带超大容量电容器的从属稳压器的制作方法

文档序号:7632649
专利名称:带超大容量电容器的从属稳压器的制作方法
技术领域
本发明涉及电视设备等的电源,该电视设备配有两个电源,两电源的稳压电路耦合成彼此可以相互紧密跟踪,从而确保两电源中一个电源上的电路所驱动的信号线路等能保持在另一电源上的电路的技术要求范围内的电平上。
电视机、录像机等(这里通称为电视设备),其电路往往在电视设备关机(即不产生光栅显示面)时必须保持通电。例如,需随时通电的电路、时钟和计时器、能通/断切换的遥控器、高级的控制或调谐功能元件、数字存储器等可能全都需要持续获得供电。一般说来,只要电视设备与供电的交流电源接通,这些元件都被供电,并可选择性地用一电池进一步限制时间。
在运行状态下,电视设备可从水平扫描期间工作的水平偏转电路和回扫变压器获得供电。备用电源是为不扫描时(即备用状态下)向备用负荷供电而设的。此外,还可以采用切换式电源,这种电源在运行状态下最好以行频工作,而且在备用状态下能随时工作。切换式电源可在运行与备用工作状态之间切换,适应各种不同的电流要求,而且在备用状态下可切断某些电压输出,即那些接到运行负荷的电压输出。
一般说来,备用电源的变压器的初级线圈不可切换地与设备的电源插头连接,次级线圈与整流器(例如全波电桥)的输入端连接。整流器的输出端连到储能或滤波电容器上,该电容器按变压器的匝数比充电到与交流电源电压相关的未稳压的电压电平。一个稳压器接到滤波电容器上,以调整那些要保持稳定供电的负荷(即备用负荷)上的电源电压。
备用负荷一般说来是一些控制电路,可包括集成电路(IC),例如微处理器、随机存取存储器等。为不断监视启动信号以便从备用状态切换到运行状态,可设置一个遥控接收器。切换到运行状态时,可以使备用电源不起作用或阻止备用电源来的全部或部分电流。然而,许多电视设备不仅在备用状态时而且在运行状态时也使用备用电源向备用负荷供电。在这种情况下,运行状态负荷(即备用时得不到供电的负荷)由一个或多个分立的电源供电,例如由与水平偏转电路有关的切换式电源供电。
在某些应用场合,大量的数据可存入象SDRAM之类的存储器中。这些数据可由各种源产生。一天中可在几小时内收集电视节目数据好几次。为避免用户在失去交流电源后几个小时得不到数据,希望数据存入存储器的持续时间长到足以应付一般的交流线路故障。
分开供电的这些控制电路是彼此耦合的,因此向某些控制电路而不向其它控制电路提供不同的电源是会出问题的。正常运行时用的数字控制电路可以共用数据保管用的存储器,在正常运行时必须通过公用信号线彼此联络。这需要为数字和存储器而调节电压使电压大致保持相等。然而,这样做会使问题复杂化,原因在于,数字和数据存储器电源的负荷变化很大,而且数据存储器电源即使在数字电源降压到零也必须保持大致稳定。
一个电源,例如5伏的直流电源,可能只须要供应40毫安的电流。同电压的第二个电源可能须要供应多达1安的电流。为两个电源保持相等的稳定电压的现有方案的主要问题在于运行电源的稳压晶体管的基极-发射极电压的变化有200毫伏数量级。
象CMOS集成电路之类的控制电路适合用作快速切换和具有可靠的长期性能。目前广泛使用的是CMOS大规模集成电路,特别是用微处理器控制的电视设备。CMOS电路有这样一个特性,即共同连接的电路是由不同的电源供电,各电源电压的调整是个关键。IC的VDD电源与加到输入端的最高电压之间的差值超过CMOS电路的容限时会产生叫做SCR闭锁的问题,这是因为连到公用通路的第一IC的电源电压在IC的输出端会产生超过连到输入端接到第一IC输出端的第二IC的电源电压的信号所致。这个问题在例如Testin的美国专利5,036,261中讨论过。
Testin的美国专利5,036,261认识到向信号线耦合着的不同集成电路供电的两个电源电压之间变化的问题。该问题通过只配备一个稳压器来解决,未调整过的运行和备用电压在叠加接点处连接,从而得到一个公用电源电压,在运行状态下向运行和备用负荷提供同样的电压。设有一个开关器件,以在备用状态下使运行状态负荷与稳压器断开。未经稳压的运行电源电压获自水平偏转电路,它比未经稳压的备用电源电压高。未经稳压的运行电源电压通过一个在运行状态下正向偏置而在备用状态下反向偏置的二极管耦合到叠加接点处。运行电源在运行状态下实质上比备用电源强,从而使运行电源在水平偏转开始时(除供电给运行负荷外还)代为向备用负荷供电。
在不同基准电压下工作的IC可以通过电平移动电路耦合,但更可取的是直接耦合各输出端和输入端,且各IC采用同样的基准电压供电。具有耦合到备用电源的某些IC和耦合到运行电源的其它IC且其各输入和输出信号线通过例如通信总线连接的电路为确保电源电压相等需要采取一些措施。
