线性稳压器电路及仪表系统的制作方法

本实用新型涉及电压变换器技术领域，特别是涉及一种线性稳压器电路及仪表系统。

背景技术：

随着电子产品的不断发展，消费者对高性能的电源管理的需求也口益增长。电源管理设计中，为了使电子产品有更好使用性能，常用的方法有采用高压转低压型dc/dc转换器，通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电，再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出，或者通过倍压整流电路将交流电转换为高压直流电输出。

然而，这种降压器件制造成本较高，且工作时要求输入电压要比输出电压至少高出2v～3v，否则就不能正常工作,这在某些需要输入与输出电压之间的差值较小的场合是不能适用的，传统的降压器件使用可靠性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的降压器件使用可靠性低的问题，提供一种线性稳压器电路及仪表系统。

一种线性稳压器电路，包括第一控制开关管、第二控制开关管、第三控制开关管、分压电路和调流电阻组件，所述第一控制开关管的输入端用于连接输入电源，所述第一控制开关管的控制端用于通过所述调流电阻组件连接所述输入电源，所述第二控制开关管的控制端用于连接调节电源，所述第二控制开关管的输入端连接所述第一控制开关管的控制端，所述第一控制开关管的输出端通过所述分压电路连接所述第三控制开关管的控制端，所述第三控制开关管的输入端连接所述第一控制开关管的输出端，所述第二控制开关管的输出端与所述第三控制开关管的输出端均接地。

上述线性稳压器电路，工作时，调节电源将第二控制开关管导通，流经第二控制开关管的电流与调流电阻组件产生的电压将第一控制开关管导通，第一控制开关管导通后，输出电压经分压电路分压后将第三控制开关管导通，此时流经第三控制开关管的电流开始增加，当流经第三控制开关管的电流与流经第二控制开关管相等时，第三控制开关管控制端的电压等于第二控制开关管控制端的电压，即调节电源的电压值，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管的输出电压，由调节电源的电压值和分压电路产生的压降决定，分压电路产生的压降较小时，该线性稳压器电路产生的压差较小，且可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷，适用范围广泛，使用可靠性高。

在其中一个实施例中，第一控制开关管、第二控制开关管和第三控制开关管均为三极管。三极管作为控制开关管，根据三极管的基极与发射极的电压大小决定三极管的发射极与集电极是否导通，起到开关的作用，且三极管价格低廉，使用成本较低。

在其中一个实施例中，分压电路包括第一分压元件和第二分压元件，第一分压元件和第二分压元件串联，串联后的公共端连接第三控制开关管的控制端，第一分压元件的另一端连接第一控制开关管的输出端，第二分压元件的另一端接地。通过改变两个分压元件的分压大小可以调整线性稳压器电路的输出电压的大小，使用灵活，可以按照用户的需求选择分压元件，适用范围广。

在其中一个实施例中，第一分压元件和第二分压元件均为分压电阻。分压电阻可选择的阻值丰富，用户可根据实际需求选择合适阻值的分压电阻进行分压，使用便捷，且分压电阻价格低廉，使用成本低。进一步地，还可通过更换分压电阻，来改变两个分压电阻的阻值比例，实现对线性稳压器电路的输出电压进行调节。

在其中一个实施例中，第一分压元件和第二分压元件均为阻值可调的分压电阻。通过调整第一分压元件和第二分压元件的阻值可以改变第一分压元件和第二分压元件的分压大小，起到调节线性稳压器电路输出电压的作用，且使用时无需更换元器件，使用便捷。

在其中一个实施例中，线性稳压器电路还包括接地电阻组件，第二控制开关管的输出端与第三控制开关管的输出端均通过接地电阻组件接地。接地电阻组件可以用来调节流经第二控制开关管和流经第三控制开关管的电流大小，

在其中一个实施例中，线性稳压器电路还包括滤波组件，滤波组件一端连接第一控制开关管的输出端，另一端接地。滤波组件可用于给线性稳压器电路的输出电压滤波，减少由于电压波动造成的交流电流成分，抵消纹波，提高输出电压的纯度。

在其中一个实施例中，滤波组件为滤波电容。滤波电容是一种常用的滤波器件，使用成本不高，又能起到良好的滤波效果。

在其中一个实施例中，第二控制开关管和第三控制开关管的型号相同。根据调节电源的电压大小计算出来的线性稳压器电路的输出电压的大小更加准确，可以提高线性稳压器电路的精度。

