TWI472894B - 線性穩壓電路 - Google Patents

Description

線性穩壓電路

本發明係關於一種線性穩壓電路。

線性穩壓電路通常設於一電壓輸入端及一電壓輸出端之間，該電壓輸入端用於接收一外部電壓（如1.5V），該線性穩壓電路用於將該電壓輸入端輸入的外部電壓調降（如調降至1.2V），並由該電壓輸入端輸出穩定的調降電壓給用電設備，其中，該線性穩壓電路的轉換效率為該調降電壓除以該外部電壓（如1.2V/1.5V=80%），該線性穩壓電路的轉換效率愈高，則愈節省電能。

惟，通常情況下該外部電壓為定值，那麼當給該用電設備的輸出電壓變小時（如從1.2V變為0.8V），該線性穩壓電路的轉換效率也隨之變低（如變為0.8V/1.5V=53.3%），如此一來，大大地浪費了電能，不符合目前提倡的節能環保理念。

鑒於以上內容，有必要提供一種可有效節省電能的線性穩壓電路。

一種線性穩壓電路，包括一電壓輸出端、一用於進行電壓調降及透過該電壓輸出端輸出穩定調降電壓的穩壓輸出單元、第一及第二電壓輸入端、一電壓偵測單元及一電壓切換單元，該第一及第二電壓輸入端用於分別接收第一及第二外部電壓，該電壓偵測單元用於偵測該電壓輸出端的輸出電壓，當該輸出電壓小於等於一預設值時，該電壓偵測單元輸出一第一控制訊號給該電壓切換單元以控制該第一電壓輸入端輸出該第一外部電壓給該穩壓輸出單元，當該輸出電壓大於該預設值時，該電壓偵測單元輸出一第二控制訊號給該電壓切換單元以控制該第二電壓輸入端輸出該第二外部電壓給該穩壓輸出單元，該第一外部電壓小於該第二外部電壓。

相較習知技術，該線性穩壓電路透過該電壓偵測單元偵測該電壓輸出端的輸出電壓，並在該輸出電壓小於等於一預設值時透過該電壓切換單元接收一電壓值較小的外部電壓給該穩壓輸出單元，而在該輸出電壓大於該預設值時透過該電壓切換單元接收一電壓值較大的外部電壓給該穩壓輸出單元，從而使該輸出電壓與輸入電壓之間的比值基本保持不變，穩定轉換效率的同時，可大大降低電能的損耗，有利於節約能源。

請參考圖1，本發明線性穩壓電路的第一較佳實施方式100包括第一及第二電壓輸入端Vin1及Vin2、一穩壓輸出單元110、一電壓偵測單元120、一電壓切換單元130及一電壓輸出端Vout。

該穩壓輸出單元110包括一P溝道場效應電晶體Q1、一線性穩壓器如一型號為TL431的三端可調分流基準源晶片Q、兩電阻R1及R2、一可變電阻器RL。該電壓偵測單元120包括一穩壓二極體DW及一電阻R3。該電壓切換單元130包括一繼電器J及一單向可控矽SCR，該繼電器J包括一單刀雙擲開關K及一線圈L。

該第一及第二電壓輸入端Vin1及Vin2分別用於接收兩電壓值不同的外部電壓（如Vin1接收1.5V的外部電壓，Vin2接收2.0V的外部電壓），並分別連接至該單刀雙擲開關K的兩擲點2及3。該單刀雙擲開關K的刀部1連接至該場效應電晶體Q1的汲極，還透過該線圈L連接至該單向可控矽SCR的陽極，還透過該電阻R1連接至該場效應電晶體Q1的閘極。該單向可控矽SCR的陰極接地。該場效應電晶體Q1的閘極還連接該三端可調分流基準源晶片Q的陰極，該三端可調分流基準源晶片Q的陽極接地。該場效應電晶體Q1的源極連接至該電壓輸出端Vout，還依次透過該可變電阻器RL及電阻R2接地，還連接至該穩壓二極體DW的陰極。該可變電阻器RL與電阻R2之間的節點連接至該三端可調分流基準源晶片Q參考端。該穩壓二極體DW的陽極透過該電阻R3接地，還連接至該單向可控矽SCR的控制端。

本發明線性穩壓電路的第一較佳實施方式100的具體工作原理如下：初始狀態時，該單刀雙擲開關K的刀部1與該擲點2電性相連，該穩壓輸出單元110接收該第一電壓輸入端Vin1輸入的電壓（為方便說明此處選用1.5V），該穩壓輸出單元110並對接收的電壓進行調降後穩定輸出，如輸出1.2V的輸出電壓至該電壓輸出端Vout，此時該輸出電壓小於等於該穩壓二極體DW的穩壓電壓，該穩壓二極體DW截止，故該單向可控矽SCR未被觸發，該繼電器J的開關K不動作，該電壓輸出端Vout將持續輸出穩定的1.2V輸出電壓給用電設備。此時該線性穩壓電路的轉換效率為1.2V/1.5V=80%。

