可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法

2023-04-22 20:54:06

專利名稱：：可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法
技術領域：
：本案為一種電源電路與其調整方法，更特別地，本發明是關於一種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法。
背景技術：
：現今，一般可調整電壓的電源電路(AdjustableVoltagePowerCircuit)即如圖1所示，電源電路1包含一穩壓器10以及一分壓電路11,其中穩壓器10具有一輸入端IN、一輸出端OUT、一調整端ADJ以及一接地端GND，而分壓電路11具有一第一電阻R1與一第二電阻R2，輸入端IN用以接收一輸入電壓Vi，輸出端OUT用以輸出一輸出電壓Vo,接地端GND用於接地，第一電阻R1耦接於輸出端OUT和第二電阻R2之間，第一電阻R1與第二電阻R2之間具有一節點12耦接於調整端ADJ，且第二電阻R2連接至地。根據圖1所示，輸出電壓Vo經由分壓電路11中的第一電阻R1與第二電阻R2進行分壓後，在節點12產生一分壓電壓並反饋至調整端ADJ與穩壓器10的一參考電壓&<比較，一旦該分壓電壓小於參考電壓&<，將會驅使輸出電壓Vo增加，而當該分壓電壓大於參考電壓F^e/時，將驅使輸出電壓Vo減少。其恆等式如下R2Rl+R2卩Rl、ro=x1+——、R2」由此恆等式可知道，故只要改變第一電阻Rl和第二電阻R2的比值即可改變輸出電壓Vo。因此，若第一電阻R1的電阻值遠小於第二電阻R2的電阻值時(Rl<<R2),即第一電阻R1對第二電阻R2的比值小到可忽略時，電源電路l的最低輸出電壓Vo大約等於參考電壓Fre/。也就是說，若參考電壓J^e/是1.22V,其最低輸出電壓Vo大約也會是1.22V，換言之，最低輸出電壓Vo受限於參考電壓Fre/，在使用上而有所限制。而若將電源電路看作是一個小型電源供應器，上述無法將輸出電壓Vo調整至趨近於OV的事實存在時，使用上即會受限，進而造成使用時的不便。因此，本案發明人有鑑於上述已知技術的揭露與其不足之處，而發明出的"可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法"，以經由調整產生趨近於OV的輸出電壓。
發明內容本案的主要目的在於提供一種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法，通過一增益電路(G)所構成的負反饋機制，進而將輸出電壓的可調整的範圍向下拉而可低於其參考電壓。本案的另一目的在於提供一種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法，其通過調整該電源電路的輸出電壓相對於一參考電壓的一增益並反饋到一穩壓器的I調整端，進而達到將該輸出電壓調整至趨近於零的目的。本案的又一目的為提供一種電源電路，其包含一穩壓器，具有一輸入端、一輸出端以及一調整端，其中該輸入端接收一輸入電壓，該輸出端輸出一輸出電壓；一分壓電路，耦接於該輸出端與地之間，利用該輸出電壓以產生一分壓電壓；以及一增益電路，耦接至該調整端與該分壓電路，接收該分壓電路所產生的該分壓電壓，以調整該輸出電壓相對於一參考電壓的一增益。根據上述構想，該增益電路包含一運算放大器、一輸入電阻以及一反饋電阻，該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，該輸入電阻耦接於該反向輸入端與地之間，且該反饋電阻耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，於是藉由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值大小，以調整該增益並反^t至該調整端。根據上述構想，該增益電路可以更包含至少一運算放大器、至少一電晶體、至少一微處理控制器或是至少一類比乘法器，其中電晶體是選自於一雙載子接面電晶體(BJT)、一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)以及一接面場效電晶體(JFET)其中之I。