TW498595B - Switching regulator - Google Patents

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498595 A7 厂 ____B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明與穩壓器相關，能夠降低啓動時流經的突擊電 f請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 流。 相關技藝之敘述 通常，截波型步進穩壓器主要由電感403，整流裝 置404，平滑電容405，開關裝置407與控制電路 4〇6所組成，如圖四所示；採用這樣結構的穩壓器，即 使開關裝置4 0 7被關掉來停止步進運行，能量還是無可 避免的從輸入電源4 0 1經由電感器4 0 3與整流裝置 4 0 4供給至裝置4 0 2。 針對以上情形，如圖三所示，傳統的穩壓器作法爲： 開關3 1 0放置於輸入電源3 0 1和電感器3 0 3之間’ 開關3 1 1放置於電感器3 0 3和開關裝置3 0 7之間’ 開關3 1 2放置於開關裝置3 0 7和整流裝置3 0 4之間 ，開關3 1 3放置於整流裝置3 0 4和平滑電容3 0 5之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 關，些 開中這 ， 其 ， 間，量 3 置置 3 裝裝源 和至電 5 流入 ο 斷輸 3 阻從 容來時 電閉止 滑關停 平被行 於別運 置分進 放關步 4 開是 ^^些量 這 3 匕匕 厶目 3 ο 哥 匕匕 θ πιϋ£ 厶目 之的來 03 2 而 ο ο 1 ， ， LO 1 時 ο 一—I 行 co 3 運容 ， 進電 ο 步滑 1 動平 3 啓進 關以流 開開流 當打電 ， 被擊 中 4 突 器 1 的 壓 3 大 穩關很 統開個 傳或一 此 3 有 在 ^^會 ，3 的 而，免 然 2 避 ^—' 可 3 無 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498595 A7 _ B7 五、發明說明（2 ) 之中，而由輸入電源3 0 1加至裝置的電容3 〇 9 ，則會 造成輸入電壓降低的反效果，或者是整流裝置、平滑電容 等會被突擊電流所損壞。 發明槪述 鑑於以上所述，本發明之目標在於解決傳統穩壓器的 問題。 本發明的另一目標是提供一穩壓器，能夠抑制突擊電 流’其中一開關做爲阻斷從輸入電源流至裝置的能量，這 個開關不會突然從不導通狀態改變至導通狀態，而允許電 流無限流通，如傳統穩壓器一般，只要將開關打開；但是 ’使用了能夠限制電流的開關，或者能夠限制在某一段時 間流經電流的開關。 根據本發明，爲了達成上述目標，提供了一個穩壓器 ，包括： 一個輸入電源，連結至穩壓器的輸入部分， 至少一個輸出輸入斷連開關，放置於輸入電源與連接 至穩壓器輸出的裝置之間，作爲阻斷從輸入電源流入至裝 置的能量， 一方法，限制從輸入電源流入輸出電容的突擊電流， 發生於出輸入斷連開關打開以啓動步谁運行之時; 而且，依照本發明，在穩壓器中的輸出輸入斷連開關 的突擊電流限制方法，使用一個電晶體作爲輸出斷連開關 ’此電晶體之操作如同於積分放大電路中，可限制在某一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- --------------訂---------線#.· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498595 A7 B7 五、發明說明（3 ) 段時間的流經電流。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者，根據本發明，在穩壓器中的輸出輸入斷連開關 的突擊電流限制方法，會重複輸出斷連開關的開/關操作 來控制導通與切斷時間’如&可以限制允許 '流經的電流大 小。 圖示簡單說明 此發明的目標、特色和優點，從所附圖示的詳細說明 中會變得更加淸楚，其中： 圖一是完整的截波型步進穩壓器電路圖，並包含依照 本發明的第一實施例的輸出輸入斷連開關’ 圖二是根據本發明第一實施例輸出輸入斷連開關的具 體電路範例1， 圖三是完整的傳統截波型步進穩壓器電路圖，並包含 輪屮輸入斷連開關， 圖四是完整的傳統截波型步進穩壓器電路圖， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖五是根據本發明第一實施例輸出輸入斷連開關的具 體電路範例2， 圖六是根據本發明第二實施例輸出輸入斷連開關的具 體電路範例1， 圖七是根據本發明第二實施例輸出輸入斷連開關的具 體電路範例2， 圖八是根據本發明第三實施例輸出輸入斷連開關的具 體電路範例。 I紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱^ :6 一 一 498595 A7 B7 五、發明說明（4 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 符號說明 1〇 1 輸入電源 1〇 2 裝置 10 3 電感器 10 4 整流裝置 10 5 平滑電容 10 6 控制電路 10 7 開關裝置 10 8 穩壓器 1〇 9 電容 11 0 〜1 1 4 開關 2 0 1 限流開關 2 0 2 開關 2〇 3 開關 2 0 4 限流電阻 3 0 1 輸入電源 3〇 2 裝置 3 0 3 電感器 3 0 4 整流裝置 3 0 5 平滑電容 3 0 6 控制電路 3 0 7 開關裝置 3 0 8 穩壓器 ------^---—----------訂---------線 (請先閱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)A4規格（210 X 297公釐） 498595 A7 _ B7 五、發明說明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 〇 9 電 容 3 1 〇〜3 1 4 開 關 4 〇 1 輸 入 電源 4 〇 2 裝 置 4 0 3 電 感 器 4 〇 4 整 流 裝置 4 〇 5 平 滑 電容 4 〇 6 控 制 電路 4 〇 7 開 關 裝置 4 0 8 穩 壓 器 4 〇 9 電 容 5 0 1 限 流 開關 5 〇 2 開 關 5 〇 3 開 關 5 〇 4 限 流 電阻 6 0 1 輸 入 電源 6 〇 2 裝 置 6 0 3 電 感 器 6 〇 4 整 流 裝置 6 〇 5 平 滑 電容 6 〇 6 控 制 電路 6 〇 7 開 關 裝置 6 〇 8 穩 壓 器 6 〇 9 電 容 ---------I --I--丨丨丨訂-丨—---I (請先閱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)A4規格（210 X 297公釐） -8 - 498595 A7 B7 五、發明說明（6 ) 〇 6 6 2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 14 6 15 6 16 6 17 6 18 7〇1 7 0 2 7 0 3 7 0 4 7 0 5 7 0 6 7 0 7 7 0 8 7 0 9 7 10 7 11 7 1 2 7 13 7 14 7 15 開關 電晶體 電容 電阻 開關 電阻 開關 閘極電壓 汲極電壓 輸入電源 裝置 電感器 整流裝置 平滑電容 控制電路 開關裝置 穩壓器 電容 開關 電晶體 電容 電阻 開關 電阻 (請先閱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)A4規格（210 X 297公釐） -9- 498595 A7 B7 五、發明說明（7 ) 7 1 6 開 關 8 0 1 輸 入電源 8 〇 2 裝 置 8 〇 3 電 感器 8 〇 4 整 流裝置 8 0 5 平 滑電容 8 0 6 控 制電路 8 0 7 開 關裝置 8 0 8 穩 壓器 8 0 9 電 容 8 1 〇 開 關 8 1 1 開 關裝置 8 1 2 電 流控制電路 8 1 3 二 極體 8 1 4 輸 入電源 8 1 5 ’ 輸 出 (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 較佳實施例之詳細說明 參考所附圖示，以下將對本發明之較佳實施例做更深 入的描述。 〈第一實施例〉 圖一是根據本發明第一實施例的截波型步進穩壓器， 在此電路中，電感器103，整流裝置104，平滑電容 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- 498595 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 1〇5，開關裝置1 〇 7與控制電路1 〇 6 ’與傳統穩壓 器是相同的； 置於輸入電源1 0 1與裝置1 0 2之間做爲限流之用 的開關，包括開關1 Λ開關1 1 1 、開關1 12、開 關1 1 3與開關1 1 4，這樣的結構會限制從輸入電源 1 0 1至平滑電容1 0 5流經的突擊電流’且電容1 0 9 加至裝置102，因爲放在輸入電源101與裝置102 之間的開關關掉時，會將步進運行停止，直到開關打開啓 動了步進運行。 圖二是限制電流的開關具體範例，此開關由限流電阻 2 0 4、開關2 0 2和開關2 0 3所組成，在啓動步進運 行時，開關2 0 2先被打開，輸入電源1 0 1經由限流電 阻2 0 4對加至裝置的平滑電容1 0 5和電容1 0 9充電 .，當充電操作完成時，開關2 0 3被打開，在這情形下， 假設輸入電源電壓爲V I N，限流電阻爲R，則流經電容 1 0 5與電容1 〇 9的最大充電電流Icharge爲下列表示式