當該用電設備需要的輸出電壓增加時（用電設備一般工作在此狀態），如該電壓輸出端Vout的輸出電壓提高至1.6V，此時該輸出電壓大於該穩壓二極體DW的穩壓電壓，該穩壓二極體DW導通，故該單向可控矽SCR被觸發，該繼電器J的開關K動作以使該刀部1與該擲點3電性相連，即該穩壓輸出單元110將接收該第二電壓輸入端Vin2輸入的電壓（為方便說明此處選用2.0V）。此時該線性穩壓電路的轉換效率為1.6V/2.0V=80%，與之前的轉換效率基本保持不變。

當該用電設備需要的輸出電壓又減小時（通常是在正常工作時，用電設備過多導致輸出電壓降低），如該電壓輸出端Vout的輸出電壓又減小至1.2V，此時該繼電器J的開關K恢復初始狀態以使該刀部1與該擲點2電性相連，即該穩壓輸出單元110將接收該第一電壓輸入端Vin1輸入的電壓。由於該用電設備需要的輸出電壓減小後該穩壓輸出單元110接收的電壓也對應減小，故該線性穩壓電路的轉換效率仍基本保持不變，從而節省了電能。

其他實施方式中，該穩壓輸出單元110也可設計成其他的電路結構，不局限於本實施方式給出的電路元件及連接方式，只要能實現電壓調降及線性穩壓功能即可。該電壓偵測單元120及電壓切換單元130也可設計成其他電路形式，只要滿足在用電設備需要的輸出電壓小於等於一預定值時該電壓偵測單元120輸出一第一控制訊號給該電壓切換單元130以使該穩壓輸出單元110接收該第一電壓輸入端Vin1輸入的電壓，而在用電設備需要的輸出電壓大於該預定值時該電壓偵測單元120輸出一第二控制訊號給該電壓切換單元130以使該穩壓輸出單元110接收該第二電壓輸入端Vin2輸入的電壓。以上各電路單元均可根據設計人員的喜好加以修改，不拘泥於該第一較佳實施方式100所給出的具體電路。

例如，請參考圖2，為本發明線性穩壓電路的第二較佳實施方式200，其與本發明線性穩壓電路的第一較佳實施方式100的區別僅在於：該第二較佳實施方式200將第一較佳實施方式100中的電壓切換單元130進行了修改，即該第二較佳實施方式200中的電壓切換單元230包括兩二極體D1及D2、兩電晶體Q2及Q3、三個電阻R4-R6。該第一電壓輸入端Vin1連接至該二極體D1的陽極，該二極體D1的陰極連接至該場效應電晶體Q1的汲極及透過電阻R1連接至該場效應電晶體Q1的閘極。該第二電壓輸入端Vin2連接至該二極體D2的陽極，該二極體D2的陰極連接至該場效應電晶體Q1的汲極。該第一電壓輸入端Vin1還透過電阻R5連接至該電晶體Q3的集極及該電晶體Q2的基極，該電晶體Q3的射極接地，基極透過電阻R6連接至該穩壓二極體DW的陽極。該第二電壓輸入端Vin2還透過電阻R4連接至該電晶體Q2的集極，該電晶體Q2的射極接地。

該第二較佳實施方式200的工作原理為：初始狀態時，該電晶體Q2導通，該電晶體Q3截止，該穩壓輸出單元110接收該第一電壓輸入端Vin1輸入的電壓。當該用電設備需要的輸出電壓增加時（用電設備一般工作在此狀態），此時該輸出電壓大於該穩壓二極體DW的穩壓電壓，該穩壓二極體DW導通，該電晶體Q3導通，該電晶體Q2截止，該穩壓輸出單元110接收該第二電壓輸入端Vin2輸入的電壓。當該用電設備需要的輸出電壓又減小時，此時該輸出電壓小於等於該穩壓二極體DW的穩壓電壓，該穩壓二極體DW截止，該電晶體Q3截止，該電晶體Q2導通，該穩壓輸出單元110又接收該第一電壓輸入端Vin1輸入的電壓。故該線性穩壓電路的轉換效率基本保持不變，從而節省了電能。

請參考圖3，為本發明線性穩壓電路的第三較佳實施方式300，其與本發明線性穩壓電路的第二較佳實施方式200的區別僅在於：該電晶體Q3被替換成了一單向可控矽SCR1，且刪除了電阻R6，該單向可控矽SCR1的陽極、陰極及控制端分別對應與該電晶體Q3的集極、射極及基極的連接關係相同，即該單向可控矽SCR1的陽極連接至該電晶體Q2的基極並透過電阻R5連接至該第一電壓輸入端Vin1，該單向可控矽SCR1的陰極接地，控制端連接至該穩壓二極體DW的陽極，該第三較佳實施方式300的工作原理與第二較佳實施方式200的工作原理基本相同，此處不再贅述。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

