TWI416298B - 電壓調節電路及具有該電壓調節電路的電源適配器 - Google Patents

Description

電壓調節電路及具有該電壓調節電路的電源適配器

本發明涉及一種電壓調節電路，特別是涉及一種能夠補償因傳輸線阻抗所造成的電壓損耗的電壓調節電路及具有該電壓調節電路的電源適配器。

電源適配器用於給外部設備輸出一個標準工作電壓，以供外部設備正常工作。目前電源適配器均使用1m或1.5m，甚至更長的傳輸線才能連接到外部設備上，然而，由於傳輸線上具有一定的阻抗，當有電流流過時，在傳輸線上的電壓損耗會使外部設備實際接收到的電壓比其標準工作電壓低，從而可能導致外部設備的系統不穩定。

有鑒於此，有必要提供一種能夠對傳輸線上的電壓損耗作有效的電壓補償，並能提供穩定的輸出電壓的電壓調節電路。

還有必要提供一種電源適配器，包括該電壓調節電路，該電壓調節電路能夠對傳輸線上的電壓損耗作有效的電壓補償，使電源適配器提供穩定的輸出電壓。

一種電壓調節電路，包括分壓電路、參考電壓產生電路及阻抗調節電路，該分壓電路具有第一電壓參考端及第二電壓參考端，該第二電壓參考端與電壓調節電路的電壓輸出端連接。該參考電壓產生電路具有一第三電壓參考端，用於輸出一個穩定的參考電壓，該第三電壓參考端與分壓電路的第一電壓參考端連接，從而將該第一電壓參考端的電壓限制為該參考電壓。阻抗調節電路與電壓調節電路的電壓輸出端及第一電壓參考端連接，用於給第一電壓參考端提供一等效阻抗，該等效阻抗的阻抗值在電壓調節電路的電壓輸出端的輸出電流發生變化時，根據該電流的變化而作相應的變化。該分壓電路在參考電壓產生電路及阻抗調節電路的共同作用下調節其第二電壓參考端的電壓，從而調節電壓調節電路的電壓輸出端的電壓。

一種電源適配器，包括交流電介面、AC/DC電路、電壓調節電路以及輸出埠，該交流電介面用於連接外部交流電向AC/DC電路提供電流，AC/DC電路將交流電轉換成直流電輸入電壓調節電路中，電壓調節電路再將直流電調節為合適的電壓輸出至輸出埠。該電壓調節電路包括分壓電路、參考電壓產生電路及阻抗調節電路，該分壓電路具有第一電壓參考端及第二電壓參考端，該第二電壓參考端與電壓調節電路的電壓輸出端連接。該參考電壓產生電路具有一第三電壓參考端，用於輸出一個穩定的參考電壓，該第三電壓參考端與分壓電路的第一電壓參考端連接，從而將該第一電壓參考端的電壓限制為該參考電壓。阻抗調節電路與電壓調節電路的電壓輸出端及第一電壓參考端連接，用於給第一電壓參考 端提供一等效阻抗，該等效阻抗的阻抗值在電壓調節電路的電壓輸出端的輸出電流發生變化時，根據該電流的變化而作相應的變化。該分壓電路在參考電壓產生電路及阻抗調節電路的共同作用下調節其第二電壓參考端的電壓，從而調節電壓調節電路的電壓輸出端的電壓。

本發明的電壓調節電路可根據接入的不同傳輸線產生的不同電壓損耗，通過參考電壓產生電路的第三電壓參考端限制分壓電路的第一電壓參考端的電壓，並通過阻抗調節電路來自動動態地調節第一電壓參考端的對地阻抗，從而調節電源適配器的輸出電壓，以抵消傳輸線上的電壓損耗，達到電壓補償的目的。

100‧‧‧電源適配器

10‧‧‧交流電介面

20‧‧‧AC/DC電路

30‧‧‧電壓調節電路

31‧‧‧分壓電路

32‧‧‧參考電壓產生電路

33‧‧‧阻抗調節電路

40‧‧‧輸出埠

50‧‧‧傳輸線

60‧‧‧外部設備

圖1為本發明一實施例中電源適配器的功能模組圖，該電源適配器具有一個電壓調節電路。

圖2為圖1中電壓調節電路的具體電路圖。

請參閱圖1，一電源適配器100由交流電介面10、AC/DC電路20、電壓調節電路30以及輸出埠40構成。其中，交流電介面10用於連接外部交流電Vin向AC/DC電路20提供電流，AC/DC電路20將交流電Vin轉換成直流電輸入電壓調節電路30中，電壓調節電路30再將直流電調節為合適的電壓Uout輸出至輸出埠40。

