專利名稱：開關型直流穩(wěn)壓電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關型穩(wěn)壓電源技術領域，具體為開關型穩(wěn)壓電源中的開關型直流穩(wěn)壓電路。
背景技術：
開關型穩(wěn)壓電源主要由整流濾波電路及開關型直流穩(wěn)壓電路組成。其中現(xiàn)有開關型直流穩(wěn)壓電路主要組成部分的方框圖如圖1所示，圖1中調(diào)整管工作于開關狀態(tài)。其穩(wěn)壓工作原理是由整流濾波電路輸入的直流電壓VI通過開關調(diào)整管1變成矩形脈沖電壓，再經(jīng)濾波器5的作用變成直流輸出電壓Vo。通過取樣電路8對輸出電壓Vo的取樣電壓與基準電壓7經(jīng)比較放大器6比較的差值，來調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制器3所輸出脈沖波的寬度，利用該調(diào)寬型脈沖控制信號，經(jīng)驅動器2輸入開關調(diào)整管1，控制開關調(diào)整管導通及截止的時間當穩(wěn)壓電源輸出端外接負載增大時，輸出的脈沖控制信號脈寬變寬，開關調(diào)整管導通時間變長，輸出電壓Vo動態(tài)變高；外接負載變小時，與上相反過程，輸出電壓Vo動態(tài)變低，從而維持電源輸出端有穩(wěn)定的電壓輸出。圖1中脈沖震蕩器4向脈寬調(diào)制器3輸出一等寬脈沖控制信號。
圖1方框圖電路中，Vo＝VI·D，Vo、VI分別為直流輸出、輸入電壓，D為脈寬調(diào)制器輸出脈沖控制信號的占空比。輸出電壓Vo與脈沖控制信號的占空比D成正比。
圖1所示開關型穩(wěn)壓電路屬于調(diào)脈寬式穩(wěn)壓電路，其主要優(yōu)點是可減小調(diào)整管的功率損耗，主要存在的缺點是其一，不適合應用于低壓大電流的直流穩(wěn)壓輸出對于VI-Vo電壓變換幅度大，例如為了節(jié)省電源變壓器，直接將220V交流電壓整流濾波為直流高壓，作為穩(wěn)壓電路的直流輸入電壓，如果此時負載需要低壓大電流直流穩(wěn)壓輸出(例如1V左右的低電壓大電流輸出)的情況，采用圖1穩(wěn)壓電路，占空比D值很小，調(diào)整管導通時間很短，載止時間很長，二者相差太大，控制很困難，此時會出現(xiàn)電流紋波增大，同步穩(wěn)流管通態(tài)損耗增大，直流變壓穩(wěn)壓效率降低等問題。其二，當電源負載快速變化時，圖1電路中取樣電路從輸出電壓Vo取出反饋電壓，經(jīng)過圖1各方框功能電路，一直到對開關調(diào)整管導通過程的控制，整個傳遞反饋的過程要消耗一定時間，對輸出電壓的調(diào)整或變化滯后于負載變化，不能瞬態(tài)響應或即時響應，直流穩(wěn)壓輸出出現(xiàn)動態(tài)欠調(diào)或超調(diào)現(xiàn)象。當負載變化率大的低壓大電流穩(wěn)壓輸出時，該現(xiàn)象更為嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述缺點，提供另一種開關型直流穩(wěn)壓電路，其能滿足低壓大電流穩(wěn)壓輸出的要求，而且其穩(wěn)壓輸出與電源負載的快速變化無關。