在一个实施例中，提供一种仪表系统，包括仪表和如上述的线性稳压器电路，所述线性稳压器电路连接所述仪表。

上述仪表系统，工作时，调节电源将第二控制开关管导通，流经第二控制开关管的电流与调流电阻组件产生的电压将第一控制开关管导通，第一控制开关管导通后，输出电压经分压电路分压后将第三控制开关管导通，此时流经第三控制开关管的电流开始增加，当流经第三控制开关管的电流与流经第二控制开关管相等时，第三控制开关管控制端的电压等于第二控制开关管控制端的电压，即调节电源的电压值，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管的输出电压，由调节电源的电压值和分压电路产生的压降决定，分压电路产生的压降较小时，该线性稳压器电路产生的压差较小，且可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷，适用范围广泛，使用可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中线性稳压器电路的结构图；

图2为另一个实施例中线性稳压器电路的结构图；

图3为一个实施例中线性稳压器电路的实验仿真结果图。

具体实施方式

为了使本实用新型目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种线性稳压器电路，包括第一控制开关管110、第二控制开关管120、第三控制开关管130、分压电路200和调流电阻组件300，第一控制开关管110的输入端用于连接输入电源，第一控制开关管110的控制端用于通过调流电阻组件300连接输入电源，第二控制开关管120的控制端用于连接调节电源，第二控制开关管120的输入端连接第一控制开关管110的控制端，第一控制开关管110的输出端通过分压电路200连接第三控制开关管130的控制端，第三控制开关管130的输入端连接第一控制开关管110的输出端，第二控制开关管120的输出端与第三控制开关管130的输出端均接地。工作时，调节电源将第二控制开关管120导通，流经第二控制开关管120的电流与调流电阻组件300产生的电压将第一控制开关管110导通，第一控制开关管110导通后，输出电压经分压电路200分压后将第三控制开关管130导通，此时流经第三控制开关管130的电流开始增加，当流经第三控制开关管130的电流与流经第二控制开关管120相等时，第三控制开关管130控制端的电压等于第二控制开关管120控制端的电压，即调节电源的电压值，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管110的输出电压，由调节电源的电压值和分压电路200产生的压降决定，分压电路200产生的压降较小时，该线性稳压器电路产生的压差较小，且可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷，适用范围广泛，使用可靠性高。

具体地，线性稳压器电路工作时，当第一控制开关管110、第二控制开关管120和第三控制开关管130各自的控制端的电压小于输入端的电压时，第一控制开关管110、第二控制开关管120和第三控制开关管130的输入端和输出端导通。输入电源的电压为输入电压，调节电源的电压为调节电压，在本实施例中，输入电源的电压值大于调节电源的电压值，第二控制开关管120的控制端的电压值等于调节电源的电压值的大小，第二控制开关管120的输入端的电压值大小等于调流电阻组件300将输入电源电压消耗一部分后的电压大小，调节电源的电压值较小，第二控制开关管120导通。

第一控制开关管110的控制端电压值为调流电阻组件300将输入电源电压消耗一部分后的电压大小，第一控制开关管110的输入端电压大小等于输入电源的电压大小，第一控制开关管110的控制端电压小于输入端电压，第一控制开关管110导通，第一控制开关管110的输出端的电压值近似等于输入电源的电压值的大小。第一控制开关管110导通后，第三控制开关管130的输入端的电压值等于第一控制开关管110的输出电压值，第三控制开关管130的控制端的电压值等于经分压电路200将第一控制开关管110的输出电压消耗一部分后的电压大小，此时第三控制开关管130导通，流经第三控制开关管130的电流不断增加，第二控制开关管120的输出端与第三控制开关管130的输出端均接地，当流经第三控制开关管130的电流与流经第二控制开关管120的电路近似相等时，线性稳压器电路达到平衡状态。达到平衡状态后，第三控制开关管130的控制端的电压值等于第二控制开关管120的控制端的电压值，即等于调节电源的电压值，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管110的输出电压，即等于调节电源的电压值经分压电路200分压后的电压大小。由此可见，当调节电源的电压值不同时，线性稳压器电路的输出电压也不一样，可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷，适用范围广泛，使用可靠性高。

此外，调流电阻组件300可以用来调节流经第一控制开关管110和流经第二控制开关管120的电流大小，调流电阻组件300的结构并不是唯一的，可根据实际需求决定。例如，调流电阻组件300可以包括一个电阻r2，电阻r2一端连接输入电压，另一端连接第一控制开关管110的控制端，当输入电压产生的电流流经电阻r2时，会产生电压下降，使第一控制开关管110的控制端电压小于其输入端的电压，第一控制开关管110导通。可以理解，在其他实施例中，调流电阻组件300还可以包括两个以上的电阻，不同的电阻之前可以采用串联、并联或者串联和并联相结合的方式进行连接，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图1，第一控制开关管110、第二控制开关管120和第三控制开关管130均为三极管。三极管作为控制开关管，根据三极管的基极与发射极的电压大小决定三极管的发射极与集电极是否导通，起到开关的作用，且三极管价格低廉，使用成本较低。

