专利名称：开关型直流稳压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关型稳压电源技术领域，具体为开关型稳压电源中的开关型直流稳压电路。
背景技术：
开关型稳压电源主要由整流滤波电路及开关型直流稳压电路组成。其中现有开关型直流稳压电路主要组成部分的方框图如图1所示，图1中调整管工作于开关状态。其稳压工作原理是由整流滤波电路输入的直流电压VI通过开关调整管1变成矩形脉冲电压，再经滤波器5的作用变成直流输出电压Vo。通过取样电路8对输出电压Vo的取样电压与基准电压7经比较放大器6比较的差值，来调节脉宽调制器3所输出脉冲波的宽度，利用该调宽型脉冲控制信号，经驱动器2输入开关调整管1，控制开关调整管导通及截止的时间当稳压电源输出端外接负载增大时，输出的脉冲控制信号脉宽变宽，开关调整管导通时间变长，输出电压Vo动态变高；外接负载变小时，与上相反过程，输出电压Vo动态变低，从而维持电源输出端有稳定的电压输出。图1中脉冲震荡器4向脉宽调制器3输出一等宽脉冲控制信号。
图1方框图电路中，Vo＝VI·D，Vo、VI分别为直流输出、输入电压，D为脉宽调制器输出脉冲控制信号的占空比。输出电压Vo与脉冲控制信号的占空比D成正比。
图1所示开关型稳压电路属于调脉宽式稳压电路，其主要优点是可减小调整管的功率损耗，主要存在的缺点是其一，不适合应用于低压大电流的直流稳压输出对于VI-Vo电压变换幅度大，例如为了节省电源变压器，直接将220V交流电压整流滤波为直流高压，作为稳压电路的直流输入电压，如果此时负载需要低压大电流直流稳压输出(例如1V左右的低电压大电流输出)的情况，采用图1稳压电路，占空比D值很小，调整管导通时间很短，载止时间很长，二者相差太大，控制很困难，此时会出现电流纹波增大，同步稳流管通态损耗增大，直流变压稳压效率降低等问题。其二，当电源负载快速变化时，图1电路中取样电路从输出电压Vo取出反馈电压，经过图1各方框功能电路，一直到对开关调整管导通过程的控制，整个传递反馈的过程要消耗一定时间，对输出电压的调整或变化滞后于负载变化，不能瞬态响应或即时响应，直流稳压输出出现动态欠调或超调现象。当负载变化率大的低压大电流稳压输出时，该现象更为严重。
发明内容
本发明针对上述缺点，提供另一种开关型直流稳压电路，其能满足低压大电流稳压输出的要求，而且其稳压输出与电源负载的快速变化无关。
本发明的技术方案如下由直流高压电源串联连接第一开关电路、限流缓冲电路以及充电电容器，高压电源以脉动电流形式对充电电容器充电，充电电容器的电压输出端连接稳压输出端；充电电容器的电压输出端连接电压反馈电路，取出反馈电压信号输入第二开关电路，控制第二开关电路的通断，第二开关电路的输出端与第一开关电路的另一输入端连接；控制信号源的输出端连接第二开关电路的另一输入端，通过第二开关电路控制第一开关电路的通断。
本发明直流稳压的原理或方法与背景技术所述完全不同，后者通过调节脉冲控制信号的占空比来调节稳压输出，本发明由直流高压电源通过第一开关电路控制充电电容器间歇性充电、间歇性放电以及反馈电压的限压作用来调节稳压输出，第一开关电路作为充电开关。
第一开关电路的导通或截止通过一控制信号源串接第二开关电路来控制，第二开关电路作为控制信号开关，第二开关电路的导通或截止由充电电容器输出电压的反馈电压来控制。所述控制信号为一等宽脉冲信号，占空比为定值。低压大电流稳压输出时，不存在背景技术中所述占空比变化大的技术缺限。其输出电压的高低可通过调整反馈电压的高低来实现，稳压输出值可任意选取。因此本发明可完全满足低压大电流稳压输出的要求，而且能满足大稳压范围的要求。高稳压输出时，只要第一开关电路有足够高的耐压值。