本發(fā)明的技術方案如下由直流高壓電源串聯(lián)連接第一開關電路、限流緩沖電路以及充電電容器，高壓電源以脈動電流形式對充電電容器充電，充電電容器的電壓輸出端連接穩(wěn)壓輸出端；充電電容器的電壓輸出端連接電壓反饋電路，取出反饋電壓信號輸入第二開關電路，控制第二開關電路的通斷，第二開關電路的輸出端與第一開關電路的另一輸入端連接；控制信號源的輸出端連接第二開關電路的另一輸入端，通過第二開關電路控制第一開關電路的通斷。
本發(fā)明直流穩(wěn)壓的原理或方法與背景技術所述完全不同，后者通過調(diào)節(jié)脈沖控制信號的占空比來調(diào)節(jié)穩(wěn)壓輸出，本發(fā)明由直流高壓電源通過第一開關電路控制充電電容器間歇性充電、間歇性放電以及反饋電壓的限壓作用來調(diào)節(jié)穩(wěn)壓輸出，第一開關電路作為充電開關。
第一開關電路的導通或截止通過一控制信號源串接第二開關電路來控制，第二開關電路作為控制信號開關，第二開關電路的導通或截止由充電電容器輸出電壓的反饋電壓來控制。所述控制信號為一等寬脈沖信號，占空比為定值。低壓大電流穩(wěn)壓輸出時，不存在背景技術中所述占空比變化大的技術缺限。其輸出電壓的高低可通過調(diào)整反饋電壓的高低來實現(xiàn)，穩(wěn)壓輸出值可任意選取。因此本發(fā)明可完全滿足低壓大電流穩(wěn)壓輸出的要求，而且能滿足大穩(wěn)壓范圍的要求。高穩(wěn)壓輸出時，只要第一開關電路有足夠高的耐壓值。
本發(fā)明采用間歇充電及放電工作模式，流經(jīng)開關電路的電荷都用于充電以及消耗于對負載的間歇放電，無功功率消耗極低，穩(wěn)壓輸出效率高，特別是小功率穩(wěn)壓輸出時(例如1-10V)，通過對開關電路性能的優(yōu)化選擇，效率可達95％以上，而現(xiàn)有1V穩(wěn)壓輸出的開關穩(wěn)壓電源的效率一般為87％。
由以上所述，本發(fā)明穩(wěn)壓輸出值僅取決于反饋電壓值，而與控制信號的脈寬或占空比無關，因此與外接負載的變化率無關，不存在外接負載變化引起穩(wěn)壓輸出的欠調(diào)或超調(diào)現(xiàn)象。外接負載的變化只改變電容器充電或放電的頻率。
本發(fā)明可省去現(xiàn)有開關型穩(wěn)壓電源中的比較放大器、脈寬調(diào)制器、驅動器等，具有結構簡單、體積小、成本低的優(yōu)點。


圖1為現(xiàn)有開關型直流穩(wěn)壓電路結構的方框圖；圖2為本發(fā)明電路結構的方框圖；圖3為本發(fā)明實施例1的電路圖；圖4為本發(fā)明實例2的電路圖。
具體實施例方式見圖2，直流高壓電源1為由整流濾波電路輸出的直流高壓，直流高壓電源1串聯(lián)連接第一開關電路2、限流緩沖電路3以及充電電容器4，直流高壓電源以脈動電流形式經(jīng)過限流緩沖電路對充電電容器4充電，充電電容器4的電壓輸出端連接穩(wěn)壓輸出端5；充電電容器4的電壓輸出端另外連接電壓反饋電路6，電壓反饋電路6的輸出端連接第二開關電路7，由此取出反饋電壓信號輸入第二開關電路7，控制第二開關電路的通斷，第二開關電路7的輸出端與第一開關電路2的另一輸入端連接；控制信號源8的輸出端連接第二開關電路的另一輸入端，通過第二開關電路控制第一開關電路的通斷，由此控制高壓電源1對充電電容器4的間歇充電。
圖3、圖4為本發(fā)明的二個具體實施例。