根據上述構想，該分壓電路包含依序串聯的一第一電阻與一第二電阻，該第一電阻耦接至該輸出端，該第二電阻耦接至地，該第一電阻與該第二電阻之間具有一節點，且該節點耦接至該增益電路，以將該分壓電壓傳送至該增益電路。才艮據上述構想，當該反饋電阻的電阻值遠小於該輸入電阻的電阻值，且該第一電阻的電阻值遠小於該第二電阻的電阻值時，該輸出電壓等於該參考電壓。根據上述構想，而若該第二電阻的電阻值相同於該輸入電阻的電阻值，且該反饋電阻為一可變電阻時，可通過調整該可變電阻的電阻值以控制該輸出電壓，於是該輸出電壓可以被調整至趨近於零。根據上述構想，該穩壓器為一線性電壓穩壓器，該線性電壓穩壓器為一低壓差線性穩壓器。根據上述構想，該穩壓器為一交換式電壓穩壓器，該交換式電壓穩壓器為一降壓式穩壓器。本案的又一目的為提供一種在一電源電路中調整輸出電壓的方法，其包含下列步驟輸入一輸入電壓於一穩壓器中，其中該穩壓器具有一輸入端、一輸出端與一調整端；決定一參考電壓；以及提供一增益電路，耦接於該輸出端與該調整端之間，經由變化該增益電路的一增益大小，並反饋至該調整端與該參考電壓相較，以調整該輸出電壓。根據上述構想，該方法更包含一步驟提供一分壓電路耦接至該輸出端與該增益電路，藉以產生一分壓電壓以供該增益電路進行該增益變化。根據上述構想，該增益電路包含一運算放大器、一輸入電阻以及一反饋電阻，該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，而該輸入電阻耦接於該反向輸入端與地之間，該反饋電阻耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，且經由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值，以調整該增益的大小，進而調整該輸出電壓至趨近於零。本案的又一目的為提供一種在一電源電路中調整輸出電壓的方法，其包含下列步驟輸入一輸入電壓於一穩壓器中，其中該穩壓器具有一輸入端、一輸出端與一調整端；決定一參考電壓；以及提供一運算放大器，耦接於該輸出端與該調整端之間，其中該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，且提供一輸入電阻耦接於該反向輸入端與地之間，和一反饋電阻耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，經由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值大小，以產生一增益變化，並反饋至該調整端與該參考電壓相較，以調整該輸出電壓。根據上述構想，該方法更包含一步驟提供一分壓電路耦接至該輸出端與該增益電路，藉以產生一分壓電壓以供該增益電路進行該增益變化。根據上述構想，該輸出電壓是被調整至趨近於零。本案的又一目的為提供一種電源電路，其包含一穩壓器，具有一輸入端、一輸出端以及一調整端，其中該輸入端接收一輸入電壓，該輸出端輸出一輸出電壓；一第一電阻，耦接於該輸出端；一第二電阻，耦接於該第一電阻與地之間，其中該第一電阻與該第二電阻之間具有一節點；以及一運算放大器，耦接於該調整端與該節點之間，其中該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，一輸入電阻耦接於該反向輸入端與地之間，一反饋電阻耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，經由調整該反^"電阻對該輸入電阻的比值大小，以產生一增益變化並反^"至該調整端，進而調整該輸出電壓。根據上述構想，輸出電壓是被調整至趨近於零。此技術無須增加許多繁複的軟硬體設備，且實施成本極為低廉。且，本案的可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法的技術原理極為簡單，可以適用在多種降壓型的穩壓器中，並提供極高的便利性，因此可以有效增進產業的進步。本案的功效與目的，可藉由下列實施方式說明，以有更深入的了解。圖l是為已知電源電路的電路示意圖。圖2是為本案較佳實施例的I種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法的概要電路示意圖。圖3是為本案較佳實施例的I種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法的具體電路架構示意圖。圖4(A)和(B)是分別為將本案較佳實施例的電源電路進行模擬測量後的各項相對關係圖。