本发明采用间歇充电及放电工作模式，流经开关电路的电荷都用于充电以及消耗于对负载的间歇放电，无功功率消耗极低，稳压输出效率高，特别是小功率稳压输出时(例如1-10V)，通过对开关电路性能的优化选择，效率可达95％以上，而现有1V稳压输出的开关稳压电源的效率一般为87％。
由以上所述，本发明稳压输出值仅取决于反馈电压值，而与控制信号的脉宽或占空比无关，因此与外接负载的变化率无关，不存在外接负载变化引起稳压输出的欠调或超调现象。外接负载的变化只改变电容器充电或放电的频率。
本发明可省去现有开关型稳压电源中的比较放大器、脉宽调制器、驱动器等，具有结构简单、体积小、成本低的优点。
图1为现有开关型直流稳压电路结构的方框图；图2为本发明电路结构的方框图；图3为本发明实施例1的电路图；图4为本发明实例2的电路图。
具体实施例方式见图2，直流高压电源1为由整流滤波电路输出的直流高压，直流高压电源1串联连接第一开关电路2、限流缓冲电路3以及充电电容器4，直流高压电源以脉动电流形式经过限流缓冲电路对充电电容器4充电，充电电容器4的电压输出端连接稳压输出端5；充电电容器4的电压输出端另外连接电压反馈电路6，电压反馈电路6的输出端连接第二开关电路7，由此取出反馈电压信号输入第二开关电路7，控制第二开关电路的通断，第二开关电路7的输出端与第一开关电路2的另一输入端连接；控制信号源8的输出端连接第二开关电路的另一输入端，通过第二开关电路控制第一开关电路的通断，由此控制高压电源1对充电电容器4的间歇充电。
图3、图4为本发明的二个具体实施例。
见图3，所述第一开关电路由场效应晶体管Q2及电阻R2组成，电阻R2连接于场效应晶体管Q2的栅极与源极之间，场效应晶体管Q2的源极与直流高压电源VI连接，直流高压电源VI的另一端接地；所述限流缓冲电路由熔断电阻R1、电感器L1以及二极管D1组成，熔断电阻R1与电感器L1串联连接，熔断电阻R1的另一端分别与场效应晶极管Q2的漏电极以及二极管D1一端连接，二极管D1的另一端接地；其中熔断电阻R1为保险丝，其作用是当第一开关电路出现故障或失控时，可以通过熔断电阻R1表保护稳压输出的外接电路。二极管D1为续流二极管，当第一开关电路截止瞬时，二极管D1导通，其与熔断电阻R1、电感器L1形成电流回路，电感器L1中的电能能够持续向电容器C1充电。当第一开关电路导通瞬时，二极管D1截止，电能首先流入电感器L1，如此对电容器C1起着限流缓冲作用。
充电电容器C1的电压输出端分别与电感器L1以及稳压输出端Vo连接，充电电容器C1的另一端接地；所述稳压二极管D2的一端与充电电容器CI的电压输出端连接，另一端与所述第二开关电路中的晶体管Q1的基极连接，构成电压反馈电路，第二开关电路还包括串接的电容器C2、电容器C3，串接点与晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q1的集电极通过电容器C2与晶体管Q2的栅极连接，晶体管Q1的发射极接地；控制信号源VS的输出端通过电容器C3与晶体管Q1的集电极连接，输出等宽脉冲控制信号，通过所述第二开关电路控制场效应晶体管Q2的通断，信号源VS的另一端接地。
本实施例电路工作原理如下当第一开关电路的场效应晶体管Q2导通时，高压电源VI通过电阻R1、电感器L1对电容器C1充电，当电容器C1输出端电压值高于稳压二极管D2的稳压值，二极管D2击穿，晶体管Q1导通，控制信号源VS的输出信号不能经过C2加到晶体管Q2的栅极，晶体管Q2处于截止状态，停止对电容器C1充电，电容器C1通过负载放电，当其输出端电压值低于稳压二极管D2的稳压值，稳压二极管恢复正常状态，晶体管Q1截止，控制信号源VS输出的等宽脉冲信号经过电容C3、C2加到晶体管Q2的栅极，晶体管Q2导通，恢复对电容器C1充电，如此不断循环，保持稳压输出端稳定的电压输出，而且该稳压输出值由稳压二极管D2的稳压值决定。调整不同稳压输出值，只要选取具有不同稳压值的稳压二极管构成电压反馈回路，结构极其简单。当稳压输出值较低时，稳压二极管D2也可由加正向电压的二极管代替，利用其死区电压作为反馈电压。或者，充电电容器C1的电压输出端直接与第二开关电路中晶体管Q1的基极连接，电容器C1的输出电压直接作为反馈电压。
