用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路，主要解决现有双极型线性稳压器漏失电压过高的问题。其包括限流电路(1)和过压保护电路(2)，该限流电路(1)包括电流检测电路(11)，电平检测电路(12)和反馈电路(13)；电流检测电路(11)检测双极型稳压器中的调整管的电流，产生对应于该电流的检测电压给电平检测电路(12)，电平检测电路(12)在检测电压超过规定值时产生控制电压给反馈电路(13)，通过反馈电路产生过流保护信号控制所述稳压器的调整管电流；过压保护电路(2)检测外部输入电源并产生过压保护信号控制所述稳压器中的调整管功耗。本发明能有效地降低双极型线性稳压器的漏失电压。
【专利说明】用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路
【技术领域】
[0001]本发明属于电子电路【技术领域】，涉及功率限制型保护电路，可用于双极型线性稳 压器中。
【背景技术】
[0002]线性稳压器是模拟集成电路中的一种重要产品，由于它应用广泛、使用方便、成本 低、体积小、性能良好以及可靠性高，在各种电子设备中早已取代原始分立元件组装的稳压 电源，而获得非常迅速的发展。线性稳压器的输出功率一般都比较大，所以在电路的设计制 作上还会设计各种保护电路，如过温保护、过流保护等。
[0003]图1显示了双极型线性稳压器的系统框图，它能使外部输入电源Vin或负载在一定 范围内变化时保持双极型线性稳压器的输出电压V。不变。它主要由基准模块、运算放大器 和调整管模块三部分组成，另外还有启动电路、偏置电路和保护电路等。当外部输入电源Vin 或负载变化时，运算放大器的反相输入端接收从取样电阻R11和R12上取来的反馈信号，在和 基准电压\比较并放大后，去控制调整管的工作点作一定的变动，从而使双极型线性稳压 器的输出电压V。保持不变。所以整个稳压器是一个闭环的负反馈系统，因此系统具有稳压 功能，它的输出电压V。只取决于基准电压和反馈系数，而与外部输入电源Vin和负载的大小 无关。由于线性稳压器的输出功率比较大，而使用情况又比较多变，所以对调整管一般都有 较好的功率限制性保护电路电路。
[0004]图2是传统的功率限制性保护电路原理图，其中调整管Q21和调整管管Q22共集电 极且集电极接到外部输入电源Vin，调整管Q21的发射极与调整管Q22的基极相连并通过电阻 R22连接到双极型线性稳压器的输出电压V。；调整管Q22的发射极与NPN管Q23的基极相连并 通过限流电阻R21连接到双极型线性稳压器的输出电压V。；调整管Q21的基极与NPN管Q23的 集电极相连并且连接到双极型线性稳压器的驱动电路的输出端；NPN管Q23的发射极直接连 接到双极型线性稳压器的输出电压V。；齐纳二极管D21负端通过电阻R23连接到当外部输入 电源Vin，其正端与调整管Q22、NPN管Q23和限流电阻R21的公共端相连。由于这种传统的功 率限制性保护电路中的限流电阻R21直接与调整管Q22的发射极相连，且限流电阻R21具有温 度系数，容易受温度影响，从而导致双极型线性稳压器的漏失电压升高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有的双极型线性稳压器内部的限流电路的问题，提出了 一种应用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路，以检测流过双极型线性稳压器中的 调整管的电流并对该电流进行限制，降低线性稳压器的漏失电压，并对该调整管的输出功 耗进行限制，实现电路的限流功能和过压保护功能。
[0006]为了实现上述目的，本发明包括:用于产生过流信号OCP的限流电路I，用于产生 过压保护信号OVP的过压保护电路2，其特征在于:限流电路I，包括电流检测电路11，电平 检测电路12和反馈电路13 ；[0007]所述的电流检测电路11，其与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2的基极相连，用于检测流过第二调整管Q2的发射极电流‘并产生对应于该电流的检测电压Vs，该检测电压Vs输入到电平检测电路12 ;