Icharge = VIN / R .....⑴ 所以，限流的實現是利用設定限流電阻R的値，以產 生沒有問題的充電電流。 相同的，在圖五的開關範例中，限流可用這樣的方式 來達成：在充電操作後，開關5 0 3先打開，且開關 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公爱)ΓΤΓ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 訂---------線· 498595 A7 五、發明說明（9 5 〇 2打開。 很明顯的，限流電阻可用其他限流元件取代，如果開 關是由電晶體一類的電子開關裝置構成，也能達到相同的 效果；而且，如果使用限流的開關，很明顯的是不需要限 流電阻就能達到相同效果。 〈第二實施例〉 圖六是根據本發明第二實施例的截波 電路圖，第二實施例與第一實施例的差別 一段時間流經電流的開關；如同於第一實 結構能限制從輸入電源6 0 1流至平滑電 裝置6 0 2的電容6 0 9的突擊電流，因 6 0 1與裝置6 0 2之間的開關關掉時， 止，直到開關打開啓動了步進運行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 型步進穩壓器之 在於可限制在某 施例中，圖六的 容6 0 5和加於 爲放在輸入電源 會將步進運行停 段時間流經電流 .1、電容 ，當開關6 1 4 和電阻6 1 3加 打開，則會得到 是做爲當步進運 1 2中的電荷會 6 1 1導通的閘 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖六之具體範例顯示了可限制在某一 的開關6 1 0，開關6 1 0是由電晶體6 ] 6 1 2、電阻6 1 3與開關6 1 4所組成 打開以啓動步進運行時，若將電容6 1 2 入電晶體6 1 1使得開關6 1 4能夠緩慢 與積分放大電路相同的操作。 圖六中的電阻6 1 5和開關6 1 6 ， 行結束時，關掉電晶體6 1 1的範例之用。 當開關6 1 4打開時，充電於電容6 經由電阻6 1 3放電至地端，而當電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12 498595 A7 ____B7 五、發明說明（10 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 極電壓設至臨界値V T Η，電晶體6 1 1的閘極電壓 6 1 7會降至臨界値來導通電晶體6 ；[ 1，當電晶體 6 1 1導通時，電晶體6 1 1的汲極電壓6 1 8會上升， 它是截波型步進穩壓器的輸出部分；電容612會充電， 使得電晶體6 1 1的閘極電壓6 1 7上升，抑制了電晶體 6 1 1的導通操作，結果是截波型步進穩壓器的輸出電壓 6 1 8緩慢上升；假如電容6 1 2的電容値爲C c，被電 阻6 1 3限制的放電電流爲i c，則輸出電壓6 1 8從0 伏特上升至輸入電源電壓V I N所經時間t c的表示式爲 tcc = Cc X VIN / ic ..... (2) 所以，限流的實現是利用設定輸出電壓上生時間t c 的値，以產生沒有問題的突擊電流（流經電容1 〇 5和電 容1〇9 )。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 範例中所描述的電晶體6 1 1是由Μ〇S場效電晶體 所形成，然而，如果使用雙載子電晶體，相同的結果仍能 適用，電阻6 1 3也可用其他的限流元件所取代，而且， 如果開關6 1 4由電子開關裝置一類的電晶體取代，很曰月 顯會有相同效果，如果電阻6 1 3和開關6 1 4的位置改 變，結果仍同。 再者，若電晶體6 1 1的閘極6 1 7與源極6 1 8之 間存在的寄生電容使用電容6 1 2，會得到相同結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13 - 498595 A7 B7 五、發明說明（11 ) 而且，即使在圖七中的範例結構中，也可看到相同的 結果。