本實(shí)用新型涉及電源穩(wěn)壓領(lǐng)域，尤其是一種高紋波抑制的電源穩(wěn)壓電路。
背景技術(shù)：
目前，在數(shù)字、射頻(RF)電路設(shè)計(jì)中，主要使用集成的電源穩(wěn)壓芯片，對(duì)于輸入輸出壓差較大，通常選用開關(guān)電源進(jìn)行穩(wěn)壓處理，雖然開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率高，可做升降壓，但是因其工作原理會(huì)產(chǎn)生20-200kHz的開關(guān)頻率，導(dǎo)致電源通路中產(chǎn)生大量的紋波和噪聲，無法在RF電路中直接使用；在RF電路中，通常選用集成的線性穩(wěn)壓芯片進(jìn)行電源穩(wěn)壓，因集成度高，紋波抑制性能一般，同時(shí)集成穩(wěn)壓芯片的電壓降較大(通?！?V)，在大電流輸出情況下，集成穩(wěn)壓電源自身的功耗較大，同時(shí)電源輸出穩(wěn)定度較低。本發(fā)明通過彌補(bǔ)上述背景中的不足之處而提供一種超高紋波抑制的高效率高精度的電源穩(wěn)壓電路。通過引入開關(guān)電源、帶隙基準(zhǔn)源得到高效率、高穩(wěn)定度的輸出電壓，通過引入高電源抑制比(PSRR)的誤差放大器和特有的電源濾波電路得到超高的紋波抑制性能。
在所有的集成電路中，電源穩(wěn)壓電路的性能直接影響了集成電路的工作性能。因此電源穩(wěn)壓電路的輸出電壓精度、電源紋波抑制性能、電源轉(zhuǎn)換效率、輸出電壓范圍、輸出電壓穩(wěn)定性等直接影響了集成電路的設(shè)計(jì)優(yōu)劣。
現(xiàn)階段的電源穩(wěn)壓電路主要通過下列方式實(shí)現(xiàn)：
對(duì)于輸入輸出壓差較大的電路，首先使用集成的開關(guān)電源芯片進(jìn)行降壓處理，通常將其降壓到大于輸出電壓2V以內(nèi)，作為一級(jí)穩(wěn)壓處理，因開關(guān)電源輸出帶有大量的紋波和噪聲，需要在后端進(jìn)行二級(jí)穩(wěn)壓處理，二級(jí)穩(wěn)壓一般選用集成的線性電源芯片。集成的線性電源芯片自身的紋波抑制性能一般，雖然對(duì)于因開關(guān)頻率造成的紋波和噪聲信號(hào)有一定的抑制作用，但是在RF電路中，即便經(jīng)過線性電源進(jìn)行二級(jí)穩(wěn)壓，其電源通路的紋波仍然會(huì)對(duì)RF各部分電路之間造成干擾，會(huì)嚴(yán)重影響射頻電路的性能。
如果在輸入輸出壓差較大的情況下直接使用線性電源進(jìn)行多級(jí)穩(wěn)壓處理，雖然可以得到好的紋波抑制性能，但是隨著輸出電流的增加，過大的壓降會(huì)直接轉(zhuǎn)化為熱量，導(dǎo)致電路效率極低，嚴(yán)重發(fā)熱，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)直接導(dǎo)致電路無法正常工作。
對(duì)于輸入輸出壓差較小(3V以內(nèi))的電路，直接使用線性電源穩(wěn)壓芯片進(jìn)行一級(jí)穩(wěn)壓即可。因電路中電源的精度由線性電源的輸出精度決定，可以滿足一般的電路需求，但是在溫度范圍比較寬(-25℃～125℃)時(shí)輸出電壓則容易發(fā)生偏離，因此良好的基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)直接決定了電源穩(wěn)壓電路的輸出電壓精度及溫漂特性。
現(xiàn)有技術(shù)主要有以下三方面的不足：
第一：對(duì)于開關(guān)頻率等引起的大量紋波和噪聲，普通的集成線性穩(wěn)壓電源紋波抑制性能一般，無法滿足RF電路等對(duì)紋波抑制要求較高的電路的需求；
第二：一般的電源穩(wěn)壓電路，輸出電壓范圍窄，且很難獲得較大的輸出電流；
第三：在溫度范圍比較寬的情況下(溫度范圍為-25℃～125℃)，集成線性穩(wěn)壓芯片的輸出電壓會(huì)隨著溫度的改變產(chǎn)生溫漂，導(dǎo)致線性穩(wěn)壓芯片的輸出電壓精度及溫度穩(wěn)定性降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高紋波抑制的電源穩(wěn)壓電路。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：
一種高紋波抑制的電源穩(wěn)壓電路，包括依次串聯(lián)的第一電源濾波電路、精密參考電路、電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、第三電源濾波電路，所述電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)與第三電源濾波電路之間設(shè)置反饋支路，所述反饋支路包括依次串聯(lián)的誤差放大器電路、PNP晶體管電路、第二電源濾波電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路，所述誤差放大器電路與電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)輸出端連接，所述開關(guān)穩(wěn)壓電路與第一電源濾波電路輸入端連接。