为确保按规定工作,大部分CMOS集成电路在生产时规定输入插脚的最大电压为VDD+0.3伏。电压大于VDD+0.3伏时,易变化的触发器、RAM元件和其它集成功能块的状态可能发生变化,使工作不正常,或可能出现SCR闭锁现象,进一步使受影响的电路不能工作,直到断电为止。
遗憾的是,改变各元器件和工作条件的结果通常是不能指望一般的稳压器适应额定的输出电压,即使可用电位器等进行手动调节也不能指望能保持额定输出电压在所要求的容限内。一般串联稳压器使用了串联功率晶体管,其集电极接到未稳压的电压输入端,基极接到反向偏置的齐纳二极管并通过电阻器接到未稳压的输入端。齐纳二极管两端的电压形成基准电压,与基极-发射极电压降一起确定了功率晶体管发射极上的经调节的电压。假设两CMOS集成电路分别由5伏运行电源和5伏备用电源驱动,并假设两者都有5%容限的齐纳二极管,其中一个电源可调节到5.25伏,另一个电源可调节到4.75伏。0.5伏的差值足以违犯最大输入电压为VDD+0.3伏的规定。
可以采用一个电源经调节的电平来影响另一电源的调节。这类电路可能需要一些电位器以便在制造装有这些电源的设备时设定各电源之间的耦合。但电位计的费用较大。此外,两稳压器之间的最佳关系可能受一个或其它电源当时的负荷影响。当串联稳压电源的电流负荷增加时,稳压器中串联导通的晶体管的基极-发射极电压增加,从而使负荷在串联导通的通常接基准电压元件的晶体管的发射极电压(即经稳压的输出)与基极电压之间产生与负荷有关的变化。
当一起考虑温度漂移的容限和齐纳额定容限这两个因素时,不难使各调整过的电源电压变化10%。举个额定电压为5伏的电源电压的例子,接到较低电源电压的由接到较高电源电压的CMOS电路的输出驱动的CMOS电路,其输入可能超过较低的VDD1伏(一个电源为-10%×5伏=-.5伏,另一个电源为+10%×5伏=+.5伏时差值为1伏)。进一步考虑运行电源稳压器的基极-发射极电压中负荷引起的变化所产生的变化时,不正常工作或潜在的SCR闭锁就成了极可能发生的问题。
从1994年10月4日颁发给Din widdie等人的美国专利5,353,215可了解到,利用对供电给CMOS集电路的运行和备用电源的跟踪而避免在运行期间备用电源仍然起作用时SCR的闭锁。
Gemstar牌屏显电视波导管一天之内在2-4小时的垂直消隐时间期间4次收集数据。若失去交流电源,用户就得等下一次下载,这可能出现在15分钟或线路恢复之后的几个钟头后,因此需要一个经济实惠的保存数据的办法。
本发明采用了两个备用电源,其中一个备用电源是供(较)长期保存数据用的。在原来共用稳压器的基础上扩充运行和备用电源,本发明使共用稳压器的元器件不仅迫使两个独立的电源密切跟踪,而且还用其中一个稳压器作为隔离装置,以限制从存储电容器提取的电流。本发明解决了许多在耦合的电源中常见的问题,例如1)因交流先除去时电源降到零而引起的晶体管基极-发射极间的击穿;2)第一电源消失后不能调节剩下的电源;3)稳压器的元器件成为存储器电源的负荷;和4)用基极电阻器来防止稳压器晶体管在驱动容性负荷时振荡的问题。
SDRAM IC再加上“自选更新状态”和“超大容量电容器”提供了上述经济实惠的解决办法。为最大限度地减小加到超大容量电容器(这相当于.22法拉的电解电容器)上的负荷,微处理器和ROM由单独的电源供电。为使与SDRAM的联系可在与ROM和Gemstar4集成电路共用的总线上进行,SDRAM和ROM/Gemstar4集成电路的各电源必须在0.3伏内跟踪,以满足集成电路技术规范的要求。
本发明的电路达到了所要求的紧密跟踪的目的。本发明的电路可采用廉价的高度隔离的3.3伏跟踪电源实现。TL431稳压器驱动两个相同基准的串联导通稳压器。这两个“匹配的”串联导通稳压器由同一基准驱动,使电源可以在负荷和温度变化的情况下和在满足0.3伏要求的情况下跟踪。
按照本发明的一个方面,两个电源形成第一和第二电源,例如数字(或标准)和存储器维持备用电源。第一可控器件接到一个激励电势源上,形成第一电源。第二可控器件接到所述激励电势源上,形成第二电源。基准源接到各可控器件的控制端上。储能电容器通过电阻器接到第一电源。
按照本发明的另一个方面,第一和第二电源由一个电源形成。第一可控器件接到一个激励电势源上,形成第一电源。第二可控器件接到所述激励电势源上,形成第二电源。基准源接到各可控器件的控制端上。基准源是一反馈式的稳压器。
附图
只有一幅,为本发明最佳实施例的电路原理图。
