，故可增加電源供應裝置的導線的可信賴度並降低導線的成本與尺寸。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍 當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電源供應裝置

110‧‧‧直流輸出穩壓器

120‧‧‧電流感測電路

121‧‧‧減法器

130‧‧‧補償電路

131‧‧‧電壓至電流轉換器

131_1‧‧‧電壓隨耦器

135‧‧‧分壓電路

900‧‧‧外部負載

CN1‧‧‧第一電源接點

CN2‧‧‧第二電源接點

FB‧‧‧回授端

Ifb‧‧‧電流

Iout‧‧‧輸出電流

Iset‧‧‧設定電流

OP1、OP2‧‧‧運算放大器

OUT‧‧‧輸出電壓端

P1‧‧‧第一電源接腳

P2‧‧‧第二電源接腳

Q‧‧‧電晶體

R1、Ra‧‧‧第一電阻

R2、Rb‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧補償電阻

Rc‧‧‧第三電阻

Rd‧‧‧第四電阻

Rdet‧‧‧檢測電阻

Rset‧‧‧設定電阻

RW1、RW2‧‧‧電阻

Vcmp‧‧‧補償電壓

Vd‧‧‧電壓差

Vdc、Vdc’‧‧‧直流電壓

Vfb‧‧‧回授電壓

Vin‧‧‧輸入電壓

VL‧‧‧負載電壓

VO、VO’‧‧‧輸出電壓

Vsen‧‧‧感測電壓

Vset‧‧‧設定電壓

VSS‧‧‧參考電壓端

VW1、VW2‧‧‧電壓降

W1‧‧‧第一導線

W2‧‧‧第二導線

Claims (13)

