專利名稱：穩(wěn)壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電路技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種穩(wěn)壓電源。
背景技術(shù)：
基于遲滯模式的穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)通常為穩(wěn)壓電源的最終輸出端通過(guò)電阻分壓后反饋至電源控制芯片的反饋控制端從而形成控制回環(huán)來(lái)穩(wěn)定所需要的實(shí)際穩(wěn)壓輸出的。其整個(gè)控制回環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要采用了用于開(kāi)關(guān)作用的晶體管Q1，用于輸出PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)開(kāi)關(guān)脈沖的電源芯片，用于后端輸出的濾波穩(wěn)壓的電感Ll及電容C2，用于采樣反饋的分壓電阻R1、R2等?？刂菩酒瑸榱吮ＷC不會(huì)使整個(gè)控制環(huán)路產(chǎn)生振蕩而提供一個(gè)遲滯比較電壓。圖1中的遲滯電壓相當(dāng)于Vf與的最大差值。Vref為一恒定值，Vf會(huì)隨輸出電壓的高低而變化，因此兩者會(huì)有一差值。當(dāng)此差值達(dá)到控制芯片的遲滯電壓值時(shí)，控制芯片才有相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)控制實(shí)際輸出電壓V-的大小， 因此也改變了 Vf的大小，從而保證了 Vf的值約等于的值，也同時(shí)保證了 V。ut為一設(shè)計(jì)的固定輸出電壓。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通常采用的通過(guò)電阻分壓來(lái)得到采樣反饋電壓的控制方式所設(shè)計(jì)的遲滯模式的穩(wěn)壓電源，存在實(shí)際電壓紋波會(huì)隨著輸出電壓的增大而增大的問(wèn)題，這大大限制了其在實(shí)際應(yīng)用的范圍。發(fā)明人分析認(rèn)為，該問(wèn)題的產(chǎn)生原因是基于遲滯模式的穩(wěn)壓電源芯片內(nèi)存在一個(gè)遲滯比較器，若比較器遲滯電壓為Vhyst、反饋電壓為Vf = V&、穩(wěn)壓電源輸出為V。ut，根據(jù)理論計(jì)算知Vot中的交流部分，即實(shí)際輸出電壓紋波VKimE會(huì)大于等于Vh^XV^/VM。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種穩(wěn)壓電源，以解決現(xiàn)有技術(shù)的穩(wěn)壓電源的輸出電壓波紋會(huì)隨著輸出電壓的增大而增大的問(wèn)題。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，提供了一種穩(wěn)壓電源，包括開(kāi)關(guān)部分、采樣部分、反饋比較控制部分、PWM控制信號(hào)生成及放大部分、恒流源控制部分、輸出濾波部分，采樣部分用于承載輸出濾波部分輸出的一部分電流以得到反饋電壓；恒流源控制部分用于控制流過(guò)采樣部分的電流；反饋比較控制部分用于將反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以產(chǎn)生小信號(hào)脈沖信號(hào)；PWM控制信號(hào)生成及放大部分，用于將小信號(hào)脈沖信號(hào)調(diào)制后進(jìn)行放大，從而得到 PWM控制信號(hào)；開(kāi)關(guān)部分用于在PWM控制信號(hào)的控制下將輸入電壓經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制，以提供給輸出濾波部分；輸出濾波部分用于對(duì)脈寬調(diào)制電壓濾波后輸出。本實(shí)施例的穩(wěn)壓電源因?yàn)椴捎昧撕懔髟纯刂撇糠挚刂屏鬟^(guò)采樣部分的電流來(lái)得到采樣電壓的反饋控制方式，所以克服了現(xiàn)有技術(shù)的輸出電壓波紋會(huì)隨著輸出電壓的增大而增大的問(wèn)題，達(dá)到了減小輸出電壓波紋的效果。
此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分， 本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了常規(guī)的穩(wěn)壓電源的電路圖；圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的穩(wěn)壓電源的示意圖；圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓電源的電路圖；圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓電源的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的穩(wěn)壓電源的示意圖，包括開(kāi)關(guān)部分10、 采樣部分20、反饋比較控制部分30、PWM控制信號(hào)生成及放大部分40、恒流源控制部分50、 輸出濾波部分60，其中，采樣部分20用于承載輸出濾波部分60輸出的一部分電流(該電流是控制信號(hào)，所以只需采樣很小一部分電流，輸出濾波部分輸出的電流是恒電流)以得到反饋電壓(該電壓是動(dòng)態(tài)電壓)；恒流源控制部分20用于控制流過(guò)采樣部分20的電流 (該電流是恒電流)；反饋比較控制部分30用于將反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以產(chǎn)生小信號(hào)脈沖信號(hào)；PWM控制信號(hào)生成及放大部分40，用于將小信號(hào)脈沖信號(hào)調(diào)制后進(jìn)行放大， 從而得到PWM控制信號(hào)；開(kāi)關(guān)部分10用于在PWM控制信號(hào)的控制下將輸入電壓經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制，以提供給輸出濾波部分60 ；輸出濾波部分60用于對(duì)脈寬調(diào)制電壓濾波后輸出。本實(shí)施例的穩(wěn)壓電源因?yàn)椴捎煤懔髟纯刂撇糠挚刂屏鬟^(guò)采樣部分的電流來(lái)得到采樣電壓的反饋控制方式，所以克服了現(xiàn)有技術(shù)的輸出電壓波紋會(huì)隨著輸出電壓的增大而增大的問(wèn)題，達(dá)到了減小輸出電壓波紋的效果。圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓電源的電路圖。優(yōu)選地，如圖3所示，開(kāi)關(guān)部分為一個(gè)用作開(kāi)關(guān)作用的晶體管Q1，例如采用 MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)，其源極連接，其漏極連接，其柵極連接PWM控制信號(hào)生成及放大部分。Ql在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中選用型號(hào)為FDC5614P的M0SFET。優(yōu)選地，如圖3所示，輸出濾波部分包括串聯(lián)的電感器Ll和電容器C2，電感器Ll 的輸入端連接開(kāi)關(guān)部分Ql的輸出端，電容器C2的輸出端接地，電容器C2用于承載輸出的電壓V。ut。，該電路目的是把脈動(dòng)的電壓信號(hào)平滑成穩(wěn)定的輸出電平。優(yōu)選地，如圖3所示，采樣部分包括串聯(lián)的第一電阻Rl和第二電阻R2，第一電阻 Rl的輸入端連接電感器Ll的輸出端和電容器C2的輸入端，第二電阻R2的輸出端接地。 優(yōu)選地，如圖3所示，恒流源控制部分包括一個(gè)運(yùn)算放大器Ul和一個(gè)三極管Q2，三極管Q2的發(fā)射極連接運(yùn)算放大器Ul的反向輸入端和第二電阻R2的輸入端，三極管Q2的集電極連接第一電阻Rl的輸出端，三極管Q2的基極連接運(yùn)算放大器Ul的輸出端，運(yùn)算放大器Ul的正向輸入端連接穩(wěn)定電壓Vc。這可以把從運(yùn)算放大器的正向輸入端的穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換為流過(guò)負(fù)載電阻的穩(wěn)定電流，因此此電壓也控制了流入三極管集電極端的穩(wěn)定電流的大小。圖3中為NPN型三極管。其中，恒流源控制部分控制流過(guò)采樣電阻Rl的電流，在采樣電阻Rl上得到一可控的恒定電壓降，此壓降加上控制芯片的反饋電壓Vf (其值的大小應(yīng)該等于控制芯片內(nèi)部的參考電壓VMf)即可得到實(shí)際的輸出電壓V。ut。優(yōu)選地，如圖3所示，穩(wěn)壓電源還包括一個(gè)二極管D1，其陽(yáng)極接地，其陰極連接電感器Ll的輸入端。優(yōu)選地，如圖2所示，穩(wěn)壓電源還包括輸入濾波部分70，用于將輸入電壓源的電壓濾波后得到輸入電壓，提供給開(kāi)關(guān)部分10。優(yōu)選地，如圖3所示，輸入濾波部分70為一個(gè)電容器Cl，其一端連接輸入電壓源 Vin和開(kāi)關(guān)部分Q1，另一端接地。如圖3所示，所述采樣部分20、反饋比較控制部分30、PWM控制信號(hào)生成及放大部分40可以由一電源控制芯片外加外圍電容電阻及采樣電阻構(gòu)成。實(shí)際經(jīng)過(guò)濾波后的輸出電壓通過(guò)采樣電阻Rl的恒定壓降后反饋至電源控制芯片內(nèi)的遲滯比較器的反向輸入端 (遲滯比較器的正向輸入端為一基準(zhǔn)穩(wěn)壓源，通過(guò)此比較器比較后的結(jié)果來(lái)調(diào)制脈沖發(fā)生器生成的脈沖信號(hào)，并通過(guò)放大后即可得到用于控制開(kāi)關(guān)部分的PWM控制信號(hào)(即圖中的脈沖輸出)。當(dāng)實(shí)際輸出電壓過(guò)高時(shí)，采樣反饋后電壓高于遲滯比較器正向輸入電壓與遲滯電壓的和時(shí)，電源控制芯片切斷開(kāi)關(guān)部分的輸出；當(dāng)實(shí)際電壓過(guò)低時(shí)，采樣反饋后電壓低于遲滯比較器正向輸入電壓值時(shí)，電源控制芯片輸出PWM控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)部分開(kāi)始工作。 這樣一負(fù)反饋閉環(huán)就可以自動(dòng)穩(wěn)定實(shí)際輸出的電壓。輸入電容Cl為儲(chǔ)能電容，為后端電路及輸出提供電能。開(kāi)關(guān)部分如Ql所示為一 MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)，作用為在柵極脈沖控制電壓的作用下把儲(chǔ)能電容中的電能送給后端濾波單元。