电缆损耗补偿电路及具有电缆损耗补偿的电源电路

摘要

本发明提供了一种电缆损耗补偿电路及具有电缆损耗补偿的电源电路，该电缆损耗补偿电路包含电流检测电路、补偿判断电路以及补偿电路。电流检测电路检测直流输出电路提供至负载的负载电流，并据此产生一电流检测信号。补偿判断电路接收电流检测信号并判断负载电流大于一预定补偿值时，产生一判断信号。补偿电路在接收判断信号时，产生一补偿信号。直流输出电路对应补偿信号，提高所输出的输出电压的电压补偿值。本发明可降低电缆损耗补偿电路的复杂性，同时实现对多个负载对应的不同电源线压降提供补偿，提高了电缆损耗补偿电路的有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆损耗补偿电路，尤其是一种电缆损耗补偿电路及具有电缆损 耗补偿的电源电路。

背景技术

一般而言，电源供应器输出至负载的电压会因为连接电源供应器及负载之间的电 源线的线阻而有压降在电源线上，且压降的大小与负载的电流成正比。当压降过大时， 会使负载所接收的负载电压低于负载正常运作所容许的电压范围，因而造成负载无法 正常运作的问题。

为了补偿电源线的压降，传统的电源供应器根据负载电流进行补偿，使负载所接 收的负载电压稳定在预定的负载电压上。请参阅图1所示，为美国专利公开号 US20130027987所揭露的具有电缆损耗补偿的电源转换电路。电源转换电路包含一变 压器10、功率晶体管20及功率晶体管75、一脉宽控制器30、一光耦合器60、一同步整 流控制器70以及一稳压电路100，用以将一输入电压Vin转换成一输出电压Vo。功率晶 体管20的两端分别耦接变压器10的一初级线圈Np和接地端，用以切换变压器10。脉 宽控制器30根据一反馈信号VFB产生一切换信号Spwm来切换功率晶体管20，以调整 输出电压Vo。一输出电容45耦接变压器10的一次级线圈Ns，以稳压输出电压Vo。光 耦合器60通过一电阻62耦接次级线圈Ns，并根据输出电压Vo产生反馈信号VFB至脉 宽控制器30。变压器10的次级线圈Ns通过一电源线耦接至负载以提供输出电压Vo， 而一负载电流Io流经电源线。

电源转换电路具有一同步整流电路，以改善电源转换电路的转换效率。同步整流 电路包含同步整流控制器70以及功率晶体管75，而功率晶体管75具有有一寄生二极管 76。功率晶体管75用来取代传统的二极管来进行整流，其中，漏极耦接次级线圈Ns， 而寄生二极管76耦接于漏极及源极之间。同步整流控制器70产生一同步整流信号Ssr 至功率晶体管75的栅极，以截止/导通功率晶体管75。

稳压电路100接收同步整流信号Ssr和一分压信号VA以产生一信号VF至光耦合器 60。分压信号VA由电阻51和电阻52组成的分压器根据输出电压Vo所产生。因此，反 馈信号VFB是根据输出电压Vo所产生的。再者，一电阻115耦接稳压电路100的一端点 Rp。同步整流信号Ssr与输出电流Io有关，而电阻115用以可程式补偿量。因此，输出 电压Vo的压降根据同步整流信号Ssr及电阻115，可以补偿电源线的压降。

然而，这样的电路结构不仅使稳压电路100的电路设计复杂，而且对于多个负载 对应不同的电源线压降也并未提出解决的对策。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电缆损耗补偿电路及具有电缆损耗补偿的 电源电路，以便解决先前技术中的电路设计复杂的问题，并提出多负载的电缆损耗补 偿的解决方案。

为达到上述目的，本发明提供了一种电缆损耗补偿电路，该电缆损耗补偿电路包 括一电流检测电路、一补偿判断电路以及一补偿电路。电流检测电路检测一直流输出 电路提供至一负载的一负载电流，并据此产生一电流检测信号。补偿判断电路接收电 流检测信号并判断负载电流大于一预定补偿值时，产生一判断信号。补偿电路于接收 判断信号时，产生一补偿信号。直流输出电路对应补偿信号，提高所输出的一输出电 压的一电压补偿值。