1. 一種具電線壓降補償的電源供應裝置，用以供電至一外部負載，該電源供應裝置包括：一第一電源接腳，用以透過一第一導線耦接到該外部負載的一第一電源接點；一第二電源接腳，用以透過一第二導線耦接到該外部負載的一第二電源接點；一直流輸出穩壓器，用以接收一輸入電壓與一回授電壓，並據以產生一輸出電壓與一輸出電流；一電流感測電路，耦接在該直流輸出穩壓器的一輸出電壓端與該第一電源接腳之間以感測該輸出電流，或是耦接在該直流輸出穩壓器的一參考電壓端與該第二電源接腳之間以感測該輸出電流，並據以產生一感測電壓；以及一補償電路，耦接到該電流感測電路以接收該感測電壓，且耦接在該第一電源接腳與該第二電源接腳之間或是耦接在該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端與該直流輸出穩壓器的該參考電壓端之間以產生該回授電壓，其中該補償電路反應於該感測電壓以產生一補償電壓，以及使用該補償電壓對該輸出電壓進行補償，其中該補償電壓為該第一導線的電壓降與該第二導線的電壓降之和。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該電流感測電路耦接在該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端與該第一電 源接腳之間，且該直流輸出穩壓器的該參考電壓端耦接到該第二電源接腳，該電流感測電路包括：一檢測電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端與該第一電源接腳之間，用以檢測該輸出電流；以及一減法器，耦接到該檢測電阻的兩端以對該檢測電阻的該兩端的電壓進行減法運算，並據以產生該感測電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電源供應裝置，其中該減法器包括：一運算放大器，該運算放大器的輸出端用以產生該感測電壓；一第一電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端與該運算放大器的非反相輸入端之間；一第二電阻，耦接在該運算放大器的該非反相輸入端與該第二電源接腳之間；一第三電阻，耦接在該第一電源接腳與該運算放大器的反相輸入端之間；以及一第四電阻，耦接在該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的輸出端之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該補償電路耦接在該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端與該直流輸出穩壓器的該參考電壓端之間，該補償電路包括：一電壓至電流轉換器，該電壓至電流轉換器的輸入端耦接到該電流感測電路以接收該感測電壓，並據以產生一設定電流； 一補償電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端與該電壓至電流轉換器的輸出端之間，用以反應於該設定電流而產生該補償電壓；以及一分壓電路，耦接在該電壓至電流轉換器的該輸出端與該直流輸出穩壓器的該參考電壓端之間，用以反應於該補償電壓而產生該回授電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中該電壓至電流轉換器包括：一電壓隨耦器，該電壓隨耦器的第一輸入端用以接收該感測電壓以做為一設定電壓，該電壓隨耦器的輸出端耦接到該電壓至電流轉換器的該輸出端；以及一設定電阻，耦接在該電壓隨耦器的第二輸入端與該直流輸出穩壓器的該參考電壓端之間，用以反應於該設定電壓以產生該設定電流。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電源供應裝置，其中該電壓隨耦器包括：一運算放大器，該運算放大器的非反相輸入端耦接到該電壓隨耦器的該第一輸入端，該運算放大器的反相輸入端耦接到該電壓隨耦器的該第二輸入端；以及一電晶體，該電晶體的控制端耦接到該運算放大器的輸出端，該電晶體的第一端耦接到該電壓隨耦器的該輸出端，該電晶體的第二端耦接到該運算放大器的反相輸入端。
7. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中該分壓電路包括：一第一電阻，耦接在該電壓至電流轉換器的該輸出端與該直流輸出穩壓器的一回授端之間；以及一第二電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該回授端與該直流輸出穩壓器的該參考電壓端之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該補償電路耦接在該第一電源接腳與該第二電源接腳之間，該補償電路包括：一電壓至電流轉換器，該電壓至電流轉換器的輸入端耦接到該電流感測電路以接收該感測電壓，並據以產生一設定電流；一補償電阻，耦接在該第一電源接腳與該電壓至電流轉換器的輸出端之間，用以反應於該設定電流而產生該補償電壓；以及一分壓電路，耦接在該電壓至電流轉換器的該輸出端與該第二電源接腳之間，用以反應於該補償電壓而產生該回授電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電源供應裝置，其中該電壓至電流轉換器包括：一電壓隨耦器，該電壓隨耦器的第一輸入端用以接收該感測電壓以做為一設定電壓，該電壓隨耦器的輸出端耦接到該電壓至電流轉換器的該輸出端；以及一設定電阻，耦接在該電壓隨耦器的第二輸入端與該第二電源接腳之間，用以反應於該設定電壓以產生該設定電流。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應裝置，其中該電壓隨耦器包括：一運算放大器，該運算放大器的非反相輸入端耦接到該電壓隨耦器的該第一輸入端，該運算放大器的反相輸入端耦接到該電壓隨耦器的該第二輸入端；以及一電晶體，該電晶體的控制端耦接到該運算放大器的輸出端，該電晶體的第一端耦接到該電壓隨耦器的該輸出端，該電晶體的第二端耦接到該運算放大器的該反相輸入端。
11. 如申請專利範圍第8項所述的電源供應裝置，其中該分壓電路包括：一第一電阻，耦接在該電壓至電流轉換器的該輸出端與該直流輸出穩壓器的一回授端之間；以及一第二電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該回授端與該第二電源接腳之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該電流感測電路耦接在該直流輸出穩壓器的該參考電壓端與該第二電源接腳之間，且該直流輸出穩壓器的該輸出電壓端耦接到該第一電源接腳，該電流感測電路包括：一檢測電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該參考電壓端與該第二電源接腳之間，用以檢測該輸出電流；以及一減法器，耦接到該檢測電阻的兩端以對該檢測電阻的該兩端的電壓進行減法運算，並據以產生該感測電壓。
13. 如申請專利範圍第12項所述的電源供應裝置，其中該減法器包括：一運算放大器，該運算放大器的輸出端用以產生該感測電壓；一第一電阻，耦接在該第二電源接腳與該運算放大器的非反相輸入端之間；一第二電阻，耦接在該運算放大器的該非反相輸入端與該直流輸出穩壓器的該參考電壓端之間；一第三電阻，耦接在該直流輸出穩壓器的該參考電壓端與該運算放大器的反相輸入端之間；以及一第四電阻，耦接在該運算放大器的該反相輸入端與該運算放大器的輸出端之間。