TW201537329A - 低壓降線性穩壓系統與低壓降穩壓器模組 - Google Patents

Abstract

一種低壓降線性穩壓系統與低壓降穩壓器模組，其主要電路架構為一直流電源、一具有一低壓降穩壓元件與一電容器之低壓降穩壓器模組、一第一負載以及一第二負載。其動作原理係利用電容器跨壓隨著儲能增加而增加的特性，阻斷直流電源直接供給第一負載之電流，再利用低壓降穩壓元件將電容器之儲能透過另一路徑傳送至第二負載，同時使得電容器之跨壓下降，使得直流電源能再提供電能給第一負載並同時對電容器再次充電，藉此以間接控制輸出能量之電路設計方式，控制流經第一負載與第二負載之電流大小。

Description

低壓降線性穩壓系統與低壓降穩壓器模組

本發明係與低壓降線性穩壓電路有關；特別是指一種可應用於高輸入電壓之負載驅動電路的低壓降線性穩壓系統與低壓降穩壓器模組。

如何提供負載一穩定的電壓源，為一亟需解決的課題，傳統上將低壓降穩壓器(Low-Dropout Regulator,LDO)應用於驅動電路之中，作為一壓降轉換方法。低壓降穩壓器具有低成本、體積小以及沒有主動開關設計等特點，並且能夠根據負載阻抗來調整導通元件的內部阻抗，使得該低壓降穩壓器可提供一穩定輸出電壓。

然而，受限於低壓降穩壓器本身具有一額定之輸入電壓範圍電氣特性的限制，當其應用於高輸入電壓的負載驅動電路時，其輸入電壓與負載電壓之間的電壓差超過其額定工作電壓，會導致低壓降穩壓器之穩壓功能失效，造成電壓不穩定，負載有超載的危險。

因此，為了使得低壓降穩壓器的輸入端電壓降低，習用之電路設計如圖1所示，使低壓降穩壓器200的接地端GND連接電源DC的負電端，而輸出端OUT則與負載L連接，並在輸入電源DC與低壓降穩壓器200之間連接一限流電阻R，而可藉由限流電阻R消耗額外的電能，藉以使低壓降穩壓器200的輸入端VCC產生一壓降；或者，如圖2所示，多組低壓降穩壓器300的輸出端OUT1~OUTn各別 連接一負載L1~Ln，且該等低壓降穩壓器300以前一級的接地端GND1~GNDn-1與後一級的輸入端VCC2~VCCn連接的方式進行串接，以降低輸入於各該低壓降穩壓器300之電壓。

然而，上述圖1以限流電阻連接之設計，不但額外耗能影響整體電路的效率、而容易產生廢熱造成產品壽命短縮之疑慮。而圖2以多個低壓降穩壓器串接的設計，則有多級操控不便，以及額外增加電路設置成本之缺點。是以，習用之低壓降穩壓的電路設計仍未臻完善，而尚有待改進之處。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種低壓降線性穩壓系統，在高輸入電壓時，利用低壓降穩壓器與電容器匹配的效果，以間接控制輸出能量的電路設計方式，提供負載一穩定的電源。

緣以達成上述目的，本發明所提供之低壓降線性穩壓系統包括一具有一正電端與一負電端之直流電源；一具有一低壓降穩壓元件與一電容器之低壓降穩壓器模組，該低壓降穩壓元件具有一輸入端、一輸出端與一接地端，該輸入端與該電容器之一端耦接於一節點，該接地端和該電容器之另一端與該負電端連結；一第一負載以及一第二負載。其中該第一負載之一端與該正電端連結，另一端與該節點連結，該第二負載之一端與該節點連結，另一端與該輸出端連結。

依據上述構思，本發明更提供有一低壓降穩壓器模組，係用以將一直流電源之直流電能穩定地供予一第一負載以及一第二負載，且該直流電源具有一正電端以及一負 電端，而該第一負載的其中一端耦接該正電端。該低壓降穩壓器模組包含有一低壓降穩壓器元件以及一電容器。其中，該低壓降穩壓元件具有一輸入端、一輸出端以及一接地端；該輸入端與該第一負載的另一端、以及該第二負載的其中一端耦接；該輸出端與該第二負載的另一端耦接；該接地端與該直流電源之負電端耦接。該電容器一端與該輸入端耦接，而另一端與該接地端耦接。

是以，透過上述之設計，在高輸入電壓時，該低壓降線性穩壓系統可以間接控制輸出能量的電路設計方式，提供負載一穩定電源，並可藉由調整低壓降穩壓器之周邊電路元件參數，控制流經第一負載與第二負載之電流大小。

100‧‧‧低壓降線性穩壓系統

10‧‧‧直流電源

12‧‧‧正電端

14‧‧‧負電端

20‧‧‧低壓降穩壓器模組

LDO‧‧‧低壓降穩壓元件

VCC‧‧‧輸入端

OUT‧‧‧輸出端

GND‧‧‧接地端

C‧‧‧電容器

Z1‧‧‧第一負載

Z2‧‧‧第二負載

A、B、D、E‧‧‧端

N‧‧‧節點

圖1係一習知的低壓差穩壓器耦接限流電阻之電路設計圖。

圖2係一習知的低壓差穩壓器串接之電路設計圖。

圖3係本發明較佳實施例低壓降線性穩壓系統之電路設計圖。

圖4係本發明較佳實施例低壓降線性穩壓系統之低壓降穩壓器模組內部電路圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後，請參圖3至圖4所示，為本發明一較佳實施例之低壓降線性穩壓系統100，該低壓降線性穩壓 系統100包括有一直流電源10、一低壓降穩壓器模組20、一第一負載Z1以及一第二負載Z2。