請同時參閱圖2，本實施方式中，該電壓調節電路30包括一分壓電路31、一參考電壓產生電路32及一阻抗調節電路33，其中，該分壓電路31具有一第一電壓參考端A1及第二電壓參考端A2，該第 二電壓參考端A1與電壓調節電路30的電壓輸出端Vout連接。該參考電壓產生電路32具有一第三電壓參考端R，用於輸出一個穩定的參考電壓，該第三電壓參考端R與分壓電路31的第一電壓參考端A1連接，從而將該第一電壓參考端A1的電壓限制為該參考電壓。阻抗調節電路33與電壓調節電路30的電壓輸出端Vout及第一電壓參考端A1連接，用於給第一電壓參考端A1提供一等效阻抗，該等效阻抗的阻抗值在電壓調節電路30的電壓輸出端Vout的輸出電流發生變化時，根據該電流的變化而作相應的變化。該分壓電路31在參考電壓產生電路32及阻抗調節電路33的共同作用下調節其第二電壓參考端A2的電壓，從而調節電壓調節電路30的電壓輸出端Vout的電壓。

本實施方式中，分壓電路31包括相互串聯的第一分壓電阻R1及第二分壓電阻R2，該第一分壓電阻R1與第二分壓電阻R2的連接節點構成該第一電壓參考端A1，第一分壓電阻R1遠離該第一電壓參考端A1的一端接地，第二分壓電阻R2遠離該第一電壓參考端A1的一端構成第二電壓參考端A2，該第二電壓參考端A2與電壓調節電路30的電壓輸出端Vout連接，並通過電感L1及二極體D1與電壓輸入端V’in連接，本實施方式中，該電壓輸入端V’in的輸入電壓為AC/DC電路20的輸出電壓。

該參考電壓產生電路32包括一穩壓器D2及一光耦合器U1，其中，該穩壓器D2的陽極A接地，陰極C通過光耦合器U1及二極體D1與電壓調節電路30的電壓輸入端V’in連接，該穩壓器D2還具有一參考端R，該參考端R構成參考電壓產生電路32的第三電壓參考端R ，該參考端R通過電容C3及電阻R3與陰極C連接。穩壓管D2通過光耦合器U1獲得一個工作電壓，並在其參考端R輸出一個穩定的參考電壓Uref，從而將第一電壓參考端A1的電壓限制為該參考電壓Uref。

阻抗調節電路33包括第一開關元件Q1及第二開關元件Q2，其中，第一開關元件Q1及第二開關元件Q2均包括一控制端與第一及第二導通端。本實施方式中，當該第一開關元件Q1及第二開關元件Q2的控制端與第一導通端之間具有一定的電壓差時，該第一開關元件Q1及第二開關元件Q2處於導通狀態，否則截止。當控制端與第一導通端處於不同的電壓差會使第一開關元件Q1及第二開關元件Q2均處於不同的導通程度，並具有不同的導通內阻。

本實施方式中，第一開關元件Q1採用PNP三極管，第二開關元件Q2採用NPN三極管。第一開關元件Q1及第二開關元件Q2的控制端對應三極管的基極，第一導通端對應三極管的發射極，第二導通端對應三極管的集電極。其中，PNP三極管Q1的基極通過電阻R4與電壓調節電路30的電壓輸出端Vout連接，Q1的發射極通過電感L1與該電壓輸出端Vout連接，Q1的集電極與NPN三極管Q2的基極連接。NPN三極管Q2的發射極接地，集電極通過電阻R5與電壓調節電路30的第一電壓參考端A1連接。