图3所示实施例中，也可以将晶体管Q1由NPN型改用PNP型，场效应晶体管Q2由P沟道型改用N沟道型，电源VI及二极管D1、D2的连接相应反向。如此可以输出稳压负电压。图3中熔断电阻R1也可不用。
见图4，本实施例将图3中第二开关电路中的电容器C3及C2分别用图4中的电阻R3及晶体管Q2取代，将图3中第一开关电路中的场效应晶体管Q2用图4中的达林顿晶体管Q3、Q4取代，其他电路连接关系相同。其电路连接如下第一开关电路由达林顿晶体管Q3、Q4以及电阻R2构成，电阻R2接于达林顿晶体管的基极，达林顿晶体管的发射极与所述高压电源VI连接，高压电源VI的另一端接地；限流缓冲电路由熔断电阻R1、电感器L1以及二极管D1组成，熔断电阻R1与电感器L1串联连接，熔断电阻R1的另一端分别与达林顿晶体管的集电极以及二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端接地；充电电容器C1的电压输出端分别与电感器L1以及稳压输出端Vo连接，充电电容器C1的另一端接地；稳压二极管D2的一端与充电电容器C1的电压输出端连接，另一端与所述第二开关电路中的晶体管Q1的基极连接，构成电压反馈电路，第二开关电路还包括电阻R3及晶体管Q2，电阻R3串联于晶体管Q2的基极，串接点与晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q2的集电极与电阻R2的另一端连接，晶体管Q2的发射极接地；控制信号源VS的的输出端通过电阻R3与晶体管Q1的集电极连接，通过所述第二开关电路控制晶体管Q3、Q4的通断，信号源VS的另一端接地。
见图4，当电容器C1的充电电压高于稳压二极管D2的稳压值，晶体管Q1导通，晶体管Q2截止，达林顿晶体管Q3、Q4截止，电源VI停止对电容器C1充电，电容器C1对负载放电，当其输出端电压低于稳压二极管D2的稳压值，晶体管Q1截止，控制信号源的输出信号电压4经电阻R3驱使三极管Q2导通，继而驱使达林顿晶体管Q3、Q4导通，电源VI恢复对电容器C1充电，如此往复循环，使稳压输出端的输出电压稳定于稳压二极管D2的稳压值。
图4所示实施例2中，各晶体管也可由NPN型替换为PNP型，电源VI及二极管D1、D2的连接相应反向。
图3实施例中，元器件型号及参数取值可以是电源VI300V，场效应晶体管Q2型号J2N5462，晶体管Q1型号MP35770，电容器C110μF，C2200PF，C3200PF，R1为2A保险丝，电感器L1为10μH，稳压二极管D2型号IN4733，稳压值为5V。控制信号为频率100KHZ、占空比50％的脉冲波。
图4实施例中，电源VI300V，达林顿晶体管型号MPQ200J，晶体管Q1及Q2型号MP35770，稳压二极管D2型号IN4733，稳压值5V。电容器C1100μF，电阻R3lKΩ，R1为10A保险丝，电感器L1为100μH，控制信号源同实施例3。
图3、图4实施例中，分别可以将所述相互连接的第一开关电路、第二开关电路以及控制信号源用集成电路的制作方法集成于一体，制作成集成电路。
权利要求
1.开关型直流稳压电路，特征在于由直流高压电源串联连接第一开关电路、限流缓冲电路以及充电电容器，高压电源以脉动电流形式对充电电容器充电，充电电容器的电压输出端连接稳压输出端；充电电容器的电压输出端连接电压反馈电路，取出反馈电压信号输入第二开关电路，控制第二开关电路的通断，第二开关电路的输出端与第一开关电路的另一输入端连接；控制信号源的输出端连接第二开关电路的另一输入端，通过第二开关电路控制第一开关电路的通断。
