TW201445865A

TW201445865A - 直流轉直流變換器

Info

Publication number: TW201445865A
Application number: TW102117813A
Authority: TW
Inventors: Chao-Cheng Lu
Original assignee: Chao-Cheng Lu
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-12-01

Abstract

一種直流轉直流變換器(Direct Current to Direct Current Converter,DC to DC Converter)、其包括有:直流轉直流變換器積體電路及解碼計算器積體電路(Decode Counter IC)、應用解碼計算器積體電路的十進位輸出端(Decoded Decimal Output)的輸出電壓控制直流轉直流變換器積體電路電壓輸出端的回授電阻值、達到可調變直流轉直流變換器輸出電壓的功能。

Description

直流轉直流變換器

本發明係一種直流轉直流變換器，其包括：直流轉直流變換器積體電路(Direct Current to Direct Current Converter Integrated Circuits)及解碼計算器積體電路(Decode Counter Integrated Circuit)，為應用解碼計算器積體電路，例如CD4017、CD4022及其他解碼計算器積體電路之解碼進位輸出端，控制直流轉直流積體電路電壓輸出端的回授電路的電壓比較值、而達到控制直流轉直流積體電路輸出端輸出各種不同電壓值之目的。

如圖1所示，為習知直流轉直流變換器積體電路20、例如臺灣遠翔科技公司(Feeling Technology)340千赫、3安培、同步電壓降低調整器(340KHZ、Asynchronous、Step-Down Regulator)的直流轉直流變換器積體電路20、例如EP6116、其包括有：致能輸入端EN(Enable Input)、接地端GND(Ground)、過電流輸出設定開關OCSET、習知直流轉直流變換器積體電路20的正電端VCC為連接到電壓輸入端VIN端、P通道金屬氧化場效電晶體高電流輸出端LX及回授端FB所構成、電壓輸出值的控制為依第一回授電阻RFB1及第二回授電阻RFB2的比較值及規格常數值而定、並且設置有電壓輸入端VIN及電壓輸出端VOUT、其電壓輸入端VIN有電壓輸入時、其電壓輸出端VOUT的電壓值V0為：V0=(1+RFB1/RFB2) * VREF、式中VREF為習知直流轉直流變換器積體電路20內的精密電壓值為0.8伏特、自式中可知、當第二回授電阻RFB2發生多種變化值時、在電壓輸出端VOUT可得各種不同的電壓；其有以下之缺點：

1.其第一回授電阻RFB1值及第二回授電阻RFB2值固定後、輸出電壓值為定值、若要變換輸出電壓值則需更換第一回授電阻RFB1值或第二回授電阻RFB2值、因而不適合於在一個電路中有各種不同輸出電壓值供應的需求。

2.不適合於例如一般行動電源需要的5伏特、8.4伏特、12伏特、16伏特、20伏特等可選擇性的電壓值輸出需求。

為了提供多種電壓值電源的需求：本發明的第一目的為應用解碼計算器積體電路、控制直流轉直流變換器積體電路的第二回授電阻值，以得多種電壓值電源。

本發明的第二目的為應用解碼計算器積體電路的解碼十進位輸出端(Decode Decimal Output)、作為控制電晶體的導通(On)或開路(Off)的動作、達到控制直流轉直流變換器積體電路的第二回授電阻值的功能。

本發明的第三目的為將直流轉直流變換器積體電路的第二回授電阻的一端與電晶體的集極(Collector)連接達到直接耦合的效果。

本發明的第四目的為設置有限流電阻與發光二極體、連接於解碼計算器積體電路的解碼十進位輸出端、以指示直流轉直流變換器積體電路的電壓輸出值。

本發明的第五目的設置有時鐘(Clock)脈波產生電路，以提供解碼計算器積體電路的時鐘端所需的脈波信號、做為解碼十進位輸出端的信號、而選擇直流轉直流變換器積體電路的電壓輸出、以提供需求者所需之電壓值。