本實施方式中，第一分壓電阻R1及第二分壓電阻R2為具有大阻抗值的電阻，當電壓輸出端Vout未與外部設備60連接，即空載時，流過電感L1、第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2組成的回路的電流非常小，電感L1上的壓降接近於零，且電阻R4上也不產生壓降 ，因此，PNP三極管Q1的基極及發射極之間的電壓差為零，Q1截止，導致NPN三極管Q2的基極沒有輸入電流流過，因此，Q2也截止。此時，該電壓調節電路30通過穩壓管D2、第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2在電壓調節電路30的電壓輸出端Vout輸出一個穩定的電壓值Uout，該電壓值Uout=(R1+R2)*Uref/R1，該電壓值Uout被預設為與電源適配器100連接的外部設備60所需的標準工作電壓相等。

當電壓輸出端Vout通過傳輸線50連接外部設備60時，電壓輸出端Vout與外部設備60的負載構成一回路，從而輸出電流不為零，傳輸線50由於具有一定的阻抗而產生一定的壓降，外部設備60實際獲取的電壓值比其工作電壓Uout小。

此時，電感L1及電阻R4由於有電流流過而分別產生一壓降，PNP三極管Q1的發射極與基極之間由於串聯有電感L1及電阻R4而具有一電壓差，因此PNP三極管Q1導通。NPN三極管Q2的基極通過導通的PNP三極管Q1及電感L1連接到電壓輸出端而獲得一個電壓，因此NPN三極管Q2也導通。此時，電阻R5及NPN三極管Q2的導通內阻Rq2的總阻值即構成第二分壓電阻R2的等效並聯阻抗，從而降低第一電壓參考端A1的對地阻抗，這時，輸出電壓Uout=(R2+R1//(R5+Rq2))*Uref/(R1//(R5+Rq2))，該輸出電壓Uout增大，從而補償傳輸線50上的電壓損耗，使外部設備60獲取的電壓與其工作電壓相等。

對於同一個外部設備60，傳輸線50越長，傳輸線50的阻抗越大，在傳輸線50上產生的壓降會越大，從而同樣的供電電壓通過傳輸 線50傳輸給外部設備60後電壓值會越小，此時，外部設備60由於輸入電壓小於其標準工作電壓而不能正常工作，其等效阻抗降低，導致電壓調節電路30的電壓輸出端Vout提供給外部設備60的輸出電流變大。此時，流過電感L1及電阻R4的電流變大，電感L1及電阻R4的電勢差也變大，從而PNP三極管Q1的基極與發射極之間的電壓差增大，PNP三極管Q1的導通程度變大，從而NPN三極管Q2的基極的電壓上升，使得NPN三極管Q2的導通程度也變大，NPN三極管Q2的導通內阻減小，導致電阻R2的等效並聯阻抗減小，電壓輸出端Vout的電壓被提升得更高，以抵消傳輸線50上的壓降，進而達到電壓補償的目的。

本發明的電壓調節電路30可根據接入的不同傳輸線50產生的不同電壓損耗，通過參考電壓產生電路32的第三電壓參考端R限制分壓電路31的第一電壓參考端A1的電壓，並通過阻抗調節電路33來自動動態地調節第一電壓參考端A1的對地阻抗，從而調節電源適配器100的輸出電壓，以抵消傳輸線50上的電壓損耗，達到電壓補償的目的。

本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍之內，對以上實施例所作的適當改變和變化都落在本發明要求保護的範圍之內。

30‧‧‧電壓調節電路

31‧‧‧分壓電路

32‧‧‧參考電壓產生電路

33‧‧‧阻抗調節電路

Claims (10)

