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3d〇7gg83 104743號專利申請案 中V說明喜樅TF苜（85年4月）A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 背畺 本發明係關於電壓調整器，特別關於一效率改進之電壓 調整器。 本電壓調整器可用於直接廣播衛星接收機糸統，其包括 一戶外微波天線描準一衛星以自衛星接收信號。自衛星接 收之信號由”低噪音阻塞轉換器”（LKB)予Μ放大，該LHB安 裝在接近天線之處或在天線之上。 自LNB之输出信號由一同軸電親載送至一室内接收機。 為了自室内接收櫬供電源至LNB及控制LNB之極化，一 DC電 壓多工至同軸纜之中心導體。LNB中之電路之設計，其可 與低供應電壓或高供應電壓工作*雙電壓用來控制LHB之 極化設定，即，低電壓選擇右手圓形極化，UHCP)，高電 壓選擇左手圓形極化（LHCP)°LNB之電流漏泄在調整電源 供應電壓言均為恆定。 利用可控制串連阻抗裝置Μ維持耦合至負載之調整後輸 出電壓之電壓調整器如果短路，或者其他失誤加在調整器 之输出端點上則易受損壞。此種損壞通常係由串連阻抗裝 置之過度熱傳輸或串連裝置之過大額定電流而引起。為此 ，通常提供一過荷保護Κ防止對調整器之損害。 一種過荷保護為限流，稱為’’反褶”電壓調整器，如揭示 於美專利Ho, 3,445,75 1中者。此一調整器供改變之負載 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 讀- 先 閱 读 背 之 注 意 事 項 再 填 窝 本 頁 裝 訂 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 一輪出電壓之調整直到過荷電流門限為止。超過此門限之 負載電流，負載增加時，可用輸出電流即降低，而輸出電 壓亦對懕降低。此短路電流可以調整為全負載電流之一小 部分，因而使在串聯通過電晶體中之熱傳輸最小。本發明 之電壓調整器為”反摺”電壓調整器。 供應電流自DC供應源流經串連電晶體之射極-集極路徑 至負載。電流量由一控制信號所控制，信號係由輪出罨壓 經過一放大電晶體及其他電路安排成一負回授電路構型耦 合至串連通過電晶體之基極。因此，跨串連通通電晶體之 射極-集極路徑之電壓降調節後維持一調整输出電壓。 此串連通過電晶體在全負載下產生一電壓降，因此消耗 功率作為其調整功能之一部分。在串連通過電晶體中如能 將功率消耗降低則最為理想K改進串埋通過電晶體之可靠 性，降低通過電晶體之成本及相闞之熱散座*及改進調整 之效率Μ降低未調整_人電壓及已調整輪出電壓間電壓最 小而獲得最大輸出電壓。 本發明之胳城 簡言之本發明乃關於一電壓調整器，其中之串連通過電 晶體及一放大電晶體乃為互補型。供應電流自DC供應源流 經串連通過電晶體之射極-集極至負載。電流量由一負回 授控制信號控制，該信號係自調整输出電壓耦合至放大電 晶體之基極，其又驅動串連通過電晶體之基極。放大電晶 體之射極耦合至一電壓，該電壓小於調整之DC输出電壓， 俾此對電晶體之驅動需求降低。 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 —.1 ---------^ ------訂-------線一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（3 ) 圖説簡略説明 圖1為本發明之調整器之略圖。 匾2為圈1中調整器一部分之修改說明。 齡住亘«奮例夕註钿誔8日 參考圖1 ，本發明之電壓調整器10可在較高調整之DC輸 出電壓模式及較低調整之DC輸出電壓横式之間連接。 未調整直流電源供應源（未示出）埋接在端點12與一參考 電位點11(即，地）之間。串連通過PNP電晶體Q1之射極14 耦合至端點12。電晶體Q1之集極6經由電阻器20耦合至輸 出端點18。負載（LNB)耦合在輸出端點18及參考點11之間 。Q1電晶體之基極耦合至NPN放大電晶«Q2之集極及經過 電阻器22至輸入端點12。電晶體Q2之射極經由電阻器24耦 合至輸出端點18並經由電姐器30至參考點11。電晶體Q2之 基極耩合至一處接收一控制信號，將於稍後詳為討論。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 耦合至端黏12之DC供應源之供懕電流流經電晶體Q1之射 -集極及電阻器20至輸出端18及負載。此電流之量由一辋 合至電晶艚Q2(經電線26)之控制信號所控制，在跨電晶體 Q1上之電壓降可Μ調整K在端點18上維持一調整之電壓。 耦合於Q1之射極及集極間之電阻器32繼續提供某些電流至 負載，即使電晶體Q1完任停止亦然。電阻器22耦咨至電晶 體Q1之射極及基極之間減低集極之效應及在電晶體Q1中之 基極漏泄電流。 