專利名稱：具有輸出電壓升高特性控制的電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠有效控制將被提供給連接于電源電路的電力負(fù)載的輸出電壓升高特性的電源電路。
背景技術(shù)：
幾乎所有電子設(shè)備都需要的電源電路可以分成許多類型，其中一種類型是串聯(lián)調(diào)節(jié)器型電源電路。
圖1例示了通常采用的這種串聯(lián)調(diào)節(jié)器型電源電路1的電子構(gòu)型。這種電源電路1具有輸入端2和輸出端3，在它們之間以串聯(lián)方式插入電阻器R1和晶體管Q1。晶體管Q1放置成由IC4控制。在輸入端2和地線5之間設(shè)置電容器C1以便平穩(wěn)輸入電壓，用于平穩(wěn)輸出電壓的另一電容器C2和電阻器R2(作為電阻負(fù)載的代表)設(shè)置在輸出端3和地線5之間。
IC4不僅負(fù)責(zé)對于晶體管Q1的恒壓控制以便使輸出端13的電壓Vo等于目標(biāo)電壓(例如，5伏特)，而且負(fù)責(zé)電流限制控制以防止過大的輸出電流Io。電阻器R3和R4分割輸出電壓Vo以便檢測電壓Va，此電阻器R3和R4屬于將被連接到輸出端3的IC4。同樣結(jié)合于IC4中的運算放大器6放大在檢測電壓Va和表示目標(biāo)電壓的參考電壓Vr之間的差動電壓。IC4還包括晶體管Q2和Q3。一個晶體管Q2采用來自運算放大器6輸出電壓，從而驅(qū)動晶體管Q1。另一晶體管Q3電連接到晶體管Q2的基極和地線5，接受放置在IC4中的限流器7的控制。也就是說，限流器7驅(qū)動晶體管Q3，從而防止穿過電阻器R1的電壓超過預(yù)定值。
作為一種應(yīng)用，上述電源電路1應(yīng)用于ECU(電子控制單元)，ECU安裝到車輛如汽車中。在這種情況下，將電池電壓施加于電源電路1的輸入端2將引起輸出電壓Vo從0伏的水平急速升高(即，引起過調(diào)量)。隨著輸出電壓Vo的升高速率變快(即，隨著升高時間變短)，此過調(diào)量變大。輸出電壓Vo的升高時間Tr可如下表示Tr＝C*Vo/Ic (1)，其中C是連接到輸出端3的電容性負(fù)載(包括電容器C2)的電容，Ic是流入電容性負(fù)載的充電電流。
此表達式(1)表明，隨著電容性負(fù)載的電容變小和/或充電電流Ic變大，輸出電壓Vo的升高時間Tr變短，因此引起了過調(diào)量的增加。
為了解決這一問題，上述電源電路1包括電流限制電路7。實際上，當(dāng)電流限制電路7進行工作以具有更小的電流限制時，充電電流Ic的量可以更小。然而，因為在額定電壓輸出下工作的過程中不可能把電流限制降得比向負(fù)載(電阻器R2)的供應(yīng)電流還要低，因此即使需要更大的負(fù)載電流，也不能將充電電流Ic設(shè)置為更低值。因而，現(xiàn)有技術(shù)不得不采取對策以取代對電流限制的降低，現(xiàn)有技術(shù)加大了電容器C2的電容，這樣就可以抑制過調(diào)量。
這種策略遇到了另外的問題。具體而言，當(dāng)電容器C2的電容增加時(由此增加了負(fù)載電容)，電容器C2的尺寸變大，由此就增加了其上安裝有各種電元件的基板的面積。因此，仍舊存在著節(jié)省安裝空間和降低制造成本的需求。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述常規(guī)構(gòu)造的缺陷，本發(fā)明的第一個目的是提供一種電源電路，該電路能夠穩(wěn)定控制輸出電壓的升高速度，由此提高輸出電壓的升高特性。
本發(fā)明的第二個實際目的是提供一種電源電路，在連接到輸出端的電容器電容保持在較低量的條件下，該電路能夠穩(wěn)定控制輸出電壓的升高速度，由此抑制輸出電壓的過調(diào)量。
本發(fā)明的第三個實際目的是提供一種電源電路，該電路能夠穩(wěn)定控制輸出電壓的升高速度，由此避免了瞬變(ringing)現(xiàn)象對升高輸出電壓的影響。
為了實現(xiàn)上述第一和第二目的，本發(fā)明提供一種電源電路，包括設(shè)置在連接輸入端和輸出端的輸電路徑中的主晶體管；電壓檢測電路，構(gòu)造成根據(jù)由輸出端提供的輸出電壓進行檢測電壓的檢測；參考電壓發(fā)生電路，構(gòu)造成按照目標(biāo)電壓產(chǎn)生參考電壓；電壓控制電路，構(gòu)造成控制主晶體管，使得檢測電壓與參考電壓一致；電流檢測電路，構(gòu)造成檢測由輸出端提供的輸出電流；限制電流值設(shè)定電路，構(gòu)造成設(shè)定輸出電流的限制值，以便在使輸出電壓升高至目標(biāo)電壓的情況下該限制值逐漸增加；以及電流限制電路，構(gòu)造成控制主晶體管，以便在使輸出電壓升至目標(biāo)電壓的情況下輸出電流保持在小于或等于限制值的值。
在此結(jié)構(gòu)中，電壓控制電路控制主晶體管，這樣，除了電源的啟動操作之外，輸出電壓的檢測電壓與參考電壓(目標(biāo)電壓)一致，從而使輸出電壓等于目標(biāo)電壓(即，電壓跟蹤控制)。因此，當(dāng)目標(biāo)電壓是常數(shù)時，電壓跟蹤控制以恒壓控制的方式執(zhí)行。與此同時，電流限制電路控制主晶體管使得輸出電流不超過限制值。因而，即使存在過載時也可以防止輸出電流超過限制值(即，電流限制控制)。電流限制控制優(yōu)先于電壓跟蹤控制。
此外，在輸出電壓升高至目標(biāo)電壓的情況下(即，當(dāng)啟動電壓跟蹤控制時，在電壓跟蹤控制下將電壓施加于輸入端，或其它)，限制電流值設(shè)定電路逐步增加輸出電流的限制值。因此，由于電流限制電路的工作，可以使輸出電流保持在低于限制值的量，同時，輸出電流根據(jù)限制值的增加而逐步提高。響應(yīng)于此，輸出電壓也慢慢地增加。
因此，降低了連接至輸出端的電容器的電容，可以抑制輸出電壓的過調(diào)量。電容器可以制得小一些，因此電源電路可以制得較小，其制造成本降低。在輸出電壓升高之后的穩(wěn)定狀態(tài)，限制電流值設(shè)定電路把輸出電流的限制量設(shè)定為連接電源電路的負(fù)載所需的電流量，由此可以確保電壓跟蹤控制正常進行。
優(yōu)選的是，限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成在輸出電壓升高的過程中隨著時間的流逝逐步增加限制值。例如，限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成在輸出電壓升高的過程中以給定的時間間隔逐步增加預(yù)定量的限制值。限制電流值設(shè)定電路也可以設(shè)置有計時器電路和限制值增加電路，該計時器電路計算時間的預(yù)定周期，該限制值增加電路在計時器電路完成了預(yù)定時間周期的計數(shù)時將限制值增加預(yù)定量。
優(yōu)選地，限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成在輸出電壓升高的過程中，隨著時間流逝，連續(xù)地增加限制值。這可以連續(xù)地增加輸出電壓，由此可以更穩(wěn)定地抑制過調(diào)量。