圖5(A)和(B)是分別為可適用於本案增益電路中的一雙載子接面電晶體(BJT)和一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的電路示意圖。具體實施例方式將於下文中說明本發明，熟悉本技術者須了解下文中的說明僅是作為例證用，而不用於限制本發明。以下針對本案較佳實施例的可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法進行描述，但實際架構與所採行的方法並不必須完全符合描述的架構與方法，熟習本技藝者當能在不脫離本發明的實際精神及範圍的情況下，做出種種變化及修改。電源電路與其調整方法的概要電路示意圖。一電源電路2包含有一穩壓器20、一分壓電路21和一增益電路23,穩壓器20具有一輸入端IN、一輸出端OUT、一調整端ADJ以及一接地端GND,其中輸入端IN是接收一輸入電壓Vi,輸出端OUT是輸出一輸出電壓Vo,接地端GND則用以接地。此外，分壓電路21耦接於輸出端OUT與地之間，其具有一第一電阻R1與一第二電阻R2，第一電阻R1與第二電阻R2是串接於輸出端OUT和地之間，且第一電阻R1與第二電阻R2之間具有一節點22，利用輸出電壓Vo產生一分壓電壓，而增益電路23是耦接於調整端ADJ與節點22之間，用以接收分壓電路21所產生的該分壓電壓，於是通過增益電路23以控制輸出電壓Vo相對於一參考電壓Fre/的一增益，並反饋至調整端ADJ,即formulaseeoriginaldocumentpage10其中，G代表該增益，F^e/是電源電路2的參考電壓。因此分壓電路21通過增益電路23的增益調整以產生一反饋電壓反饋至調整端ADJ，當該反饋電壓小於參考電壓J^e/時，則增加輸出電壓Vo,而當該反饋電壓大於參考電壓Fre/時，則輸出電壓Vo遞減，如此一來即可達到控制輸出電壓Vo的目的，而可將輸出電壓Vo拉低到參考電壓Fre/之下，進而可使輸出電壓Vo趨近於零。請參閱圖3，其是為本案較佳實施例的可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法的具體電路架構示意圖。電源電路3的基本電路架構與圖2的電源電路2是相同的，均是由一穩壓器30、一分壓電路31和一增益電路33所構成。所不同的是，圖3的增益電路33是由一輸入電阻Ri、一反饋電阻Rf以及一運算放大器OPA所構成，運算放大器OPA包含一反向輸入端、一非反向輸入端與一輸出端，輸入電阻Ri耦接於該反向輸入端與地之間，反饋電阻Rf耦接於該反向輸入端與該輸出端之間，並與輸入電阻Ri串聯，該非反向輸入端則耦接至分壓電路31的節點32，運算放大器OPA的該輸出端則耦接於穩壓器30的調整端ADJ。因此，本案可以藉由調整該反饋電阻Rf對輸入電阻Ri的比值大小，調整增益電路33所產生的增益(G),並反饋至調整端ADJ以控制輸出電壓Vo。其具體公式推演如下formulaseeoriginaldocumentpage10若Rf-Rl,Ri-R2，則FCe/因此，假設Rf^〈Ri時，可忽略其中Rf/Ri的比值，則最大的輸出電壓Vo可由分壓電路31中第一電阻R1對第二電阻R2的比值來決定。接著，再由改變反饋電阻Rf對輸入電阻Ri的比值來決定最低輸出電壓Vo。而若是第二電阻R2的電阻值相同於輸入電阻Ri的電阻值時，則只要改變反饋電阻Rf的電阻值就可以控制輸出電壓Vo，因此反饋電阻Rf可以是一可變電阻。再則，本案可適用的穩壓器(20，30)可以是用於降壓的各種穩壓器，具體而言可以是一線性電壓穩壓器(LinearRegulator)，如一低壓差線性穩壓器(LowDropoutRegulator,LDO),或是一交換式電壓穩壓器(SwitchingRegulator),如一降壓式穩壓器(Step-DownRegulator)。實驗例以具有型號為LT1761SD的低壓差線性穩壓器(LDO)的電源電路為例，其輸出電壓(Vo)是為可調整型(AdjustableOutputVoltage),其相關規格如下最大輸入電壓Vi(max)=20V、最大輸出電流Io(max)=100mA、最小電壓差(DropoutVoltage)(Io=100mA)^0.5V以及參考電壓^reXtyp.)=1.22V。