[0008]所述的电平检测电路12，其与电流检测电路11输出的检测电压Vs相连，用于在检测电压Vs超过规定值时产生控制电压Vb，该控制电压Vb通过反馈电路13，产生过流保护信号0CP，该过流保护信号OCP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q1的基板，通过第一调整管Q1限制流过该第二调整管Q2的发射极电流レ。
[0009]作为优选，上述的电流检测电路11，包括ー个NPN管和两个电阻，即第一NPN-Q3,第一电阻R1和第二电阻R2 ；
[0010]所述的第一 NPN管Q3，其集电极与外部的输入电源Vin相连，其基极与双极型线性稳压器的第二调整管Q2和第一电阻R1的连接点B点相连，其发射极与第二电阻R2相连；该第一 NPN管Q3与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2形成电流镜，并将该第二调整管Q2中的发射极电流レ转换为第一 NPN管Q3的发射极电流I1,该电流I1通过第一电阻R1和第二电阻R2后形成相应的检测电压\，该检测电压Vs输入到电平检测电路12。
[0011]作为优选，上述的电平检测电路12，包括两个横向PNP管，即第一横向PNP管Q4和第二横向PNP管Q5;
[0012]所述的第一横向PNP管Q4，其发射极与外部输入电源Vin相连；其基极与双极型线性稳压器中的偏置电压Vbias相连；其集电极通过限流电路I与过压保护电路2的连接点A与第二横向PNP管Q5的发射极相连；
[0013]所述的第二横向PNP管Q5，其基极与电流检测电路11中第一电阻R1、第二电阻R2和第一 NPN管Q3的公共端相连，其集电极与双极型线性稳压器的第一调整管Q1连接；该第ニ横向PNP管Q5将电流检测电路11输入的检测电压Vs转化为第二横向PNP管Q5的发射极电流12，并与流过第一横向PNP管Q4的集电极电流I3进行比较，从而产生控制电压\，该控制电压Vb输入到反馈电路(13);
[0014]作为优选，上述的反馈电路13，由ー个NPN管组成，即第三NPN管Q6 ；
[0015]所述的第三NPN管Q6,其集电极与双极型线性稳压器的运算放大器产生的电压Vc相连，其基极与限流电路I和过压保护电路2的连接点A点相连，其发射极连接到双极型线性稳压器中的第二调整管Q2 ;该第三NPN管Q6通过接收电平检测电路12的控制电压Vb产生过流保护信号0CP，该过流保护信号OCP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q1的基极，通过第一调整管Q1限制流过该第二调整管Q2的发射极电流レ。
[0016]作为优选，上述的过压保护电路2，包括一个齐纳ニ极管和ー个电阻，即齐纳ニ极管D1和第三电阻R3;
[0017]所述的齐纳ニ极管D1，其正端与限流电路I和过压保护电路2的结合点A点相连，其负端通过第三电阻R3与外部输入电源Vin相连；该齐纳ニ极管D1在外部输入电压高于规定值时导通，产生过压保护信号0VP，该过压保护信号OVP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q1的基板，使第一调整管Q1和第二调整管Q1的总功耗限制在设定的范围内。
[0018]本发明由于在限流电路I中増加了电流检测电路11，通过该电流检测电路11检测流过双极型线性稳压器的调整管的电流，并产生对应该电流的检测电压通过电平检测电路12和反馈电路13对双极型线性稳压器中的调整管电流进行限制，实现了限流功能，降低了双极型线性稳压器的漏失电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是双极型线性稳压器的系统框图；
[0020]图2是传统的功率限制型保护电路原理图；
