TW543270B - Multi-output DC-DC converter and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Description
543270 A7 ____B7_ 五、發明說明(/ ) 發明背景 發明領域 本發明係關於多輸出直流至直流轉換器及利用一多輸 出直流至直流轉換器的電子裝置。 相關先前技術之說明 圖5係一習知多輸出直流至直流轉換器的電路圖。圖 5中的多輸出直流至直流轉換器1包括直流至直流轉換電 路2及整流電路3及4。 該直流至直流轉換電路2包括:一直流電源VI,其具 有輸出電壓Vin ; —與該直流電源VI並聯的電容器C1 ; 一扼流圈L1及一做爲開關元件的FET Q1,其串聯於該直 流電源VI與一輸出端P1之間;一二極體D1用作續流整 流元件,其被接在地與該FET Q1及扼流圈L1的接點之間 ;以及一電容器C2,其用作濾波電容器,接在該輸出端 P1與地之間。該FET Q1的閘極係接到一控制電路(未示出 ),並且該FET Q1由來自該控制電路的開關信號控制其通-斷。該控制電路檢測輸出端P1的電壓Vcmt,並將反饋該 電壓,以設定該FET Q1的開關頻率及脈衝寬度,以使該 輸出端P1的電壓Vcmt穩定。該輸出端P1的輸出係用作 第一輸出。 該直流至直流轉換電路2中的FET Q1及扼流圏L1的 接點係連接到整流電路3及4。該整流電路3是倍壓整流 電路,由兩個二極體及兩個耦合電容器組成,其輸出係連 接至輸出端P2。該整流電路4是由四個二極體及四個耦合 4 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)
543270 A7 __B7 _ 五、發明說明(i ) 電容器所形成的四倍壓整流電路,其輸出係連接至一輸出 端P3。該輸出端P2及P3的兩個輸出是該第一輸出端P1 的2倍及4倍那樣高。 圖6表示在該第一輸出的負載電流改變時,用作開關 元件的FET Q1的源電壓Vs(FET Q1及扼流圏L1的接點處 得到的電壓)的波形,以及流過扼流圈L1的一電流Ic之波 形。圖6(a)及圖6(b)表示在負載電流足夠大時(重負載時或 者正常負載時)所得的源電壓Vs及電流Ic;圖6(c)及圖 6(d)表示在負載電流較小時(正常負載時)所得的源電壓Vs 及電流Ic ;圖6⑷及圖6(f)表示在負載電流非常小時(輕負 載或者無負載時)所得的源電壓Vs及電流Ic。 如圖6(a)及圖6(b)所示,當該第一輸出的負載電流較 大時,源電壓Vs變得等於當FET Q1導通時直流電源VI 的電壓Vin,而電流Ic增大。當FET Q1斷開時,因扼流 圏L1的激勵能量,而使電流Ic通過二極體D1自地流到 扼流圈L1。隨著扼流圏L1激勵能量的減小,電流Ic減小 。由於該激勵能量夠大,直至FET Q1下一次導通之前, 電流Ic不會達到0。在這段期間,由於二極體D1引起的 電壓降,使FET Q1的源電壓Vs低於接地電壓。 如圖6(c)及圖6(d)所示,當該第一輸出的負載電流變 小時,由於扼流圏L1的激勵能量變得更小,在FET Q1截 止至FET Q1下一次導通之間的一段時間內,電流Ic係爲 〇。換句話說,二極體D1導通的周期減小。當流過扼流圈 L1的電流Ic變爲0時,FET Q1的源電壓Vs係等於第一 5 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)
543270 A7 ___B7_— —_ 五、發明說明($ ) 輸出的輸出電壓Vout。 如圖6(e)及圖6(f)所示,當該第一輸出的負載電流進 一步變小或者變成0時,二極體D1的導通時間進一步減 小,且FET Q1的源電壓Vs不會低到接地電壓或者小於接 地電壓’而是在接地電壓以上。 圖5所示的直流至直流轉換器1的整流電路3及4輸 出的電壓與輸入電壓的振幅對應,因爲它們具有耦合電容 器-輸入的結構。 當如圖6(e)所示之第一輸出的負載電流變得非常小的 情況下’輸入到整流電路3及4之電壓振幅的最大値與最 小値之間的差,也即FET Q1的源電壓VS會變小。於是, 該整流電路3及4就不像想要的那樣操作,同時,在輸出 端P2及P3處所得到的第二輸出電壓會減小。 第一輸出的負載電流變得越小,則二極體D1的導通 時間便越短,而源電壓Vs等於第一輸出的輸出電壓Vout 的時間越長,因此,在一個變換周期內,源電壓Vs表現 最小値的時間變得更短。當源電壓Vs表現最小値的時間 減少時,即使源電壓Vs表現最大値的時間不變化,整流 電路3及4也不能進行有效的操作。根據這一點,難於從 第二輸出取得電能。 發明槪要 本發明即爲考慮到上述情況而設計。本發明的目的在 於提供一種多輸出直流至直流轉換器,當藉由使用獲得一 第一輸出所用的直流至直流轉換電路的脈衝電壓而得到一 6 本&尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 爾 ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