見圖3，所述第一開關電路由場效應晶體管Q2及電阻R2組成，電阻R2連接于場效應晶體管Q2的柵極與源極之間，場效應晶體管Q2的源極與直流高壓電源VI連接，直流高壓電源VI的另一端接地；所述限流緩沖電路由熔斷電阻R1、電感器L1以及二極管D1組成，熔斷電阻R1與電感器L1串聯(lián)連接，熔斷電阻R1的另一端分別與場效應晶極管Q2的漏電極以及二極管D1一端連接，二極管D1的另一端接地；其中熔斷電阻R1為保險絲，其作用是當?shù)谝婚_關電路出現(xiàn)故障或失控時，可以通過熔斷電阻R1表保護穩(wěn)壓輸出的外接電路。二極管D1為續(xù)流二極管，當?shù)谝婚_關電路截止瞬時，二極管D1導通，其與熔斷電阻R1、電感器L1形成電流回路，電感器L1中的電能能夠持續(xù)向電容器C1充電。當?shù)谝婚_關電路導通瞬時，二極管D1截止，電能首先流入電感器L1，如此對電容器C1起著限流緩沖作用。
充電電容器C1的電壓輸出端分別與電感器L1以及穩(wěn)壓輸出端Vo連接，充電電容器C1的另一端接地；所述穩(wěn)壓二極管D2的一端與充電電容器CI的電壓輸出端連接，另一端與所述第二開關電路中的晶體管Q1的基極連接，構成電壓反饋電路，第二開關電路還包括串接的電容器C2、電容器C3，串接點與晶體管Q1的集電極連接，晶體管Q1的集電極通過電容器C2與晶體管Q2的柵極連接，晶體管Q1的發(fā)射極接地；控制信號源VS的輸出端通過電容器C3與晶體管Q1的集電極連接，輸出等寬脈沖控制信號，通過所述第二開關電路控制場效應晶體管Q2的通斷，信號源VS的另一端接地。
本實施例電路工作原理如下當?shù)谝婚_關電路的場效應晶體管Q2導通時，高壓電源VI通過電阻R1、電感器L1對電容器C1充電，當電容器C1輸出端電壓值高于穩(wěn)壓二極管D2的穩(wěn)壓值，二極管D2擊穿，晶體管Q1導通，控制信號源VS的輸出信號不能經(jīng)過C2加到晶體管Q2的柵極，晶體管Q2處于截止狀態(tài)，停止對電容器C1充電，電容器C1通過負載放電，當其輸出端電壓值低于穩(wěn)壓二極管D2的穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓二極管恢復正常狀態(tài)，晶體管Q1截止，控制信號源VS輸出的等寬脈沖信號經(jīng)過電容C3、C2加到晶體管Q2的柵極，晶體管Q2導通，恢復對電容器C1充電，如此不斷循環(huán)，保持穩(wěn)壓輸出端穩(wěn)定的電壓輸出，而且該穩(wěn)壓輸出值由穩(wěn)壓二極管D2的穩(wěn)壓值決定。調(diào)整不同穩(wěn)壓輸出值，只要選取具有不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓二極管構成電壓反饋回路，結構極其簡單。當穩(wěn)壓輸出值較低時，穩(wěn)壓二極管D2也可由加正向電壓的二極管代替，利用其死區(qū)電壓作為反饋電壓?；蛘?，充電電容器C1的電壓輸出端直接與第二開關電路中晶體管Q1的基極連接，電容器C1的輸出電壓直接作為反饋電壓。
圖3所示實施例中，也可以將晶體管Q1由NPN型改用PNP型，場效應晶體管Q2由P溝道型改用N溝道型，電源VI及二極管D1、D2的連接相應反向。如此可以輸出穩(wěn)壓負電壓。圖3中熔斷電阻R1也可不用。
