CN203217411U - 一种低压稳压电源 - Google Patents
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Abstract
一种低压稳压电源，所述电源包括控制晶体管电路，以及与所述控制晶体管电路连接的反馈电路，反馈电路用于控制所述控制晶体管电路的压降；所述控制晶体管电路包括输出晶体管电路，以及与输出晶体管电路连接的过流保护电路；所述反馈电路包括电压放大电路、误差放大器和基准电压电路，电压放大电路的输入端连接控制晶体管电路的电压输出端，电压放大电路的输出端连接误差放大器的反相输入端，基准电压电路连接误差放大器的同相输入端，误差放大器的输出端连接输出晶体管电路。本实用新型通过反馈电路对控制晶体管电路的压降进行动态调整，从而可在不需要专用芯片，且不需要双电源的情况下，就可以产生低于基准电压的电源。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，特别地，涉及一种低压稳压电源。
背景技术
在电路系统中，电源是不可缺少的最重要的一部分，随着现代集成电路的发展，芯片的功能越来越强大，集成度越来越高，从而导致芯片的功率也变得越来越大。为使芯片不致因发热而损坏，需要更低的电源电压，特别是CPU的供电，现已降低到1.0V，而且随着芯片的发展，电压可能还会降到更低。现有通用的线性稳压器，由于其基准电压都较高，以通用的线性稳压器电路设计为例，输出电压不能低于基准电压，常用的线性稳压器，如LM1117、LM317等，基准电压为1.25V，专用基准源TL431为2.5V，它们均不能满足现有的低电压电源要求。因此，需要一种新的电路，产生低电压电源。
目前产生低电压的方法之一是选用低基准电压的稳压芯片，或者选用低压基准电压芯片，但是使用不通用集成电路，电路设计完以后，只能用一种芯片，价格贵，且不采购，而且受基准电压限制，不能产生更电压；另一种方法是在电源中加负电源，将分压电阻接在电源和负电源之间，但该方法电路结构复杂，影响电路可靠性和成本。此外，上述两种现有方法会导致电源纹波较大，负电源也会引入负电源中的噪声，低基准电压会受噪声影响更大。
实用新型内容
本实用新型提供一种低压稳压电源，该电源在不需要专用芯片，不需要双电源的情况下，就可以产生低于基准电压的电压。
本实用新型实施例提供的低压稳压电源包括控制晶体管电路，以及与所述控制晶体管电路连接的反馈电路；所述反馈电路用于控制所述控制晶体管电路的压降；
所述控制晶体管电路包括输出晶体管电路，以及与所述输出晶体管电路连接的过流保护电路；
所述反馈电路包括电压放大电路、误差放大器和基准电压电路；
所述电压放大电路的输入端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述电压放大电路的输出端连接所述误差放大器的反相输入端，所述基准电压电路连接所述误差放大器的同相输入端，所述误差放大器的输出端连接所述输出晶体管电路。
在上述控制晶体管电路中，所述输出晶体管电路包括第一三极管、第二三极管和恒流源，所述过流保护电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第三三极管；
所述恒流源的一端连接所述控制晶体管电路的电压输入端，所述恒流源的另一端连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极连接所述控制晶体管电路的电压输入端，所述第二三极管的发射极连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的集电极，所述第一电阻的一端连接所述第一三极管的发射极，所述第一电阻的另一端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述第二电阻的一端连接所述第一三极管的发射极，所述第二电阻的另一端连接所述第三三极管的基极，所述第三电阻的一端连接所述第三三极管的基极，所述第三电阻的另一端接地，所述第三三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第三三极管的发射极连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述第二三极管的基极还连接所述误差放大器的输出端，所述控制晶体管电路的电压输出端用于连接负载。
在上述控制晶体管电路中，所述基准电压电路包括第四三极管、第五三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一运算放大器，所述第六电阻的一端连接所述基准电压电路的电压输出端，所述第六电阻的另一端连接所述第五三极管的集电极，所述第五电阻的一端连接所述第六电阻与所述基准电压电路的电压输出端之间的结点，所述第五电阻的另一端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第四三极管的集电极，所述第四三极管的基极与集电极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第一运算放大器的方向输入端连接所述第四电阻与所述第五电阻之间的结点，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第六电阻与所述第五三极管的集电极之间的结点，所述第五三极管的基极与集电极连接，所述第五三极管的发射极接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述基准电压电路的电压输出端，所述基准电压电路的电压输出端连接所述误差放大器的同相输入端。