543270 A7 ______Β7 五、發明說明(A ) 第二輸出時’即使在該第一輸出的負載電流變得非常小的 情況下’該多輸出直流至直流轉換器也避免了該第二輸出 的輸出電壓下降,本發明還提供一種使用這種多輸出直流 至直流轉換器的電子裝置。 本發明提供一種多輸出直流至直流轉換器而實現上述 目的及其它目的,該多輸出直流至直流轉換器包含一降壓 直流至直流轉換電路,該轉換電路包括一開關元件,用以 變換輸入的直流電壓,將其變化成脈衝電壓;一扼流圈及 一爐波電容器’用以使脈衝電壓平滑,以得到一小於輸入 直流電壓的第一輸出;以及一續流整流元件,用於在該開 關元件被斷開時使電流流過該扼流圏;以及一整流電路, 用於處理及整流該直流至直流轉換電路的脈衝電壓,以得 到一第二輸出’其中該整流元件是一雙向同步整流元件, 在該開關元件被斷開的時候,其被導通。 該多輸出直流至直流轉換器中的扼流圈可以是一個變 壓器,其次級繞組與該整流電路相連。 該多輸出直流至直流轉換器中的整流電路可由一耦合 電容器及一二極體組成。 本發明的電子裝置具有一個以上所描述的多輸出直流 至直流轉換器。 由於使用一種上面所述的結構,即使該第一輸出的負 載電流變得非常小,本發明的多輸出直流至直流轉換器也 能防止該第二輸出的輸出電壓降低。 圖示簡單說明 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁)
543270 A7 _B7___ 五、發明說明(女) 圖1是本發明一種實施例多輸出直流至直流轉換器的 電路圖; 圖2是表示圖1所示多輸出直流至直流轉換器隨時間 變化的特性圖; 圖3是本發明另一種實施例多輸出直流至直流轉換器 的電路圖; 圖4是本發明一種實施例電子裝置的立體圖; 圖5是習知直流至直流轉換器的電路圖; 圖6是表示圖5所示習知多輸出直流至直流轉換器隨 時間變化的特性圖; 發明實施例說明 圖1是本發明一種實施例多輸出直流至直流轉換器的 電路圖。圖1中與圖5中所用相同的符號係爲與圖5所示 同樣的或者類似的部分,其說明不再重覆。。 如圖1所示,在一直流至直流轉換器10中,一直流至 直流轉換電路11設有一開關元件Q2,其代替圖5所示直 流至直流轉換器中所用開關元件Q1 ;另外,還設有一 FET Q3,用作與二極體D1並聯的一雙向同步整流元件。FET Q2及FET Q3最好都是MOS FET。 FET Q2的閘極與一控制電路(未示出)相連,並且由該 控制電路輸入的開關信號控制FET Q2的通-斷。該控制電 路檢測一輸出端P1處的電壓,並反饋該信號,以設定FET Q2的開關頻率及脈衝寬度,以使輸出端P1處的電壓Vout 穩定。 8 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)
543270 A7 ___B7_ _ 五、發明說明(έ ) FET Q3的閘極以與FET Q2同樣的方式與該控制電路 (未示出)相連,並且由從該控制電路輸入的信號控制FET Q3的通-斷,以便在FET Q2截斷的同時,FET Q3被導通 。在某些情況下控制FET Q2及FET Q3,以便其夾在兩個 FET-斷開周期之間時被交替地導通,以防止其在同時導通 的瞬間使得直流電源VI短路。 圖2表示當該第一輸出的負載電流變化時,用作開關 元件之FET Q2的源電壓Vs2(FET Q2及扼流圈L1的接點 處所得的電壓)的波形圖,以及流過扼流圈L1的電流Ic波 形圖。圖2(a)及圖2(b)表示在負載電流足夠大時(重負載或 者正常負載時)所得到的源電壓Vs2及電流Ic ;圖2(c)及圖 2(d)表示在負載電流較小時(正常負載時)所得到的源電壓 Vs2及電流Ic;而圖2⑷及圖2(f)表示在負載電流非常小 時(輕負載或者無負載時)所得到的源電壓Vs2及電流Ic。 如圖2(a)及圖2(b)所示,當該第一輸出的負載電流較 大時,波形實質上與習知多輸出直流至直流轉換器1的波 形一樣。流過該習知多輸出直流至直流轉換器1的二極體 D1的電流主要流過其電阻比二極體D1小的FET Q3。因 FET Q3處的電壓降,FET Q2的源電壓Vs2略小於接地電 壓,比二極體D1引起的壓降要小。在一段FET Q2截斷同 時FET Q3也截斷的短時間內,電流可以流過二極體D1。 如圖2(c)及圖2(d)所示,當第一輸出的負載電流變小 時,由於扼流圏L1的激勵能量變小,在FET Q2截斷與該 FET Q2下一次導通之間的一段時間內,電流Ic爲0。即使 9 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)