電晶體Q1及Q2之互補安排可提供電壓及電流增益•因為 電晶體Q2之集極耩合至電晶體Q1之基極及串連通過裝置之 83. 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 _B7__ 五、發明説明（4 ) 輸出係取自電晶體Q1之集極。因此*電晶體Q1及Q2安排成 在一回授迴路中之放大器，迺路增益由含電阻器24之回授 涸網路決定，該電阻器係自輸出端18耦合電晶體Q2之射極 ，電姐器3 0則耦合接地。 此外，電晶體Ql，Q2及電阻器24，30之安排尚有一優點 即能改進調整器10之效能*其能在高負載條件下降低功率 在Q1中之消耗，並能降低電晶體Q1及Q2之驅動需求。圖2 顯示串連通過安排之一部分而無電阻器分壓器24，30之安 排，（電阻器24由短路代替，電胆器30由閉路代替）。在此 装置中，電晶體Q2(線26)之基極電壓較在輸出端18之電壓 Vo高出0.7伏特，因為在電晶體Q1及Q2之基極電壓洚，

Vo至少在端點12之鍮入電壓Μ下1.4伏。此舉提供一與未 調整輸入電朦而言最大之輸出電壓之上限。此外，在電晶 體Q1之1 . 4伏電壓降在Q1中消耗功率。 為了使調整器Μ較低之輸入電壓Vin與输出電壓Vo間差 異電懕最小之情況下操作及降低在電晶體Q1中之功率消耗 ，最理想是使Q1驅動至高電壓模式時在最高輸出電壓時飽 和。電壓分壓器電阻器24* 30可改進串連通過電路之效率 而達到此等特性。 再參考圖1在電線26上電壓V26以數學方式表之： V26 = Vbe of Q2 + Vo(電阻器30/(電阻器30 +電阻器24))。 如Vbe of Q2為0.7V，而電阻器24之值等於電阻器30之值 ，則： V26=0.7V+Vo/2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 83. 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A---- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明説明（5 ) 由於此安排使電晶體Q2之射極電壓降低至V〇M下，其II ft Q2更為容易，因為電壓V26可能為一較低電壓，因而使電 晶體Q1更易成為飽和狀態，仍能保持電晶體Q2為不飽和狀 況。因此，有了分歷器電阻器24* 30，串聯通迴電晶體 Q1可被騮動，俾Vo = Vin-0.2伏（電晶體Q1之飽和電壓）而非 為K上討論之至少1.4V。因此，調整器可操作在輸人電壓 Vin&_出電壓Vo間較小之差異電壓，並且可導致在充分 騮動時Q1中功率消耗之降低。 輸入電壓與輸出電壓間之較低差異在高輪出霄壓模式中 極為重要，因為電壓Vin之極大值受到限制。此外，由於 加在負載26上之控制電壓較B +低許多，提供控制信號之作 業放大器46不需再工作在接近B + 值輸出電壓Μ驅動電晶體 Q2M使電晶體Q1飽和。 電阻器28耦合至電晶體Q1之射極14與電晶體Q2射極之間 Μ防止Q2之射極在輸出短路時降至很低，作桊放大器46不 能使電晶體Q2之基極與射極交點之偏壓反向而截斷電晶體 Q1。使電晶體Q1截斷之能力在限流上甚為重要，將於以後 再引述討論。 在输入端12及地間連接一個罨阻器34及稽納二極體36成 串連形成一參考電應，此參考電壓被電容器38所漶波。該 電壓被耦合至一作業放大器46未反向（ni)之输入端46ni * 該處與Vo之分壓形式比較，該Vo係耦合至反相（i)输入端 (46ί) K備比較。Vo之分壓形式係導自耩合至輪入端18及 地11間之串連分壓器電阻器42及44之接點之一抽頭。放大 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 線一 3^0792 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 器46之輸出信號在電線26上經由阻隔電姐器50提供控制信 號V26 。此一安排提供負回授，如果在調整輸出電壓Vo中 有任何增減，此負回授降低或增加對電晶體Q1之驅動。電 容器49耦合至放大器46之輸出及端點46i之間以抑制振盪 〇 在較低及較高電壓模式間變換係由電晶體Q3為之，Q3可 被一由控制單元耦合至其基極之控制信號而飽和•諸如微 處理器經由電阻器分壓器51，52。電晶體Q3之集極由電阻 器54耦合至端點46 i ，當電晶體被驅動至飽和時，電阻器 5 4與分壓電阻器44並埋耦合因而修正了電阻器42，44之分 壓器之比值。