专利名称：电容式降压方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容式降压方法及电路，更具体地说，涉及一种只用电容、二极管构成的降压电路，以提供一稳定的直流电压输出。
背景技术：
如图7所示，传统的交换式电源供应器是将输入的交流电源经转换后，以较低的直流电压输出。
该传统交换式电源供应器主要包括在一高频变压器50的输入端依序经由一滤波电路51及一整流电路52后连接至交流电源输入，而该高频变压器50的输出端设有一整流滤波电路53，从而将输出的交流电压转为直流电压。该高频变压器50主要利用一控制电路54并配合一开关晶体管55(MOSFET)来共同控制，其中，控制电路54可接收由连接在整流滤波电路53输出端的反馈电路56提供的回授信号。
当交流电压经前述整流电路52及滤波电路51处理后，成为一直流电压，此时控制电路54产生频率固定且脉冲宽度可调(PWM)的驱动信号给开关晶体管55，令该开关晶体管55呈连续性地导通/截止改变状态，并进一步驱动高频变压器50使其将直流输入电压转换为较低电压值的高频方波输出，最后通过整流滤波电路5 3将该高频方波转为所需的直流电压，给电子装置供电。其中，反馈电路56是根据输出的直流电压值产生回授信号给控制电路54，并令控制电路54决定驱动信号的脉冲宽度，进而调节输出电压的高低，达到稳压的目的。
从上述交换式电源供应器来看，其核心组件是高频变压器50，当该高频变压器50交换频率越高时(目前频率约在20KHZ以上)，其输出功率也就越大，然而其损失也跟着增加，并且外围线路也变得更加复杂。再者，无论是高频变压器50还是传统变压器，均受限于其制造材料及结构等因素，无法避免具有铜损、铁损等损失，且体积也会随着输出功率的提高而加大，从而显得较为笨重。
由此看来，此种利用变压器进行电源转换的方式急需加以改进。
有鉴于此，本发明中的创作人凭借其多年从事相关行业的经验与实践，并经潜心研究与开发，终创造出了一种不仅能有效解决变压器体积体庞大的缺点，而且更无变压器铜损、铁损等损失问题的电容式降压方法及电路。
发明内容
本发明中的电容式降压方法及电路主要是为了解决现有采用变压器来降压的方式仍存在有铜损、铁损问题，以及体积过大的问题。
本发明中的电容式降压电路包括有复数(N)个呈并联连接的电容器，并在两相邻电容器之间设有一二极管；第一二极管群组，其中该第一二极管群组中的各二极管连接在所述电容器的一端；第二二极管群组，其中该第二二极管群组中的各二极管连接在所述电容器的另一端；在直流输入电压(VIN)施加于该降压电路时，设在两相邻电容之间的各二极管为导通，令电容呈串联充电状态；而在直流电压截止时，所述第一二极管群组及第二二极管群组为导通，令电容器呈并联状态并提供一直流输出电压。
借助于上述由N个电容器及复数个二极管构成一N阶降压电路，当直流电压(VIN)供电给该降压电路时，部分二极管转为导通而令电容器呈串联连接，使直流电压(VIN)对各电容器进行充电，各电容器上具有VIN/N伏特电压；而在前述直流电压(VIN)中断时，原导通的二极管转为截止，而令其它二极管导通，使各电容器转为并联连接，并对一输出电容充电，以使该输出电容获得稳定的VIN/N伏特的直流输出电压。
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
图1是本发明中电容式降压电路实施例一的电路图；图2是图1中所示电路在充电动作时的示意图；图3是图1中所示电路在放电动作时的示意图；图4是本发明中电容式降压电路另一实施例的电路图；图5是本发明中电容式降压电路又一实施例的电路图；图6是本发明中电容式降压电路与交流电源连接时的电路图；图7是传统交换式电源供应器的电路方块图。
具体实施例方式
如图1所示，为了能更清楚地了解本发明中电容式降压电路10的工作原理，现配合一输出电路20及一控制直流输入电压VIN的开关晶体管30进行解释。首先，该直流输入电压VIN的正、负两端分别与开关晶体管30相连接，而降压电路10则与输出电路20在串联连接后与开关晶体管30相连接。
降压电路10可依据实际输出电压V0的需求而更改其阶数N，具体来说，其关系式为输出电压V0＝输入电压VIN/阶数N。
在本实施例中，降压电路10的阶数为12阶(即N＝12)，其中，阶数N的定义由电路中电容器的数目来决定。如图1所示，降压电路10有12个呈并联状的电容器C1～C12及复数个二极管组成，其中各电容器C1～C12的规格均相同，而各二极管则视为理想二极管，即不考虑其顺向偏压，有关复数个二极管的连接方式可大至分为个三群组第一群组在两相邻电容器C1～C12之间均设有一二极管D1、D3～D21，其中各二极管D1、D3～D21的负端与前一电容器的负极相连接，而各二极管D1、D3～D21的正端则与后一电容器的正极相连接；第二群组第1至第N-1个电容器C1～C11的负极均与一二极管D25～D35的负端相连接，而各二极管D25～D35的正端呈共接；第三群组第二至第N个电容器C2～C12的正极均与一二极管D2、D4～D22的正端相连接，而各二极管D2、D4～D22的负端呈共接。
输出电路20是由一输出电容21在串联连接一第一二极管22后，再并联连接第二二极管23的两端构成，且两二极管22、23呈反向设置。其中，降压电路10第二群组中的各二极管D25～D35的正端均与输出电路20相连接。