Ql在本實(shí)施例中選用型號(hào)為FDC5614P的M0SFET，S極(源極)連接Cl的正向輸出入端，D極(漏極)連接后端的輸出濾波部分，其G極(柵極)由電源芯片控制。如圖3中所示輸出濾波部分由電感Li、輸出電容C2構(gòu)成。電感Ll串接開(kāi)關(guān)管及輸出電容C2正向端。如圖2所示Dl為一續(xù)流二極管，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中儲(chǔ)存的電能可通過(guò)此二極管的續(xù)流繼續(xù)向輸出電容C2 中充電。Dl的陽(yáng)極連接至地，陰極連接至Ll的輸入端。本實(shí)施例的電源不同于目前通常用的電源主要是在于其控制環(huán)路上。參見(jiàn)圖1，目前通常用的電源控制回環(huán)中采樣反饋部分的主要是用分壓電阻Rl、R2、R3串聯(lián)組成，取樣電壓為 Vf = Vout X R3/ (R1+R2+R3)。因此在遲滯模式下根據(jù)計(jì)算 νκιΡΡ Ε = VhystX (R1+R2+R3) / R3可知道其紋波大小是電源芯片遲滯電壓的固定倍乘關(guān)系(倍乘因子為(Rl+R2+R3)/R3)。 如果在用同樣的電源芯片設(shè)計(jì)更高輸出電壓值的電路時(shí)，其倍數(shù)因子變得更大，因此其紋波也會(huì)隨著輸出電壓的上升而上升。參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例的電源的采樣反饋控制部分是在一壓控恒流源控制的作用下通過(guò)反饋電阻Rl來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中，壓控恒流源的電流為Ie = ，且Ic= Ie，因此可計(jì)算得到反饋電阻兩端的壓降為，而反饋到電源芯片的電壓值為Vf =Vout - VRi。根據(jù)閉環(huán)負(fù)反饋穩(wěn)定條件可知穩(wěn)定時(shí)，Vf = VKEF。因?yàn)閂r1是在恒流源的控制下在R1兩端得到的，所以vRi是個(gè)恒定的值，而且Vf的變化量所反映的就是Vot的變化量。因此在這種反饋結(jié)構(gòu)的控制下可以實(shí)現(xiàn)VKimE = VHYST，輸出紋波幅值不但沒(méi)有倍乘因子，而且還不隨輸出電壓的增大而增大。參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例中的恒流源控制模塊由運(yùn)算放大器U1、通用型三極管Q2及精密電阻R2構(gòu)成。Ul的正向輸入端輸入一穩(wěn)壓Vc，反向輸入端連接至Q2的發(fā)射極與R2串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)處，運(yùn)算放大器的輸出直接驅(qū)動(dòng)Q2的基極。此電路也是為一負(fù)反饋閉環(huán)結(jié)構(gòu)電路， 可實(shí)現(xiàn)輸出高精度的恒流Ie = Vc/%。由于此為一恒流源，因此其內(nèi)阻想對(duì)與之串聯(lián)的采樣電阻R1來(lái)說(shuō)是無(wú)窮大，因此壓控恒流源對(duì)反饋點(diǎn)的影響可以忽略不計(jì)。圖4示出了根據(jù)本實(shí)施例另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的穩(wěn)壓電源的電路圖。該優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)控制如圖2所示中的壓控恒流源的控制電壓輸入，即可改變流過(guò)取樣電阻電流的大小也即改變了取樣電阻兩端的電壓降。本實(shí)施例在如圖3所示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了智能設(shè)備監(jiān)控電路。如圖所示虛線部分的DAC控制模塊與PWM輸出模塊和濾波模塊都分別可以實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓大小的功能。增加的ADC模塊是為了實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小， 并且這一路反饋可以通過(guò)如圖所示的MCU/FPGA模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)二級(jí)環(huán)路控制實(shí)際輸出電壓值的大小。因?yàn)楸緦?shí)施例的電源實(shí)際電壓輸出值Vott = Vf+VE(其中，Vott為實(shí)際輸出電壓；VF 為反饋電壓，在負(fù)反饋系統(tǒng)中此電壓等于電源基準(zhǔn)參考電壓；VK為取樣電阻上的電壓降)， 所以可以通過(guò)改變上述恒流源的電流來(lái)改變實(shí)際輸出電壓值的大小。在多路輸出并且每一路均需要在線單獨(dú)連續(xù)可調(diào)時(shí)，采用本優(yōu)選實(shí)施例的電路可以取得良好的效果。由于流過(guò)采樣電阻的電流是恒定的，根據(jù)歐姆定理V = IXR知道采樣電阻兩端的電壓降也是恒定的。因此，穩(wěn)定電源的實(shí)際輸出端電壓波動(dòng)的大小可以完全地反映在電源控制芯片的反饋端，此紋波幅值不但不隨實(shí)際輸出電壓幅值的增大而增大，而且在考慮環(huán)路遲滯現(xiàn)象的情況下僅僅略大于電源控制芯片比較器的遲滯電壓Vhystij此電路擴(kuò)大了基于遲滯模式的穩(wěn)壓電源的應(yīng)用領(lǐng)域。