543270 A7 _. _B7 ___ 五、發明說明('7 ) 在這段時間內,由於FET Q3是導通的’而且是雙向導通 ,電流1C以相反的方向流過FET Q3及電感元件L1 ’直至 FET Q3下一次變成截斷。因此,當電流Ic以相反的方向 流動時,FET Q2的源電壓Vs2幾乎爲0V(實際上’因FET Q3引起的電壓降,而比接地電壓略大些)。與習知多輸出 直流至直流轉換器1不同,該源電壓不會等於該第一輸出 的輸出電壓Vout。 如圖2(e)及圖2(f)所示,當該第一輸出的負載電流進 一步減小,或者變爲〇時,由於在FET Q2截斷的時候’ 電流Ic可以沿雙向流過FET Q3,所以,FET Q2的源電壓 Vs2幾乎爲0V。 如上所述,在直流至直流轉換電路11中,由於在第一 輸出的負載電流變得非常小或者爲〇時FET Q3被導通, 所以當FET Q2截斷時,FET Q2的源電壓Vs2升高,而且 FET Q2的源電壓Vs2的最大値與最小値之間的差不會變小 。因此,輸入至整流電路3及4的電壓的振幅不會變小。 在輸出端P2及P3處所得到的第二輸出電壓被保持在正常 値,且避免了各輸出電壓的降低。 由於該源電壓Vs2不會變得等於該第一輸出端的輸出 電壓Vout,所以該源電壓Vs2在一段固定的時間內表現出 最大値,也在一段固定的時間內表現出最小値。因此,使 得整流電路3及4在穩定的條件下操作,且很容易從該第 二輸出獲得電能。 圖3表示本發明另一種實施例的多輸出直流至直流轉 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) " ~ 543270 A7 ___B7 ___ 五、發明說明(万) 換器。圖3中與圖1中所用相同的符號係爲與圖1所不同 樣的或者類似的部分’其說明不再重覆。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖3所示,在一直流至直流轉換器20中’一直流至 直流轉換電路21設有一變壓器Τ1,以代替圖1中所示直 流至直流轉換器10的電感元件L1 °變壓器T1的初級繞組 N1被串接於FET Q2的源極與一輸出端P1之間’次級繞 組N2的一端與輸出端P1相連,另一端與整流電路3及4 相連。 由於可經由變壓器T1來代替經由電感元件L1而將一 脈衝電壓施加於整流電路3及4 ’所以可得到採用電感元 件L1時相同的優點。 在本發明的多輸出直流至直流轉換器1〇及20的直流 至直流轉換電路11及21中,二極體D1係與FET Q3並聯 ,用作同步整流元件。這就使得在FET Q2及FET Q3都 被截斷的同時,電流流過電感元件L1。因此,如果FET Q2及FET Q3被截斷一段非常有限的時間,則無需使用二 極體D1。當把MOS FET用於FET Q3的時候,由於可以 用MOS FET的二極體部件代替二極體D1,所以即使在 FET Q2及FET Q3被截斷一段時間時,也無需設置二極體 D1。 在多輸出直流至直流轉換器10及20中,從兩個整流 電路3及4得到兩個第二輸出。一多輸出直流至直流轉換 器需要具有的結構係爲,藉由使用用於得到一第一輸出的 一直流至直流轉換電路的脈衝電壓而得到一第二輸出,不 11 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ' 一' ' 543270 A7 —______B7__ 五、發明說明(?) 過該第二輸出的數目可以是一個、兩個、三個或者更多, 並且在兩個第二輸出情況下亦可達到同樣的優點。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖4是本發明一種實施例電子裝置的立體圖。圖4中 作爲電子裝置的一印表機30使用本發明的多輸出直流至直 流轉換器10作爲一電源電路。一第一輸出使用作爲負載比 較重的電路之電源,例如只爲列印期間操作之電路,一第 二輸出使用作爲始終在操作的負載比較輕的電路之電源。 由於印表機30採用本發明的多輸出直流至直流轉換器 1〇 ’所以在列印期間以及等待列印期間,有穩定的電壓施 加給每個電路,以實現穩定的操作。 圖4所示的印表機30使用圖1所示的多輸出直流至直 流轉換器10。印表機30可以使用圖3所示的多輸出直流 至直流轉換器20。在這種情況下,可以得到同樣的優點。 本發明的電子裝置並不限於印表機,而是包括所有需 要與變化較大的負載相連的第一輸出的多輸出直流至直流 轉換器的電子裝置以及所有需要與諸如筆記本個人電腦及 攜帶型資訊單元負載相連的第二輸出的多輸出直流至直流 轉換器的電子裝置,。 雖然已利用特定實施例說明了本發明,然而熟悉本項 技術者皆將明瞭本發明之許多其它的變化及修改以及其他 應用。所以,不應以該等特定實施例反之限制本發明,本 發明範Η爵係由申請專利範圍所界定之。