[0021]图3是本发明的功率限制型保护电路框图；
[0022]图4是本发明的功率限制型保护电路原理图；
[0023]图5是本发明的功率限制型保护电路的应用实例图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图及其实例对本发明作进ー步描述。
[0025]參照图3，本发明的功率限制型保护电路包括:限流电路I和过压保护电路2，其中:
[0026]过压保护电路2，用于产生过压保护信号OVP输入给双极型线性稳压器中的第一调整管Q1来控制第一调整管Q1的功耗在设定的范围内；
[0027]限流电路1，包括电流检测电路11，电平检测电路12和反馈电路13。该电流检测电路11，用于检测流过双极型线性稳压器中的第二调整管Q2的发射极电流レ，并产生对应于该电流的检测电压Vs输入到电平检测电路12 ;该电平检测电路12，用于在检测电压Vs超过规定值时产生控制电压Vb输出到反馈电路13 ;该反馈电路13，用于接收电平检测电路12输出的制电压\，并产生过流保护信号OCP输入给双极型线性稳压器中的第一调整管Q1，通过第一调整管Q1限制流过第二调整管Q2的发射极电流レ，保证在实现限流功能的基础上降低双极型线性稳压器的漏失电压。
[0028]參照图4，本发明的限流电路I主要包括两个NPN管，两个横向PNP管和两个电阻，即第一 NPN管Q3、第二 NPN管Q6、第一横向PNP管Q4、第二横向PNP管Q5、第一电阻R1和第ニ电阻R2 ;其中:第一 NPN管Q3的发射极与第一电阻R1和第二电阻R2的公共端相连，构成电流检测电路11 ;第一横向PNP管Q4的集电极与第二横向PNP管Q5的发射极相连，构成电平检测电路12 ;第二 NPN管Q6单独构成反馈电路13。
[0029]所述的第一NPN管Q3，其基极与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2的基极相连，作为电流检测电路11的输入端，其集电极与外部的输入电源Vin相连，其发射极与第二电阻R2的一端相连，作为电流检测电路11的输出端，第一电阻R1跨接在第一 NPN管Q3的基极和发射极之间；
[0030]所述的第二电阻R2，其一端与第一 NPN管Q3和第一电阻R1的公共端相连,其另一端与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2的发射极相连；
[0031]所述的第一横向PNP管Q4，其发射极与外部输入电源Vin相连，其基极与双极型线性稳压器中的偏置电压Vbias相连，其集电极通过限流电路I与过压保护电路2的连接点A与第二横向PNP管Q5的发射极相连，作为电平检测电路12的输出端；
[0032]所述的第二横向PNP管Q5，其基极与电流检测电路11的输出端相连，其集电极与双极型线性稳压器的第二调整管Q2的发射极连接，其发射极与限流电路I与过压保护电路2的连接点A相连；[0033]所述的第二 NPN管Q6，其集电极与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2的基极相 连，作为反馈电路13的输出端，其基极与第一横向PNP管Q4和第二横向PNP管Q5的公共端 相连，作为反馈电路13的输入端，其发射极连接到双极型线性稳压器中的第二调整管Q2。
[0034]本发明的过压保护电路2，包括一个齐纳二极管和一个电阻，即齐纳二极管0:和第 三电阻R3 ；
[0035]所述的齐纳二极管D1的负端通过第三电阻R3与外部输入电源Vin相连，其正端接 入到限流电路I中的第二 NPN管Q6的基极；
[0036]本发明作为一种功率限制型保护电路，主要用于双极型线性稳压器中对其调整管 的电流和功耗进行限制，以降低双极型线性稳压器的漏失电压，其应用实例如图5所示。
[0037]参照图5，本发明的功率限制型保护电路的应用实例，包括限流电路1、过压保护 电路2、启动电路3、基准模块4、运算放大器5、偏置模块6、取样电路7和调整管模块8，其 中:
