TWM357800U - Steady-state DC output circuit using PWM - Google Patents

Description

M357800 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作是有關一種直流穩態輪出電路，尤其特別是一 種PWM直流穩態輸出電路。 【先前技術】 按，現今電子元件及產品，在訴求多功能、高速運算 或高功率、小型化體積等設計下，由於電子設計之密集度 I 高及元件運作功率大，於實際操作運轉時將產生更高且大 量的熱能’因而’必須利用散熱機構即時的散熱使電路功 能維持正常運作，而在散熱機構中，散熱風扇更主要的應 用，藉由風扇產生之風流增加熱交換率，以達到快速散熱 效果。 而一般為了穩定控制前述散熱風扇轉速，係利用一脈 寬調變(Pulse Width Modulation，以下簡稱PWM)轉直流 > 電壓電路來控制風扇之運轉。 一併請參閱第1A、1B圖所述，習知之PWM轉直流電壓 電路’大多數為一階電子開關RC(電阻電容)積分電路，係 由一電晶體Q、一個電容C及5個電阻R所組成，當一 PWM 訊號輸入之狀態在關閉（OFF ;即低電位0)時，使前述PWM 訊號無法觸發該電晶體Q，此時，前述電晶體Q則處於截 止狀態(OFF) ’進而一參考電源VCC之電流經電阻R向電容 C充電至飽和為止（如第1B圖所示之T波形）； 當前述PWM訊號輸入之狀態在導通(on ;即高電位1) 5 M357800 時’使前述Plf 號立即觸發該電晶則，此時，該電晶 ::於導通狀態⑽)’使該參考電源vcc之電流迅速 也，®而消耗掉，同時，該電容c儲存之_ 速放電，直至該電容c兩端電荷放完為止(如㈣圖所示 D皮形）’因此’經前述™峨觸發該電晶體Q以控制 ^積分電路做充放紐，可得到—直流轉輸出給一控制 早7C(圖中未不），如風扇驅動晶㈣)或微控制器_)， 使前述控鮮元域魏之錢鱗風_速輸出， 並且控制風扇之運轉。 另者，由於在較高頻率（如醜HZ)之p觀訊號輸入 時’使該電晶體Q控制RC積分電路做充放電後，所得到的 直流位準輸出尚屬穩態無浮動鏈波，但在較低頻率(如 =OHZ以下）之PWM訊號輸入時，則該電晶體卩控制肊積 刀電路做充放紐’制的錢辦輸出係為較大浮動鍵 波輸出，轴使得雜解祕抓取直赦判定風扇轉 速時，因洋動鏈波較大而無法準確抓取直流位準，因此， 使得風扇轉速輸出也隨之浮動而不穩定。 以上所述，習知之PWM轉直流電壓電路，其具有下列 之缺點： ~ L單階RC積分電路於充放電路徑固定，無法有效作調整。 2·在低頻率PWM訊號輸入時，該控制單元無法準確抓取直 流位準，造成風扇轉速輸出不穩定。 是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本案 之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向 M357800 所在者。 【新型内容】 ^妥此’為有效解決上述之問題，本創作之主要目的， 係提^_過—Rc積分濾波器對—電子闕訊號做反 饋補償’以輪出—穩態直流位準之PWM直流穩態輪出電路。 為達上述目的，本創作提供一種PWM直流穩態輪出電 路匕括電子開關，具有一訊號輸入端及一高電位端， 且一 PWM訊號從前述訊號輸入端輸入；一 RC積分濾波器， 八有至队濾波單元及一第一保護單元，前述既；濾波 單元為1+晴，財第丨階RG舰單元連猶電子開關及 該第一保護單元’其巾第η階RC濾波單元連接前述第i階 RC濾、波單元，並且所述n階RG敝單元依序由前一階連 接後-階，前述電子關之峨經由該RC積讀波器的反 饋補償，以輸出一穩態直流位準。 【實施方式】 為了使貝審查委員此更進一步瞭解本創作特徵及技 術内容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，缺而 所附圖示僅供參考與說日賴，並_來對本創作加以限制。 將依據所 本創作之上述目的及其結構與功能上的特性 附圖式之最佳實施例予以說明。 請-併參閱第2、3、4圖所示，本創作係一種觸㈣％ Wi她Modulation)直流穩態輸出電路，在本創作最佳實扩 例中，係包括-電子_ H)及-RC積分濾波㈣，前^ 電子開關1G具有-訊號輸人端1Q1及—高電位端⑽，且 M357800 PWM efL號從則述訊號輸入端ιοί輸入’前述高電位端Μ〗 係為一參考電源VCC，用以供給電壓源。 則述RC積分濾波器2〇係包含至少一 Rc濾波單元及一 第一保護單^⑽，前述第—保護單it 22G係為-二極體 (Di〇de) ’用以防止逆電流與電壓；前述RC滤、波單元為ι+η pi’其中第1階rc遽波單元係連接該電子開關1〇及第一 保漠，元220 ’其中第n p皆此遽波單元連接前述第^階 滤波單元’並且所述n階RC濾、波單元依序由前—階連接後 一階；其中η是從〇開始的正整數，如n為〇、丨、2……。 換言之，也就是說當队濾波單元為3階（即1+n階中， η P白為2代入)時’第！产白匕RC濾波單元連接該電子開關 及第-保鮮元22G後’再與第2卩㈣驗單元連接，綱 第2階RC滤波單元與第3階RC滤波單元相連；在本最佳 實施例，惟在糊作實際實鱗，前述1+續巾，n階所 代入的數值可依實際電路需求增減喊，合先陳明。 該電子關ίο之職經由該RG紐單元之1+η階對 前η階RC舰單元之電位做反饋補償，以輸出—穩態直流 位準，因此，可依電路需求增減前述^觀單元的階數， 達到輸出-麵錢辦，航又提高電路的靈活度。 另-方面而言，前述此濾波單元為至少一階並可在 第1階RC滤波單元之後選擇連接或不連接複數階RC濾波 單元，若選擇連接複數階Rc驗單元，則該等複數階队 遽波單元依序由前1連接後-階，_選擇連接與否係 依需求而定並預先在廠製時完成。 M357800 續參照第3、4圖所示，將就各結構詳細說明：