Claims (1)
- 543270 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種多輸出直流至直流轉換器,包含: 一降壓直流至直流轉換電路,該轉換電路包括: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一開關元件,用以變換輸入的直流電壓,將其轉換成 一脈衝電壓; 一扼流圏及一濾波電容器,用以使該脈衝電壓平滑, 以得到小於該輸入直流電壓的一第一輸出;以及 一續流整流元件,用於在該開關元件被斷開時使電流 流過該扼流圈;以及 一整流電路,用於處理及整流該直流至直流轉換電路 的脈衝電壓,以得到一第二輸出, 其中,該續流整流元件是一雙向同步整流元件,在該 開關元件被斷開的時候,其被接通。 2. 如申請專利範圍第1項之多輸出直流至直流轉換器 ,其中,該扼流圈是一個變壓器,其次級繞組與該整流電 路相連。 3. 如申請專利範圍第1項之多輸出直流至直流轉換器 ,其中,該整流電路係由一耦合電容器及一二極體組成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制取 4. 如申請專利範圍第2項之多輸出直流至直流轉換器 ,其中,該整流電路係由一耦合電容器及一二極體組成。 5. 如申請專利範圍第1項之多輸出直流至直流轉換器 ,其中,該續流整流元件包括一開關電晶體。 6. 如申請專利範圍第5項之多輸出直流至直流轉換器 ,進一步包括一與該續流整流元件並聯的二極體,以保證 在該開關元件及續流整流元件斷開時電流流過該扼流圈。 1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 543270 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第5項之多輸出直流至直流轉換器 ,其中,該開關電晶體包括一 MOS FET。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8. —種具有一多輸出直流至直流轉換器的電子裝置, 該直流至直流轉換器包含: 一降壓直流至直流轉換電路,該電路包括: 一開關元件,用以變換一輸入的直流電壓,將其轉換 成一脈衝電壓; 一扼流圈及一濾波電容器,用以使該脈衝電壓平滑, 以得到小於該輸入直流電壓的一第一輸出; 一續流整流元件,用於在該開關元件被斷開時使電流 流過該扼流圈;以及 一整流電路,用於處理及整流該直流至直流轉換電路 的脈衝電壓,以得到一第二輸出; 其中,該續流整流元件是一雙向同步整流元件,在該 開關元件被斷開的時候,其被接通。 9. 如申請專利範圍第8項之電子裝置,其中,該扼流 圏是一個變壓器,其次級繞組與該整流電路相連。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 10. 如申請專利範圍第8項之電子裝置,其中,該整流 電路係由一耦合電容器及一二極體組成。 11. 如申請專利範圍第9項之電子裝置,其中,該整流 電路係由一耦合電容器及一二極體組成。 12. 如申請專利範圍第8項之電子裝置,其中,該續流 整流元件包括一開關電晶體。 13. 如申請專利範圍第12項之電子裝置,其中,進一 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 543270 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 步包括與該續流整流元件並聯的二極體,以保證在該開關 元件及該續流整流元件斷開時電流流過該扼流圈。 14.如申請專利範圍第12項之電子裝置,其中,該開 關電晶體包括一 MOS FET。 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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