見圖4，本實施例將圖3中第二開關電路中的電容器C3及C2分別用圖4中的電阻R3及晶體管Q2取代，將圖3中第一開關電路中的場效應晶體管Q2用圖4中的達林頓晶體管Q3、Q4取代，其他電路連接關系相同。其電路連接如下第一開關電路由達林頓晶體管Q3、Q4以及電阻R2構成，電阻R2接于達林頓晶體管的基極，達林頓晶體管的發(fā)射極與所述高壓電源VI連接，高壓電源VI的另一端接地；限流緩沖電路由熔斷電阻R1、電感器L1以及二極管D1組成，熔斷電阻R1與電感器L1串聯(lián)連接，熔斷電阻R1的另一端分別與達林頓晶體管的集電極以及二極管D1的一端連接，二極管D1的另一端接地；充電電容器C1的電壓輸出端分別與電感器L1以及穩(wěn)壓輸出端Vo連接，充電電容器C1的另一端接地；穩(wěn)壓二極管D2的一端與充電電容器C1的電壓輸出端連接，另一端與所述第二開關電路中的晶體管Q1的基極連接，構成電壓反饋電路，第二開關電路還包括電阻R3及晶體管Q2，電阻R3串聯(lián)于晶體管Q2的基極，串接點與晶體管Q1的集電極連接，晶體管Q2的集電極與電阻R2的另一端連接，晶體管Q2的發(fā)射極接地；控制信號源VS的的輸出端通過電阻R3與晶體管Q1的集電極連接，通過所述第二開關電路控制晶體管Q3、Q4的通斷，信號源VS的另一端接地。
見圖4，當電容器C1的充電電壓高于穩(wěn)壓二極管D2的穩(wěn)壓值，晶體管Q1導通，晶體管Q2截止，達林頓晶體管Q3、Q4截止，電源VI停止對電容器C1充電，電容器C1對負載放電，當其輸出端電壓低于穩(wěn)壓二極管D2的穩(wěn)壓值，晶體管Q1截止，控制信號源的輸出信號電壓4經(jīng)電阻R3驅使三極管Q2導通，繼而驅使達林頓晶體管Q3、Q4導通，電源VI恢復對電容器C1充電，如此往復循環(huán)，使穩(wěn)壓輸出端的輸出電壓穩(wěn)定于穩(wěn)壓二極管D2的穩(wěn)壓值。
圖4所示實施例2中，各晶體管也可由NPN型替換為PNP型，電源VI及二極管D1、D2的連接相應反向。
圖3實施例中，元器件型號及參數(shù)取值可以是電源VI300V，場效應晶體管Q2型號J2N5462，晶體管Q1型號MP35770，電容器C110μF，C2200PF，C3200PF，R1為2A保險絲，電感器L1為10μH，穩(wěn)壓二極管D2型號IN4733，穩(wěn)壓值為5V?？刂菩盘枮轭l率100KHZ、占空比50％的脈沖波。
圖4實施例中，電源VI300V，達林頓晶體管型號MPQ200J，晶體管Q1及Q2型號MP35770，穩(wěn)壓二極管D2型號IN4733，穩(wěn)壓值5V。電容器C1100μF，電阻R3lKΩ，R1為10A保險絲，電感器L1為100μH，控制信號源同實施例3。
圖3、圖4實施例中，分別可以將所述相互連接的第一開關電路、第二開關電路以及控制信號源用集成電路的制作方法集成于一體，制作成集成電路。
權利要求
1.開關型直流穩(wěn)壓電路，特征在于由直流高壓電源串聯(lián)連接第一開關電路、限流緩沖電路以及充電電容器，高壓電源以脈動電流形式對充電電容器充電，充電電容器的電壓輸出端連接穩(wěn)壓輸出端；充電電容器的電壓輸出端連接電壓反饋電路，取出反饋電壓信號輸入第二開關電路，控制第二開關電路的通斷，第二開關電路的輸出端與第一開關電路的另一輸入端連接；控制信號源的輸出端連接第二開關電路的另一輸入端，通過第二開關電路控制第一開關電路的通斷。
2.按權利要求1所述開關型直流穩(wěn)壓電路，其特征在于所述電壓反饋電路由穩(wěn)壓二極管構成。
3.按權利要求1所述開關型直流穩(wěn)壓電路，其特征在于所述電壓反饋電路由加正向電壓的二極管構成。
4.按權利要求1所述開關型直流穩(wěn)壓電路，其特征在于所述充電電容器的電壓輸出端直接與第二開關電路連接。