優(yōu)選的，所述第一電源濾波電路、第二電源濾波電路和第三電源濾波電路結(jié)構(gòu)相同，包括鐵氧體磁珠、第一電容、第二電容，所述鐵氧體磁珠與輸入電壓連接，所述電容一端與鐵氧體磁珠連接，另一端接地。
優(yōu)選的，所述精密參考電路采用帶隙基準(zhǔn)源。
優(yōu)選的，所述電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)包括第一電阻和第二電阻，所述第一電阻與精密參考電路輸出端連接，所述第二電阻一端與第一電阻連接，另一端接地。
所述誤差放大器電路包括誤差放大器和第四電容，所述第四電容一端與誤差放大器負(fù)相輸入端連接，另一端與誤差放大器輸出端連接；所述誤差放大器負(fù)相輸入端連接第三電容，第三電容接地。
所述PNP晶體管電路基極與誤差放大器輸出端連接，集電極輸出分別與誤差放大器正相輸入端、第三電源濾波電路輸入端連接，發(fā)射極與第二電源濾波電路連接。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述誤差放大器采用高電源抑制比的芯片。由于電源抑制比越大，誤差放大器的輸出信號(hào)對(duì)電源波動(dòng)影響越小，繼而使得整個(gè)電路的噪聲抑制能力越強(qiáng)。
優(yōu)選的，所述PNP晶體管電路采用低飽和度晶體管。由于PNP管處于深飽和狀態(tài)，仍可維持穩(wěn)定輸出，所述漏失電壓較小，即漏失電壓Vdropout＝VCE(sat)≈0.15～0.4V，這樣保證線性穩(wěn)壓電路即使在大電流的情況下，自身的靜態(tài)功耗非常低，保障了電路的高效率性。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一電容為容值大于等于20μF的鉭電容，用于濾除頻率小于等于200kHz的噪聲信號(hào)；所述第二電容為容值小于等于0.1μF的瓷介質(zhì)電容，用于濾除頻率為MHz級(jí)的噪聲信號(hào)；所述第三電容根據(jù)噪聲信號(hào)的不同進(jìn)行自由選擇；所述第四電容為誤差放大器的功能積分電容，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需求進(jìn)行選擇。
本實(shí)用新型的有益效果是：
1.本實(shí)用新型即使工作在大范圍的環(huán)境溫度下，仍然可以得到低溫漂，高穩(wěn)定性的輸出電壓；
2.本實(shí)用新型在輸入輸出壓差很大的情況下，該電源穩(wěn)壓電路也可以實(shí)現(xiàn)高效率的轉(zhuǎn)換，盡可能的減少電能量的浪費(fèi)；
3.本實(shí)用新型通過選用高電源抑制比的誤差放大器，得到優(yōu)于普通線性穩(wěn)壓電路的紋波抑制性能；
4.本實(shí)用新型輸出電壓范圍較寬，可獲得較大的輸出電流。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型提供的高紋波抑制的電源穩(wěn)壓電路圖；
其中1.第一電源濾波電路，2.精密參考電路，3.電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，4.誤差放大器電路，5.PNP晶體管電路，6.第二電源濾波電路，7.開關(guān)穩(wěn)壓電路，8.第三電源濾波電路。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
如圖1所示，一種高紋波抑制的電源穩(wěn)壓電路，包括依次串聯(lián)的第一電源濾波電路1、精密參考電路2、電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3、第三電源濾波電路8，所述電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3與第三電源濾波電路8之間設(shè)置反饋支路，所述反饋支路包括依次串聯(lián)的誤差放大器電路4、PNP晶體管電路5、第二電源濾波電路6和開關(guān)穩(wěn)壓電路7，所述誤差放大器電路4與電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3輸出端連接，所述開關(guān)穩(wěn)壓電路7與第一電源濾波電路1輸入端連接。
所述第一電源濾波電路1、第二電源濾波電路6和第三電源濾波電路8結(jié)構(gòu)相同，包括鐵氧體磁珠L、第一電容C1、第二電容C2，所述鐵氧體磁珠L與輸入電壓連接，所述電容一端與鐵氧體磁珠L連接，另一端接地。
所述精密參考電路2采用帶隙基準(zhǔn)源。所述帶隙基準(zhǔn)源根據(jù)硅材料的帶隙電壓與溫度無關(guān)的特性，利用ΔVEB的正溫度系數(shù)與雙極性晶體管VEB的負(fù)溫度系數(shù)相互抵消，實(shí)現(xiàn)低溫漂、高精度基準(zhǔn)電壓。這樣得到的基準(zhǔn)電壓即便在很寬的溫度范圍內(nèi)也可以保證電壓輸出穩(wěn)定性。
所述電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3包括第一電阻R1和第二電阻R2，所述電阻R1與精密參考電路2輸出端連接，所述第二電阻R2一端與第一電阻R1連接，另一端接地。
