一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽电压输入范围微功率低成本高压低压转换电路。该转换电路包括用于将交流转换为直流的全桥整流电路；将直流高压转化为直流低压的耗尽型场效应晶体管(Depletion Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor以下简称DMOS)或结型场效应晶体管(Junction Field Effect Transistor以下简称JFET)；对直流低压进行稳压的基准电路和低压差稳压器(Low Dropout Regulator以下简称LDO)以及保证电路正常启动的启动电路。有益效果：该转换电路能够以极低的成本适应极宽的输入电压范围，有利于降低成本，增加企业的核心竞争力，具有十分良好的效果。
【专利说明】一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种新型高压低压转换电路，尤其适合输入电压有较大范围时的微功率低成本应用。
【背景技术】
[0002]目前，高压低压转换电路主要有三种方式:线圈变压器方式、开关电源方式、稳压二极管方式。
[0003]线圈变压器方式是采用电场磁场相互转化的方式来改变电压的。在铁芯或磁芯上绕有原边和副边两组线圈，当原边线圈中通有交流电流时，铁芯或磁芯中便产生交流磁通，使副边线圈中感应出电压。理论上，副边电压与原边电压的比值等于副边线圈匝数与原边线圈匝数的比值。线圈变压器方式由于需要昂贵的铜线绕组和笨重的铁芯或磁芯，其成本很高且重量很大。并且由于其输出输入电压比值取决于绕组匝数比，当输入电压变化时，输出电压即等比例变化，因此很难适应输入出现宽电压范围的场合。
[0004]开关电源是由控制单元控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，其具有效率高，功率大等优点。相对于线圈变压器的方式，由于开关电源本身具有反馈环路控制输出电压，对输入电压范围的适应能力较好。但是由于其需要控制单元、开关管以及电感线圈，仍然不适合一些对成本和体积要求很高的场合。
[0005]稳压二极管方式是利用了 PN结在反向击穿前电阻极大，而反向击穿后电阻极小的特性设计而成的一种稳压方式。这种方式优点在于成本和体积均很低，但是使用时需要电阻提供反向偏置，而电阻的阻值是由输入输出电压和输出电流三者共同决定的，如需要改变输入电压，就必须改变这个电阻的阻值，这就决定了这种方式不具备适应宽输入电压的能力。
[0006]从上述技术中可以看出，三种电压转换方式中仅开关电源可以适应输入电压的变化，但由于控制单元调节范围有限，仍无法适应从几伏到几百伏这样极宽的输入电压范围。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术的不足，本发明提出一种电压转换电路，最大优点在于能够适应极宽的电压输入范围，以极低的成本为一些低功耗电路提供一个较为稳定的电源电压。
[0008]本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是:一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，包括用于将交流转换为直流的全桥整流电路，采用DMOS或JFET将直流高压直接转换为直流低压。其特征在于:高压直流电压接入DMOS或者JFET的漏极，DMOS或者JFET的栅极接地，DMOS或者JFET的源极通过电阻和电容滤波后直接输出低压直流电压。
[0009]进一步，采用一颗漏极能够耐受高压的DMOS或者JFET，在漏极加上直流高压，当给DMOS或者JFET的栅极加上一个合适的电压时，配合启动电路即可改变其源极输出电压；
[0010]进一步，在漏极上配合合适的滤波稳压电路，整体即可构成一个稳定的电压源供后续电路使用；
[0011]进一步，当输入直流纹波较大时，可以在DMOS或者JFET的漏极或者源极增加防回流二极管，实现更好的滤波效果；
[0012]进一步，当负载有剧烈变化或对电压精度有较高要求时，可以通过加入滤波电容和低压差稳压器(Low Dropout Regulator以下简称LD0)来获得更好的供电效果。
[0013]本发明具有以下优点:
[0014]1.输入电压范围宽。在选择合适DMOS的前提下，可以实现从几伏到几百伏的输入电压范围，而输出基本保持恒定。
[0015]2.成本低廉、体积小巧。全部电路只需要一颗DM0S、一个基准电压、一个LDO以及一些滤波的电阻电容即可实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明理论分析原理图；
[0017]图2是本发明的电路框图；
[0018]图3是本发明的电路原理图；