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〈第三實施例〉 圖八是根據本發明第三實施例的截波型步進穩壓器之 電路圖，使用與第一實施例相同的限流開關’但此實施例 與第一實施例的差別在於限流方法；比較特別的是，此方 法是將電感8 0 3置於輸入電源8 0 1與裝置8 0 2之間 ，而且使用開關裝置8 1 1和二極體8 1 3來控制導通/ 切斷時間，以限制流入平滑電容8 0 5的突擊電流，從輸 入電源8 0 1加入了一個電容8 0 9至裝置8 0 2。 假設開關8 1 1打開後的經歷時間爲t ο η，電感 8 0 3的電感値爲L，輸入電源的電壓爲V I Ν，輸出 815的電壓爲Vout ，從輸入電源801流入電容 8〇5和8 0 9的電流爲i ，此値在開關8 1 1打開後會 隨時間t而增加，其表示式如下： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i = ( VIN - Vout ) / L x ton ..... (3) 由表示式（3 )可明顯看出，電流i可由開關8 1 1 的導通時間來調整。 而且，假如開關8 1 1關掉後的經歷時間爲t 〇 f f ，二極體8 1 3的順向壓降爲V F，從二極體8 1 3流入 電容8 0 5和8 0 9的電流爲-i ，此値在開關8 1 1關掉 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） A7

498595 五、發明說明（〗2 ) 後會隨時間t而減少，其表示式如下： -i = ( Vout - VF ) / L x toff …··（4) 由表不式（4)可明顯看出’電流〜丨可由開關 8 1 1的切斷時間來調整。 因而，利用電流控制電路8 1 2來調整開關8 1 1的 導通/切斷時間，可實現限流的作用，以產生沒有問題的 突擊電流（流經電容8 0 5和電容8 0 9 )。 範例中所描述的電晶體8 1 1是由Μ〇S場效電晶體 所形成，然而，如果電晶體8 1 1由其他開關裝置所取代 ，相同的結果仍能適用，若二極體8 1 3被其他整流裝置 所替換，也會得到相同結果。 如上所述，根據本發明，穩壓器的優點在於當步進運 行從停止狀態啓動後，流入平滑電容和加至裝置的電容中 的突擊電流可被抑制，因此可避免輸入電源電壓下降和整 流裝置、平滑電容受損等反效果。 前面所述有關本發明的較佳實施例是爲了例證與說明 ，並不意謂已無遺漏或是將發明形式設限，依照上述教義 可能的修正與變動在發明的實作時，可能都是必要的；實 施例的選擇與描述是爲了解釋發明的原則與實際應用，以 使精於本技藝之人士能將發明用於各種實施例之中，加進 適於預期中特殊作用的各種修正；發明範圍是由所附申請 範圍與其同義所界定。 -------·;—^--------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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15-

Claims (1)

1. 498595 補无1 申請專利範圍 _ *A8 wjm 年月 G 一 汉 民國91年6月修正 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第89 1 08429號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 1 · 一種穩壓器，包括： 一輸入電源，接至該穩壓器的輸入部分， 至少一個輸出輸入斷連開關，放置於該 接至該穩壓器輸出的裝置之間，作爲阻斷從 入至裝置的能量， 突擊電流限制機構，用以限制從該輸入 電容的突擊電流，於該輸出輸入斷連開關打 運行之時。 2 _如申請專利範圍第1項的穩壓器， 連開關的該突擊電流限制機構具有一電流限 輸出斷連開關以設定允許流經的電流界限値。 3 .如申請專利範圍第1項的穩壓器， 連開關的該突擊電流限制機構具有一電晶體 開關，該電晶體係操作以相同於積分放大電 限制在某一段時間的流經電流。 4 ·如申請專利範圍第1項的穩壓器’ 連開關的該突擊電流限制機構重複·輸出斷連 操作來控制導通與切斷時間，藉以限制允許 小0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 輸入電源與連 該輸入電源流 電源流入輸出 開以啓動步進 該輸出輸入斷 制的功能加入 該輸出輸入斷 做爲輸出斷連 路之方式，以 該輸出輸入斷 開關的開/關 流經的電流大 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)