2.按权利要求1所述开关型直流稳压电路，其特征在于所述电压反馈电路由稳压二极管构成。
3.按权利要求1所述开关型直流稳压电路，其特征在于所述电压反馈电路由加正向电压的二极管构成。
4.按权利要求1所述开关型直流稳压电路，其特征在于所述充电电容器的电压输出端直接与第二开关电路连接。
5.按权利要求1或2所述开关型直流稳压电路，其特征在于所述第一开关电路由场效应晶体管Q2及电阻R2组成，电阻R2连接于场效应晶体管Q2的栅极与源极之间，场效应晶体管Q2的源极与直流高压电源VI连接，直流高压电源VI的另一端接地；所述限流缓冲电路由熔断电阻R1、电感器L1以及二极管D1组成，熔断电阻R1与电感器L1串联连接，熔断电阻R1的另一端分别与场效应晶极管Q2的漏电极以及二极管D1一端连接，二极管D1的另一端接地；所述充电电容器C1的电压输出端分别与电感器L1以及稳压输出端V0连接，充电电容器C1的另一端接地；所述稳压二极管D2的一端与充电电容器C1的电压输出端连接，另一端与所述第二开关电路中的晶体管Q1的基极连接，构成电压反馈电路，第二开关电路还包括串接的电容器C2、电容器C3，串接点与晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q1的集电极通过电容器C2与晶体管Q2的栅极连接，晶体管Q1的发射极接地；控制信号源VS的输出端通过电容器C3与晶体管Q1的集电极连接，输出等宽脉冲控制信号，通过所述第二开关电路控制场效应晶体管Q2的通断，信号源VS的另一端接地。
6.按权利要求1或2所述开关型直流稳压电路，其特征在于所述第一开关电路由达林顿晶体管Q3、Q4以及电阻R2构成，电阻R2接于达林顿晶体管的基极，达林顿晶体管的发射极与所述高压电源VI连接，高压电源VI的另一端接地；所述限流缓冲电路由熔断电阻R1、电感器L1以及二极管D1组成，熔断电阻R1与电感器L1串联连接，熔断电阻R1的另一端分别与达林顿晶体管的集电极以及二极管D1的一端连接，二极管D1的另一端接地；所述充电电容器C1的电压输出端分别与电感器L1以及稳压输出端V0连接，充电电容器C1的另一端接地；稳压二极管D2的一端与充电电容器C1的电压输出端连接，另一端与所述第二开关电路中的晶体管Q1的基极连接，构成电压反馈电路，第二开关电路还包括电阻R3及晶体管Q2，电阻R3串联于晶体管Q2的基极，串接点与晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q2的集电极与电阻R2的另一端连接，晶体管Q2的发射极接地；控制信号源Vs的的输出端通过电阻R3与晶体管Q1的集电极连接，通过所述第二开关电路控制晶体管Q3、Q4的通断，信号源VS的另一端接地。
7.按权利要求1所述开关型直流稳压电路，其特征在于所述相互连接的第一开关电路、第二开关电路以及控制信号源为集成于一体的集成电路。
全文摘要
开关型直流稳压电路，由直流高压电源串接第一开关电路、限流缓冲电路以及充电电容器，对充电电容器充电；充电电容的电压输出端连接稳压输出端以及由稳压二极管构成的电压反馈电路，取出反馈电压输入第二开关电路，控制第二开关电路的通断，第二开关电路的输出端与第一开关电路连接；控制信号源的输出端连接第二开关电路，控制第一开关电路的通断。本发明具有稳压值可任意选取、具有大稳压范围、稳压输出效率高、无欠调及超调现象以及体积小、成本低等优点，可广泛应用于负载变化率大、低压大电流稳压输出的开关电源等技术领域。
文档编号G05F1/56GK1740935SQ200410041868
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月28日 优先权日2004年8月28日
发明者顾飞 申请人:顾飞