本发明也提供了一种具有电缆损耗补偿的电源电路，包含一直流输出电路及至少 两个电缆损耗补偿电路。直流输出电路系用以提供一输出电压，根据代表一反馈信号 调整输出电压。至少两个电缆损耗补偿电路分别耦接直流输出电路及对应的一负载之 间。每一电缆损耗补偿电路包含一电流检测电路、一补偿判断电路以及一补偿电路。 电流检测电路检测对应负载的一负载电流，并据此产生一电流检测信号。补偿判断电 路接收电流检测信号，并判断负载电流大于一预定补偿值时，产生一判断信号。补偿 电路，于接收判断信号时产生一补偿信号。直流输出电路对应这些补偿信号中至少有 一个信号可提高输出电压的电压补偿值。

本发明还提供了一种电缆损耗补偿电路，包括一电流检测电路、一补偿电路、一 反馈控制电路。电流检测电路，检测该直流输出电路提供至该负载的一负载电流，并 据此产生一电流检测信号。补偿电路，根据该电流检测信号产生一补偿信号。反馈控 制电路，根据该补偿信号及代表该补偿输出电压的一反馈信号调控一晶体管的一跨 压，其中该晶体管耦接于该直流输出电路及该负载之间。

本发明的电缆损耗补偿电路及具有电缆损耗补偿的电源电路也可以额外增加保 护电路，在应用环境超过预设的操作范围时，进行保护以避免任何电路毁损的可能。

综上所述，本发明仅在负载电流大于设定值之后，才进行电缆损耗补偿，同时可 简化电缆损耗补偿电路，对于多负载的情况，同样可以达到有效的电缆损耗补偿效果。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请 专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1是美国专利公开号US20130027987揭露的具有电缆损耗补偿的电源转换电 路。

图2是本发明的一第一较佳实施例的电缆损耗补偿电路的电路示意图。

图3是应用本发明的第二较佳实施例的电缆损耗补偿电路的电源电路的电路示意 图。

图4是应用本发明的电缆损耗补偿电路的另一电源电路的电路示意图。

图5为应用本发明的电缆损耗补偿电路的再一电源电路的电路示意图。

图6为根据本发明的一第三较佳实施例的电缆损耗补偿电路的电路示意图。

图中符号说明

变压器10

功率晶体管20、75

脉宽控制器30

电阻51、52、62

光耦合器60

同步整流控制器70

寄生二极管76

稳压电路100

电阻115

负载电流Io

初级线圈Np

次级线圈Ns

端点Rp

切换信号Spwm

同步整流信号Ssr

分压信号VA

信号VF

反馈信号VFB

输入电压Vin

输出电压Vo

电缆损耗补偿电路200、300

驱动电路210、310

闭锁电路220、320

比较器245、225、325

开关230

放大器235、335、345

开关240

直流输出电路250

误差放大器315

晶体管330、336

电流检测电路340

输出电容Co、Co1、Co2、Co3

二极管D

反馈端FB

电流源I、I1、I2

负载电流IL

电阻R1、R2、R1’、R2’

补偿电阻Rc、Rc1、Rc2、Rc3、Rco

补偿参考电阻Rcs、Rcs1、Rcs2、Rcs3

电流检测电阻Rcd

负载RL、RL1、RL2、RL3、RL3

电流检测信号Sc

判断信号Sj

保护信号Sp

输出电压Vo

补偿输出电压Vo’

输出端Vout

补偿参考电压Vrcs

过流参考电压Vroc

过流参考电阻Roc1、Roc2、Roc3

具体实施方式

图2为本发明的第一较佳实施例的电缆损耗补偿电路的电路示意图。电缆损耗补 偿电路耦接于一直流输出电路250及一负载RL之间，而电缆损耗补偿电路与负载RL 之间通过一电源线连接。直流输出电路250的一输出端Vout提供一输出电压Vo。一输 出电容Co耦接输出端Vout，以对输出电压Vo进行稳压。电阻R1和R2串联于输出端Vout 及共同电位(接地电位)之间，其串联接点耦接一反馈端FB，以提供代表输出电压 Vo的一反馈信号。直流输出电路250根据反馈信号稳定输出电压Vo。