[0038]过压保护电路2，其齐纳二极管D1的负端通过第三电阻R3与外部输入电源Vin相 连，其正端接入到限流电路I中的第二 NPN管Q6的基极；
[0039]启动电路3，其输入端与外部输入电源Vin相连，其输出端输出启动信号Vm连接到 基准模块4的输入端；
[0040]基准模块4，其输出端输出基准电压VMf连接到运算放大器5的正向输入端；
[0041]运算放大器5,其负向输入端与取样电路7输出的取样电压Vq相连,其输出端的输 出电压\与限流电路I中的第二 NPN管Q6的集电极相连；
[0042]偏置模块6,其输入端与外部输入电源Vin相连,其输出端输出的偏置电压Vbias输 入到限流电路I中的第一横向PNP管Q4的基极；
[0043]取样电路7,其输入端与双极型线性稳压器的输出电压V。相连,其输出端输出取样 电压\
[0044]调整管模块8，其第一调整管Q1的集电极连接到外部输入电源Vin，其基极与限流 电路I中的第二 NPN管Q6的集电极相连，其发射极与第二调整管Q2的基极相连；该调整管 模块8中的第二调整管Q2的集电极连接到外部输入电源Vin，其基极与限流电路I中的第一 NPN管Q3的基极相连，其发射极作为双极型线性稳压器的输出电压V。。
[0045]当双极型线性稳压器的负载为轻载或空载时，调整管模块8中的第二调整管Q2的 发射极电流I。小于限流值IM，此时，第一 NPN管Q3、齐纳二极管D1以及第三电阻R3的存在 并不影响第一调整管Q1和第二调整管Q2的工作；当双极型线性稳压器的负载为重载时，第 二调整管的发射极电流Itj将增大，当第二调整管的发射极电流Itj增大到超过限流值Im时， 使得第一 NPN管Q3的发射极电流I1也随之增加，在通过第一电阻R1和第二电阻R2后形成 相应的检测电压Vs增大；该检测电压Vs输入到限流电路I中的第二横向PNP管Q5基极，使 得第二横向PNP管Q5的发射极电流I2减小；由于第二横向PNP管Q5的发射极电流I2减小， 导致其集电极输出的控制电压\增大；该控制电压\使得第二 NPN管Q6的导通能力增加， 因而降低了运算放大器5的输出电压Vc;该输出电压\连接到第一调整管Q1的基极，通过 第一调整管Q1使第二调整管Q2的基极电压Vb降低，从而减小了第二调整管Q2的发射极电 流L，实现限流功能；同时，由于限流电路I没有直接从第二调整管Q2的发射极采样其发射 极电流Itj，故可降低双极型线性稳压器的漏失电压。[0046]当双极型线性稳压器的外部输入电源Vin增加时，其与双极型稳压器的输出电压V。之间的差值也随之増大，尽管调整管模块8中的第二调整管Q2的发射极电流レ受到限制，但第一调整管Q1和第二调整管Q2调整管上的总功耗P仍在增加，所以还需要对外部输入电源Vin和双极型稳压器的输出电压V。之间差值进行限制，使第一调整管Q1和第二调整管Q2上的总功耗P小于最大功耗Pm ;当外部输入电源Vin上升到超过设定值Vm吋，过压保护电路2中的齐纳ニ极管D1被击穿，使得限流电路I中的第二 NPN管Q6导通，从而减小流过调整管模块8中第二调整管Q2的发射极电流‘降低了第一调整管Q1和第二调整管Q2上的总功耗P，使其总功耗限制在设定的范围内。
[0047]由上述工作原理可知，本发明所设计的功率限制型保护电路，当双极型线性稳压器的负载由轻载或空载转换为重载吋，由于限流电路I中的电流检测电路11、电平检测电路12和反馈电路13共同工作，因而在实现限流功能的基础上降低了双极型线性稳压器的漏失电压；当双极型线性稳压器的外部输入电源Vin上升到超过设定值Vm时，通过其过压保护电路2中的齐纳ニ极管D1导通，保证了调整管模块8中的第一调整管Q1和第二调整管Q2上的总功耗P始終在设定范围之内。
[0048]以上所述仅是本发明的ー个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。
【权利要求】
