TW480804B - Direct current power apparatus using capacitor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480804 A7 ________ B7 五、發明說明（） 發明領域： 本發明係有關於一種直流電源裝置，特別是關於一種 使用電容器之高效直流電源裝置。 發明背景： 直流-直流電源轉換器是將一預設之直流電壓位準轉 換成另一直流電壓位準。此轉換器是由其上纏繞有第一線 圈與第二線圈之磁鐵鐵芯（magnetic core)所構成，以一預 設之間隔開啟及封閉第一迴路可以控制該第一線圈與第 二線圈間之能量移轉^ 近來在直流電源裝置工業中，小尺寸、薄型可搞且高 效能之轉換器受到重視。並且隨著科技的發展，已發展出 使用電池之薄型可攜裝置。 第1圖係顯示一使用電感器之傳統的直流電源裝置。 請參閱第1圖，一作為啟動直流電源裝置之積體電路 IC1經由第一端T1施加一電池電壓。此種電路所造成之問 題係電容C 1之阻抗壓力必須高於第一端T 1所需之電壓。 大部分的電源裝置以電池藉由增壓或降壓式直流-直 流轉換器施加電源至電路中。若所用之電路需要之電源高 於電池電壓則必須使用增壓式直流-直流轉換器。 然而，使用電感器之直流電源裝置會產生雜訊，且在 無線裝置中雜訊會大大降低裝置的特性表現。若所需之電 源電壓高於電池電壓則需要甚多電流，如此直流電源裝置 之特性表現將會隨著電流值而大大改變。 第2頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — —--^ i I I ----lit— —-----^ Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（） .在可攜式裝置中，這種電路使用時大多數時間是處於 待機模式中，且此時的效率會非常低。 在傳統使用電感之增壓電路中，切換雜訊所造成之頻 譜會影響射頻（RF)或中頻（IF)部分的運作，因為增壓電路 係並聯於電池，所以需要與欲得之輸出電壓等值之電壓。 此外，因為傳統方法係使用電感切換方式，所以轉換 效率受輸出電流的影響甚大。 月目的及概巯： 本發明之一觀點在於提供一種使用電容之直流電源 裝置，以施加一高於使用大電容及電池所能供給之直流電 壓的直流電壓。 在本發明之一觀點中’使用電容之直流電源裝置至少 包含：一電池，一端接地且輸出一第一直流電壓；一第一 電容，連結於該電池之另一端及一負载，並輸出一高於該 第一直流電壓之第二直流電壓；及一充電控制器，偵測該 第一電容之另一端的電壓，且當所偵測之電壓低於一預設 準位時，以該第一直流電壓對一内建之第二電容充電，並 依據一預設之切換運作將該第二電容所儲存之能量移轉 至該第一電容，且當所偵測之電壓等於或高於該預設準位 時，終止一磁性振盡。 此充電控制器至少包含一電壓偵測器，偵測上述第一 電容之充電電®位準；一磁性振邊器，當該電壓偵測器所 债測之電壓低於一預設準位時，進行一礤性振盪，且當該 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----r 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480804 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 電壓偵測器所偵測之電麈等於或高於一預設準位時，終止 該磁性振盪；一第二電容；及一開關，連結於該第二電容， 依據該磁性振盪器之振盪的開啟/關閉將上述電池之第一 直流電壓充至該第二電容，且當該磁性振盪器不再振盪 時，將充至該第二電容之第一直流電I充至上述第一電 容。 此開關至少包含：一第一開關’依據上述磁性振盪器 之振盪的開啟切換為導通，且將上述電池所儲存之第一直 流電壓充至上述第二電容’且依據上述磁性振盪器之停止 振盪切換為關閉，藉以終止對上述第二電容之充電；及一 第二開關，依據上述磁性振盪器之振盪切換為關閉，且依 據上述磁性振盪器之停土振盪切換為導通，且將上述電池 所儲存之第一直流電壓充至上述第二電容，以將充至上述 第二電容充至上述第一電容。 圖式簡簞說明= 第1圖係一傳統使用電感之直流電源裝置； 第2圖係本發明之較佳實施例中使用電容之直流電源裝 置。 圖號對照說明： 100 充電控制器 110 電壓偵測器 120 磁性振盪器 130 開關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---->丨|1訂---------綠 480804 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） f afl詳細說明： 以下之詳細說明僅以發明人所認為之最佳模式描述 本發明的較佳實施例，可以發現的是在不悖離本發明的情 況下可以不同觀點改良之，因此圖示及詳細說明本質上是 作為範例而非限定。 第2圖係顯示本發明之較佳實施例中一使用電容之直 流電源裝置。 請參閱第2圖，本發明之直流電源裝置至少包含一電 池B、串聯於該電池B之第一電容C21以及充電控制器 100，用以控制此電池充入第一電容C21之直流電壓。 該電池B之一端係接地，另一端則接於第一電容 C2 1。並且此充電控制器1 00經由一第二節點T2輸出一第 一^直流電壓。 此第一電容C21經由第一節點T1連接至該充電控制 器及一負載，且經由第二節點T2連接至電池之一端以輸 出一高於第一直流電壓增壓之第二直流電壓至該負載。 該充電控制器1 00至少包含一電壓偵測器丨丨〇、一磁 性振盪器120、一第二電容C22以及一 關13〇。此充電 控制器1 00偵測第一電容C2 1之另一端的電壓，且當所偵 測之電壓低於預設值時會進行一磁性振盪步驟，以以第一 直流電壓對第二電容C22充電，並依據預設之開關運作將 第二電容C22之能量移轉至第一電容C21。 當所偵測之電壓等於或高於一預設值時該充電控制 器會終止該磁性振盪步驟。 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------^---------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480804 A7