具体地，第一控制开关管110为第一三极管q1，第二控制开关管120为第二三极管q2，第三控制开关管130为第三三极管q3，三极管包括pnp型三极管和npn型三极管，具体类型可根据实际需求决定。在本实施例中，以第一三极管q1为pnp型三极管，第二三极管q2和第三三极管q3均为npn型三极管为例，第一三极管q1的发射极用于连接输入电源，第一三极管q1的基极用于通过调流电阻组件300连接输入电源，第二三极管q2的基极用于连接调节电源，第二三极管q2的集电极连接第一三极管q1的基极，第一三极管q1的集电极通过分压电路200连接第三三极管q3的基极，第三三极管q3的集电极连接第一三极管q1的集电极，第二三极管q2的发射极与第三三极管q3的发射极均接地。对于第一三极管q1而言，当发射极的电压比基极的电压大0.7v或以上时，第一二极管的发射极和集电极导通，对于第二三极管q2和第三三极管q3而言，当基极的电压比发射极的电压大0.7v或以上时，发射极和集电极导通。系统开始工作时，调节电源将第二三极管q2导通，流经第二三极管q2的电流与调流电阻组件300产生的电压将第一三极管q1导通，此时第一三极管q1的输出电压接近输入电源的电压大小，第一三极管q1有输出后，输出电压经分压电路200分压后将第三三极管q3导通，此时流经第三三极管q3的电流开始增加，直到流经第三三极管q3的电流与流经第二三极管q2的电流近似相等，线性稳压器电路即达到平衡，此时第二三极管q2的基级电压、第三三极管q3的基级电压和调节电源的电压均相等，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管110的输出电压，即等于调节电源的电压值经分压电路200分压后的电压大小。由此可见，当调节电源的电压值不同时，线性稳压器电路的输出电压也不一样，可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷。

在一个实施例中，请参见图1，分压电路200包括第一分压元件210和第二分压元件220，第一分压元件210和第二分压元件220串联，串联后的公共端连接第三控制开关管130的控制端，第一分压元件210的另一端连接第一控制开关管110的输出端，第二分压元件220的另一端接地。通过改变两个分压元件的分压大小可以调整线性稳压器电路的输出电压的大小，使用灵活，可以按照用户的需求选择分压元件，适用范围广。

具体地，第一分压元件210和第二分压元件220的公共端处的电压等于第三控制开关管130的控制端的电压，当线性稳压器电路达到平衡后，公共端处的电压近似等于调节电源的电压大小，第一分压元件210连接第一控制开关管110的输出端，第一控制开关管110的输出端的电压作为线性变压器电路的输出电压，因此，输出电压可通过调整调节电源的电压大小改变大小，也可以通过调整第一分压元件210和第二分压元件220的分压大小改变大小。通过改变第一分压元件210和第二分压元件220的分压大小可通过改变各分压元件的分压大小，从而改变两个分压元件的分压比例来实现。第一分压元件210和第二分压元件220的类型并不是唯一的，只要可以起到分压的作用即可。

在一个实施例中，第一分压元件210和第二分压元件220均为分压电阻。分压电阻可选择的阻值丰富，用户可根据实际需求选择合适阻值的分压电阻进行分压，使用便捷，且分压电阻价格低廉，使用成本低。进一步地，还可通过更换分压电阻，来改变两个分压电阻的阻值比例，实现对线性稳压器电路的输出电压进行调节。

具体地，第一分压电阻r3作为第一分压元件210，第二分压电阻r4作为第二分压元件220，第一分压电阻r3和第二分压电阻r4串联，串联后的公共端连接第三控制开关管130的控制端，第一分压电阻r3连接第一控制开关管110的输出端，第二分压电阻r4接地。第一分压电阻r3和第二分压电阻r4的阻值并不是固定的，具体可根据用户需求调整，当第一分压电阻r3和第二分压电阻r4的阻值相同时，它们的分压大小相同，则线性稳压器电路的输出电压等于调节电源的电压的2倍，可以理解，第一分压电阻r3和第二分压电阻r4的阻值也可以不同。通过改变两个分压电阻的阻值大小可以改变两个分压元件的分压大小，从而调整线性稳压器电路的输出电压的大小，使用成本低。

在一个实施例中，第一分压元件210和第二分压元件220均为阻值可调的分压电阻。通过调整第一分压元件210和第二分压元件220的阻值可以改变第一分压元件210和第二分压元件220的分压大小，起到调节线性稳压器电路输出电压的作用，且使用时无需更换元器件，使用便捷。