由比較器放大器46提供之在V2 6之結果促使 在端點18之輸出電壓由LNB轉換至供LHCP所需之較高電壓 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 58間 器之 壓地 分及 壓極 -3 0 , 之 面Q1 方體 流晶 限電 返至 摺合 之耦 器64 整及 調62 本， 下60 1 器 看阻 在電 現連 串 其中在電阻器62及64交點之抽頭則耦合至作業放大器66之 反相輸入端66i 。會串連電阻器70及72之分壓器68耦合至 輪出端1 8及地之間，在電阻器70，72之交鲜上抽頭則耦合 至放大器66之未反相（ni)输人端點66ni。放大器66之輸出 端點74則耦合至二極體76之陰極，而二極體76之陽極則耦 合至控制導線26。二極體76防止作業放大器66在正常作業 時影響V26 ，此點將於稍後討論。電容器79耦合至輸出端 點74與端點66i Μ抑制振盪。電容器80耦合至電阻器72防 止由LNB收到之任何AC影響放大器66。分壓器58，68中之 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） Μ 經濟部中央棣準局員工消費合作社印製 83.3.10,000 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（7 ) 阻值如下： 電阻器60 = 1K歐姆 電阻器62 = 31(歐姆 電阻器64=12Κ歐姆 電阻器70 = 2.81(歐姆 電阻器72 = 121[歃姆 電阻器20(3.3歐姆）Μ輪出電流成比例發展一電懕。因 此，跨分壓器58及68上電壓稍有不同，在二分壓器之抽頭 處之電壓亦有少許差異。當電阻器20上之電流小於門限摺 返電流時，分壓器58及68之動作為，在端點66ni之電懕較 在端點66i處之電壓為正，而在端點74之輸出電壓則為或 接近B +電壓。此舉使偏壓二播體76為正並防止在正常工作 下在線26上干擾驅動。除非電路處在限流模式之下，放大 器46提供了線26之正常控制。但如在電阻器20上之電流超 過反摺門限電流*跨電阻器20上之電懕降使在端點66n i之 電壓稍低於端點66i處之電壓。此舉迫使在端點74處之输 出電壓由於放大器66之大埔益而下降。此舉使二極體76成 為前向偏壓，而使放大器46之工作被抑制，故線26上之控 制電壓降低到接近〇伏。在此方式下*當輸出短路或負載 上發生誤差，輸出電流自標稱輸出電流”摺返"，而在正常 作業期間供應至負載。例如，耱出電滾可能自正常值之 350奄安培摺返至10毫安培。因此，電晶體Q1可被保護不 會被負載失誤而導致過度之熱消耗及電流過大。當負載誤 已除去，電懕調整器1〇又恢復正常工作。 電壓調整器10係一雙電壓調整器。當輪出電壓Vo變為高 電壓，反摺門限電流亦將改變。摺返門限電流中發生改變 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂--1. 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 _______B7___ 五、發明説明（8 ) 係由於跨感應電阻器20上之電壓降任何電流均保持不變’ 而係由於跨分壓器58，68上電壓之增加而網合至輪入端點 66n i及66i之微分電壓而引起。此點非常不理想，因為所 提之電晶體Q1及負載之保護將降低。 在本具體實例中，為了保持在高電壓模式時相同之限流 門限，分壓器58由跨電阻器60耦合之二極體78取代。在電 B且器60上之電壓降可以選擇使之小於在低输出電懕模式將 二極體78之前向導電之門限。但當調整器10轉換為高電懕 模式時，跨電阻器60上之高電壓降足夠使二極體78傳導於 其前進方向*因此，改變了分壓器58之電壓分壓及加在端 點66i及66ni上不同電壓之鼷係。分壓器58之改變可雄持 在高電壓輸出模式時相同之反摺門限電流，與低電®鶸出 模式一樣。例如，在分壓器58中無改變時，在較低調整輸 出電壓之限流門限在範例具體實例中為350raa ，在較高調 整輸出電壓之電流限制門限約為600ma 。電壓分壓器58有 改變時，每一雙輸出電壓之限流門限約為350ma(毫安）。 在本具體實例中，二極體78為一 IN914二極體具有相當 尖銳之”膝”部。如欲降低導電膝部之尖銳度，可用一電阻 器（未示出）直接與二極體78串連，或者，二極體78可用許 多串連之二極體代替。亦可用其他電壓敏感之裝置如緒二 極體，LED ，電壓附屬電阻器或稽納二極體等。在LED情 況下，二極體本身可為可視之指示器如調整器之作業模式 一檷。此外，繼電器或開Μ電晶體亦可代替二極體78。在 此情況下，在端點53處微處理器信號之有無可用以開括分 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 83. 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂---- 3^0792 五、發明説明（9 ) 壓器電阻器之轉換，就像相同之微處理器信號開插輪出電 壓之改變一漾。