則述電子開關10之訊號係包含前述PWM訊號及參考電 源VCC之電壓源，刖述每一階队據波單元係包含兩個電阻 元件R、R、一電谷元件C及一二極體元件y，該二極 體元件『之陽極端與—電阻齡Γ—端相連接，其陰極端 $耦接另一電阻元件Γ一端，前述另一電阻元件另端與 前述一電阻元件Γ另端及該電容元件C一端相連接一 起’嗣該電容元件(T另端電性連接至―接地端GND。 , 者’上述第1階RC濾波單元之結構及元件間連結關 係大致與刖述每一階RC滤波單元相同，其不同處係在於前 述二電阻，件Γ與上述第一保護單元2料聯相接，而該 第保濩單元220之陽極端係耦接前述一電阻元件f 一 端，其陰極端係與前述二極體元件『之陽極端電性連接。

復參照第3圖所示，前述電子開關10係包含-第—雷 阻元件Μ、第二雜耕R2、第三餘元件⑹、第 阻轉R4、第五電阻元件R5、第—電容元件g 曰 nQi ’前述第一電阻元件ri 一端耦接前述參考電； ’其另端與該第二電阻元件R2—端電性連接，前、 j阻轉⑹_接於_第二電阻元件R2 -端及第 接。阻碰K1另端相接處，其另端與前述接地端_連 端相=四電阻元件R4 —端係與前述第―電阻元件K1 ~相耦接，其另端鱼 丨卞ία — π 第五電阻元件R5 一端相耦接，嗣 刖述第五電阻元侏、 销Κ无則’ 件舫另端分別耦接至該第一 9 M357800 知及該第一保護單元220之陰極端與前述二極體元件y 之陽極端減處，該第-電容元件α _無接地端_ 相麵接。 前述電晶體（transistor)元件Q1具有一閘極(Gate) 端G、一源極(S〇urce)端S及一汲極(此以…端D，前述閘 極端G麵接前述第二電阻元件R2另端，^^敍極端D減 於該第四電阻元件R4另端及第五電阻元件R5 一端相接 處，前述源極端S係與該第三電阻元件R3另端相耦接（即 相同於與前述接地端GND相連接）。 月!I述電晶體元件Q1係為一 N通道增強型金氧半場效電 晶體（N-Channel Enhancement Mode Field Elffeet

