[发明专利]电压调整装置及包含该电压调整装置的电压供应系统

说明书

技术领域

本发明与电力系统相关，并且特别地，本发明涉及一种用以转换电压的系统。

背景技术

由于电源供应者(例如电力公司)所提供的电压和电子产品需要的电压未必相同，因此两者之间通常必须设置一个电压转换器，将原始的电源电压转换至电子产品能够接受的电压范围内。

直流/直流(DC-to-DC)电压转换主要分为两种方式：线性调整(linearregulation)与非线性调整(non-linear regulation)。线性调整仅能用以降低输出电压，因此也称为线性降压；非线性调整则可以升压、降压，甚至将电压反相。除了转换电压的方式的不同之外，线性调整和非线性调整的输出电压纯度、转换效率、电路复杂度和组件成本等特性也各不相同。

线性电压调整器的电路简单、电源纯度(power purity)高、噪声少，但电源转换率极差。并且，当输出/输入电压差异愈大，线性电压调整器的转换效率愈低，往往有40％以上的能量是由电压调整器本身损耗掉或被转化成热能，也因此造成严重的散热问题。

基于上述原因，一旦线性电压调整器被用以提供较大的输出电流，设计者在规划硬件配置时通常需要为其保留相当大的散热空间。此外，线性电压调整器外部通常必须再加上散热片，避免使用此电压调整器的电子产品因过热而无法正常工作。

相对地，非线性电压调整器的电路较复杂、电源转换率高(通常可达90％)，电源纯度却不佳。最常见的非线性电压调整器为开关型电压调整器(switching regulator)。非线性电压调整器的主要优点在于，无论输出/输入的电压差有多大，都不会影响其高电源转换率和能够提供大输出电流的特性。

相比于线性电压调整器，非线性电压调整器可接受的输入电压范围较广，亦无散热方面的问题。然而，非线性电压调整器的输出电压的纹波(ripple)较大，噪声也较多，因此并不适用于高频通信电路及多媒体数据处理器等要求低噪声的电子产品。

目前有许多电子产品被要求必须同时达到体积轻巧、散热良好、效能佳等目标。对于可携式多媒体或通信装置等产品的设计者来说，挑战尤其严苛。然而，如上所述，线性调整和非线性调整各有其优缺点。若电子产品的设计者选择使用线性电压调整器，将面临散热问题以及电源转换率不佳的难处；相对地，若设计者选择使用线性电压调整器，则无法为电子产品提供低噪声的高品质电压，可能因此导致电子产品的效能下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种电压调整装置，结合线性电压调整器和非线性电压调整器的优点。

根据本发明的一具体实施例为包含一非线性电压调整器及一线性电压调整器的电压调整装置。该非线性电压调整器用以由一电压源接收一原始电压，并将该原始电压转换为一中间电压。该线性电压调整器则串接在该非线性电压调整器和一负载之间，并用以将该中间电压转换为该负载所需的一目标电压。该非线性电压调整器、该线性电压调整器以及该负载以开环(open-looped)的形式彼此串接。

根据本发明的另一具体实施例则为包含一非线性电压调整器和N个线性电压调整器的电压调整装置。该非线性电压调整器用以由一电压源接收一原始电压，并将该原始电压转换为一中间电压。该N个线性电压调整器各自连接至该非线性电压调整器并接收该中间电压。N为一正整数，i为范围在1到N间的一整数指标。该N个线性电压调整器中的一第i线性电压调整器用以将该中间电压转换为一第i负载所需的一第i目标电压。并且，该非线性电压调整器、该第i线性电压调整器以及该第i负载以开环的形式彼此串接。

由于根据本发明的电压调整装置首先以非线性电压调整器进行初步的电压转换，因此可降低后续的线性电压调整器的输出/输入电压差异，进而提升线性电压调整器的电源转换率并减少其散热问题。另一方面，由于最终传送至负载的目标电压是由线性电压调整器所提供，因此该目标电压仍具有相当良好的电源纯度。

根据本发明的电压调整装置可应用于各种需要电压转换的电力系统中，亦可配合各种不同形式的负载。关于本发明的优点与精神可通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为根据本发明的第一具体实施例的电压调整装置的功能方块图。

图2为根据本发明的第二具体实施例的电压调整装置的功能方块图。

图3为根据本发明的第三具体实施例的电压供应系统的功能方块图。

图4为根据本发明的第四具体实施例的电压供应系统的功能方块图。

【主要元件符号说明】