該直流電源10具有一設置於內部之整流器，且該整流器具有一正電端12與一負電端14，該直流電源10之整流器可接收一交流電源之交流電能或直流電源之直流電能，並轉換成供應整體系統之一直流電能後，再由該正電端12與該負電端14輸出。

該低壓降穩壓器模組20具有一低壓降穩壓元件LDO以及一電容器C，其中該低壓降穩壓元件LDO具有一輸入端VCC、一輸出端OUT以及一接地端GND。該電容器C之一端與該輸入端VCC耦接於一節點N，該電容器C之另一端與該接地端GND電性連結，該接地端GND與該負電端14電性連結。

該第一負載Z1與該第二負載Z2係各別為一非線性負載，更進一步地說，在本實施例中該第一負載Z1與該第二負載Z2係各別為一發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)，但不以此為限。

如圖3所示，該第一負載Z1之一端A電性連結於該正電端12，該第一負載之另一端B與該節點N電性連結；該第二負載之一端D與該節點N電性連結，該第二負載之另一端E與該輸出端OUT電性連結。

是以，透過上述之各元件電性連接關係之設計，該直流電源10輸出之直流電能經過該第一負載Z1對該電容器C充電，該電容器C的跨壓Vco會逐漸增加，當該電容器C的跨壓Vco與第一負載Z1的跨壓Vz1之和大於直流電源10之電壓Vin時，該直流電源10停止供給電能至該第一負載Z1與該電容器C。接著，利用該低壓差穩壓元件LDO將該電容器C的儲能經由另一路徑傳送至該第二負載 Z2，同時該電容器C之跨壓Vco由於釋放電能而下降，該直流電源10能再供給能量予該第一負載Z1並同時為該電容器C充電。

當本發明在操作於該電容器C之跨壓Vco為一定值的情況下，流經該第一負載之電流Iz1與流經該第二負載之電流Iz2相等，此時，只要調整該低壓差穩壓器模組20之內部元件，即可以間接控制輸出能量的方式，控制流經該第二負載Z2之電流Iz2的大小，亦可控制流經該第一負載Z1之電流Iz1的大小。由於發光二極體之光度取決於其導通時之電流，當能穩定控制流經發光二極體之電流大小時，就能確保該發光二極體維持一定的光度，不會忽明忽暗。

另外，由於發光二極體導通時的電流變化率遠大於順向導通電壓的變化率，意即當供給發光二極體的電壓產生變化時，發光二極體的導通電流會產生巨大變化，則有電路燒毀的危險與疑慮。而本發明應用於高輸入電壓時，只要調整該低壓差穩壓器模組20之該電容器C之數值，即可達到分壓之效果，而有效地降低該輸入端VCC的電壓值，達到該低壓降穩壓元件LDO之額定輸入電壓範圍，並且能提供一穩定電壓源予該第一負載Z1以及該第二負載Z2，而使得該第一負載Z1以及該第二負載Z2為發光二極體時，不會有燒毀的疑慮。

綜合以上所述，本發明之效果係為在高輸入電壓時，該低壓降線性穩壓系統100能藉由該低壓降穩壓器模組20，以間接控制輸出能量的電路設計方式，提供負載一穩定電壓源，並可藉由調整低壓降穩壓器之周邊電路元件參數，控制流經該第一負載Z1與該第二負載Z1之電流大小。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應 包含在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧低壓降線性穩壓系統

10‧‧‧直流電源

12‧‧‧正電端

14‧‧‧負電端

20‧‧‧低壓降穩壓器模組

Z1‧‧‧第一負載

Z2‧‧‧第二負載

A、B、D、E‧‧‧端

N‧‧‧節點

Claims (5)

1. 一種低壓降線性穩壓系統，包括：一直流電源，用以輸出直流電能，且具有一正電端以及一負電端；一低壓降穩壓器(Low-Dropout Regulator,LDO)模組，具有一低壓降穩壓元件以及一電容器，其中該低壓降穩壓元件具有一輸入端、一輸出端以及一接地端，且該接地端與該負電端電性連結；該電容器之一端與該輸入端耦接於一節點，該電容器之另一端與該接地端電性連結；一第一負載，該第一負載之一端電性連結於該正電端，另一端與該節點電性連結；以及一第二負載，該第二負載之一端電性連結於該節點，另一端與該輸出端電性連結。
2. 如請求項1所述之低壓降線性穩壓系統，其中該直流電源包含有一整流器，且該整流器具有該正電端與該負電端，用以接收一交流電源之交流電能，並轉換成直流電能後輸出。
3. 如請求項1所述之低壓降線性穩壓系統，其中該第一負載以及該第二負載係各別為一非線性負載。
4. 如請求項3所述之低壓降線性穩壓系統，其中各該非線性負載係為一發光二極體。
5. 一種低壓降穩壓器模組，用以將一直流電源之直流電能穩定地供予一第一負載以及一第二負載，且該直流電源具有 一正電端以及一負電端，而該第一負載的其中一端耦接該正電端；該低壓降穩壓器模組包含有：一低壓降穩壓器元件，具有一輸入端、一輸出端以及一接地端；該輸入端與該第一負載的另一端、以及該第二負載的其中一端耦接；該輸出端與該第二負載的另一端耦接；該接地端與該直流電源之負電端耦接；以及一電容器，一端與該輸入端耦接，而另一端與該接地端耦接。