五、發明說明（） .詳細說來，該電壓偵測器U 0偵測第一電容C 2 1之— 充電壓位準且輸出一咼電壓或一低位準訊號至該磁性振 盪器120。 當電壓偵測器所偵測之電壓低於一預設值時此磁性 振盪器1 20會進行一磁性振盪步驟；而當電壓偵測器所偵 測之電壓等於或高於該預設值時此磁性振盪器！ 20便會終 止此磁性振盪步驟。 該第二電容C22係並聯於開關1 3 0且依據磁性振盪器 120之振盪步驟將電池之第一直流電壓充至第二電容 C22，並將充電電壓移轉至第一電容C21。 該開關130至少包含一第一及第二類比開關swi及 SW2，其位於第二電容C22之個別兩端，且依據磁性振盪 器1 20之振盪的開啟/關閉運作將電池B所儲存之第一直 流電壓充至第二電容C22;且當磁性振盪器120不振盪 時，將第二電容C22所儲存之第一直流電壓充至第一電容 C21。 以下將描述較佳實施例中一種使用電容器之直流電 源裝置的運作。 若第一電容C2 1初始時並未充電則電池B連接於該裝 置此時因為第一節點T 1之電塵低於4.5伏，電壓·偵測器 1 1 0之輸出會變成一低準位訊號，且連結於電壓偵測器1 1 0 之磁性振盪器1 20會開始振盪。

當磁性振盪器1 20會振盪時此兩個連結於第二電容 C22之類比開關SW1及SW2會交互切換，並且以電池B 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨丨丨丨！丨1丨！ 裝---------訂---------線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480804 A7

五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（） 之直流電壓對第二電容C22充電。 當類比開關SW1及SW2切換時，移轉至第二電容c22 之電荷經由該第一節點τι及第二節點T2移轉至第一電容 C21。 該第一、第一電容C21及C22重複地充電直到第一節 點Τ1之電壓達到一 4.5伏之預設電壓值。當電壓達4 5伏 時電壓偵測器110之輸出會變成一高準位訊號，且磁性振 盪器120之振盪會終止以停止對第一電容C21的充電。 如上所述，在傳統使用電感之增壓電路中，當過多電 流流過且電谷元全放電時，電容便不再放電，但是本發明 可以限制電流同時產生較少之雜訊。 此外，在傳統使用電感之增壓電路中，切換雜訊所造 成之頻譜會因影響射頻（RF)或中頻（IF)部分的運作而衍生 問題，但是本發明可藉由電容切換之方式使電磁干擾（EMI) 減至最小’且相較於使用前述電感之交換式電源供應器 (SMPS)可得一甚佳之抗電磁干擾特性及切換雜訊特性。 此外，可使用一低阻壓之電容。換言之因為傳統裝置 並聯於電池’因此需要與欲得輸出電壓等高之電壓。然 而，本發明之電容及電池係為串聯，所以可得一低阻壓並 藉此降低成本及電容之尺寸《因此，相較於先前技術，本 發明之電路可以較小面積實施。 亦即，電池壽命可得以延長。更詳細地說，因為傳統 電路係以電感切換之方式，所以轉換效率會因輸出電流而 遽變。然而，本發明除切換造成之損失及連接路徑之電阻 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — |!||||1||丨. . I I I I I I 訂.— — — — — — — — (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 置 A7 、發明說明（） 外龙無其他損失。 亦即’當能量移轉至充電之電容時本發明使用的是電 4切換方式’因此相較於先前技術之交換式電源供應器， 本發明可以降低陡增（in-rush)電流且增長電池壽命。 當本發明以較特別及較佳實施例說明之後，可以認知 的是本發明並不限於所揭露之實施例。相反地，申請中之 專利申睛範圍之範疇及精神所含之變化、改良及等效配 卻是本發明所欲涵蓋的。 ------------ 裴---------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 2

Claims (1)

1. A8 B8 C8

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 •-種使用電容之直流電源裝置，至少包含： 一電池’ 一端接地且輸出一第一直流電壓； 弟 电各，連結於該電池之另一端及一負載，並 輸出南於該第一直流電壓之第二直流電壓；及 充電控制器，偵測該第一電容之另一端的電壓， 且當所偵測之電壓低於一預設準位時，以該第一直流電 壓對内建之罘二電容充電，並依據一預設之切換運作 將該第二電容所儲存之能量移轉至該第一電容，且當所 偵測之電壓等於或高於該預設準位時，終止一磁性振 盪。 2.如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述充電控制 器至少包含： 一電壓偵測器，偵測上述第一電容之充電電壓位 準； 一磁性振盪器，當該電壓偵測器所偵測之電壓低於 一預設準位時，進行一磁性振盪，且當該電塵偵測器所 偵測之電壓等於或高於一預設準位時，終止該磁性振 盪； 一第二電容；及 一開關，連結於該第二電容，依據該磁性振盪器之 振盪的開啟/關閉將上述電池之第一直流電壓充至該第 二電容，且當該磁性振盪器不再振盪時，將充至該第二 電容之第一直流電壓充至上述第一電容。 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） !!!!1-- 裝· —---- 1 訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 3 ·如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中上述開關至少 包含： 一第一開關，依據上述磁性振盪器之振盪的開啟切 換為導通，且將上述電池所儲存之第一直流電壓充至上 述第二電容，且依據上述磁性振盪器之停止振盪切換為 關閉，藉以終止對上述第二電容之充電；及 一第二開關，依據上述磁性振盪器之振盪切換為關 閉’且依據上述磁性振盪器之停止振盪切換為導適’ 將上述電池所儲存之第一直流電壓充至上述第二電容’ 以將充至上述第二電容充至上述第一電容。 ____________ 襄-------I ^ < I-------^ (請先閱讀背面之注意事項矜填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）