电缆损耗补偿电路包含一电流检测电路、一补偿判断电路以及一补偿电路。电流 检测电路包含一放大器235，根据一电流检测电阻Rcd的两端电压差产生一电流检测信 号Sc。由于电流检测电阻Rcd的两端电压差也正比于流经其上的电流，也就是直流输 出电路250所提供至负载RL的一负载电流IL，因此，电流检测信号Sc可代表负载电流 IL。补偿判断电路包含一比较器245。比较器245的一非倒相端接收电流检测信号Sc， 一倒相端接收一补偿参考电压Vrcs。当电流检测信号Sc大于补偿参考电压Vrcs时，也 就是负载电流IL大于一预定补偿值时，比较器245输出一判断信号Sj。补偿电路包含 串联的一开关240以及一补偿电阻Rc。补偿电阻Rc耦接至电阻R1及R2的串联点。当负 载电流IL小于预定补偿值时，开关240为截止。此时，电缆损耗补偿电路未进行补偿， 直流输出电路250的输出电压Vo稳定于预定输出电压值。然而，当负载电流IL大于预 定补偿值时，补偿判断电路输出判断信号Sj以导通开关240。当开关240为截止时，电 阻R1和R2的分压比为r2/(r1+r2)，其中r1和r2为电阻R1和R2的阻值。此时反馈信号与 输出电压Vo的比例即为r2/(r1+r2)。当开关240为导通时，因补偿电阻Rc与电阻R2并联， 故反馈信号与输出电压Vo的比例降低至r/(r1+r)，而r＝r2*rc/(r2+rc)，其中rc为电阻Rc 的阻值，r为r2与rc并联后的阻值。直流输出电路250将会调整输出电压Vo，使反馈信 号回升至与补偿前的相同。因为阻值r1、r2及rc为固定值，故输出电压所提高的电压 补偿值为输出电压的一固定比例值。在输出电压被稳定于一预定输出电压值的情况 下，电压补偿值即为一定值。

举例来说，直流输出电路为通用串行总线(UniversalSerialBus，以下简称USB) 电压源，且输出电压的规范为5V±0.25V，以及额定输出电流为1A。本发明的电缆损 耗补偿电路可以根据其规范设置预定补偿值及电压补偿值。例如：预定补偿值设为额 定输出电流1A而电压补偿值设为输出电压的最大容许偏移值0.25V。因此，当负载电 流1A时，原则上，负载上所接收的电压可能低于4.75V。若是，则电缆损耗补偿电路 启动补偿，而使输出电压回升至5V以确保负载电压可以维持在规范之内。当然，根 据应用电路的规范设置预定补偿值及电压补偿值，能确保电路操作在规范之内，但其 设定值不必须是规范所容许的最大偏移值或额定值。例如，在上述的例子中，预定补 偿值及电压补偿值可设定为，例如：0.5A及0.25V、1A及0.125V或0.5A及0.125V等。

如上述，本发明的电缆损耗补偿电路于负载电流超过预定补偿值时，才进行电缆 损耗补偿，因此电路的设计相当简单，而且也可确保系统操作于规范之内。而且电流 检测电路、补偿判断电路及补偿电路可以被封装于单一封装体，使电缆损耗补偿电路 成为单一集成电路。电阻Rc可以为外接的设定器件，通过封装体的一引脚耦接补偿判 断电路。因此，使用者可以调整电阻Rc来达到调整电压补偿值的大小，使电缆损耗补 偿电路的应用更有弹性。