[0019]图4和图5是经过简化后的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0021]如图1所示，一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，包括用于将交流转换为直流的全桥整流电路，采用DMOS或JFET将直流高压直接转换为直流低压，其特征在于:高压直流电压接入DMOS或者JFET的漏极，DMOS或者JFET的栅极接地，DMOS或者JFET的源极通过电阻和电容滤波后直接输出低压直流电压，连接保证电路正常启动的启动电路；采用一颗漏极能够耐受高压的DMOS或者JFET，在漏极加上直流高压，当给DMOS或者JFET的栅极加上一个合适的电压时，其源极即可输出直流低压；在漏极上配合合适的滤波稳压电路，整体即可构成一个稳定的电压源供后续电路使用；当输入直流纹波较大时，可以在DMOS或者JFET的漏极或者源极增加防回流二极管，实现更好的滤波效果；当需要提升或降低输出电压时，可以将DMOS或者JFET的栅极接入直流电压，实现输出电压的提升或降低；当负载有剧烈变化或对电压精度有较高要求时，可以通过加入滤波电容和低压差稳压器(Low Dropout Regulator以下简称LD0)来获得更好的供电效果。
[0022]本发明的原理如下:
[0023]以DMOS为例，场效应晶体管工作在饱和区的充要条件为:Vgs>Vth且Vd>Vg_Vth，当满足这两个条件时其漏极电流的一阶简化公式如下:
[0024]μ 乘以 Cos 约等于 δΟ μ A/V2
[0025]公式中μ是电子的迁移率，Cox是栅极单位面积的电容，现代硅半导体工艺中，二者乘积约等于50μΑ/ν2，是晶体管的栅宽和栅长的比值。公式体现出在饱和区时，DMOS漏极电流具有两个特点:一是漏极电流和漏极电压无关；二是漏极电流和栅源电压Vgs呈平方率关系。
[0026]当漏极电压低至时，只要负载电流没有剧烈变化，该电压转换电路仍然具有较为稳定的输出，漏极电压继续升高，并不会对输出电压造成影响。而漏极电压的上限只取决于晶体管漏极的耐压程度和晶体管漏区所能承受的耗散功率，只要选择较高耐压和较大功率的DM0S，完全可以实现输入从几伏到几百伏的电压转换电路。当负载有剧烈变化或对电压精度有较高要求时，可以通过加入滤波电容和低压差稳压器(Low Dropout Regulator以下简称LD0)来获得更好的供电效果。
[0027]在大多数情况下，DMOS的Vth较小，在这种情况下，为了获得较高的输出电压，可以在低压部分加入一个基准源，将基准源的输出反馈回DMOS的栅极，通过抬高DMOS栅极的电压来提升DMOS源极输出电压。也可以采用DMOS级联的方法，将前一级DMOS的源极输出接入后一级DMOS的栅极，从而抬高后一级DMOS源极的输出电压。
[0028]电路框图如图2所示，一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，包括用于将交流转换为直流的整流电路，用于承受高压的DMOS或JFET，用于稳压的基准电路和LDO以及用于启动整个系统的启动电路部分。
[0029]电路原理图如图3所示，高压交流电通过四个二极管Dl?D4组成的整流电路转变为直流，经过防回流二极管D6后加在DMOS Md的漏极，Md的源极经过Rx和Cx滤波后输出低压，这个低压电压略低于DMOS的栅极电压Vg加上DMOS阈值电压的绝对值。场效应管Ml?M5，二极管D7、D8，电阻Rl?R4等构成基准电压产生电路，一方面为DMOS的栅极提供偏压，另一方面为LDO提供基准输入。场效应管M6?M12、电容Cl构成LDO电路，将Md的输出稳压后为后续电路提供稳定的直流电压。为了提升Md的输出电压，增加了一个由电阻Rs、电容Cs、DMOS Ms、防回流二极管D5以及一个由M13、M14等原件构成的启动电路，在电源接通的初期，电容Cs上电压为“0”，M13被导通，M14截止，Md的栅极接入Ms的源极，可以在上电初期将Md的栅极电压提升至阈值电压的绝对值随着基准输出电压趋于稳定，并且Cs上电压被Rs充电到一定程度，启动电路再将M13截止，M14导通，把基准电压输出接入Md的栅极，因此只要调节接入Md栅极的基准电压，就可以在Md的源极获得不同的低压输出以适应后续电路对电压的要求。
[0030]如果不需要调节DMOS或者JFET的源极输出电压，则可以省去启动电路部分，整体电路可以简化为图4。在图4的基础上，选用较大Vth的DMOS或者JFET，可以进一步减去Ms，仅用Md产生出低压供后续电路使用，如图5所示。
[0031]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，包括用于将交流转换为直流的全桥整流电路，采用DMOS或JFET将直流高压直接转换为直流低压，其特征在于:高压直流电压接入DMOS或者JFET的漏极，DMOS或者JFET的栅极接地，DMOS或者JFET的源极通过电阻和电容滤波后直接输出低压直流电压。
2.根据权利要求1所述一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，其特征在于:当输入直流纹波较大时，可以在DMOS或者JFET的漏极或者源极增加防回流二极管，实现更好的滤波效果。
3.根据权利要求1所述一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，其特征在于:当需要提升或降低输出电压时，可以将DMOS或者JFET的栅极接入直流电压，实现输出电压的提升或降低。
4.根据权利要求1所述一种宽输入电压范围微功率低成本高压低压转换电路，其特征在于:当负载有剧烈变化或对电压精度有较高要求时，可以通过加入滤波电容和低压差稳压器(Low Dropout Regulator以下简称LD0)来获得更好的供电效果。
【文档编号】H02M1/14GK104319997SQ201410655072
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】刘颖异 申请人:苏州朗宽电子技术有限公司