為了實現(xiàn)第一至第三個目的，本發(fā)明提供一種根據(jù)上述基本結(jié)構(gòu)的電源電路，該電源電路進一步包括延遲控制電路，此延遲控制電路構(gòu)造成當(dāng)已經(jīng)施加于輸入端的輸入電壓的振鈴分量(ringingcomponent)減小時輸出升高啟動信號，其中，限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成響應(yīng)于輸出的升高啟動信號設(shè)定輸出電流的限制值，從而使限制值逐步地增加；電流控制電路構(gòu)造成根據(jù)由電路檢測電路檢測出的輸出電流和由限制電流值設(shè)定電路設(shè)定的限制值，控制主晶體管，從而將輸出電流保持在預(yù)定值。
在此結(jié)構(gòu)中，特別是，當(dāng)所施加的輸出電壓的振鈴分量減小時，限制電流值設(shè)定電路逐步增加了輸出電流的限制值。因此，在使輸出電壓響應(yīng)于限制值的增加而增加時，可以顯著地降低由于輸出電壓的振鈴分量引起的出現(xiàn)在輸出電壓中的電壓波動。此電源電路可以將能量提供給負(fù)載電路，該負(fù)載電路構(gòu)造成利用在其升高操作過程中所獲得的輸出電壓來重新設(shè)置。
作為優(yōu)選，將當(dāng)延遲控制電路輸出升高啟動信號時的時間設(shè)定為當(dāng)在輸出電壓施加于輸入端之后過去了預(yù)定時間周期時的時間。
仍作為優(yōu)選，延遲控制電路設(shè)置有充電電路和比較電路，該充電電路利用所施加的輸入電壓進行工作并在輸入電壓上提供充電電壓，該比較電路在充電電壓和給定閾值之間進行比較以便輸出升高啟動信號。
作為優(yōu)選，延遲控制電路設(shè)置有振蕩電路和計時器電路，該振蕩電路輸出參考時鐘信號，該計時器電路利用參考時鐘信號進行工作，從而當(dāng)在輸入電壓施加于輸入端之后過去了預(yù)定時間周期時輸出升高啟動信號。
仍作為優(yōu)選，延遲控制電路設(shè)置有比較電路和恒電平檢測電路，該比較電路在所施加的輸入電壓和給定閾值之間進行比較從而輸出比較信號，該恒電平檢測電路在比較信號對于給定的時間間隔保持在相同值的條件下輸出升高啟動信號。
作為優(yōu)選，電源電路還包括切斷電路，構(gòu)造成將主晶體管控制在它的關(guān)閉狀態(tài)，直至輸出升高啟動信號。
例如，將上述各種模式的電源電路成形為具有電路的串聯(lián)調(diào)節(jié)器，在此電路中，設(shè)置用作輸電路徑的電流源路徑以連接輸入端和輸出端，主晶體管設(shè)置在電流源路徑中。


附圖中圖1是表示常規(guī)電源電路的一個例子的電路結(jié)構(gòu)；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電源電路的電路結(jié)構(gòu)；圖3是表示在第一實施例的電源電路中采用的限流器的電路結(jié)構(gòu)的電路圖；圖4例示了說明輸出電壓Vo的不同啟動操作的波形；圖5A至5C是由用于研究電流限制控制所進行的實驗所獲得的輸入電壓VB和輸出電壓Vo的啟動波形；圖6A至6C是由用于研究電流限制控制所進行的實驗所獲得的輸入電壓VB和輸出電壓Vo的啟動波形；圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
圖9以方框的形式說明在ECU中安裝的各種電路。
圖10示出在第三實施例中采用的控制信號發(fā)生電路的電路結(jié)構(gòu)。
圖11A是表示根據(jù)第三實施例的電源電路的工作的時序圖；圖11B是表示為了與在第三實施例中的操作相比較而引入的電源電路的操作的另一時序圖；圖12示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選實施例參考圖2至6，現(xiàn)在描述本發(fā)明的第一實施例。
(第一實施例)圖2以方框的形式局部表示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的串聯(lián)調(diào)節(jié)器型電源電路11的電路。此電源電路11例如被安裝到車用ECU(電控制單元)的電源設(shè)備所采用，此電路11構(gòu)造成具有一個基板，在此基板上安裝了整個電路。
電源電路11不僅具有輸入端12，而且具有輸出端13，電池電壓VB(例如，14伏特)從車上的電池(圖2中未示出)供應(yīng)給該輸入端12，輸出電壓Vo(例如，5伏特)從該輸出端13提供給包括并入其它電路中的控制IC的負(fù)載。這種負(fù)載安裝在與用于電源電路11的基板相同的基板上，由圖2中的電阻器R11適宜性表示。
在輸入端12和輸出端13之間，形成有電流源路徑(用作輸電路徑)。在此電流源路徑中，插入由電阻器R12(對應(yīng)于電流檢測電路)和PNP型晶體管Q11(對應(yīng)于主晶體管)構(gòu)成的串聯(lián)電路，從而將晶體管Q11的發(fā)射極和集電極分別連接到電阻器R12和輸出端13。電源電路11還設(shè)置有電容器C11和C12。使輸入電壓平穩(wěn)的一個電容器C11的兩端分別連接于輸入端12和地線14；使輸出電壓平穩(wěn)的另一電容器C12的兩端分別連接于輸出端13和地線14。電容器12例如由電容3.3μF的片式鉭電解電容器形成。
晶體管Q11設(shè)置在電路中以便受到由雙極工藝制成的IC 15的控制。此IC 15具有電壓檢測電路16、參考電壓發(fā)生電路17(形成參考電壓發(fā)生電路)、運算放大器18(形成電壓控制電路)、限流器19、晶體管Q12和Q13、以及晶體管R13和R14。
現(xiàn)在詳細描述IC15。在電連接到輸出端13和地線14的IC端15a之間設(shè)置電壓檢測電路16，該電路16由相互串聯(lián)連接的分壓電阻器R13和R14構(gòu)成。電阻器R13和R14通過其彼此連接的共用接點由此產(chǎn)生檢測電壓Va，此檢測電壓Va是將輸出電壓Vo除以兩個電阻器的電阻值之比計算而得的。
例如，參考電壓發(fā)生電路17形成為帶隙參考電壓電路并且產(chǎn)生對應(yīng)于目標(biāo)電壓(在此例中，5伏特)的給定參考電壓Vr。參考電壓Vr和檢測電壓Va分別輸送到運算放大器18的非反相和反相輸入端。
在與晶體管Q11的基極和地線14電連接的IC端15b之間，設(shè)置有NPN型晶體管Q12，從而將其集電極和發(fā)射極分別連接到IC端15b和地線14。與運算放大器18的輸出端電耦合的晶體管Q12的基極也經(jīng)過NPN型晶體管Q13的集電極和發(fā)射極行至地線14。晶體管Q13的基極與限流器19的輸出端耦合。
限流器19決定著通過電阻器R12的限制電流并用作根據(jù)本發(fā)明的電流限制設(shè)定電路和電流限制電路。此限流器19工作以響應(yīng)到達IC端15c的電池電壓VB并借助IC端15c和另一IC端15d接收經(jīng)過電阻器R12的電壓以便控制晶體管Q13的工作。經(jīng)過電阻器R12的電流等于輸送到電容器C12和電阻器R11的電流(即輸出電流Io)的量。