本发明的电缆损耗补偿电路可额外包括一保护电路，以进一步提供保护的功能。 复请参阅图2所示，保护电路主要包含一开关230及一过流判断电路。开关230耦接于 直流输出电路250和负载RL之间。过流判断电路在负载电流IL高于一过流保护值时， 截止开关230以停止供应负载电流IL至负载RL。在本实施例，过流判断电路包含一比 较器225以及一驱动电路210。比较器225的一非倒相端接收电流检测信号Sc，一倒相 端接收一过流参考电压Vroc。当电流检测信号Sc高于过流参考电压Vroc时，也就是， 负载电流IL大于一过流保护值时，比较器225输出一保护信号Sp至驱动电路210，使驱 动电路210截止开关230以停止负载电流IL提供至负载RL。其中，过流保护值大于预 定补偿值，一般而言大于或等于额定输出电流。

当然，保护电路也可同时被封装在单一封装体内，使得本发明的电缆损耗补偿电 路达到集成电路化。

图3为应用本发明的一第二较佳实施例的电缆损耗补偿电路的电源电路的电路示 意图。具电缆损耗补偿的电源电路，包括一直流输出电路250及至少两个电缆损耗补 偿电路200。在本实施例以两个电缆损耗补偿电路200为例来说明。直流输出电路为一 输出端Vout提供一输出电压Vo，于一反馈端FB接收一反馈信号，并据此调整输出电 压Vo。每一电缆损耗补偿电路200均为一集成电路，分别耦接在直流输出电路250和负 载RL1及RL2中对应的负载之间。每一电缆损耗补偿电路200包含一电流检测电路、一 补偿判断电路以及一补偿电路。电流检测电路检测对应负载的一负载电流，并据此产 生一电流检测信号。补偿判断电路接收电流检测信号，并判断负载电流大于一预定补 偿值时，产生一判断信号。补偿电路于接收判断信号时产生一补偿信号。直流输出电 路250对应这些补偿信号提高输出电压Vo一电压补偿值。电缆损耗补偿电路200可以是 图2所示的电缆损耗补偿电路。而在本实施例中，电缆损耗补偿电路200相较于图2所 示的电缆损耗补偿电路有部分的差异。以下仅就差异部分说明。

电流检测电路的放大器235检测保护电路中的开关230的两端，由开关230的一等 效阻抗作为电流检测电阻以检测流经其上的负载电流。因此，可以省略图2的电流检 测电阻Rcd。

补偿参考电压由一电流源I1流经一补偿参考电阻所产生，并提供至补偿判断电路 的比较器245的倒相端。补偿参考电阻可以是一外接电阻，通过电缆损耗补偿电路200 的一引脚耦接至补偿判断电路。电缆损耗补偿电路200的补偿参考电阻可以相同或不 相同，如本实施例的电缆损耗补偿电路200分别耦接补偿参考电阻Rcs1及Rcs2，以对 应不同的应用环境或负载做较佳的电路设置。

过流参考电压Vroc由一电流源I2流经一过流参考电阻所产生，并提供至保护电路 的比较器225的倒相端。补偿参考电阻可以是一外接电阻，通过电缆损耗补偿电路200 的一引脚耦接至保护电路。电缆损耗补偿电路200的过流参考电阻既可相同也可不同， 如本实施例的电缆损耗补偿电路200分别耦接过流参考电阻Roc1及Roc2，以对应不同 的应用环境或负载做较佳的电路设置。保护电路可以额外增加一闭锁电路220，耦接 比较器225。当发生过流时，闭锁电路220则进行闭锁保护，使得驱动电路210持续截 止开关230，直至电路重启为止。在过流的原因无法单纯以暂停输出负载电流而解除 情况下，这样的设计可以避免开关230持续的于导通、截止之间切换的问题。

另外，图2的输出电容Co设置于直流输出电路250与电缆损耗补偿电路之间，而 本实施例则以输出电容Co1及Co2分别设置于对应的电缆损耗补偿电路200及负载之 间。如此，输出电容Co1及Co2的电容值可以根据负载RL1及RL2进行较佳的配置。

两个电缆损耗补偿电路200中补偿电路的开关240分别通过补偿电阻Rc1及Rc2耦 接至电阻R1及R2的串联点，由调整电阻R1及R2的原来分压比例而达到补偿的效果。 当然，补偿电阻Rc1及Rc2的阻值可以不同，以提供弹性的电路设置。而为了理解方 便，下面以补偿电阻Rc1及Rc2具有相同阻值为例进行说明。