Transistor，簡稱NMOS電晶體），用以作開關控制使用； 在本最佳實施例係以NM0S電晶體說明表示，惟在本創作實 際實施時’電晶體元件Q1並不侷限於NM〇s電晶體，凡可 作為開關使用之電晶體，如雙極性電晶體（BJT)、場效應 電晶體(FET)、金屬氧化物半導體(M0SFET)·..等，均係本創 作在此所稱的電晶體元件Q1，合先陳明。 再者，前述PWM直流穩態輸出電路進一包含一第二保 護單元30 ’鈿述第二保護單元30係為一二極體(j)i〇de)， 用以限制外部高電壓，如一般輸入電壓範圍為〇〜12V(伏 特），若前述第二保護單元30之電壓範圍為〇〜15V(;伏特） 時’藉由刖述第一保護單元30使前述輸入電壓範圍可提高 至15V(伏特）；另者，前述第二保護單元30 一端係耦接於 前述第一電阻元件R1另端與第二電阻元件R2 —端及第三 M357800 電阻元件R3 —端相接處。 以下具體敘述本最佳實施例，係以PWM訊號在低頻率 (如10HZ)時作說明： 明參閱第5、7A圖所示’圖5係為本創作之RC積分濾 波器以2階RC濾波單元電路示意圖，當前述pwM訊號由第 二保護單元30另端輸入，且前述PWM訊號之狀態在關閉 (OFF，即低電位〇)時’使前述pWM訊號無法觸發該電晶體 ^ 元件Q1(即該電晶體元件卬的閘極端G電壓低於源極端s 電壓而關閉），此時，該電晶體元件Q1係處於截止狀態 (〇FF)進而使則述參考電源VCC之電流經該第四電阻元件 R4及第五電阻元件R5後，同時，再分流向第一電容元件 C1及第1、2階RC濾波單元之電容元件c至飽和為止 (如第7A圖所示之τι、T2、T3波形）； 嗣，若前述PWM訊號之狀態在導通(〇N ;即高電位υ 時’使前述PWM訊號立即觸發該電晶體元件Q1(即該電晶 體元件Q1 W閘極端G電壓高於源極端s電壓而開啟），此 時’該電晶體元件Q1則處於導通狀態(〇N)，使前述參考電 源VCC之電流依序流經第四電阻元件R4及該電晶體元件 Q1之沒極端D與源極端S後，並迅速地流入接地端_而 f耗掉，同時，前述第-電容元件C1及第i、2階RC遽波 早凡之電容元件（T、cr於放電過程中（如第7A圖所示之 T3波形）’該第2階rc遽波單元會對第1階队 濾波單=之電位做反顧償，以輸出前述穩態直流位準至 一控制單元（圖中未示）’如風扇驅動晶片（1C)或微控制器 11 M357800 (MCU)，使前述控制單元依據接收之穩態直流位準以準確判 讀風扇轉速輸出，並同時控制風扇之運轉，因此，有效使 風扇轉速於PWM訊號低頻輸入時得到穩態輸出（即穩態直 流位準）。 接著參照第6、7B圖所示，圖6係為本創作之Rc積分 濾、波器以3階RC濾波單元電路示意圖，當前述觸訊號由 第二保護單元30另端輸入，且前述剛訊號之狀態在關閉 (OFF，即低電位〇)時，使前述PWM訊號無法觸發該電晶體 兀件Q1(即該電晶體元件Q1的閘極端G電壓低於源極端s 電壓而關閉），此時，該電晶體元件Q1係處於截止狀態 (OFF) ’進而使前述參考電源vcc之電流經該第四電阻元件 R4及第五電阻元件R5後，同時，再分流向第一電容元件 C1及第1、2、3階RC濾波單元之電容元件γ、C，、（Γ至 飽和為止（如第7Β圖所示之ΤΙ、Τ2、Τ3、Τ4波形）； 嗣’若前述PWM訊號之狀態在導通(on ;即高電位d 時，使别述PWM訊號立即觸發該電晶體元件qi(即該電晶 體元件Q1的閘極端G電壓高於源極端s電壓而開啟），此 時，該電晶體元件Q1則處於導通狀態⑺N)，使前述參考電 源VCC之電流依序流經第四電阻元件R4及該電晶體元件 Q1之汲極端D與源極端S後，並迅速地流入接地端GND而 消耗掉，同時’前述第一電容元件C1及第1、2、3階RC 遽波單元之電容元件C、c' CT於放電過程中（如第7B圖 所示之ΤΙ、T2、T3、T4波形），依序前述第3階RC濾波單 凡會對第2階RC濾波單元之電位做反饋補償，嗣第2階 12 M357800