本發明有下列的特徵：

1.首創以直流轉直流變換器積體電路及解碼計算器積體電路、做為可輸出多種電壓值的直流轉直流變換器。

2.首創應用解碼計算器積體電路的解碼十進位輸出端、作為控制電晶體的導通或開路的動作、達到控制直流轉直流變換器積體電路的第二回授電阻值的功能。

3.本發明直流轉直流變換器積體電路的第二回授電阻與解碼計算器積體電路的解碼十進位輸出端的連接電路採用直接耦合方式。

4.本發明在解碼計算器積體電路的解碼十進位輸出端連接有限流電阻與發光二極體、以指示直流轉直流變換器積體電路的電壓輸出值。

5.本發明以手控產生時鐘脈波的方式代替時鐘產生器(Clock Generator)、輸入於解碼計算器積體電路的時鐘端。

20‧‧‧習知直流轉直流變換器積體電路

EN‧‧‧致能輸入端

FB‧‧‧回授端

GND‧‧‧接地端

VCC‧‧‧習知直流轉直流變換器積體電路的正電端

OCSET‧‧‧過電流輸出設定開關

LX‧‧‧P通道金屬氧化場效電晶體高電流輸出端

VIN‧‧‧電壓輸入端

VOUT‧‧‧電壓輸出端

V0‧‧‧電壓輸出端的電壓值

VL‧‧‧電晶體的集射極導通時的輸出電壓端電壓值

RFB1‧‧‧第一回授電阻

RFB2‧‧‧第二回授電阻

VREF‧‧‧習知直流轉直流變換器積體電路內的精密電壓值

IFB‧‧‧回授電流值

10‧‧‧解碼計算器積體電路

VDD‧‧‧解碼計算器積體電路的正電端

VSS‧‧‧解碼計算器積體電路的負電端

A0‧‧‧解碼計算器積體電路的十進位輸出0端

A1‧‧‧解碼計算器積體電路的十進位輸出1端

A2‧‧‧解碼計算器積體電路的十進位輸出2端

A3‧‧‧解碼計算器積體電路的十進位輸出3端

CK‧‧‧時鐘端

RT‧‧‧重置端

Rb1、Rb2、Rb3‧‧‧第一、第二、第三電阻

R1、R2、R3‧‧‧第一、第二、第三限流電阻

R4、R5、R6‧‧‧第四、第五、第六限流電阻

R7‧‧‧充電電阻

R8‧‧‧放電電阻

C1‧‧‧第一電容器

PB‧‧‧按鈕開關

T1、T2、T3‧‧‧第一、第二、第三電晶體

VCE1‧‧‧第一電晶體導通時的集射極電壓值

VCE2‧‧‧第二電晶體導通時的集射極電壓值

VCE3‧‧‧第三電晶體導通時的集射極電壓值

LD1、LD2、LD3‧‧‧第一、第二、第三光電二極體

圖1為習知直流轉直流變換器積體電路。

圖2本發明直流轉直流變換器實施例。

如圖2所示，為本發明直流轉直流變換器實施例，自圖中可知，習知直流轉直流變換器積體電路20設置有電壓輸入端VIN與接地端GND、以直接耦合方式連接到直流電源的正電端與接地端GND或直流連接座的正電端與接地端GND或通用序列匯流排座(USB Socket)的正電端與接地端GND；並且設置有電壓輸出端VOUT與接地端GND、可以連接到負載、其負載包括有：被充電的直流電源負載、照明負載、指示負載、電動馬達負載及電熱負載；其第一回授電阻RFB1與第二回授電阻RFB2的中間連接點連接到回授端FB、第二回授電阻RFB2為由各自獨立裝置的三個電阻與三個電晶體所構成、其三個電阻分別為第一電阻Rb1、第二電阻Rb2及第三電阻Rb3所構成、其三個電阻的第一端皆連接到回授端FB、三個電阻的設定是為實施例的說明、而不是自限為只有三個電阻、其電阻數的設定為依所需求的電壓值多少而定、而不予自限、而三個電晶體分別為第一電晶體T1、第二電晶體T2與第三電晶體T3、其第一電阻Rb1與第一電晶體T1配合為一組、第二電阻Rb2與第二電晶體T2配合為一組、第三電阻Rb3與第三電晶體T3配合為一組；第一電阻Rb1的第二端連接第一電晶體T1的集極(Collector)、第二電阻Rb2的第二端連接第二電晶體T2的集極、第三電阻Rb3的第二端連接第三電晶體T3的集極；第一電晶體T1的基極(Base)連接第四限流電阻R4的第二端、第二電晶體T2的基極連接第五限流電阻R5的第二端、第三電晶體T3的基極連接第六限流電阻R6的第二端；第一電晶體T1、第二電晶體T2及第三電晶體T3的射極(Emitter)皆連接到接地端GND；第四限流電阻R4的第一端與第一限流電阻R1的第一端連接到解碼計算器積體電路10的十進位輸出0端、亦是解碼計算器積體電路10的十進位輸出端A0端；第五限流電阻R5的第一端與第二限流電阻R2的第一端連接到解碼計算器積體電路10的十進位輸出1端、亦是解碼計算器積體電路10的十進位輸出端A1端；第六限流電阻R6的第一端與第三限流電阻R3的第一端連接到解碼計算器積體電路10的十進位輸出2端、亦是解碼計算器積體電路10的十進位輸出端A2端；第一限流電阻R1的第二端連接第一發光二極體LD1陽極端、第一發光二極體LD1的陰極端連接接地端GND、第二限流電阻R2的第二端連接第二發光二極體LD2陽極端、第二發光二極體LD2的陰極端連接接地端GND、第三限流電阻R3的第二端連接第三發光二極體LD3陽極端、第三發光二極體LD3的陰極端連接接地端GND；解碼計算器積體電路10的十進位輸出端A3端連接到重置端RT(Reset)；解碼計算器積體電路10的時鐘端CK(Clock)連接到放電電阻R8的第一端與第一電容器C1的正電端及按鈕開關PB(Push Bottom Switch)的第二端、放電電阻R8的第二端與第一電容器的負電端連接到接地端GND、按鈕開關PB的第一端連接充電電阻R7的第二端、充電電阻R7的第一端連接到電壓輸入端VIN；解碼計算器積體電路10設置有解碼計算器積體電路10的正電端VDD連接到電壓輸入端VIN、解碼計算器積體電路10的負電端VSS連接到接地端GND、以供給解碼計算器積體電路10的功能需求。