各负载的额定电流均为2A，而负载电压的范围为5V±0.25V。当电缆损耗补偿电 路200的任一的负载电流达到额定电流时，电缆损耗补偿电路200进行补偿以使输出电 压Vo上升0.125V；而当两个电缆损耗补偿电路200均进行补偿时，可使输出电压Vo上 升0.125V+0.125V＝0.25V。实际上，补偿电阻Rc1及Rc2具有相同阻值时，第二次电压 补偿值会略小于第一次电压补偿值，在此我们忽略此小差异。

通过图3所示实施例的共同电缆损耗补偿，输出电压Vo的电压补偿值对应电缆损 耗补偿电路所产生的补偿信号的数量以阶梯方式增加，而且每次阶梯增加的电压补偿 值相当接近。另外，同图2的说明，图3的实施例的预定补偿值、电压补偿值及过流保 护值可以根据应用电路的规范所容许的最大偏移值或额定值来决定，但不必一定为其 额定值或最大容许偏移值。例如，在上述的例子中，预定补偿值及电压补偿值可以设 定为1A及0.125V、2A及0.25V、1A及0.25V等均可。而较佳的电压补偿值为输出电压 的最大容许偏移值除以电缆损耗补偿电路的数量。

图4为本发明的电缆损耗补偿电路的另一电源电路的电路示意图。本实施例以三 个电缆损耗补偿电路为例进行说明。三个电缆损耗补偿电路200均为集成电路，分别 耦接于直流输出电路250和对应负载RL1、RL2及RL3之间。电缆损耗补偿电路200根 据外接的补偿电阻Rc1、Rc2及Rc3分别设置电压补偿值。电缆损耗补偿电路200根据 外接的补偿参考电阻Rcs1、Rcs2及Rcs3分别设置预定补偿值。电缆损耗补偿电路200 根据外接的过流参考电阻Roc1、Roc2及Roc3分别设置过流保护值。

另外，在电缆损耗补偿电路200与各自的补偿电阻Rc1、Rc2及Rc3之间均额外加 入二极管D，其中，二极管D的正端耦接补偿电阻Rc1、Rc2及Rc3中对应的补偿电阻， 负端耦接电缆损耗补偿电路200。二极管D的加入，使得电缆损耗补偿电路200的补偿 由共同补偿变为选择补偿。当任一电缆损耗补偿电路200进行电缆损耗补偿时，则电 压补偿值则由此电缆损耗补偿电路200为主被决定。换句话说，当三个电缆损耗补偿 电路200最早进行补偿者，将决定电压补偿值并进行一次性的补偿，而非图3所示实施 例般的阶梯式补偿。因此，本实施例的补偿电阻Rc1、Rc2及Rc3是可以设定各自的电 压补偿值，以配合实际的电路应用达到较佳的补偿效果。当然，假设实际应用环境无 法具体确定时，较佳的电压补偿值应该根据输出电压最大容许偏移量(例如：0.25V) 来设置，是一个较佳的作法。

图5为应用本发明的电缆损耗补偿电路的再一电源电路的电路示意图。相较于图4 所示的实施例，主要差异点在于输出电容Co的设置，以及补偿电阻的共用。图5除了 在电缆损耗补偿电路200与负载RL1、RL2及RL3之间分别设置输出电容Co1、Co2及 Co3外，也在直流输出电路250及电缆损耗补偿电路200之间设置输出电容Co。如此， 可以达到更佳的稳压效果。而二极管D通过单一补偿电阻Rc耦接至电阻R1及R2的串 联点，不仅节省补偿电阻的数量而达到降低成本的优点，并可以将各自设定电压补偿 值简化成单一电压补偿值。