关于降压电路10的工作原理可分为充电及放电两种状态。如图2所示，当开关晶体管30呈截止时，直流电压VIN供电给降压电路10，在降压电路10中第一群组的二极管D1、D3～D21都呈导通状态，故充电电流(如虚线所示)由电源正端依序流过各电容器C1～C12并进行充电动作，经由输出电路20中的第二二极管23流回至电源负端，并构成回路。此时各电容器C1～C12为串联连接，因其规格均相同，故各电容器C1～C12所具有的电压值为输入电压VIN/12，若以本实施例直流输入电压为120伏特而言，在各电容器C1～C12上的电压值为120/12＝10伏特。
如图3所示，当开关晶体管30导通时，直流电压VIN直接通过开关晶体管30而形成旁通，降压电路10中的第一群组二极管D1、D3～D21都转呈截止状态，而第二、第三群组的各二极管则呈导通状态。此时各电容器C1～C12呈并联连接并进行放电动作，放电电流的路径如图3中虚线所示，在输出电路20中的第一二极管22因呈导通状态，故可构成一完整的放电回路。因各电容器C1～C12与输出电容21呈并联连接，故在输出电容21两端可获得一稳定的直流输出电压10伏特，因该直流输出电压由多数个电容器C1～C12共同充电所得，故其变动幅度极为微小。
从而当控制开关晶体管30呈连续性地导通/截止后，可在输出电容21的两端获得一稳定的直流输出电压。
从前述电路的工作原理说明中，可证实一具有较高电压值的直流输入电压，经本发明中的降压电路10后，可转变为一具有较低电压值的直流电压，且呈稳定输出。又该降压电路10的降压阶数，可依照负载端所需的工作电压而进行适当调整。举例而言，如图4和图5所示，分别为二阶(N＝2)及三阶(N＝3)的降压电路10，若以输入电压为120伏特的直流电而言，采用图4和图5中所示的降压电路10后可分别获得120/2＝60伏特及120/3＝40伏特的直流输出值。
如图6所示，在此实施例中采用12阶的降压电路，而交流电源41则为一般电压值110伏特，其电路的工作原理如下所述当交流电源41的正半周经过桥式整流器42后转为直流型态，并对降压电路10中的电容器充电，使各电容器上的电压值为156/12＝13伏特，此时开关晶体管30呈截止状态；而一旦交流电源41转为负半周时，桥式整流器42所输出的直流电压将驱动开关晶体管30呈导通状态，故降压电路10中的电容器都为放电状态，并对输出电容21充电，从而在输出电容21的两端即可输出一稳定的13伏特直流电压。
综上所述，本发明中的降压电路只有电容器及二极管构成，不仅体积比用变压器时大幅缩减，而且没有变压器本身材料特性所引发的损失问题，具有显著的功效。
权利要求
1.一种电容式降压电路，包含有复数(N)个呈并联连接的电容器，并在两相邻电容器之间设有一二极管；第一二极管群组，其中该第一二极管群组中的各二极管连接在所述电容器的一端；第二二极管群组，其中该第二二极管群组中的各二极管连接在所述电容器的另一端；在直流输入电压(VIN)施加于该降压电路时，设在两相邻电容之间的各二极管为导通，令电容呈串联充电状态；而在直流电压截止时，所述第一二极管群组及第二二极管群组为导通，令电容器呈并联状态并提供一直流输出电压。
2.根据权利要求1中所述的电容式降压电路，其特征在于所述设在两相邻电容之间的各二极管的负端与前一电容器的负极相连接，而其正端与后一电容的正极相连接；所述第一二极管群组具有N-1个，并且每个二极管的负端分别对应连接到前述第1至第N-1个电容器的负极，而各二极管的正端呈共接；所述第二二极管群组具有N-1个，并且每个二极管的正端分别对应连接到所述第2至第N个电容器的正极，而各二极管的负端呈共接；当一直流输入电压(VIN)施加于该降压电路时，前述电容呈串联充电状态，而在直流电压截止时，前述电容呈并联状态并提供一直流输出电压(VOUT＝VIN/N)。
3.根据权利要求2中所述的电容式降压电路，其特征在于所述降压电路通过一输出电路而输出所述输出直流电压，其中输出电路包含有一输出电容，其一端连接至一第一二极管的正端，其中该第一二极管的负端连接至前述第一二极管群组中各二极管的正端；一第二二极管，该第二二极管与前述输出电容及第一二极管呈并联连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电容式降压电路，其特征在于所述直流输入电压(VIN)通过一开关晶体管来决定是否供电给该降压电路。
5.一种电容式降压方法，由N个电容器及复数个二极管构成一N阶降压电路，当直流电压(VIN)供电给该降压电路时，部分二极管转为导通而令电容器呈串联连接，使直流电压(VIN)对各电容器进行充电，各电容器上具有VIN/N伏特电压；而在前述直流电压(VIN)中断时，原导通的二极管转为截止，而令其它二极管导通，使各电容器转为并联连接，并对一输出电容充电，以使该输出电容获得VIN/N伏特的直流输出电压。
全文摘要
本发明公开了一种电容式降压方法及电路，其由N个电容器及复数个二极管构成N阶降压电路，当一直流电压(V
文档编号H02M3/04GK1507140SQ0215553
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月9日 优先权日2002年12月9日
发明者王智申 申请人:王智申