本發明圖2的動作原理為：當習知直流轉直流變換器積體電路20的電壓輸入端VIN有電壓供電時、按鈕開關PB為開路(Off)狀態、此時解碼計算器積體電路10的A0端輸出一正電壓供電於第一限流電阻R1與第四限流電阻R4的第一端、此時第一光電二極體LD1發亮、第一電晶體T1的集射極導通、其輸出電壓端VOUT的輸出電壓值VL為：VL={1+IFB * RFB1/(IFB * Rb1+VCE1)}* VREF、式中IFB為回授電流值、其值為IFB=VL-VCE1/(RFB1+Rb1)、式中VCE1為第一電晶體T1導通時的集射極電壓值；第一次當按鈕開關PB導通(On)時、電壓輸入端VIN的直流電流經過充電電阻R7向第一電容器C1的正電端充電、當按鈕開關PB開路(Off)時、第一電容器C1的正電端電荷向放電電阻R8放電、此按鈕開關PB執行一次導通與開路、在時鐘端CK產生一個脈波、此時解碼計算器積體電路10的A0端由正電壓轉為無電壓輸出、而A1端輸出一正電壓供電於第二限流電阻R2與第五限流電阻R5的第一端、此時第二光電二極體LD2發亮、第二電晶體T2的集射極導通、其輸出電壓端VOUT的輸出電壓值VL為：VL={1+IFB * RFB1/(IFB * Rb2+VCE2)}* VREF、式中IFB為回授電流值、其值為IFB=VL-VCE2/(RFB1+Rb2)、式中VCE2為第二電晶體T2導通時的集射極電壓值；第二次當按鈕開關PB導通(On)時、電壓輸入端VIN的直流電流經過充電電阻R7向第一電容器C1的正電端充電、當按鈕開關PB開路(Off)時、第一電容器C1的正電端電荷向放電電阻R8放電、此按鈕開關PB執行一次導通與開路、在時鐘端CK產生一個脈波、此時解碼計算器積體電路10的A0端與A1端無輸出電壓、在A2端輸出一正電壓供電於第三限流電阻R3與第六限流電阻R6的第一端、此時第三光電二極體LD3發亮、第三電晶體T3的集射極導通、其輸出電壓端VOUT的輸出電壓值VL為：VL={1+IFB * RFB1/(IFB * Rb3+VCE3)}* VREF、式中IFB為回授電流值、其值為IFB=VL-VCE3/(RFB1+Rb3)、式中VCE3為第三電晶體T3導通時的集射極電壓值；第三次當按鈕開關PB導通(On)時、電壓輸入端VIN的直流電流經過充電電阻R7向第一電容器C1的正電端充電、當按鈕開關PB開路(Off)時、第一電容器C1的正電端電荷向放電電阻R8放電、此按鈕開關PB執行一次導通與開路、在時鐘端CK產生一個脈波、此時解碼計算器積體電路10的A1端與A2端無正電壓輸出、在A3端輸出一正電壓供電於重置端RT、此時A0端輸出一正電壓供電於第一限流電阻R1與第四限流電阻R4的第一端、同時第一光電二極體LD1發亮、第一電晶體T1的集射極導通、其輸出電壓端VOUT的輸出電壓值VL為：VL={1+IFB * RFB1/(IFB * Rb1+VCE1)}* VREF、而重覆前所述A0為正電壓輸出時的動作、而不贅述；在習知直流轉直流變換器積體電路20以FP6116為例、但是在實際應用時亦可採用其他公司產品例如：AX3023、AX5510、APE1920、EML3418等而不予自限、同理解碼計算器積體電路10亦可採用等功能特性的其他廠牌積體電路、而不予自限。

本發明經實際實驗其結果為成功、可證明本發明可據於實施、而為一富有新穎性、進步性及可供產業利用性，應符合專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，懇請貴審查委員早日賜於本發明專利，實感德便。