由于可以通過(guò)控制壓控恒流源的電壓來(lái)控制電源實(shí)際輸出電壓的大小，因此在多路輸出且每路均需在線單路連續(xù)可調(diào)的應(yīng)用系統(tǒng)中采用控制設(shè)備輸出數(shù)字信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成電壓后即控制實(shí)際輸出電壓。綜上所述，本實(shí)用新型中的電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較低的紋波并且其幅值不隨輸出電壓的升高而增大。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種穩(wěn)壓電源，其特征在于，包括開(kāi)關(guān)部分、采樣部分、反饋比較控制部分、PWM控制信號(hào)生成及放大部分、恒流源控制部分、輸出濾波部分，所述采樣部分用于承載所述輸出濾波部分輸出的一部分電流以得到反饋電壓；所述恒流源控制部分用于控制流過(guò)所述采樣部分的電流；所述反饋比較控制部分用于將所述反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以產(chǎn)生小信號(hào)脈沖信號(hào)；所述PWM控制信號(hào)生成及放大部分，用于將所述小信號(hào)脈沖信號(hào)調(diào)制后進(jìn)行放大，從而得到PWM控制信號(hào)；所述開(kāi)關(guān)部分用于在所述PWM控制信號(hào)的控制下將輸入電壓經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制，以提供給所述輸出濾波部分；所述輸出濾波部分用于對(duì)所述脈寬調(diào)制電壓濾波后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)部分為一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其源極連接，其漏極連接，其柵極連接所述PWM控制信號(hào)生成及放大部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，所述輸出濾波部分包括串聯(lián)的電感器和電容器，所述電感器的輸入端連接所述開(kāi)關(guān)部分的輸出端，所述電容器的輸出端接地， 所述電容器用于承載輸出的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，所述采樣部分包括串聯(lián)的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的輸入端連接所述電感器的輸出端和所述電容器的輸入端，所述第二電阻的輸出端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，所述恒流源控制部分包括一個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)三極管，所述三極管的發(fā)射極連接所述運(yùn)算放大器的反向輸入端和所述第二電阻的輸入端，所述三極管的集電極連接所述第一電阻的輸出端，所述三極管的基極連接所述運(yùn)算放大器的輸出端，所述運(yùn)算放大器的正向輸入端連接穩(wěn)定電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，還包括一個(gè)二極管，其陽(yáng)極接地，其陰極連接所述電感器的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，還包括輸入濾波部分，用于將輸入電壓源的電壓濾波后得到所述輸入電壓，提供給所述開(kāi)關(guān)部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的穩(wěn)壓電源，其特征在于，所述輸入濾波部分為一個(gè)電容器，其一端連接所述輸入電壓源和所述開(kāi)關(guān)部分，另一端接地。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種穩(wěn)壓電源，包括開(kāi)關(guān)部分、采樣部分、反饋比較控制部分、PWM控制信號(hào)生成及放大部分、恒流源控制部分、輸出濾波部分，采樣部分用于承載輸出濾波部分輸出的一部分電流以得到反饋電壓；恒流源控制部分用于控制流過(guò)采樣部分的電流；反饋比較控制部分用于將反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以產(chǎn)生小信號(hào)脈沖信號(hào)；PWM控制信號(hào)生成及放大部分，用于將小信號(hào)脈沖信號(hào)調(diào)制后進(jìn)行放大，從而得到PWM控制信號(hào)；開(kāi)關(guān)部分用于在PWM控制信號(hào)的控制下將輸入電壓經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制，以提供給輸出濾波部分；輸出濾波部分用于對(duì)脈寬調(diào)制電壓濾波后輸出。本實(shí)用新型減小了輸出電壓波紋。
文檔編號(hào)H02M1/14GK201937460SQ201020656428
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者俞建國(guó), 周正生, 陳 峰 申請(qǐng)人:北京大學(xué), 北京方正數(shù)字印刷技術(shù)有限公司, 北大方正集團(tuán)有限公司