因此，本案可以據以設計出可從0.05V至10V之間進行調整的輸出電壓Vo，計算方式如下首先，第一步為formulaseeoriginaldocumentpage11接著，第二步為G)Vo(min)=0.05V^Rf=1.99Meg於是，反饋電阻Rf可以選用2Meg的可變電阻(Potentiometer),即可藉由調整可變電阻Rf的電阻值而改變輸出電壓Vo，有如小型電源供應器一般。而若依照上述具體數據分別放入圖3的電路以進行電路模擬實驗，其中各項測量數據的偵測位置是為該圖3中的接點34。因此，請參閱圖4(A),其是為可變電阻Rf與輸出電壓Vo的相對關係圖，可以明顯看到隨著可變電阻Rf的增加，其輸出電壓Vo也隨之下降，其曲線斜率變化隨著可變電阻Rf的增加而漸趨變緩，最後到當可變電阻Rf增加到1.87Meg時，輸出電壓Vo可降低到50mV(即0.05V)。而若以輸入電壓Vi與輸出電壓Vo的相對關係進行比較，還請參閱圖4(B),其可以明顯看出即使輸入電壓Vi由12V遞增到20V,其輸出電壓Vo仍可維持在46mV或47mV之間，而不會有太多變化，因此由此等關係圖中可以有效了解本案所揭示的電源電路與其調整方法確實可以通過增益電路的設計以構成一簡易的負反饋機制而可產生趨近於零的輸出電壓Vo。然而，除了上述較佳實施例所提的運算放大器OPA之外，本案所揭示的增益電路可以用任何形式的增益電路來實現，例如電晶體、類比乘法器或是微處理控制器(MCU)等可以提供增益反饋的任何電子元件，其中如圖5(A)和(B)所示，該電晶體可以是一雙載子接面電晶體(BJT)(圖5(A))或是一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)(圖5(B))，亦可以是一接面場效電晶體(JFET)。只要該增益電路可以產生一增益變化並反饋至穩壓器的調整端ADJ，即可將穩壓器的輸出電壓Vo調整至趨近於0V。綜上所述，本案確實提供一種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法，提供一增益電路設置在一電源電路的一分壓電路與一穩壓器之，72K0.05V=1.22Vx~~^1+且10K間，通過調整增益電路其中的電阻比值大小的變化以產生一增益變化並反饋至該穩壓器的調整端與既有的參考電壓相較，進而調整輸出電壓以低於參考電壓，並甚至可輸出趨近ov的輸出電壓。此技術無須增加許多繁複的軟硬體設備，且實施成本極為低廉。且，本案的可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法的技術原理極為簡單，可以適用在多種降壓型的穩壓器中，並提供極高的便利性，因此可以有效增進產業的進步，本案技術簡單，可運用領域廣泛，實具產業的價值，因此依法提出發明專利申請。以上所述是利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的範圍，因此熟知此技藝的人士應能明了，適當而作些微的改變與調整，仍將不失本發明的要義所在，亦不脫離本發明的精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。謹請貴審查委員明鑑，並祈惠準，是所至禱。本案得由熟習此技術的人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫本案權利要求範圍所欲保護者。權利要求1、一種電源電路，其包含一穩壓器，具有一輸入端、一輸出端以及一調整端，其中該輸入端接收一輸入電壓，該輸出端輸出一輸出電壓；一分壓電路，耦接於該輸出端與地之間，利用該輸出電壓以產生一分壓電壓；以及一增益電路，耦接至該調整端與該分壓電路，接收該分壓電路所產生的該分壓電壓，以調整該輸出電壓相對於一參考電壓的一增益。2、如權利要求1所述的電源電路，其中該增益電路包含一運算放大器、一輸入電阻以及一反饋電阻，該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，該輸入電阻是耦接於該反向輸入端與地之間，且該反々貴電阻是耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，且經由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值大小，以調整該增益一併反饋至該調整端。3、如權利要求1所述的電源電路，其中該增益電路更包含至少一電晶體，該電晶體是選自一雙載子接面電晶體、一金屬氧化物半導體場效電晶體以及一接面場效電晶體其中之一。