此外，電壓敏感裝置亦可埋接在電壓分壓 器之内。 吾人應了解在範例具體寊例中，作業放大器46及66為 LM3 48作業放大器由美國國家半導體所製成。此等作業放 大器具有PNP輸入電路，可使放大器在輸入端之電壓很低 時仍可工作。但發現具NPN輸人電路之作業放大器當輸人 端點電壓低於1伏特時則不能工作。並發現如使用NPN輸 入電路作業放大器，放大器66可閂在反摺限流模式，即輪 出端點74被閂在零伏特輸出，並在誤差自輸出端點18移去 時，仍然不能恢復正常作業。但在”失效保險”橫式上閂住 可能更為理想。 ----_-------\------,tT—------崖 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 年V月/卬修正/h/被务 第83104743號專利申請案 B8 中文申請專利範圍修正本(85年4月） g| 六、申請專利範圍 1.一種電壓調整器包含： 一輸入端，用以接收一未調整之直流電壓； 一輸出端，用以提供一已調整之直流電壓； 用以產生一控制信號之裝置，該信號係響應該已調整之直流 電壓與一參考電壓之比較； 響應該控制信號之調整裝置，該調整裝置耦合在該輸入端與 該輸出端之間； 該調整裝置包含一第一類型之第一電晶體，該第一電晶體具 有一第一電極與一控制電極，及一與該第一電晶體互補類型 之第二電晶體’該第二電晶體具有一第一電極，一第二電 極，與一控制電極； 該第二電晶體之該控制電極從該控制信號產生裝置接收該控 制信號； 該第二電晶體之該第一電極提供一種該控制信號之放大予該 弟·一電晶體之該控制電極；及 耦合在該第二電晶體之該輸出端與該第二電極之間的裝置， 用以提供該第二電晶體之該第二電極一低於該輸出端之已調 整之直流電壓的電壓。 2 ·根據申請專利範圍第1項之電壓調整器，其中該耦合在該第 二電晶體之該第二電極與該輸出端之間的裝置包括一包含有 第一與第二電阻之電壓分配器，該電壓分配器耦合在該輸出 端與一參考電位之間； κ U:\TYPE\SLH\NI\36486.DOC - 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 六、申請專利範圍 該第二電晶體之該第二電極搞合至該第一與第二電阻之連 接。 3 ·根據申請專利範圍第1項之電壓調整器，其中 該第一電晶體之該第一電極爲一集極電極； 該第一電晶體之該控制電極爲一基極電極； 該第二電晶體之該第一電極爲一集極電極； 該第二電晶體之該第二電極爲一射極電極；與 該第二電晶體之該控制電極爲·一基極電極。 4 .根據申請專利範圍第1項之電壓調整器，其中 該第一電晶體爲一 PNP型電晶體且該第二電晶體爲一 NPN 型電晶體。 5. —種電壓調整器包含 一輸出端，用以提供一已調整之直流電壓； 用以產生一控制信號之裝置，該信號係響應該已調整之直流 電壓與一參考電壓之比較； 響應該控制信號之調整裝置，該調整裝置耦合在該輸入端與 該輸出端之間； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該調整裝置包含一第一類型之第一電晶體，該第一電晶體具 有集極、射極、及基極電極與一與該第一電晶體互補類型之 第二電晶體，該第二電晶體具有集極、射極與基極電極； U:\TYPE\SLH\NI\36486.DOC - 2 -本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3^0792 as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 該第二電晶體之該基極電極從該控制信號產生裝置接收該控 制信號；該第二電晶體之該第一電極提供一種該控制信號之 放大予該第·一電晶體之該基極電極；及 耦合在該輸出端與該第二電晶體之該射極電極之間之裝置， 用以提供該第二電極之該射極電極一低於該輸出端之已調整 之直流電壓的電壓。 6 ·根據申請專利範圍第5項之電壓調整器，其中 一第三電阻被耦合在該第一電晶體之該射極與基極電極之 間。 7 .根據申請專利範圍第5項之電壓調整器，其中 一第四電阻被耦合在該第一電晶體之該射極與集極電極之 間。 8.根據申請專利範圍第5項之電壓調整器，其中 一第五電阻被耦合在該第一電晶體之該射極電極與該第二 電晶體之該射極電極之間。 9·根據申請專利範圍第5項之電壓調整器，其中 該第一電晶體爲一 P N P型電晶體且該第二電晶體爲一 N P N 型電晶體。 U:\TYPE\SLH\NI\36486.DOC - 3 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨0X297公釐） 裝 訂- f π * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)