1.一种用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路，包括:用于产生过流信号OCP的限流电路(I)和用于产生过压保护信号OVP的过压保护电路(2)，其特征在于:限流电路(I),包括电流检测电路(11),电平检测电路(12)和反馈电路(13)； 所述的电流检测电路(11 )，其与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2的基极相连，用于检测流过第二调整管Q2的发射极电流レ，并产生对应于该电流的检测电压Vs，该检测电压Vs输入到电平检测电路(12); 所述的电平检测电路(12 )，其与电流检测电路(11)输出的检测电压Vs相连，用于在检测电压Vs超过规定值时产生控制电压Vb，该控制电压Vb通过反馈电路(13)，产生过流保护信号0CP，该过流保护信号OCP连接到双极型线性稳压器中的第一调整管Q1的基板，通过第一调整管Q1限制流过第二调整管Q2的发射极电流レ。
2.根据权利要求1所述的功率限制型保护电路，其特征在于电流检测电路(11)，包括ー个NPN管和两个电阻，即第一 NPN管Q3、第一电阻R1和第二电阻R2 ;该第一 NPN管Q3，其集电极与外部的输入电源Vin相连，其基极与双极型线性稳压器的第二调整管Q2和第一电阻R1的连接点B点相连，其发射极与第二电阻R2相连；该第一 NPN管Q3与双极型线性稳压器中的第二调整管Q2形成电流镜，并将该第二调整管Q2中的发射极电流レ转换为第一 NPN管Q3的发射极电流I1，该电流I1通过第一电阻R1和第二电阻R2后形成相应的检测电压\，该检测电压Vs输入到电平检测电路(12)。
3.根据权利要求1所述的功率限制型保护电路，其特征在于电平检测电路(12)，包括两个横向PNP管，即第一横向PNP管Q4和第二横向PNP管Q5 ； 所述的第一横向PNP管Q4，其发射极与外部输入电源Vin相连；其基极与双极型线性稳压器中的偏置电压Vbias相连；其集电极通过限流电路(I)与过压保护电路(2)的连接点A与第二横向PNP管Q5的发射极相连； 所述的第二横向PNP管Q5，其基极与电流检测电路(11)中第一电阻R1、第二电阻R2和第一 NPN管Q3的公共端相连，其集电极与双极型线性稳压器的第一调整管Q1连接；该第二横向PNP管Q5将电流检测电路(11)输入的检测电压Vs转化为第二横向PNP管Q5的发射极电流12，并与流过第一横向PNP管Q4的集电极电流I3进行比较，从而产生控制电压Vb输入到反馈电路(13)，产生过流保护信号0CP。
4.根据权利要求1所述的功率限制型保护电路，其特征在于反馈电路(13)，由ー个NPN管组成，即第二 NPN管Q6 ;该第二 NPN管Q6,其集电极与双极型线性稳压器的运算放大器产生的电压\相连，其基极与限流电路(I)和过压保护电路(2 )的结合点A点相连，其发射极连接到双极型线性稳压器中的第二调整管Q2 ;该第二 NPN管Q6通过接收电平检测电路(12 )的控制电压Vb产生过流保护信号0CP，该过流保护信号OCP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q1基极，通过第一调整管Q1限制流过该第二调整管Q2的发射极电流レ。
5.根据权利要求1所述的功率限制型保护电路，其特征在于过压保护电路(2)，包括一个齐纳ニ极管和ー个电阻，即齐纳ニ极管D1和第三电阻R3;该齐纳ニ极管D1，其正端与限流电路(I)和过压保护电路(2)的连接点A点相连，其负端通过第三电阻R3与外部输入电源Vin相连；当外部输入电压高于规定值时齐纳ニ极管D1导通，产生过压保护信号0VP，该过压保护信号OVP输入到双极型线性稳压器，将其中的第一调整管Q1和第二调整管Q2的总功耗限制在设定的范围内。
【文档编号】G05F1/569GK103592991SQ201310644033
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年12月1日 优先权日:2013年12月1日
【发明者】来新泉, 李佳佳, 樊洁琼, 邵丽丽 申请人:西安电子科技大学