5.按權利要求1或2所述開關型直流穩(wěn)壓電路，其特征在于所述第一開關電路由場效應晶體管Q2及電阻R2組成，電阻R2連接于場效應晶體管Q2的柵極與源極之間，場效應晶體管Q2的源極與直流高壓電源VI連接，直流高壓電源VI的另一端接地；所述限流緩沖電路由熔斷電阻R1、電感器L1以及二極管D1組成，熔斷電阻R1與電感器L1串聯(lián)連接，熔斷電阻R1的另一端分別與場效應晶極管Q2的漏電極以及二極管D1一端連接，二極管D1的另一端接地；所述充電電容器C1的電壓輸出端分別與電感器L1以及穩(wěn)壓輸出端V0連接，充電電容器C1的另一端接地；所述穩(wěn)壓二極管D2的一端與充電電容器C1的電壓輸出端連接，另一端與所述第二開關電路中的晶體管Q1的基極連接，構成電壓反饋電路，第二開關電路還包括串接的電容器C2、電容器C3，串接點與晶體管Q1的集電極連接，晶體管Q1的集電極通過電容器C2與晶體管Q2的柵極連接，晶體管Q1的發(fā)射極接地；控制信號源VS的輸出端通過電容器C3與晶體管Q1的集電極連接，輸出等寬脈沖控制信號，通過所述第二開關電路控制場效應晶體管Q2的通斷，信號源VS的另一端接地。
6.按權利要求1或2所述開關型直流穩(wěn)壓電路，其特征在于所述第一開關電路由達林頓晶體管Q3、Q4以及電阻R2構成，電阻R2接于達林頓晶體管的基極，達林頓晶體管的發(fā)射極與所述高壓電源VI連接，高壓電源VI的另一端接地；所述限流緩沖電路由熔斷電阻R1、電感器L1以及二極管D1組成，熔斷電阻R1與電感器L1串聯(lián)連接，熔斷電阻R1的另一端分別與達林頓晶體管的集電極以及二極管D1的一端連接，二極管D1的另一端接地；所述充電電容器C1的電壓輸出端分別與電感器L1以及穩(wěn)壓輸出端V0連接，充電電容器C1的另一端接地；穩(wěn)壓二極管D2的一端與充電電容器C1的電壓輸出端連接，另一端與所述第二開關電路中的晶體管Q1的基極連接，構成電壓反饋電路，第二開關電路還包括電阻R3及晶體管Q2，電阻R3串聯(lián)于晶體管Q2的基極，串接點與晶體管Q1的集電極連接，晶體管Q2的集電極與電阻R2的另一端連接，晶體管Q2的發(fā)射極接地；控制信號源Vs的的輸出端通過電阻R3與晶體管Q1的集電極連接，通過所述第二開關電路控制晶體管Q3、Q4的通斷，信號源VS的另一端接地。
7.按權利要求1所述開關型直流穩(wěn)壓電路，其特征在于所述相互連接的第一開關電路、第二開關電路以及控制信號源為集成于一體的集成電路。
全文摘要
開關型直流穩(wěn)壓電路，由直流高壓電源串接第一開關電路、限流緩沖電路以及充電電容器，對充電電容器充電；充電電容的電壓輸出端連接穩(wěn)壓輸出端以及由穩(wěn)壓二極管構成的電壓反饋電路，取出反饋電壓輸入第二開關電路，控制第二開關電路的通斷，第二開關電路的輸出端與第一開關電路連接；控制信號源的輸出端連接第二開關電路，控制第一開關電路的通斷。本發(fā)明具有穩(wěn)壓值可任意選取、具有大穩(wěn)壓范圍、穩(wěn)壓輸出效率高、無欠調(diào)及超調(diào)現(xiàn)象以及體積小、成本低等優(yōu)點，可廣泛應用于負載變化率大、低壓大電流穩(wěn)壓輸出的開關電源等技術領域。
文檔編號G05F1/56GK1740935SQ200410041868
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月28日 優(yōu)先權日2004年8月28日
發(fā)明者顧飛 申請人:顧飛