在上述控制晶体管电路中，所述电压放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二运算放大器，所述第七电阻的一端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述第七电阻的另一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第八电阻的一端接地，所述第八电阻的另一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第九电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第九电阻的另一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端还连接所述误差放大器的反相输入端。
在上述控制晶体管电路中，所述控制晶体管电路、误差放大器、基准电压电路在常用稳压芯片内部集成。
本实用新型另一实施例提供的低压稳压电源包括控制晶体管电路，以及与所述控制晶体管电路连接的反馈电路；所述反馈电路用于控制所述控制晶体管电路的压降；
所述控制晶体管电路包括开关晶体管，以及与所述开关晶体管连接的用于储能滤波的储能滤波电路；
所述反馈电路包括倍压电路、分压电路、误差放大器、PWM波产生电路和用于提供基准电压的基准电压电路；
所述倍压电路的输入端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述倍压电路的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述误差放大器的反相输入端，所述基准电压电路连接所述误差放大器的同相输入端，所述误差放大器的输出端连接所述PWM波产生电路的输入端，所述PWM波产生电路的输出端连接所述开关晶体管。
优选地，所述PWM波产生电路包括三角波发生器和电压比较器；
所述三角波发生器连接所述电压比较器的同相输入端，所述电压比较器的反相输入端连接所述误差放大器的输出端，所述电压比较器的输出端连接所述开关晶体管的基极。
本实用新型通过反馈电路对控制晶体管电路的压降进行动态调整，从而可在不需要专用芯片，且不需要双电源的情况下，就可以产生低于基准电压的电源。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的低压稳压电源的结构原理图；
图2是本实用新型实施例提供的低压稳压电源中控制晶体管电路的电路图；
图3是本实用新型实施例提供的低压稳压电源中基准电压电路的电路图；
图4是本实用新型实施例提供的低压稳压电源中电压放大电路的电路图；
图5是本实用新型另一实施例提供的低压稳压电源的结构原理图；
图6是本实用新型另一实施例提供的低压稳压电源中PWM波产生电路的结构原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1示出了本实用新型实施例提供的低压稳压电源的结构原理图。该低压稳压电源包括控制晶体管电路11和反馈电路；反馈电路用于对控制晶体管电路11的压降进行控制，反馈电路包括电压放大电路12、基准电压电路13和误差放大器14；电压放大电路12的输入端连接控制晶体管电路11的电压输出端，电压放大电路12的输出端连接误差放大器14的反相输入端，基准电压电路13连接误差放大器14的同相输入端，基准电压电路13用于提供基准电压，即误差放大器14的同相输入端上的参考电压Vref；误差放大器14的输出端连接控制晶体管电路11；控制晶体管电路11、误差放大器14、基准电压电路13可以在常用稳压芯片内部集成。
控制晶体管电路11的电路图如图2所示，控制晶体管电路11包括输出晶体管电路，以及与输出晶体管电路连接的过流保护电路；输出晶体管电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和恒流源，过流保护电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第三三极管Q3。
恒流源可提供电流Is，恒流源的一端连接控制晶体管电路1的电压输入端，恒流源的另一端连接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的集电极连接控制晶体管电路11的电压输入端，第二三极管Q2的发射极连接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极连接第二三极管Q2的集电极，第一电阻R1的一端连接第一三极管Q1的发射极，第一电阻R1的另一端连接控制晶体管电路11的电压输出端，第二电阻R2的一端连接第一三极管Q1的发射极，第二电阻R2的另一端连接第三三极管Q3的基极，第三电阻R3的一端连接第三三极管Q2的基极，第三电阻R3的另一端接地，第三三极管Q3的集电极连接第二三极管Q2的基极，第三三极管Q3的发射极连接控制晶体管电路11的电压输出端，第二三极管Q2的基极还连接误差放大器14的输出端，控制晶体管电路11的电压输出端用于连接负载RL。