Rf’慮波單元财對第丨随波單元之電位做反綱償，以 3 ]輸出則述穩態直流位準後，再傳送該控制單元（圖中未 不）’使刖秘鮮元錄触之鶴錢辦鱗確判讀 風扇轉速輸出’朗時控槪扇之運轉，因此，有效使風 扇轉速於PWM訊號低頻輸入時得到穩態輸出（即穩態直流 位準）。 以上所述，本創作係一種PWM直流穩態輸出電路，其 具有下列之優點： 1具有輸出穩定直流位準。 2·具有依電路需求增減前述RG 波單元的酸，以有效作 調整。 3.於低頻率PWM輸入時，使該控制單元能準確抓取穩態直 流位準’進而使風扇轉速輸出穩定。 准以上所述者’僅係本創作之較佳可行之實施例而 已，舉凡利用本創作上述之方法、形狀、構造、裝置所為 之變化’皆應包含於本案之權利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1A圖係習知之PWM轉直流電壓電路示意圖； 第1B圖係習知之PWM、T波形示意圖； 第2圖係本創作之PWM直流穩態輸出電路方塊示意圖； 第3圖係本創作之PWM直流穩態輸出電路示意圖； 第4圖係本創作之RC積分滤波器電路示意圖； 第5圖係本創作之RC積分濾波器以2階rC濾波單元電路 13 M357800 不意圖， 第6圖係本創作之RC積分濾波器以3階RC濾波單元電路 不意圖， 第7A圖係本創作之PWM、ΤΙ、T2、T3波形示意圖；及 第7B圖係本創作之PWM、ΤΙ、T2、T3、T4波形示意圖。 【主要元件符號說明】

電子開關 … 10 源極端 …S 訊號輸入端 … 101 汲極端 …D 高電位端 … 102 RC積分遽波器 …20 第一電阻元件… R1 電阻元件 …r 第二電阻元件… R2 電容元件 …r 第三電阻元件… R3 二極體元件 …r 第四電阻元件… R4 接地端 …GND 第五電阻元件… R5 參考電源 …VCC 第一電容元件… C1 第一保護單元 …220 電晶體元件 … Q1 第二保護單元 …30 閘極端 … G 14

Claims (1)