附图举例说明了本发明跟踪或反馈稳压器的一个实施例。元件U26404为TL431稳压器。电阻器R26454和R26455将3.3伏备用电源(3.3V STBY)分压出更小的2.5伏。2.5伏馈入TL431中,TL431的比较器是以2.5伏为基准的。TL431的输出端为断开的集电极。TL431的输入超过2.5伏时,晶体管Q26403和Q26404(由电阻器R26467供电)的基极激励消除掉。当输入下降到2.5伏以下时,基极激励复原。两晶体管Q26403和Q26404基极中的10欧电阻器R26243和R26466起防止振荡的作用。在各基极由同一个基准驱动的情况下,各发射极电压会彼此匹配,但流过10欧电阻器的基极电流不同、基极-发射极电压不同和基极阻抗是固有的时例外。两集成电路之间电流的变化小于100毫安且在这些情况下基极-发射极压降小于100毫伏时,输出电压一般在100毫伏内紧密跟踪。
3.3伏备用电源馈给低通滤波器,低通滤波器向备用状态期间需要激励的电路适当部分提供低脉动的电压;该电压为数字VDD和模拟VDD。电容器C26160和电感器L26401起低通L-C滤波器的作用。并联的电容器C26461和C26471起进一步消除波纹的作用,电容器C26461消除低频波纹,电容器C26471消除高频波纹。
在模件电平下进行了ATE(自动测试设备)测试。ATE测试可保证在自行更新状态下的电流仍然处在技术规范规定的范围内。在上述结构方案下,SDRAM电源与3.3伏备用电源之间达到了最佳隔离状态。SDRAM电源必须与自行更新状态下最大提取电流为2毫安的SDRAM各部分维持15分钟。3.3伏备用电源是供在100毫秒或更短的时间电压下降的微型组件用的。
为防止从TL431使用的分阻器漏电,稳压器U26404最好接3.3伏备用电源而不接SDRAM3.3伏电源。稳压器的这种配置方式使交流电源除掉时提供给稳压器的5.2伏电源开始下降。基极激励降到3.9伏(3.3伏加0.6伏的基极-发射极压降)以下时,电阻器R26467再也不能对晶体管Q26403或Q26404进行基极激励。这时,TL431不在电路内。晶体管Q26404和Q26403的基极-发射极结不再正向偏置,这时都截止了。由于有超大容量电容器C26466,晶体管Q26403的基极-发射极结反向偏置。基极-发射极结在电压大于5伏之前不会有雪崩式击穿,因而雪崩式击穿不成为问题。
电阻器R26462可确保仪表初次供电时SDRAM会在超大容量电容器充电过程中接收满3.3伏的电源。一般说来,由于充电通路中的阻抗,超大容量电容器完全充电需要大约6分钟的时间。
权利要求
1.一种用于提供第一和第二电源的电源,包括一个激励电势源(5.2伏);第一可控器件(Q26403),接到所述激励电势源上,供形成所述第一电源(SDRAM 3.3伏);第二可控器件(Q26404),接到所述激励电势源上,供形成所述第二电源(3.3伏STBY);一个基准源(U26404)接到所述各可控器件的控制端;和一个储能电容器(C26466),通过电阻器(R26462)接到运行的所述第一电源上。
2.如权利要求1所述的电源,其特征在于,所述基准源是反馈式稳压器(U26404)。
3.如权利要求2所述的电源,其特征在于,馈给所述稳压器的反馈取自所述第二电源(3.3伏STBY)。
4.如权利要求1所述的电源,其特征在于,所述第一和第二电源为备用电源。
5.一种用于提供第一和第二电源的电源,包括一个激励电势源(5.2伏);第一可控器件(Q26403),接到所述激励电势源上,供形成所述第一电源(SDRAM 3.3伏);第二可控器件(W26404),接到所述激励电势源上,供形成所述第二电源(3.3伏STBY);一个基准源(U26404),接到所述各可控器件的控制端;所述基准源为反馈式稳压器(U26404)。
6.如权利要求5所述的电源,其特征在于,还包括一个储能电容器(C26466),通过电阻器(R26462)接到运行的所述第一电源上。
7.如权利要求5所述的电源,其特征在于,馈给所述稳压器的反馈取自所述第二电源(3.3伏STBY)。
8.如权利要求5所述的电源,其特征在于,所述第一和第二电源为备用电源。
全文摘要
电视机的一种电源,其激励电势源(5.2伏)馈给第一和第二控制晶体管(Q26403,Q26404)。第一控制晶体管输出第一电源,第二控制晶体管输出第二电源。两控制晶体管由反馈式稳压器(U26404)控制,从而使两电源彼此相互跟踪。反馈稳压器由第二电源控制。储能电容器(C26466)通过隔离电阻器(R26462)耦合到第一电源。
文档编号H04N5/63GK1328403SQ0112115
公开日2001年12月26日 申请日期2001年6月2日 优先权日2000年6月2日
发明者W·J·特斯廷 申请人:汤姆森许可公司
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