1. 一種電壓調節電路，其改良在於，包括分壓電路、參考電壓產生電路及阻抗調節電路，該分壓電路具有第一電壓參考端及第二電壓參考端，該第二電壓參考端與電壓調節電路的電壓輸出端連接；該參考電壓產生電路具有一第三電壓參考端，用於輸出一個穩定的參考電壓，該第三電壓參考端與分壓電路的第一電壓參考端連接，從而將該第一電壓參考端的電壓限制為該參考電壓；阻抗調節電路與電壓調節電路的電壓輸出端及第一電壓參考端連接，用於給第一電壓參考端提供一等效阻抗，該等效阻抗的阻抗值在電壓調節電路的電壓輸出端的輸出電流發生變化時，根據該電流的變化而作相應的變化；該分壓電路在參考電壓產生電路及阻抗調節電路的共同作用下調節其第二電壓參考端的電壓，從而調節電壓調節電路的電壓輸出端的電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓調節電路，其中，該分壓電路包括相互串聯的第一分壓電阻及第二分壓電阻，該第一分壓電阻與第二分壓電阻的連接節點構成該第一電壓參考端，第二分壓電阻遠離該第一電壓參考端的一端構成第二電壓參考端。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓調節電路，其中，該參考電壓產生電路包括一穩壓器，該穩壓器具有一參考端，該參考端構成參考電壓產生電路的第三電壓參考端，用於輸出一個穩定的參考電壓，從而將第一電壓參考端的電壓限制為該參考電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電壓調節電路，其中，該阻抗調節 電路包括第一開關元件及第二開關元件，該第一開關元件及第二開關元件均包括一控制端與第一及第二導通端，該第一開關部件的控制端通過一第三電阻與電壓調節電路的電壓輸出端連接，第一導通端通過一電感與該電壓輸出端連接，第二導通端與第二開關元件的控制端連接，第二開關元件的第一導通端接地，第二導通端通過一第四電阻與電壓調節電路的第一電壓參考端連接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電壓調節電路，其中，當該第一開關元件及第二開關元件的控制端與第一導通端之間達到預定的電壓差時，該第一開關元件及第二開關元件處於導通狀態，否則截止；當控制端與第一導通端處於不同的電壓差會使第一開關元件及第二開關元件均處於不同的導通程度，並具有不同的導通內阻。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電壓調節電路，其中，該第一開關元件採用PNP三極管，該第二開關元件採用NPN三極管，該第一開關元件及該第二開關元件的控制端對應三極管的基極，第一導通端對應三極管的發射極，第二導通端對應三極管的集電極。
7. 一種電源適配器，包括交流電介面、AC/DC電路、電壓調節電路以及輸出埠，該交流電介面用於連接外部交流電向AC/DC電路提供電流，AC/DC電路將交流電轉換成直流電輸入電壓調節電路中，電壓調節電路再將直流電調節為合適的電壓輸出至輸出埠，其改良在於，該電壓調節電路包括分壓電路、參考電壓產生電路及阻抗調節電路，該分壓電路具有第一電壓參考端及第二電壓參考端，該第二電壓參考端與電壓調節電路的電壓輸出端連接；該參考電壓產生電路具有一第三電壓參考端，用於輸出一個穩定的參 考電壓，該第三電壓參考端與分壓電路的第一電壓參考端連接，從而將該第一電壓參考端的電壓限制為該參考電壓；阻抗調節電路與電壓調節電路的電壓輸出端及第一電壓參考端連接，用於給第一電壓參考端提供一等效阻抗，該等效阻抗的阻抗值在電壓調節電路的電壓輸出端的輸出電流發生變化時，根據該電流的變化而作相應的變化；該分壓電路在參考電壓產生電路及阻抗調節電路的共同作用下調節其第二電壓參考端的電壓，從而調節電壓調節電路的電壓輸出端的電壓。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源適配器，其中，該分壓電路包括相互串聯的第一分壓電阻及第二分壓電阻，該第一分壓電阻與第二分壓電阻的連接節點構成該第一電壓參考端，第二分壓電阻遠離該第一電壓參考端的一端構成第二電壓參考端。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電源適配器，其中，該參考電壓產生電路包括一穩壓器，該穩壓器具有一參考端，該參考端構成參考電壓產生電路的第三電壓參考端，用於輸出一個穩定的參考電壓，從而將第一電壓參考端的電壓限制為該參考電壓。
10. 如申請專利範圍第7項所述之電源適配器，其中，該阻抗調節電路包括第一開關元件及第二開關元件，該第一開關元件及第二開關元件均包括一控制端與第一及第二導通端，該第一開關部件的控制端通過一第三電阻與電壓調節電路的電壓輸出端連接，第一導通端通過一電感與該電壓輸出端連接，第二導通端與第二開關元件的控制端連接，第二開關元件的第一導通端接地，第二導通端通過一第四電阻與電壓調節電路的第一電壓參考端連接。