100、200、300‧‧‧線性穩壓電路

110‧‧‧穩壓輸出單元

120‧‧‧電壓偵測單元

130、230‧‧‧電壓切換單元

J‧‧‧繼電器

K‧‧‧單刀雙擲開關

L‧‧‧線圈

SCR、SCR1‧‧‧單向可控矽

Q1‧‧‧P溝道場效應電晶體

R1-R6‧‧‧電阻

RL‧‧‧可變電阻器

Q‧‧‧三端可調分流基準源晶片

DW‧‧‧穩壓二極體

Q2、Q3‧‧‧電晶體

D1、D2‧‧‧二極體

1‧‧‧刀部

2、3‧‧‧擲點

圖1係本發明線性穩壓電路第一較佳實施方式的電路圖。

圖2係本發明線性穩壓電路第二較佳實施方式的電路圖。

圖3係本發明線性穩壓電路第三較佳實施方式的電路圖。

100‧‧‧線性穩壓電路

110‧‧‧穩壓輸出單元

120‧‧‧電壓偵測單元

130‧‧‧電壓切換單元

J‧‧‧繼電器

K‧‧‧單刀雙擲開關

L‧‧‧線圈

SCR‧‧‧單向可控矽

Q1‧‧‧P溝道場效應電晶體

R1-R3‧‧‧電阻

RL‧‧‧可變電阻器

Q‧‧‧三端可調分流基準源晶片

DW‧‧‧穩壓二極體

1‧‧‧刀部

2、3‧‧‧擲點

Claims (7)

1. 一種線性穩壓電路，包括一電壓輸出端、一用於進行電壓調降及透過該電壓輸出端輸出穩定調降電壓的穩壓輸出單元、第一及第二電壓輸入端、一電壓偵測單元及一電壓切換單元，該第一及第二電壓輸入端用於分別接收第一及第二外部電壓，該電壓偵測單元用於偵測該電壓輸出端的輸出電壓，當該輸出電壓小於等於一預設值時，該電壓偵測單元輸出一第一控制訊號給該電壓切換單元以控制該第一電壓輸入端輸出該第一外部電壓給該穩壓輸出單元，當該輸出電壓大於該預設值時，該電壓偵測單元輸出一第二控制訊號給該電壓切換單元以控制該第二電壓輸入端輸出該第二外部電壓給該穩壓輸出單元，該第一外部電壓小於該第二外部電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線性穩壓電路，其中該穩壓輸出單元包括一P溝道場效應電晶體、一線性穩壓器、第一及第二電阻、一可變電阻器，該P溝道場效應電晶體的汲極透過該電壓切換單元連接該第一及第二電壓輸入端，該第一電阻連接在該P溝道場效應電晶體的汲極及閘極之間，該P溝道場效應電晶體的閘極連接該線性穩壓器的陰極，該線性穩壓器的陽極接地，該P溝道場效應電晶體的源極連接該電壓輸出端及依次透過該可變電阻器及第二電阻接地，該線性穩壓器的參考端連接至該可變電阻器與該第二電阻之間的節點。
3. 如申請專利範圍第2項所述之線性穩壓電路，其中該線性穩壓器為一個三端可調分流基準源晶片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之線性穩壓電路，其中該電壓偵測單元包括一穩壓二極體及一電阻，該穩壓二極體的陰極連接該電壓輸出端，該穩壓二極體的陽極透過該電阻接地，該穩壓二極體的陽極還連接至該電壓切換單元以輸出該第一及第二控制訊號，該穩壓二極體的穩壓電壓作為該預設值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之線性穩壓電路，其中該電壓切換單元包括一繼電器及一單向可控矽，該繼電器包括一單刀雙擲開關及一線圈，該單刀雙擲開關的兩擲點分別連接該第一及第二電壓輸出端，該單刀雙擲開關的刀部連接至該穩壓輸出單元，該單刀雙擲開關的刀部還透過該線圈連接該單向可控矽的陽極，該單向可控矽的陰極接地，該單向可控矽的控制端接收該電壓偵測單元發出的第一及第二控制訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之線性穩壓電路，其中該電壓切換單元包括第一及第二二極體、第一及第二電晶體、第一至第三電阻，該第一及第二二極體的陽極分別連接該第一及第二輸入電壓端，該第一及第二二極體的陰極連接至該穩壓輸出單元，該第一二極體的陽極還透過該第一電阻連接至該第一電晶體的集極，該第一電晶體的射極接地，該第二二極體的陽極還透過該第二電阻連接至該第二電晶體的集極，該第二電晶體的射極接地，該第一電晶體的基極連接至該第二電晶體的集極，該第二電晶體的基極透過該第三電阻接收該電壓偵測單元發出的第一及第二控制訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之線性穩壓電路，其中該電壓切換單元包括第一及第二二極體、一電晶體、一單向可控矽、第一及第二電阻，該第一及第二二極體的陽極分別連接該第一及第二輸入電壓端，該第一及第二二極體的陰極連接至該穩壓輸出單元，該第一二極體的陽極還透過該第一電阻連接至該電晶體的集極，該電晶體的射極接地，該第二二極體的陽極還透過該第二電阻連接至該單向可控矽的陽極，該單向可控矽的陰極接地，該電晶體的基極連接至該單向可控矽的陽極，該單向可控矽的控制端接收該電壓偵測單元發出的第一及第二控制訊號。