所述誤差放大器電路包括誤差放大器和第四電容C4，所述第四電容C4一端與誤差放大器負(fù)相輸入端連接，另一端與誤差放大器輸出端連接；所述誤差放大器負(fù)相輸入端連接第三電容C3，第三電容C3接地。
所述PNP晶體管電路5基極與誤差放大器輸出端連接，集電極輸出分別與誤差放大器正相輸入端、第三電源濾波電路8輸入端連接，發(fā)射極與第二電源濾波電路6連接。
進(jìn)一步，所述誤差放大器采用高電源抑制比的芯片。由于電源抑制比越大，誤差放大器的輸出信號(hào)對(duì)電源波動(dòng)影響越小，繼而使得整個(gè)電路的噪聲抑制能力越強(qiáng)。
所述PNP晶體管電路5采用低飽和度晶體管。由于PNP管處于深飽和狀態(tài)，仍可維持穩(wěn)定輸出，所述漏失電壓較小，即Vdropout＝VCE(sat)≈0.15～0.4V，這樣保證線性穩(wěn)壓電路即使在大電流的情況下，自身的靜態(tài)功耗非常低，保障了電路的高效率性。
進(jìn)一步，所述第一電容容值使用大于等于20μF的鉭電容，用于濾除頻率小于等于200kHz的噪聲信號(hào)；所述第二電容使用小于等于0.1μF的瓷介質(zhì)電容，用于濾除頻率為MHz級(jí)的噪聲信號(hào)；所述第三電容根據(jù)噪聲信號(hào)的不同進(jìn)行自由選擇；所述第四電容為誤差放大器的功能積分電容，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需求進(jìn)行選擇。因?yàn)槿葜翟酱螅鄳?yīng)阻抗越小，對(duì)應(yīng)的濾波性能越好；而對(duì)于MHz級(jí)的噪聲信號(hào)，使用小容值的一類瓷介質(zhì)電容進(jìn)行濾除，保障電容器的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其自身的諧振頻率。
所述電源濾波電路中采用鐵氧體磁珠。因其高頻損耗大，高電阻率、高磁導(dǎo)率的特點(diǎn)，能在極寬的頻帶范圍內(nèi)抑制噪聲干擾，這里選用高阻抗的鐵氧體磁珠進(jìn)行電源的紋波抑制，最終得到超高的紋波抑制性能。
本實(shí)用新型工作原理如下：
輸入電壓VCC分兩路，一路通過第一電源濾波電路1濾波后進(jìn)入精密參考電路2，產(chǎn)生10V的精密電壓，之后進(jìn)入電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3進(jìn)行分壓，得到想要的輸出電壓送入誤差放大電路4的負(fù)相輸入端；VCC的第二路進(jìn)入開關(guān)穩(wěn)壓電路7進(jìn)行降壓得到VE，之后進(jìn)入電源濾波電路6進(jìn)行紋波抑制，然后進(jìn)入PNP晶體管電路5的發(fā)射極；誤差放大電路4的輸出通過電阻連接PNP低飽和度晶體管5的基極；PNP晶體管5的集電極輸出分為兩路，一路作為反饋信號(hào)送入誤差放大器的正相輸入端，作為電源穩(wěn)壓電路的反饋信號(hào)，通過與負(fù)相輸出電壓進(jìn)行比較，利用誤差放大器的“虛短”及對(duì)兩輸入信號(hào)的誤差放大特性，誤差放大器的輸出端通過調(diào)節(jié)PNP管的通斷調(diào)整集電極輸出電壓VC，最終系統(tǒng)穩(wěn)定之后，輸出電壓等于經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)3進(jìn)行分壓后得到的電壓；PNP晶體管5的另外一路通過第三電源濾波電路8進(jìn)行紋波抑制后輸出，最終得到低噪聲、高純度的輸出電壓。另外，當(dāng)輸入電壓VCC與輸出電壓VOUT差值在0.3V～3V以內(nèi)時(shí)，可以將開關(guān)穩(wěn)壓電路7直接去掉，將VCC直接送入該電源負(fù)反饋系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)壓輸出。
最終電源的輸出電流由PNP晶體管5的最大輸出電流IC以及開關(guān)穩(wěn)壓電路7的最大輸出電流決定，而一般的PNP低飽和度晶體管輸出電流要大于開關(guān)電源芯片；最終本實(shí)用新型提供的電源穩(wěn)壓電路，可以在VCC≥12V的情況下，經(jīng)過電源穩(wěn)壓負(fù)反饋系統(tǒng)，最終得到輸出電壓3V-10V內(nèi)任意電壓值的高效率、大電流、高純度、低噪聲的電壓源。
通過上述工作原理可知，一方面，本實(shí)用新型引入帶隙基準(zhǔn)源和電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，保證了輸出電壓的低溫漂、高穩(wěn)定度以及高精度的特性；另一方面，本實(shí)用新型在輸入輸出壓差較大情況下，通過引入開關(guān)穩(wěn)壓電路進(jìn)行一級(jí)穩(wěn)壓，同時(shí)引入PNP晶體管，使得整個(gè)電源穩(wěn)壓電路的電源轉(zhuǎn)換效率高，另外，通過選用電源抑制比較大的誤差放大器，可輸出高純度、低噪聲的電壓。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。