4、如權利要求1所述的電源電路，其中該增益電路更包含至少一微處理控制器或是至少一類比乘法器。5、如權利要求2所述的電源電路，其中該分壓電路是包含依序串聯的一第一電阻與一第二電阻，該第一電阻是耦接至該輸出端，該第二電阻是耦接至地，該第一電阻與該第二電阻之間具有一節點，且該節點耦接至該增益電路，以將該分壓電壓傳送至該增益電路。6、如權利要求5所述的電源電路，其中當該反饋電阻的電阻值遠小於該輸入電阻的電阻值且該第一電阻的電阻值遠小於該第二電阻的電阻值時，該輸出電壓是等於該參考電壓。7、如權利要求6所述的電源電路，其中當該第二電阻的電阻值相同於該輸入電阻的電阻值時，該反饋電阻是一可變電阻，通過調整該可變電阻的電阻值以調整該輸出電壓，該輸出電壓是被調整至趨近於零。8、如權利要求1所述的電源電路，其中該穩壓器是一線性電壓穩壓器，且該線性電壓穩壓器是一低壓差線性穩壓器。9、如權利要求1所述的電源電路，其中該穩壓器是一交換式電壓穩壓器，且該交換式電壓穩壓器是一降壓式穩壓器。10、一種在一電源電路中調整輸出電壓的方法，其包含下列步驟輸入一輸入電壓於一穩壓器中，其中該穩壓器具有一輸入端、一輸出端與一調整端；決定一參考電壓；以及提供一增益電路，耦接於該輸出端與該調整端之間，經由變化該增益電路的一增益大小，並反饋至該調整端與該參考電壓相較，以調整該輸出電壓。11、如權利要求IO所述的方法，更包含一步驟提供一分壓電路耦接至該輸出端與該增益電路，藉以產生一分壓電壓以供該增益電路進行該增益的變化。12、如權利要求10所述的方法，其中該增益電路包含一運算放大器、一輸入電阻以及一反饋電阻，該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一》文大器輸出端，而該輸入電阻是耦接於該反向輸入端與地之間，該反饋電阻是耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，且經由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值，以調整該增益的大小，使得該輸出電壓是被調整至趨近於令。13、一種在一電源電路中調整輸出電壓的方法，其包含下列步驟輸入一輸入電壓於一穩壓器中，其中該穩壓器具有一輸入端、一輸出端與一調整端；決定一參考電壓；以及提供一運算放大器，耦接於該輸出端與該調整端之間，其中該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，且提供一輸入電阻是耦接於該反向輸入端與地之間和一反饋電阻是耦接於該反向輸入端與該;改大器輸出端之間，經由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值大小，以產生一增益變化，並反饋至該調整端與該參考電壓相較，以調整該輸出電壓。14、一種電源電路，其包含一穩壓器，具有一輸入端、一輸出端以及一調整端，其中該輸入端接收一車lr入電壓，該輸出端輸出一輸出電壓；一第一電阻，耦接於該輸出端；一第二電阻，耦接於該第一電阻與地之間，其中該第一電阻與該第二電阻之間具有一節點；以及一運算放大器，耦接於該調整端與該節點之間，其中該運算放大器包含一非反向輸入端、一反向輸入端與一放大器輸出端，一輸入電阻是耦接於該反向輸入端與地之間，一反饋電阻是耦接於該反向輸入端與該放大器輸出端之間，經由調整該反饋電阻對該輸入電阻的比值大小，以產生一增益變化並反饋至該調整端，進而調整該輸出電壓。全文摘要本發明為一種可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法，其中該電源電路包含一穩壓器，具有一輸入端、一輸出端以及一調整端，其中該輸入端接收一輸入電壓，該輸出端輸出一輸出電壓；一分壓電路，耦接於該輸出端與地之間，利用該輸出電壓以產生一分壓電壓；以及一增益電路，耦接至該調整端與該分壓電路，接收該分壓電路所產生的該分壓電壓，以調整該輸出電壓相對於一參考電壓的一增益。利用本發明，電源電路的輸出電壓可被調整至趨近於零，且，本案的可產生趨近於零的輸出電壓的電源電路與其調整方法的技術原理極為簡單，可以適用在多種降壓型的穩壓器中，並提供極高的便利性，因此可以有效增進產業的進步。文檔編號G05F1/56GK101430570SQ200710166438公開日2009年5月13日申請日期2007年11月7日優先權日2007年11月7日發明者賴建豐申請人:盛群半導體股份有限公司