圖3詳細描述限流器19更實際的結(jié)構(gòu)。限流器19由恒壓電路20、限制電流值設(shè)定電路21和運算放大器22(構(gòu)成本發(fā)明的電流限制電路)構(gòu)成。
在這些元件中，恒壓電路20設(shè)置有以串聯(lián)方式插入在IC端15c和地線14之間的恒流電路23和二極管D11a、D11b、……、D11n以及連接到IC端15c和輸電線24的晶體管Q14。恒壓電路20利用作為參考電壓的二極管D11a的陽極電位進行工作，結(jié)果使得此電路20向輸電線24提供恒壓。
此外，限制電流值設(shè)定電路21在經(jīng)過連接于IC端15c和運算放大器22的非反相輸入端的電阻器R15的端子之間產(chǎn)生參考電壓，該參考電壓相應(yīng)于對輸出電流Io的限制值。在限制電流值設(shè)定電路21中，以串聯(lián)方式彼此連接的NPN型晶體管Q15和Q16設(shè)置在IC端15c和地線14之間，以便獲得電阻器R15的串聯(lián)電路。由偏壓電路25確定流過這些晶體管Q15和Q16的電流i1。偏壓電路25由恒壓發(fā)生電路26構(gòu)成，二極管D12、電阻器R16和晶體管Q17以串聯(lián)方式插入在電路26和地線14之間。
再有，限制電流值設(shè)定電路21設(shè)置有恒流電路27，該恒流電路27由晶體管Q18，Q19，Q20和電阻器R17構(gòu)成并插入在輸電線24和地線14之間。連接到地線14的晶體管Q20的基極與上述晶體管Q16和Q17的基極共同電耦合。
此外，限制電流值設(shè)定電路21設(shè)置有四個參考電流發(fā)生電路28a至28d，電路28a至28d的每一個都具有相同的電路結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中，恒流電路和計時電路彼此結(jié)合。示例性地詳細描述一個參考電流發(fā)生電路28a。由NPN-型晶體管Q21和Q22構(gòu)成的電流反射鏡電路29a與地線14耦合。輸入側(cè)晶體管Q21a的集電極借助由恒流電路27偏壓的PNP型晶體管Q23的集電極和發(fā)射極連接至輸電線24。晶體管Q21并聯(lián)連接NPN型晶體管Q24a，晶體管Q24a的基極與控制用計時電路30a連接。另一方面，晶體管Q22的集電極借助二極管13a與運算放大器22的非反相輸入端耦合。在此參考電流發(fā)生電路28a中，不同于定時電路30a的電路構(gòu)成限制值增加電路。
在輸出電壓Vo的升高操作開始時，各計時器電路30a至30d開始計時t1(t2，t3或t4)。在各計時操作完成之外，各計時器電路30a至30d輸出一電壓，此電壓值(高電平)足以打開各晶體管Q24a(至24a)。并且，在各計時操作完成時，各計時器電路30a至30d輸出一電壓，此電壓值(低值)足以關(guān)閉各晶體管Q24a(至24d)。
接下來，詳細描述運算放大器22的結(jié)構(gòu)和操作。
運算放大器22的非反相和反相輸入端分別接收相應(yīng)于電流限制值的參考電壓和經(jīng)過電阻器R12的電壓(這是由通過電阻器R12的輸出電流Io引起的)，上述經(jīng)過電阻器R12的電壓采取在IC端15c的電位(電池電壓VB)作為參考電位。
運算放大器22具有設(shè)置在IC端15c和地線14之間的差動放大電路31，該差動放電電路31包括晶體管Q25-Q32和電阻器R18-R21，如圖3所示。由于進入運算放大器22的電壓相對較小(即，輸入電壓接近于電池電壓VB的量)，因此設(shè)置晶體管Q25和Q26以接受由NPN型晶體管構(gòu)成的差分輸入。與此相關(guān)，構(gòu)成恒流電路的各晶體管Q27和Q28設(shè)置在各晶體管Q25和Q26和用于驅(qū)動有源負(fù)載的各晶體管Q29和Q30之間。用于將恒定電流供應(yīng)給晶體管Q27和Q28的晶體管Q31和Q32的基極分別與上述二極管D12的陰極和上述晶體管Q20的基極耦合。
在差動放大器31的輸出側(cè)設(shè)置有輸出電路32，該輸出電路32包括晶體管Q33-Q35、二極管D14和D15、電阻器R22、恒流電路33和34以及用于相位補償?shù)碾娙萜鰿13。二極管D14和D15以串聯(lián)方式連接在晶體管Q34的集電極和地線14之間，會限制當(dāng)晶體管Q34關(guān)閉時引起的在晶體管Q34的集電極上電壓的增加，因此工作速度加快。
現(xiàn)在，參考圖4至6以及圖2和3，描述電源電路11的操作。
當(dāng)電池電壓VB施加于電源電路11的輸入端12時，運算放大器18工作以放大在參考電壓Vr和檢測電壓Va之間的電壓差，從而將所得到的放大電壓提供給晶體管Q12的基極。這可以借助晶體管Q12控制在晶體管Q11處的基極電流，由此就可以把輸出電壓Vo控制在作為目標(biāo)的5伏恒壓下(即，電壓跟蹤控制)。
除了這種恒壓控制之外，電源電路11還可以進行電流限制控制。這種電流限制控制的目的不僅在于即使當(dāng)過載狀態(tài)或負(fù)載短路狀態(tài)發(fā)生時也防止了過量的輸出電流Io流動并由此保護電路，而且還在于當(dāng)輸出電壓Vo升高時抑制過調(diào)量。此后，詳細描述過調(diào)量的抑制。
當(dāng)電池電壓VB施加于輸入端12時，輸出電壓Vo從0V開始升高，設(shè)置在限流器19中的計時器電路30a-30d立刻開始計數(shù)(時間t0)。在各計時器電路30a至30d中設(shè)定的時間t1至t4通過下述表達式彼此聯(lián)系t2＝2*t1…(2)t3＝2*t2…(3)t4＝2*t3…(4)，其中時間t1設(shè)定為大約幾百微秒的時間段。
在各計時器電路30a-30d進行計時操作的過程中，各包含在參考電流發(fā)生電路28a-28d中的晶體管24a-24d處于它的打開狀態(tài)，從而使得晶體管Q21a-Q21d和Q22a至Q22d處于它們的關(guān)閉狀態(tài)，流入各二極管D13a至D13d的電流為零。因此，在從時間t0到計時器電路30a完成其計數(shù)操作的時間t1的時間段過程中，僅參考電流i1經(jīng)過晶體管Q15和Q16流過電阻器R15。
在僅參考電流i1流動的此狀態(tài)中，分別出現(xiàn)在運算放大器22的非反相和反相輸入端的電壓VP和VM可由下述表達式(5)和(6)表示VP＝VB-i1*R15…(5)VM＝VB-Io*R15…(6)，其中R12和R15是電阻器R12和R15的電阻值。
此外，基于參考電流i1的限制電流I1可以設(shè)定為由下述表達式(7)限定的量I1＝(i1*R15)/R12 …(7)，其中在此實施例中的I1設(shè)為150mA。
在建立了VP＜VM的關(guān)系的情況下，也就是說，輸出電流Io小于限制電流I1，運算放大器22的輸出電壓變?yōu)?V，于是晶體管Q13關(guān)閉。因而，上述恒壓控制使得輸出電壓Vo向上提升目標(biāo)值。相反，當(dāng)實現(xiàn)了VP＞VM的關(guān)系時，運算放大器22的輸出電壓升高，因此晶體管Q13關(guān)閉、晶體管Q12和Q11關(guān)閉。因此迫使輸出電流Io降低。通過此控制，將輸出電流Io限制為達到限制電流I1，并建立起VP＝VM的平衡狀態(tài)。