图6为根据本发明第三较佳实施例的电缆损耗补偿电路的电路示意图。电缆损耗 补偿电路300耦接于一直流输出电路(未绘出)的输出电压Vo和一负载RL之间，而电 缆损耗补偿电路与负载RL之间通过一电源线连接。一输出电容Co耦接电缆损耗补偿 电路的输出端，以稳定提供给负载RL一补偿输出电压Vo’。电缆损耗补偿电路300包 含一电流检测电路340、一反馈控制电路以及一补偿电路。电流检测电路包含一放大 器335、一电流检测电阻Rcd、一晶体管336及一电流镜，以检测一负载电流的电流大 小。放大器335的一倒相端通过电流检测电阻Rcd耦接一晶体管330的一端，而一非倒 相端耦接晶体管330的另一端。放大器335的一输出端耦接晶体管336，并根据非倒相 端及倒相端的信号控制晶体管336的等效阻抗，使非倒相端及倒相端的信号的准位一 致。如此，流经电流检测电阻Rcd及晶体管336的电流会正比于流经晶体管330的负载 电流。电流镜复制流经电流检测电阻Rcd的电流做为一电流检测信号，并提供至补偿 电路。在本实施例，电流的方向为由补偿电路流入至电流镜。

补偿电路包括一补偿电阻Rco、一放大器345、一电流源I及一补偿参考电阻Rcs。 补偿参考电阻Rcs耦接放大器345的一倒相端及一输出端，而电流检测电路340的电流 镜所提供的电流流经补偿参考电阻Rcs，因此补偿参考电阻Rcs的跨压正比于负载电 流。电流源I的提供电流流经补偿参考电阻Rcs，并产生一补偿参考电压Vrcs至放大器 345的一倒相端。放大器345的倒相端及非倒相端的电位为等电位，因此放大器345输 出端所输出的一补偿信号的电位为补偿参考电压Vrcs加上补偿参考电阻Rcs的跨压。 所以，补偿信号的电位随负载电压(电流检测信号)变化。在本实施例，当负载电流 越大时，补偿信号的电位也随之提高。

反馈控制电路包含一误差放大器315及一驱动电路310。误差放大器315的一非倒 相端耦接放大器345的输出端，一倒相端接收代表补偿输出电压Vo’的一反馈信号。在 本实施例，反馈信号是由一分压器检测补偿输出电压Vo’而产生，分压器包含串联的 电阻R1’及R2’。误差放大器根据倒相端及非倒相端的信号电位通过驱动电路310控制 晶体管330上的一跨压。当负载电流变大时，晶体管330的跨压变小使补偿输出电压Vo’ 上升；当负载电流变小时，晶体管330的跨压变大使补偿输出电压Vo’下降。通过晶体 管330的跨压的调整，而达到补偿电缆损耗补偿电路与负载RL之间的电源线的电缆损 耗目的。

电缆损耗补偿电路300可以为集成电路，电流检测电路340、一反馈控制电路以及 一补偿电路封装于单一封装体之内，并通过一引脚耦接一补偿设定器件，即补偿参考 电阻Rcs。使用者可调整补偿参考电阻Rcs而达到调整电缆损耗补偿电路300的补偿量 的效果。

在本实施例，电缆损耗补偿电路300可额外包括一保护电路。保护电路包含一闭 锁电路320、一过流判断电路、一电流源I及一过流参考电阻Roc。过流判断电路包含 一比较器325。电流源I提供一电流流经过流参考电阻Roc以产生一过流参考电压Vroc 至比较器325的一倒相端。比较器325的一非倒相端耦接晶体管330的一端，以检测补 偿输出电压Vo’。当补偿输出电压Vo’高于过流参考电压Vroc时，代表负载电流高于一 过流保护值，比较器325输出一保护信号Sp至闭锁电路320。此时，闭锁电路320进行 闭锁保护，使驱动电路310截止晶体管330以停止负载电流IL提供至负载RL直至电路 重启为止。其中，过流保护值大于预定补偿值，一般而言大于或等于电缆损耗补偿电 路300的一额定输出电流。

当然，保护电路也可以同时被封装在单一封装体之内，使得本发明的电缆损耗补 偿电路达到集成电路化。而一过流设定器件(即过流参考电阻Roc)可以为通过一引 脚外接，在集成电路化的同时，能保有电路的适应性。

综上所述本发明在上文中已以实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，所述 实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，与上述实 施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的范畴内。