1. M357800 九、申請專利範園： L 一種PWM直流穩態輸出電路，包括： 一電子開關，具有一訊號輸入端及一高電位端，且一 p卿J 訊號從前述訊號輸入端輸入；及 一 RC積分濾波器，具有至少一 RC濾波單元及一第一保 濃卓元，剛述RC濾波皁元為i+n階，其中第1階扣滤 . 波單元連接前述電子開關及第一保護單元，其中第n階 > RC濾波單元連接前述第丨階RC濾波單元，並且所述η Ρ白RC濾波單元依序由前一階連接後一階，前述電子開關 之訊號經由前述RC積分遽波器的反饋補償，輸出一穩態 直流位準。 2. 如申請專利範圍第1項所述之顺直流穩態輸出電路， 其中則述每一階RC濾波單元包含兩個電阻元件、一電容 元件及-二極體元件’該二極體元件之陽極端與一電阻 兀件-端相連接’其陰極端則搞接另一電阻元件一端， 丨該電阻70件另端無—電阻元件另端及該電容元件 -端相連接，該電容元件另端输至該接地端。 3. 如申請專利範圍第1項所述之顺直流穩態輸出電路， 其中前述電子開關包含： -第-電阻το件’其~端輪__參考電源； -第=電阻兀件，其—端她該第—電阻元件另端； -第二電阻兀件’其—端分軸接於該第二電阻元件一 端與該第-電阻元件另端，其另侧耦接—接地端； -第四電阻元件，其—端與該第—電阻元件—端相輕接·， 15 M357800 一笛一電^件’其—軸接該第四電阻元件另端； 二Γ電容元件，其—端輕接該第五電阻元件另端，其 另端輕接該接地端；及 一電晶體树’該電晶體元件之-_端減該第二電 P元件另#其-源極端則耗接該第三電阻另端，其一 没極端__第四恤元件另端_第五電阻元件一 端相接處。 4. 如申請專利範圍第3項所述之簡錢穩態輪出電路， 進-包含-第二保護單元’該第二保護單元—端係雛 於該第電阻元件另端與該第二電阻元件一端及該第三 電阻元件一端相接處，用以限制外部高電壓。 5. 如申請專利範圍第4項所狀PWM直流穩態輸出電路， 其中該第二保護單元係為一二極體。 6. 如申請專利範圍第1項所述之PWM直流穩態輸出電路， 其中該第一保護單元係為一二極體。 7. 如申請專利範圍第1項所述之pwm直流穩態輸出電路， 其中η是從0開始的正整數。 8. —種PWM直流穩態輸出電路，包括： 一電子開關，具有一訊號輸入端及一高電位端，且一 ρ獅 訊號從前述訊號輸入端輸入；及 一 RC積分濾波器，具有至少一 RC濾波單元及一第一保 護單元，前述RC濾波單元為至少一階，其中第1階Rc 濾波單元連接前述電子開關及第一保護單元，前述電子 開關之訊號經由前述RC積分渡波器的反饋補償’輪出一 16 M357800 穩態直流位準。 9. 如申請專利範圍第8項所述之酬直流穩態輸出電路， ’、中引述第1 RC遽波單元之後依序連接複數階此滤 波單元’並且前述複數階Rc濾波單元則依序由前一階連 接後一階。 10. 如申^專利範圍第9項所述之酬直流穩態輪出電路， 其中前述每一階Rct、波單元包含兩個電阻元件、一電容 兀件及-二極體元件，該二極體元件之陽極端與一電阻 兀件-端相連接’其陰極端則雛另一電阻元件一端， 該另一電阻元件另端與該—電阻元件另端電容元件 端相連接’該f容元件另端祕至該接地端。 11.如申請專利範圍第9項所述之PWM直流穩態輸出電路， 其中前述電子開關包含： -第-電阻元件’其—端祕—參考電源； 第-電阻元件，其—端輕接該第—電阻元件另端； 第二電阻7G件，其—端分獅接於該第二電阻元件一 端與該第-電阻元件另端，其另端縣接—接地端； 一=四電阻轉’其-端與該第一電阻元件一端相輕接； 々五電阻元件’其—端輕接該第四電阻元件另端； 一第-電容树，其-端_該第五電阻元件另端，其 另端耦接該接地端；及 體元件，該電晶體元件之—_端雛該第二電 阻兀件另端，其-源極端則_該第三電阻另端，其一 沒極端轉接於該第四電阻元件㈣與該第五電阻元件一 17 M357800 端相接處。 12. 如申請專利範圍第11項所述之直流穩態輸出電 路，進一包含一第二保護單元，該第二保護單元一端係 輛接於§亥第一電阻元件另端與該第二電阻元件一端及該 第三電阻元件一端相接處’用以限制外部高電壓。 13. 如申請專利範圍第12項所述之PWM直流穩態輸出電 路，其中該第'一保護早元係為一二極體。 14. 如申請專利範圍第9項所述之PWM直流穩態輸出電路， 其中該第一保護單元係為一二極體。