圖4示出了當(dāng)輸出電壓Vo升高時所觀察到的不同波形，其中橫軸表示時間，縱軸表示電壓。在圖4中，實線、點劃線和虛線分別表示由大負(fù)載(R12＝9Ω)、中間負(fù)載(R12＝12Ω)和小負(fù)載(R12＝40Ω)獲得的輸出電壓波形。當(dāng)負(fù)載小時，電流限制不起作用，這樣輸出電壓Vo在時間瞬間t1之前達到5V的目標(biāo)電壓。相反，正如上面所述的那樣，負(fù)載越大，對于輸出電流Io的限制值越大。因此，當(dāng)負(fù)載大時，輸出電路Io最終限制為I1，一實現(xiàn)“I1*R12”輸出電壓Vo就停止升高。
在獲得了電流限制并且在輸出電壓Vo停止升高后計數(shù)器電路30a的計數(shù)操作在時間瞬間t 1結(jié)束的情況下，晶體管Q24a、Q21a和Q22a打開，因此電流i1流過二極管D13。因此，在從時間瞬間t1到定時器電路30b完成其計數(shù)操作的時間瞬間t2的時間段過程中，另一參考電流i2(＝2*i1)流過電阻器R15。基于參考電路i2的另一限制電流I2可設(shè)定為由下述表達式(8)限定的量I2＝(i2*R15)/R12…(8)，其中在此實施例中I2設(shè)為330mA。
由于限制電流從I1至I2雙倍增進，中間或大負(fù)載的輸出電壓Vo又開始升高，然后在當(dāng)輸出電壓Vo變?yōu)椤癐2*R12”時的時間瞬間停止它的升高。在時間瞬間t2之后，輸出電壓Vo以與上面相同的方式表現(xiàn)，因此，在從時間瞬間t2至?xí)r間瞬間t3的時間段、從時間瞬間t3至?xí)r間瞬間t4的另一時間段以及從時間瞬間t4至?xí)r間瞬間t5的另一時間段的過程中，參考電流i3(＝3*i1)、另一參考電流i4(＝4*i1)和另一參考電流i5(＝5*i1)將分別流過電阻器R15。源自參考電流i3，i4和i5的限制電流I3、I4和I5可以設(shè)定為由下面表達式(9)，(10)和(11)限定的量I3＝(i3*R15)/R12…(9)I4＝(i4*R15)/R12…(10)I5＝(i5*R15)/R12…(11)，其中，在此實施例中的I3，I4和I5分別設(shè)計成450mA、600mA和750mA。
如圖4所示，在中間負(fù)載的電流限制中，在限制電流達到I3(＝450mA)之后會實現(xiàn)無電流限制，而輸出電壓Vo達到5V的目標(biāo)電壓。如此，在大負(fù)載的電流限制中，在限制電流達到I4(＝600mA)之后會實現(xiàn)無電流限制，而輸出電壓Vo達到5V的目標(biāo)電壓。
將在輸出電壓Vo完成其升高之后達到的限制電流I5(＝750mA)設(shè)計成比在5V的輸出電壓Vo下的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)中流入負(fù)載的可能最大電流大的量。結(jié)果，上述電流限制控制不能防止恒壓控制。
如上所述，當(dāng)輸出電壓Vo升高時，本電流限制控制進行，這樣，使輸出電流Io以預(yù)定恒間隔t1逐步增加150mA的恒流量。因此，隨著限制電流的增加，輸出電壓Vo也慢慢地增加。這種控制降低或抑制了在輸出電壓Vo達到目標(biāo)電壓5V時的過調(diào)量升高。
本發(fā)明人以圖5A至5C和6A至6C的試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，確定了時間間隔t1和電流梯度I1，此電流梯度是隨著限定電流逐步增加所需要的。各圖中的結(jié)果表明，在電阻器R11具有20Ω的電阻、電容器C12具有3.3μF的電容以及限制電流值設(shè)定為常數(shù)的條件下，在端子12處的電壓VB和輸出電壓Vo都升高。圖5A，5B和5C分別表示在100mA、200mA和400mA的限制電流下所獲得的結(jié)果；圖6A，6B和6C分別表示在700mA、1A和1.4A的限制電流下所獲得的結(jié)果。
在輸出電壓Vo控制到5V的目標(biāo)值的條件下，250mA的電流流過電阻器R11。因此，如圖5A和5B所示，當(dāng)限制電流低于250mA時，輸出電壓Vo不可能達到5V。另一方面，如圖5A至5C所示，限制電流越大，流入電容器C12的電流就越大，因此出現(xiàn)了更大的過調(diào)量?？紤]到這些結(jié)果，在400mA的限制電流下獲得的圖5C的過調(diào)量看上去是合理的，因此該過調(diào)量被設(shè)定為目標(biāo)值。在此條件下，流過電容器C12的電流(即，充電電流)是150mA(＝400mA-250mA)。
換句話說，假設(shè)在輸出電壓Vo升高至目標(biāo)電壓5V的同時電流在150mA的范圍內(nèi)變化，就可以使過調(diào)量抑制到圖5C所示的這種程度。基于這種研究，電流梯度I1設(shè)定為150mA。此外，由于負(fù)載電流最大為750mA(R11＝6.6Ω)，因此當(dāng)電容器C12的電容設(shè)定為3.3μF時所獲得的時間常數(shù)為幾十微秒。因而時間間隔t1設(shè)定為幾百微秒，包括適當(dāng)?shù)娜菹蕖?br> 以此方式，根據(jù)本實施例的電源電路11設(shè)置有限流器19，隨著時間流逝，該限流器19能夠響應(yīng)使輸出電壓Vo升高的操作逐步增加輸出電流Io的限制值(即，電壓跟蹤控制起動或者在電壓跟蹤控制下將電池電壓VB施加于輸入端12)。因此，利用限制為等于或低于限制電流值的輸出電流Io，對輸出電流Io進行控制以便隨著時間流逝逐步增加。輸出電流Io以所控制的方式增加會引起輸出電壓Vo逐步增加，作為結(jié)果，可以降低輸出電壓Vo的過調(diào)量。因此，可以抑制過調(diào)量，同時仍降低連接于輸出端13的電容器C12的電容。此外，片式電容器可用作電容器C12，由此可以大大減小電源電路11的尺寸，降低該電路的制造成本。
此外，將在輸出電壓Vo升高至5V的目標(biāo)電壓之后所需的限制電流I5設(shè)定為滿足以下條件的量(在上例中，750mA)該量應(yīng)超過由負(fù)載所需的最大電流值并且能夠抑制過多電流響應(yīng)地流入過載和/或短路負(fù)載，因此防止電路損壞。結(jié)果，在正常工作狀態(tài)，電壓跟蹤控制精確地給出作為目標(biāo)的5V輸出電壓；而在非正常工作狀態(tài)，電流限制控制將輸出電流Io限制為量I5。
(第二實施例)參考圖7，現(xiàn)在描述本發(fā)明的第二實施例。
圖7部分以框圖形式表示出根據(jù)第二實施例的斬波器型開關(guān)電源電路35的電路圖。該電源電路35逐步降低所輸入的電池電壓VB以輸出5V的目標(biāo)電壓。在圖7中，為了簡化說明，與圖2中的電源11相同或相似的元件選用與圖2中相同的參考標(biāo)記。
如圖7所示，電抗器L11電連接在晶體管Q11的集電極和輸出端13之間；齊納擊穿二極管D16電連接在晶體管Q11的集電極和地線14之間以便防止過高電壓和電流飛輪。在電路中齊納擊穿二極管D16的極性如圖7所示的那樣取向。電源電路35設(shè)置了以雙極工藝制造的IC36。設(shè)置IC36以控制晶體管Q11的操作。
