本发明属于物理学,电源装置类。适用于微电子集成电路领域。 现有的电压控制型线性稳压器如W7800、W7900系列,由调整晶体管、驱动电路、控制电路和保护电路组成的集成电路外接滤波电容组成。压差均在2伏以上,需用较多的电源供电并导致调整晶体管功耗增大。
本发明的目的是提供一种电压控制型、具有低压差、高效率、截流型过载短路保护功能的串联线性稳压器。
本发明的目的是这样实现的:在已有的由调整晶体管、驱动电路和控制电路所构成的电压控制型发射极输出的稳压器线路中引入由稳压器输出供电的辅助电源和启动电路,主电源经启动电路和辅助电源一起对驱动电路、控制电路供电,调整晶体管由主电源供电,外接滤波电容即可得到低压差、截流型过载短路保护线性稳压器。
本发明的优点和效果在于:
1、在电压控制型发射极输出线性稳压器中,引入辅助电源对驱动电路和控制电路供电,得到了低压差性能,减少了供电电源和功耗,并使调整晶体管功耗降低,可减少散热面积和散热器重量,适宜于便携式电池供电使用。
2、由于压差低,功耗减少,可以允许更大的电流输出。
3、由于辅助电源由稳压输出供电,直接反馈输出过载短路状态信息,使系统具有截流型过载短路保护功能,有利于系统的安全。
4、采用电压控制型发射极输出,调整晶体管的驱动电流是输出电流的一部份,克服了电流控制型集电极输出稳压器中驱动电流与负荷并联无谓消耗的弊病,提高了效率。
5、本发明的辅助电源还可单独用作DC/DC,DC/AC变换器。
下面通过附图对本发明的实施方案作进一步地阐述:
图1、低压差线性稳压器方框图。
图2、低压差正电压线性稳压器电原理图。
图3、辅助电源逆变器正电源电原理图。
图4、低压差三端集成正电压线性稳压器电原理图。
图5、低压差稳压器用四端专用集成电路组成的正电压线性稳压器电原理图。
图6、低压差稳压器用四端驱动与控制集成电路组成的正电压线性稳压器电原理图。
图7、辅助电源磁能谐振逆变器DC/DC隔离电源功能模块集成电路电原理图。
现有地由调整晶体管、驱动电路和控制电路构成的电压控制型发射极输出线性稳压器如图1中双点划线框内部份所示,由于调整晶体管与驱动电路、控制电路共用一个电源供电,如图中虚线所示,压差均在2伏以上,引入由稳压器输出供电的辅助电源和由主电源经启动电路一起对驱动电路、控制电路供电,调整晶体管由主电源供电,辅助电源保证驱动电路、控制电路正常工作,调整晶体管的工作电压便可降低到0.8伏以下,获得低压差性能并具有截流型过载短路保护功能。
以低压差正电压线性稳压器为例,参照图2,由电阻R1、R2与电容C1,C2并联作集-基耦合,以自耦变压器B为NPN型晶体管BG1、BG2集电极负载构成正反馈触发电路,由变压器铁心中磁能转化为电讯号触发,构成磁能谐振器。经二极管D1、D2对变压器中间抽头电压整流输出VF由电容C3滤波组成辅助电源,用稳压器输出电压V。供电。电阻R3并联电容C8再与二极管D3串联构成启动电路,接在主电源E与辅助电源VF间。驱动电路晶体管BG3集电极及控制电路IC由辅助电源VF和主电源E经过启动电路供电,调整晶体管BG4集电极直接由主电源E供电。滤波电容C4、C5、C6、C7分别接在晶体管BG3基极、BG4基极、集电极、发射极与电源公共端之间,组成低压差、高效率、截流型过载短路保护正电压线性稳压器。若将上述电路中的晶体管由NPN型改为PNP型,控制电路IC采用负电源控制电路,电路中所有二极管反接,由负源供电,就可获得低压差负电压线性稳压器。
若将上述电路中辅助电源(图2中双点划线框图中部份)改为由隔离变压器B’组成的逆变器辅助电源如图3所示,该辅助电源晶体管BG1、BG2只用NPN型,隔离变压器B’次级中心抽头接在正电源上构成正电压辅助电源;若将整流二极管D1、D2反接,并将变压器B’次级中心抽头接在负电源上,就构成负电压辅助电源。这些逆变器辅助电源的引入,又构成了一种低压差正电压或负电压线性稳压器。
将上述低压差线性稳压器全部或部份电路集成化,又可组合成若干低压差线性稳压器。
参照图4,将调整晶体管BG4,滤波电容C5,驱动电路BG3、C4,控制电路IC,启动电路R3、C8、D3及辅助电源集成封装在一起,以调整晶体管BG4集电极、发射极和公共端为三条引出线,就构成低压差正电压三端稳压集成电路(图中双点划线框图部份)。该三端稳压器集成电路,外接滤波电容构成低压差三端集成正电压线性稳压器。