基准电压电路13的电路图如图3所示，基准电压电路13包括第四三极管Q4、第五三极管Q5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一运算放大器U1，第六电阻R6的一端连接基准电压电路13的电压输出端，第六电阻R6的另一端连接第五三极管Q5的集电极，第五电阻R5的一端连接第六电阻R6与基准电压电路13的电压输出端之间的结点，第五电阻R5的另一端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第四三极管Q4的集电极，第四三极管Q4的基极与集电极连接，第四三极管Q4的发射极接地，第一运算放大器U1的方向输入端连接第四电阻R4与第五电阻R5之间的结点，第一运算放大器U1的同相输入端连接第六电阻R6与第五三极管Q5的集电极之间的结点，第五三极管Q5的基极与集电极连接，第五三极管Q5的发射极接地，第一运算放大器U1的输出端连接基准电压电路13的电压输出端，基准电压电路13的电压输出端连接误差放大器14的同相输入端。
电压放大电路12的电路图如图4所示，电压放大电路12包括第七电阻R8、第八电阻R8、第九电阻R9和第二运算放大器U2，第七电阻R7的一端连接控制晶体管电路11的电压输出端，第七电阻R7的另一端连接第二运算放大器U2的同相输入端，第八电阻R8的一端接地，第八电阻R8的另一端连接第二运算放大器U2的反相输入端，第九电阻R9的一端连接第二运算放大器U2的反相输入端，第九电阻R9的另一端连接第二运算放大器U2的输出端，第二运算放大器U2的输出端还连接误差放大器14的反相输入端。
误差放大器14同现有技术，故在此不再赘述。
图1所示的低压稳压电源的具体工作原理如下：控制晶体管电路11产生压降，使输入的电压Vin降到需要的电压Vout，输出的电压经电压放大电路12放大后为Vfb，Vfb输入到误差放大器14和基准电压电路13所提供的基准电压进行比较，比较后的信号再输入到控制晶体管电路11中，以对控制晶体管电路11的压降进行控制，使其输出稳定的电压。当控制晶体管电路11的输出电压偏高时，反馈电压会高于基准电压，误差放大器14会吸收控制晶体管电路11中的怛流源中的电流，使控制晶体管电路11中的电流减小，压降增加，从而降低控制晶体管电路11的输出电压；反之，如果控制晶体管电路11的输出电压偏低，控制晶体管电路11会减小压降，从而增大输出电压。本实用新型的低压稳压电源的整个电路在动态调整中，以实现输出稳定的低电压。
图5示出了本实用新型另一实施例提供的低压稳压电源的的结构原理图。在该实施例中，低压稳压电源的控制晶体管电路包括开关晶体管51，以及与开关晶体管51连接的用于储能滤波的储能滤波电路52；控制晶体管电路的电压输入端、开关晶体管51、储能滤波电路52和控制晶体管电路的电压输出端顺次连接。该实施例中的低压稳压电源的反馈电路包括倍压电路53、分压电路54、误差放大器56、脉冲宽度调制（PWM）波产生电路57和用于提供基准电压的基准电压电路55。
倍压电路53的输入端连接控制晶体管电路的电压输出端，倍压电路53的输出端连接分压电路54的输入端，分压电路54的输出端连接误差放大器56的反相输入端，基准电压电路55连接误差放大器56的同相输入端，误差放大器56的输出端连接PWM波产生电路57的输入端，PWM波产生电路57的输出端连接开关晶体管51。
PWM波产生电路57的具体结构见图6，PWM波产生电路57包括三角波发生器571和电压比较器572；三角波发生器571连接电压比较器572的同相输入端，电压比较器572的反相输入端连接误差放大器56的输出端，电压比较器572的输出端连接开关晶体管51的基极。
图5所示的低压稳压电源的具体工作原理如下：输入电压Vin经过开关晶体管51和储能滤波电路52后产生输出电压Vout，输出电压Vout经过倍压电路53放大，再经过分压电路54采样后，可得到反馈电压Vfb，然后误差放大器56将反馈电压Vfb与基准电压电路55提供的基准电压进行比较并放大误差信号后，将误差信号送入PWM波产生电路57；在PWM波产生电路57中，电压比较器572将误差信号与三角波发生器571产生的三角波信号进行比较，以输出合适占空比的PWM控制信号到开关晶体管51的基极，从而可通过PWM波占空比来控制开关晶体管51的开关状态；开关晶体管51可输出PWM波信号，经储能滤波电路52中的电感电容滤波后，输出稳定的低电压。
需要指出的是，本实用新型不仅可应用于如图1所示的线性稳压电源、图5所示的低电压DC-DC电源，还可以应用于AC-DC开关电源等任何电源中。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种低压稳压电源，其特征在于，所述电源包括控制晶体管电路，以及与所述控制晶体管电路连接的反馈电路；所述反馈电路用于控制所述控制晶体管电路的压降；
所述控制晶体管电路包括输出晶体管电路，以及与所述输出晶体管电路连接的过流保护电路；
所述反馈电路包括电压放大电路、误差放大器和基准电压电路；
所述电压放大电路的输入端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述电压放大电路的输出端连接所述误差放大器的反相输入端，所述基准电压电路连接所述误差放大器的同相输入端，所述误差放大器的输出端连接所述输出晶体管电路。
2.根据权利要求1所述的低压稳压电源，其特征在于，所述输出晶体管电路包括第一三极管、第二三极管和恒流源，所述过流保护电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第三三极管；