象圖2中所示的IC15，IC36裝配有電壓檢測電路16、參考電壓發(fā)生電路17、運算放大器18、限流器19、晶體管Q12、斬波發(fā)生電路37和比較器38。斬波發(fā)生電路37產(chǎn)生了規(guī)定振幅的斬波，該斬波被輸送到比較器38的反相輸入端。比較器38具有第一和第二非反相輸入端，它們分別與限流器19和運算放大器18的輸出端耦合。比較器38的反相輸入端與斬波發(fā)生電路37的輸出端耦合。比較器38的輸出端與晶體管Q12的基極耦合。
在上述結(jié)構(gòu)中，比較器38運行時從限流器19和運算放大器18互相添加輸出信號，并且將所得到的添加信號與斬波信號進行比較。結(jié)果，當(dāng)所添加的信號在振幅上大于斬波信號時比較器38能夠打開晶體管Q12，因此在當(dāng)所添加的信號高于斬波信號時的時間段中，借助晶體管Q12使晶體管Q11處于打開狀態(tài)。由此控制晶體管Q11的占空比(打開狀態(tài)階段)從而對輸出電壓Vo進行恒壓控制(即，電壓跟蹤控制)，這樣輸出電壓Vo就與5V的目標(biāo)電壓一致。另一方面，當(dāng)迫使輸出電流Io過量流動時，限流器19將通過減少其輸出信號而預(yù)先提供對策。響應(yīng)輸出信號的這種減少，還降低了占空比以降低輸出電壓Vo，由此將限制提供至輸出電流Io。
在此實施例中，響應(yīng)于電池電壓VB向輸出端12的施加，限流器19通過時間間隔t1、150mA的特定電流使限制電流值向輸出電流Io逐步增加。限制電流值的控制可以響應(yīng)限制電流值的增加而逐步增加輸出電壓Vo，結(jié)果可以減少由于達到5V的目標(biāo)電壓而引起的過調(diào)量。
通常來講，這種類型的電源電路需要軟啟動電路，以逐步提升啟動電源電路的占空比，但本實施例不需要這種電路。
順便說一下，如上述第一和第二實施例中所描述的那樣，當(dāng)電源電路投入工作時，有效地并直接地控制輸出電壓的升高速度，因此基本上防止了或顯著抑制了輸出電壓過調(diào)量的產(chǎn)生。然而，在此電源電路應(yīng)用于例如車用ECU(電控單元)的情況下，還需要改善如下的電源電路的輸出電壓的升高特性。
ECU通常位于輔助駕駛位的下部附近，相對遠離安裝在發(fā)動機室中的電池。這樣從電池到ECU的線路長度為幾米，所以沿著此線路分布的電感元件不可忽略并且不影響點火(IG)開關(guān)的轉(zhuǎn)換。也就是說，點火開關(guān)從關(guān)閉狀態(tài)向打開狀態(tài)的頻繁轉(zhuǎn)換將引起從電池向ECU的涌入電流過多或過少，涌入電流招致了向ECU的輸入電壓的瞬變現(xiàn)象。
如果在升高輸出電壓的過程中出現(xiàn)瞬變現(xiàn)象，所出現(xiàn)的瞬變還會疊加在控制為線性增加的輸出電壓上，由此影響連接于此電源電路的負(fù)載電路。一個例子在于，如果負(fù)載電路是微機，微機會無法正常響應(yīng)復(fù)位命令，而電源電路處于啟動操作。
因此，提供下面的不同實施例，從而進一步改善電源電路輸出電壓的升高特性。特別是，防止了在當(dāng)輸出電壓以控制速率升高時所產(chǎn)生的輸出電壓中出現(xiàn)的瞬變現(xiàn)象，或這將此現(xiàn)象減少到基本上可忽略的水平。
(第三實施例)參見圖8至11，現(xiàn)在描述本發(fā)明的第三實施例。
圖3詳細描述串聯(lián)調(diào)節(jié)器型電源電路的電路結(jié)構(gòu)，該電源電路結(jié)合在汽車發(fā)動機用ECU100中。
ECU100具有輸入端101a，電池102的正極端子經(jīng)過點火開關(guān)103連接至輸入端101a。ECU100還具有端子101c和101b，電池102的負(fù)極端子分別連接到端子101c和101b。在下述說明中，供應(yīng)到一個輸出端101a的電池電壓表示為VB，供應(yīng)到另一個輸入端101c的另一電池電壓表示為VBATT。
ECU100具有各種電路框圖，在圖9中示出。在ECU100中，正如在此示出的那樣，這里有由粗實線劃出的電路框圖，即，電源電路104，緩沖電路/接口電路105、照明/繼電器驅(qū)動電路106、噴射控制電路107、電子閥驅(qū)動電路108以及加熱器驅(qū)動電路109，所有這些都設(shè)計成在電池電壓VB供應(yīng)的電壓下工作。這些電路105至109(除了電源電路104)集合在一起并且表示為連接于圖8的端子101a和101b的負(fù)載電路113。同時，在ECU100中，還有由細實線畫出的電路，即，CPU外圍電路110、傳感器電路111和模擬開關(guān)電路112，它們被設(shè)計為在由電源電路104提供的5V電壓下進行工作。這些電路110至112集合在一起并且表示為連接于圖8所示的電源電路104的輸出端114a和114b的負(fù)載電路115。
如圖8所示，平穩(wěn)(濾波)電容器C101、C102和C103分別連接在終端101a和101b之間、終端101c和101b之間和終端114a和114b之間。在連接終端101a和114b的電流路徑(輸電路徑)中，形成有串聯(lián)電路，該電路由電阻器R101(即，形成電流檢測電路)和PNP-型晶體管Q101(即，形成主晶體管)構(gòu)成，晶體管Q101的發(fā)射極和集電極連接到兩端。該晶體管Q101由IC116控制。
在此IC116中，設(shè)置有用于分壓的電阻器R102和R103。也就是說，在連接于終端114a的IC終端116a和IC116中的地線117的位置之間，連接由電阻器R102和R103構(gòu)成的串聯(lián)電路，以形成電壓檢測電路118。在電阻器R102和R103之間的中間連接處產(chǎn)生檢測電壓Va，該電壓Va是通過按照電阻R102和R103之間的比例分開輸出電壓Vo所產(chǎn)生的。
IC還設(shè)置有由帶隙參考電壓電路和其他構(gòu)成的參考電壓發(fā)生電路119(形成參考電壓發(fā)生電路)。該電路119產(chǎn)生對應(yīng)于目標(biāo)電壓(5V)的給定參考電壓Vr1。分別向結(jié)合在此IC116中的運算放大器120(形成電壓控制電路)的非反相和反相輸入端施加參考電壓Vr1和檢測電壓Va。
NPN型晶體管Q102設(shè)置在IC116中，這樣，晶體管Q102的集電極和發(fā)射極分別連接于上述晶體管Q101的基極和地線117。晶體管Q102的基極與運算放大器120的輸出端連接。此外，NPN型晶體管Q103和Q104彼此平行地設(shè)置在IC116中，這樣各晶體管的集電極和發(fā)射極分別與晶體管Q102和地線117耦合。晶體管Q104形成本發(fā)明的切斷電路。
晶體管R101的輸入側(cè)端依次經(jīng)過IC端116c和電阻器104連接到比較器121(形成電流限制電路)的非反相輸入端；電阻器R101的輸出側(cè)端經(jīng)過IC端116d連接到比較器121的反相輸入端。比較器121的輸出行進至上述晶體管Q103的基極。