若将上述图4中的晶体管由NPN型改为PNP型,控制电路IC采用负电源控制电路,电路中所有的二极管反接,就获得低压差负电压三端稳压集成电路,外接滤波电容又构成低压差三端集成负电压线性稳压器。
参照图5,将调整晶体管BG4,滤波电容C5,驱动电路BG3、C4,控制电路IC集成封装在一起,以调整晶体管BG4集电极、发射极、驱动电路供电电源线和控制电路的公共端为四条引出线,就构成低压差正电压稳压器用四端专用集成电路(图中双点划线框图部份)。该四端专用集成电路配以上述辅助电源,启动电路,外接滤波电容构成低压差稳压器用四端专用集成电路组成的正电压线性稳压器,简称为低压差集成正电压线性稳压器。
若将上述图5中的晶体管由NPN型改为PNP型,控制电路IC采用负电源控制电路,就获得低压差负电压稳压器用四端专用集成电路,配以辅助负电源、启动电路,外接滤波电容构成低压差集成负电压线性稳压器。
参照图6,将驱动电路BG3、C4,控制电路IC集成封装在一起,以驱动电路供电电源端、输出端、控制电路采样端及电源公共端为四条引出线,就构成低压差稳压器用四端驱动与控制集成电路(图中双点划线框内部份)。该四端驱动与控制集成电路配以上述辅助电源、启动电路、调整晶体管,外接滤波电容构成低压差稳压器用四端驱动与控制集成电路组成的正电压线性稳压器,简称为低压差扩流型集成正电压线性稳压器。
若将上述图6中的晶体管由NPN型改为PNP型,控制电路IC采用负电源控制电路,就获得低压差负电压稳压器用四端驱动与控制集成电路,配以辅助负电源、启动电路和PNP型调整晶体管,外接滤波电容构成低压差、扩流型集成负电压线性稳压器。
参照图7,将耦合电阻R1、R2,耦合电容C1、C2,晶体管BG1、BG2,隔离变压器B’,整流二极管D1、D2、D’1、D’2,启动电路电阻R3、R’3,电容C8、C’8二极管D3、D’3及滤波电容C3、C’3集成封装在一起,以正负供电电源端、整流输出正负电源端公共端和启动电路正负电源输入端为七条引出线,就构成辅助电源磁能谐振逆变器DC/DC隔离电源功能模块集成电路,该集成电路可独立构成含有启动电路的正电压、负电压辅助电源,配以低压差稳压器用四端专用集成电路,或低压差稳压器用四端驱动与控制集成电路,或用分立器件组成的调整晶体管、驱动电路、控制电路,外接滤波电容构成正电压或负电压低压差、截流型过载短路保护线性稳压器。
稳压器的工作过程说明如下:
参照图2,接通主电源E,通过启动电路C8、R3限流经D3为驱动电路和控制电路供电,使调整晶体管BG4发射极有少量电流流出,启动辅助电源工作。辅助电源在变压器B有电源供电时,晶体管BG1、BG2轮流导通和截止,使变压器抽头有方波电压,经D1、D2整流向控制电路IC及驱动晶体管BG3集电极供电,控制电路IC对输出电压采样同内部基准电压比较,将差值电压放大向BG3基极输出,驱动BG4使输出电压V。进一步升高,构成正反馈启动方式直到进入正常状态运行。由于辅助电源电压VF高于主电源电压E(低压差运用),启动二极管D3截止,将主电源与辅助电源隔开,完成启动。
电源启动进入正常状态后,控制电路IC内基准电压稳定,随时对输出电压采样、监测,并将误差信号放大后控制驱动电路、调整晶体管输出,构成闭环控制系统,直到输出电压V。稳定。
由于辅助电源向驱动电路、控制电路提供规定的稳定电源,确保电路的正常工作,而主电源只对调整晶体管BG4供电,只要能保证BG4的集电极电位不低于基极电位,BG4就能正常工作,因此,主电源电压可以降低到只高于输出电压0.8伏左右,这样,便获得了低压差性能。
一旦输出电流过载短路使输出电压V。降低到辅助电源的输出VF接近主电源电压E,驱动电路饱和,驱动电流下降,调整晶体管输出电流减少,输出电压V。降低,进一步导致辅助电源VF电压低落。在此正反馈作用下,驱动电路关闭,起到良好的快速截流保护作用。此时仅由启动电路R3、D3向驱动电路提供限流的极少电流,以便在短路过载故障排除后再次启动。由于主电源电压E总是低于辅助电源输出电压VF2~3伏,在稳压电源的正常波动调整范围内不会影响驱动、控制电路正常工作,这就提供了一定的回差,保证了稳压器工作正常。
低压差线性稳压器兼备低压差、截流型过载短路保护、内阻低、调整范围大、稳定性好、电流损耗小等优点,它既可稳压,又可用作稳流,还可进行调整管扩流,以获得更大电流输出。