所述恒流源的一端连接所述控制晶体管电路的电压输入端，所述恒流源的另一端连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极连接所述控制晶体管电路的电压输入端，所述第二三极管的发射极连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接所述第二三极管的集电极，所述第一电阻的一端连接所述第一三极管的发射极，所述第一电阻的另一端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述第二电阻的一端连接所述第一三极管的发射极，所述第二电阻的另一端连接所述第三三极管的基极，所述第三电阻的一端连接所述第三三极管的基极，所述第三电阻的另一端接地，所述第三三极管的集电极连接所述第二三极管的基极，所述第三三极管的发射极连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述第二三极管的基极还连接所述误差放大器的输出端，所述控制晶体管电路的电压输出端用于连接负载。
3.根据权利要求1所述的低压稳压电源，其特征在于，所述基准电压电路包括第四三极管、第五三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一运算放大器，所述第六电阻的一端连接所述基准电压电路的电压输出端，所述第六电阻的另一端连接所述第五三极管的集电极，所述第五电阻的一端连接所述第六电阻与所述基准电压电路的电压输出端之间的结点，所述第五电阻的另一端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第四三极管的集电极，所述第四三极管的基极与集电极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第一运算放大器的方向输入端连接所述第四电阻与所述第五电阻之间的结点，所述第一运算放大器的同相输入端连接所述第六电阻与所述第五三极管的集电极之间的结点，所述第五三极管的基极与集电极连接，所述第五三极管的发射极接地，所述第一运算放大器的输出端连接所述基准电压电路的电压输出端，所述基准电压电路的电压输出端连接所述误差放大器的同相输入端。
4.根据权利要求1所述的低压稳压电源，其特征在于，所述电压放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻和第二运算放大器，所述第七电阻的一端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述第七电阻的另一端连接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第八电阻的一端接地，所述第八电阻的另一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第九电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第九电阻的另一端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端还连接所述误差放大器的反相输入端。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的低压稳压电源，其特征在于，所述控制晶体管电路、误差放大器、基准电压电路在常用稳压芯片内部集成。
6.一种低压稳压电源，其特征在于，所述电源包括控制晶体管电路，以及与所述控制晶体管电路连接的反馈电路；所述反馈电路用于控制所述控制晶体管电路的压降；
所述控制晶体管电路包括开关晶体管，以及与所述开关晶体管连接的用于储能滤波的储能滤波电路；
所述反馈电路包括倍压电路、分压电路、误差放大器、PWM波产生电路和用于提供基准电压的基准电压电路；
所述倍压电路的输入端连接所述控制晶体管电路的电压输出端，所述倍压电路的输出端连接所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端连接所述误差放大器的反相输入端，所述基准电压电路连接所述误差放大器的同相输入端，所述误差放大器的输出端连接所述PWM波产生电路的输入端，所述PWM波产生电路的输出端连接所述开关晶体管。
7.根据权利要求6所述的低压稳压电源，其特征在于，所述PWM波产生电路包括三角波发生器和电压比较器；
所述三角波发生器连接所述电压比较器的同相输入端，所述电压比较器的反相输入端连接所述误差放大器的输出端，所述电压比较器的输出端连接所述开关晶体管的基极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: SHENZHEN SKYWORTH DIGITAL TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SKY-WORTH DIGITAL TECHNOLOGY CO., LTD.;SHENZHEN CITY |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Gao Xin Road Building A14, SKYWORTH Patentee after: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co., Ltd. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Gao Xin Road Building A14, SKYWORTH Patentee before: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co., Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130925 Termination date: 20180312 |