IC116還包括啟動控制電路122，該電路122負(fù)責(zé)響應(yīng)點火開關(guān)103的打開狀態(tài)來控制電源電路104的升高速度。將此啟動控制電路122設(shè)計成按照由IC端116e和116f隨時提供的電池電壓VBATT進行工作，此電路122包括參考電流發(fā)生電路123和信號控制電路124。當(dāng)然，將此參考電流發(fā)生電路設(shè)計成產(chǎn)生流過電阻器104的參考電流，參考電流逐步增加。將此信號控制電路124設(shè)計成產(chǎn)生發(fā)送到參考電流發(fā)生電路123的轉(zhuǎn)換信號S1至S4和發(fā)送到上述晶體管Q104的控制信號Sd(相應(yīng)于升高啟動信號)。
具體來說，參考電流發(fā)生電路123放置在比較器121的非反相輸入端和地線117之間并且包括四個串聯(lián)的電路系統(tǒng)，這四個串聯(lián)電路系統(tǒng)以并聯(lián)的方式互相連接，各串聯(lián)電路系統(tǒng)由恒流電路125a(125b，125c和125d)和模擬開關(guān)126a(126b，126c和126d)構(gòu)成。恒流電路125a-125d形成輸出參考電流I1至I4，它們?nèi)吭O(shè)定為等于量Ia。并行設(shè)置的串聯(lián)電路系統(tǒng)的數(shù)量對應(yīng)于用于控制啟動操作所需的參考電流轉(zhuǎn)換器的數(shù)量。當(dāng)各轉(zhuǎn)換器的信號S1至S4變?yōu)椤癏(高)”電平時，各模擬開關(guān)126a至126d打開。
此外，信號控制電路124設(shè)置有圖10中所示的控制信號發(fā)生電路127(對應(yīng)于延遲控制電路)。此控制信號發(fā)生電路127利用對電容器充電的時間產(chǎn)生上述控制信號Sd，該電路127包括充電電路130，包括由恒流電路128和電容器129構(gòu)成的串聯(lián)電路；連接到電容器129的兩端的放電開關(guān)電路131；產(chǎn)生參考電壓Vr2的參考電壓發(fā)生電路132；以及比較器133(形成比較電路)，對在經(jīng)過電容器129的終端電壓和參考電壓Vr2之間進行比較。順便提及，將恒流電路128設(shè)計成僅當(dāng)點火開關(guān)103處于打開狀態(tài)時才提供恒定電流，而開關(guān)131僅當(dāng)點火開關(guān)103處于關(guān)閉狀態(tài)時才保持打開狀態(tài)。
雖然未示出，但是信號控制電路124具有用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)換信號S1-S4的計時電路。響應(yīng)于信號Sd向H電平的過渡，轉(zhuǎn)換信號S1從L(低)轉(zhuǎn)換為H電平，然后，在各計時電路計算特定時間段T的每一時間。剩余轉(zhuǎn)換信號S2至S4依次從L電平轉(zhuǎn)換為H電平。計時器電路和參考電流發(fā)生電路23組成了本發(fā)明的限制電流值設(shè)定電路。
現(xiàn)在參考圖11A和11B說明電源電路104的操作。
圖11A和11B表示出在電源響應(yīng)點火開關(guān)103從關(guān)閉狀態(tài)向打開狀態(tài)的轉(zhuǎn)換而進行起動操作的過程中在電路中的各特定位置處的波形。在這些圖中，圖11A表示根據(jù)本實施例的電源電路104得到的波形，圖11B示出在通過從電源電路104中去除控制信號發(fā)生電路127和晶體管Q104而形成的結(jié)構(gòu)中得到的波形。圖11A和11B的波形從上部依次示出電池電壓VB、輸出電壓Vo、流過電阻器R1的電流Ivb、轉(zhuǎn)換信號S1至S4以及控制信號Sd(僅在圖11A中)。
正如之前所述，ECU101常常設(shè)置在汽車的輔助駕駛座附近，這樣連接裝在發(fā)動機室中的電池102和ECU101的線路長度趨于更長。電感元件沿著線路分布，因此，點火開關(guān)103從關(guān)閉狀態(tài)向打開狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通常會導(dǎo)致涌入電流突然從電池102流入電容器C101和C102。因此，電池電壓VB出現(xiàn)振鈴分量并隨著時間流逝逐漸變?nèi)酢?br> 當(dāng)點火開關(guān)103處于關(guān)閉狀態(tài)時，在控制信號發(fā)生電路127中的開關(guān)電路131處于打開狀態(tài)，因此經(jīng)過電容器129的終端電壓為0V，因此控制信號Sd處于H電平。這保持晶體管Q104處于打開狀態(tài)，保持晶體管Q102和Q101處于關(guān)閉狀態(tài)，因此從電源電路104沒有提供輸出電壓。在此狀態(tài)中，轉(zhuǎn)換信號S1-S4全部處于L電平。
在圖11A中，當(dāng)點火開關(guān)103在時間瞬間t1打開時，在控制信號發(fā)生電路127中的開關(guān)電路131關(guān)閉，這使恒流電路128開始輸出恒流。因此開始對電容器129充電，在從時間瞬間t1開始的延遲時間Td之后，經(jīng)過電容器129的終端電壓達到參考電壓Vr2，由此使控制信號Sd從H電平轉(zhuǎn)變?yōu)長電平。由于可以預(yù)知疊加在電池電壓VB上的瞬變量的降低特性，因此把上述延遲時間Td設(shè)定為特定量，該量可以使輸出電壓Vo響應(yīng)于對電流限制量的逐步增加控制而穩(wěn)定地單調(diào)增長，跟隨如下。
響應(yīng)控制信號Sd向L電平的轉(zhuǎn)換，信號控制電路124將開關(guān)信號Sd從L電平轉(zhuǎn)向H電平。因此，晶體管Q104變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，而晶體管Q102和Q101變?yōu)榇蜷_狀態(tài)。同時，源自恒流電路25a的參考電流I1流過電阻器R104，這樣，由比較器21執(zhí)行的電流限制控制將產(chǎn)生用作限制電流值的電流Ivb，這可以由下述表達式(12)表示Ivb＝I1*R4/R1＝Ia*R4/R1…(12)那么只要預(yù)定的時間段T從時間瞬間t2繼續(xù)地流逝，也就是說，在各個時間瞬間t3、t4和t5，信號控制電路124就將剩余的轉(zhuǎn)換信號S2、S3和S4從L電平依次轉(zhuǎn)向H電平。由于比較器121進行了電流限制控制，因此相應(yīng)于各轉(zhuǎn)換信號S2-S4的電流Ivb依次增加，但限制為由各下述表達式(13)至(15)所示出的電流值Ivb＝(I1+I2)*R4/R1＝2*Ia*R4/R1…(13)Ivb＝(I1+I2+I3)*R4/R1＝3*Ia*R4/R1…(14)Ivb＝(I1+I2+I3+I4)*R4/R1＝3*Ia*R4/R1…(15)
簡言之，如圖11A所示，當(dāng)點火開關(guān)103打開時，電源電路104不開始其啟動操作，而是等待延遲時間段Td，在此時間段Td，疊加在電池電壓VB上的振鈴分量減弱。在延遲時間Td之后，電源電路104以步進模式開始其啟動操作。
在步進啟動操作時，由比較器121提供的電流限制控制變得有效，取代了由運算放大器120提供的恒壓控制。因此，對于輸出電壓的波動的直接反饋控制是無用的，因此輸出電壓Vo可能由于在輸出電壓VB中的波動而波動。
然而，當(dāng)啟動操作開始時，疊加在電池電壓VB上的振鈴分量完全被減弱。結(jié)果，由于電池電壓VB的振鈴分量引起的輸出電壓Vo的波動(振鈴分量)相當(dāng)小，保證了輸出電壓Vo以單調(diào)提高的方式增加。
負(fù)載電路115包含CPU外圍電路110，此電路110具有影響輸出電壓Vo的復(fù)位電路。例如，將此復(fù)位電路設(shè)計成在輸出電壓Vo超過3V的情況下釋放復(fù)位，在輸出電壓Vo超過4V的情況下發(fā)出復(fù)位信號，以便允許向外部存儲器或其它裝置的存取。因為在啟動操作的過程中確保了輸出電壓Vo的單調(diào)(線性)提高，所以上述復(fù)位電路能夠以平穩(wěn)的方式發(fā)出復(fù)位信號，幾乎完全避免了錯誤的復(fù)位操作。
同時，如果沒有執(zhí)行在延遲時間Td的上述延遲控制，在此情況下的工作狀態(tài)如圖11B中所示。也就是說，在點火開關(guān)103打開之后立即將轉(zhuǎn)換信號S1-S4以時間間隔T依次改變?yōu)镠電平，由此開始限制電流值的逐步增加。因此，在電池電壓VB的振鈴分量仍舊很大(即，在電池電壓VB中的波動仍很大)時就迫使輸出電壓Vo增加，由于剩余分量使得輸出電壓Vo的波動變得很大。本發(fā)明確實改進了此缺陷，如圖11A所示。
如上所述，根據(jù)本實施例的電源電路104能夠進一步增加電源的有利升高特性。也就是說，此電源電路104保證了幾乎完全地避免由于在啟動操作的過程中疊加在電池電壓VB上的振鈴分量引起的輸出電壓的波動，或者將這種波動抑制到低值。輸出電壓可以盡可能地線性增加。在輸出電壓方面保證線性的增加使得啟動操作和初始化操作在負(fù)載電路15中平穩(wěn)地進行。此外，將延遲時間Td設(shè)定為更長的量會引起電容器C101電容的降低，因此有助于制造出更小型的電源電路104并降低了該電路的制造成本。此外，在延遲時間Td的過程中晶體管104使晶體管Q102和Q101處于關(guān)閉狀態(tài)，即使在電池電壓VB處于打開狀態(tài)后的過渡階段，電源電路104的電壓輸出操作也可以穩(wěn)定地停止。
此外，象第一和第二實施例，只要在啟動操作過程中過去了特定時間段T，就可以允許電流Ivb逐步增加特定的電流量Ia，因此，隨著限制電流值的增加，輸出電壓Vo也逐步地增加。因此，可以避免或明顯抑制當(dāng)輸出電壓Vo升高至目標(biāo)電壓Vo時出現(xiàn)的過調(diào)量，因此可以采用片狀電容器作為電容器C103。所以可以將電源電路104制得更小并降低了它的制造成本。
(第四實施例)參考圖12，現(xiàn)在描述本發(fā)明的第四實施例。在此實施例中，取代上述控制信號發(fā)生電路127，采用另一種控制發(fā)生電路134作為延遲控制電路，如圖12所示，與圖10相同或相似的元件由與圖10相同的參考標(biāo)記表示。
控制信號發(fā)生電路134同樣利用時間對電容器充電以產(chǎn)生控制信號Sd，該電路134包括由電阻器135和電容器129的串聯(lián)電路構(gòu)成的充電電路136、開關(guān)電路131、參考電壓發(fā)生電路132和比較器133。充電電路136連接終端101a和101b。
在此電路中，響應(yīng)點火開關(guān)103從關(guān)閉狀態(tài)向打開狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，開關(guān)電路131關(guān)閉，通過電阻器136開始對電容器129進行充電。在延遲時間Td之后，經(jīng)過電容器129的終端電壓超過參考電壓Vr2，因此控制信號Sd從H電平轉(zhuǎn)換為L電平。利用此控制信號Sd提供了與涉及電源的啟動操作的第三實施例中的那些類似的操作和優(yōu)點。
(第五實施例)參見圖13，現(xiàn)在描述本發(fā)明的第五實施例。在此實施例中，取代了上述控制信號發(fā)生電路127，另一種控制信號發(fā)生電路137用作延遲控制電路，如圖13所示。
此控制信號發(fā)生電路137裝配有根據(jù)電池電壓VBATT工作并輸出振蕩時鐘的振蕩電路138和利用振蕩時鐘作為參考時鐘進行工作的計時電路139。當(dāng)點火開關(guān)103處于關(guān)閉狀態(tài)，計時電路139輸出高電平控制信號Sd。當(dāng)點火開關(guān)103打開時，計時器139計算預(yù)定時間段，然后將控制信號從H電平轉(zhuǎn)向L電平。
像上述第三實施例那樣，此控制信號Sd可用于啟動電源，由此提供與第三實施例中類似的操作和優(yōu)點。
(第六實施例)現(xiàn)在參考圖14描述本發(fā)明的第六實施例。在此實施例中，代替上述控制信號發(fā)生電路127，另一控制信號發(fā)生電路140用作延遲控制電路，如圖14所示。
此控制信號發(fā)生電路140構(gòu)造成直接檢測電池電壓VB的振鈴分量，由此產(chǎn)生控制信號Sd。具體而言，此電路140裝配有用于產(chǎn)生參考電壓Vr3的參考電壓發(fā)生電路141、用于在參考電壓Vr3和電池電壓VB之間進行比較的比較器42(對應(yīng)于比較電路)和濾波器電路(對應(yīng)于恒電平檢測電路)。
由于參考電壓Vr3設(shè)為接近于電池電壓VB的固定值(平均值)的值，因此只要電池電壓VB的振鈴分量大，比較器142的輸出就會保持變化。間隔地接收比較器142的輸出信號的濾波器電路143響應(yīng)在特定時間段中保持相同水平的輸出信號將控制信號Sd從H電平變?yōu)長電平。
因此，這種控制信號Sd可用于啟動電源，由此提供與第三實施例相同的操作和優(yōu)點。此外，控制信號發(fā)生電路140直接檢測電池電壓VB的變化。作為結(jié)果，可以沒有失敗地發(fā)現(xiàn)減少的振鈴分量。因此延遲時間變得精確，這樣不再需要無用的等待時間。
正如上述部分解釋的那樣，根據(jù)本發(fā)明的電源電路可應(yīng)用于各種類型的電源電路，例如線性調(diào)節(jié)器、斬波形開關(guān)調(diào)節(jié)器和反相型開關(guān)調(diào)節(jié)器。在這些調(diào)節(jié)器中，設(shè)置主晶體管以便從其輸入端向其輸出端插入輸電路徑并響應(yīng)來自電壓控制電路和電流限制電路的命令，從而有效地控制能量從輸入端向輸出端的傳輸。
此外，在上述限制電流值設(shè)定電路21或啟動控制電路122中并不一定限制為如上所述的下述結(jié)構(gòu)在此結(jié)構(gòu)中，用于啟動輸出電壓Vo的輸出電流Io和用于啟動電源的電流Ivb的限制電流值根據(jù)以特定時間間隔的特定量逐步增加，而是可以進行如下修改。例如，在相應(yīng)于各時間段的各階段中，限制電流值可以在它們的振幅-變化寬度和/或它們的時間間隔中進行區(qū)分。此外，用于改變限制電流值的階段數(shù)量不限于上述實施例中所列出的五個或四個階段，而是可由適當(dāng)選擇的其它數(shù)量替代。以下情況通常是正確的在各階段限制電流的振幅-變化寬度越小，上述過調(diào)量的抑制越穩(wěn)定。輸出電流的限制值還可以連續(xù)地增加，從而取代逐步增加的方式，這樣可以更穩(wěn)定地抑制過調(diào)量。
為了更為完整，還應(yīng)說明，至此所描述的各種實施例和修改并非是可能實施例的窮舉。應(yīng)理解，在不脫離主要發(fā)明原理的條件下他們可以結(jié)合各種結(jié)構(gòu)的細節(jié)或者可以根據(jù)原有技術(shù)已知的措施對這些實施例進行補充或修改。
在此將申請日為2002年1月15日的日本專利申請2002-005993和申請日為2002年7月12日的日本專利申請2002-204371的全部內(nèi)容(包括說明書、權(quán)利要求、附圖和概述)引作參考。
權(quán)利要求
1.一種電源電路，包括設(shè)置在連接輸入端和輸出端的輸電路徑中的主晶體管；電壓檢測電路，構(gòu)造成根據(jù)由輸出端提供的輸出電壓進行檢測電壓的檢測；參考電壓發(fā)生電路，構(gòu)造成按照目標(biāo)電壓產(chǎn)生參考電壓；電壓控制電路，構(gòu)造成控制主晶體管，使得檢測電壓與參考電壓一致；電流檢測電路，構(gòu)造成檢測由輸出端提供的輸出電流；限制電流值設(shè)定電路，構(gòu)造成設(shè)定輸出電流的限制值，以便在使輸出電壓升高至目標(biāo)電壓的情況下該限制值逐漸增加；以及電流限制電路，構(gòu)造成控制主晶體管，以便在使輸出電壓升至目標(biāo)電壓的情況下輸出電流保持在小于或等于限制值的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源電路，其中限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成當(dāng)輸出電壓升高時隨著時間的流失逐步增加該限制值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電源電路，其中限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成在輸出電壓升高的過程中以給定的時間間隔將該限制值逐步增加預(yù)定量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電源電路，其中限制電流值設(shè)定電路設(shè)置有計算預(yù)定時間段的計時器電路和當(dāng)該計時器電路完成對預(yù)定時間段的計時的時候?qū)⑾拗浦翟黾宇A(yù)定量的限制值增加電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電源電路，其中限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成在輸出電壓升高的過程中隨著時間的流失持續(xù)增加限制值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電源電路，其中電源電路形成為具有電路系統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)節(jié)器，在此電路系統(tǒng)中設(shè)置用作輸電路徑的電流源路徑以連接輸入端和輸出端，主晶體管設(shè)置在電流源路徑中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電源電路，進一步包括延遲控制電路，此延遲控制電路構(gòu)造成當(dāng)已經(jīng)施加于輸入端的輸入電壓的振鈴分量減小時輸出升高啟動信號，其中，限制電流值設(shè)定電路構(gòu)造成響應(yīng)于輸出的升高啟動信號設(shè)定輸出電流的限制值，從而使限制值逐步地增加；電流控制電路構(gòu)造成根據(jù)由電路檢測電路檢測出的輸出電流和由限制電流值設(shè)定電路設(shè)定的限制值，控制主晶體管，從而將輸出電流保持在預(yù)定值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電源電路，其中將當(dāng)延遲控制電路輸出升高啟動信號時的時間設(shè)定為當(dāng)在輸入電壓施加于輸入端之后過去了預(yù)定時間周期時的時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電源電路，其中延遲控制電路設(shè)置有充電電路和比較電路，該充電電路利用所施加的輸入電壓進行工作并在輸入電壓上提供充電電壓，該比較電路在充電電壓和給定閾值之間進行比較以便輸出升高啟動信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的電源電路，其中延遲控制電路設(shè)置有振蕩電路和計時器電路，該振蕩電路輸出參考時鐘信號，該計時器電路利用參考時鐘信號進行工作，從而當(dāng)在輸入電壓施加于輸入端之后過去了預(yù)定時間周期時輸出升高啟動信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的電源電路，其中延遲控制電路設(shè)置有比較電路和恒電平檢測電路，該比較電路在所施加的輸入電壓和給定閾值之間進行比較以輸出比較信號，該恒電平檢測電路在比較信號對于給定的時間間隔保持在相同電平的條件下輸出升高啟動信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的電源電路，還包括切斷電路，該電路構(gòu)造成將主晶體管控制在它的關(guān)閉狀態(tài)，直至輸出升高啟動信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的電源電路，其中將電源電路形成為具有電路系統(tǒng)的串聯(lián)調(diào)節(jié)器，在此電路系統(tǒng)中，設(shè)置用作輸電路徑的電流源路徑以連接輸入端和輸出端，主晶體管設(shè)置在電流源路徑中。
全文摘要
在電源電路中，控制將能量從輸入端傳輸?shù)捷敵龆说闹骶w管，使得根據(jù)輸入電壓的檢測電壓與表示目標(biāo)電壓的參考電壓一致。檢測輸出電流并設(shè)定輸出電流限制值，使得當(dāng)輸出電壓升高至目標(biāo)電壓時限制值逐步增加?？刂浦骶w管使輸出電流保持為小于或等于限制值的值。由于逐漸增加限制值的控制，因此該結(jié)構(gòu)能夠抑制輸出電壓的過調(diào)量。此外，為了避免輸入電壓振鈴分量的影響，提供延遲控制電路以對輸出電壓的升高開始進行延遲。
文檔編號G05F1/10GK1484367SQ0314582
公開日2004年3月24日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者長村信義, 二村澄治, 伴博行, 治 申請人:株式會社電裝