例如，第一分压元件210和第二分压元件220可以采用温敏电阻或压敏电阻。以温敏电阻为例，使用时，用户通过改变温敏电阻所处的环境温度实现阻值的调整，从而可以调整温敏电阻的分压大小，起到改变线性稳压器输出电压大小的作用。可以理解，在其他实施例中，第一分压元件210和第二分压元件220也可以采用其他器件，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

当第一分压元件210和第二分压元件220均为阻值可调的分压电阻时，通过调节不同的阻值大小就可以得到线性稳压器电路的不同输出电压，不需要更换分压元件，在提高使用便捷性的同时，也减少了更换分压元件时带来的漏电等风险，提高了安全性。此外，当其中一个分压元件出现故障时，还可以通过调节另外一个分压元件的阻值起到调节分压的作用，提高了线性稳压器电路的使用可靠性。

可以理解，第一分压元件210和第二分压元件220也可以不采用分压电阻，例如，第一分压元件210和第二分压元件220均采用滑动变阻器，通过调节两个滑动变阻器接入电路的阻值，可进行分压比例调节，实现输出电压控制。

在一个实施例中，请参见图1，线性稳压器电路还包括接地电阻组件400，第二控制开关管120的输出端与第三控制开关管130的输出端均通过接地电阻组件400接地。接地电阻组件400可以用来调节流经第二控制开关管120和流经第三控制开关管130的电流大小，接地电阻组件400的结构并不是唯一的，可根据实际需求决定。例如，接地电阻组件400可以包括一个电阻r1，电阻r1一端连接第二控制开关管120的输出端与第三控制开关管130的输出端的公共端，另一端接地，第二控制开关管120的输出端与第三控制开关管130的输出端产生的电流流经电阻r1时，会在电阻r1上产生电流损耗。电流损耗的大小由电阻r1的阻值决定，电阻r1阻值越大，在电阻r1上损耗的电流越多，流经第二控制开关管120与第三控制开关管130的电流越小，电阻r1阻值越小，在电阻r1上损耗的电流越少，流经第二控制开关管120与第三控制开关管130的电流越大，从而起到调节流经第二控制开关管120和流经第三控制开关管130的电流大小的作用。可以理解，在其他实施例中，调流电阻组件300还可以包括两个以上的电阻，不同的电阻之前可以采用串联、并联或者串联和并联相结合的方式进行连接，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，线性稳压器电路还包括滤波组件500，滤波组件500一端连接第一控制开关管110的输出端，另一端接地。滤波组件500可用于给线性稳压器电路的输出电压滤波，减少由于电压波动造成的交流电流成分，抵消纹波，提高输出电压的纯度。滤波组件500的结构并不是唯一的，只要本领域技术人员认为可以实现滤波的功能即可视为满足要求。

在一个实施例中，滤波组件500为滤波电容c。滤波电容c是一种常用的滤波器件，使用成本不高，又能起到良好的滤波效果。具体地，滤波电容c的类型的电容值的大小并不是唯一的，可根据实际需求选择。例如，滤波电容c可以为瓷片电容，瓷片电容作为滤波电容c等效串联电阻小，滤波效果好。或者，滤波电容c也可以为钽电容，钽电容工作精度高，工作耐受性好，使用寿命长。可以理解，滤波电容c也可以为其他类型的电容，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，第二控制开关管120和第三控制开关管130的型号相同。具体地，第二控制开关管120和第三控制开关管130的内部结构，以及受内部结构影响的各个工作参数也想同。在线性稳压器电路工作时，流经第三控制开关管130的电流不断增加，当增加到与流经第二控制开关管120的电流的大小近似相等时电路达到平衡，当第二控制开关管120与第三控制开关管130的型号相同时，在第三控制开关管130上产生的压降，以及电路达到平衡时两个控制开关管的工作状态很接近，控制端电压基本相等，这样，根据调节电源的电压大小计算出来的线性稳压器电路的输出电压的大小更加准确，可以提高线性稳压器电路的精度。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中，请参见图1，v1为输入电压,v2为调节电压，线性稳压器电路包括pnp三极管q1，npn三极管q2、npn三极管q3，电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4。电阻r1和电阻r2可以调节三极管电流，电阻r3和电阻r4构成分压电路200，可以调节输出电压，提高了电路功能的灵活性。以上电路构成了一定程度上的负反馈结构，瞬态解释：电路开始工作瞬间，v2将q2打开，流经q2的电路与r2产生的电压将q1打开，此时q1输出电压接近v1，q1有输出后，输出电压经分压后将q3打开，此时流经q3的电流开始增加，直到流经q3的电流与流经q2的电流近似相等(考虑到三极管压降)，即达到平衡，此时q2、q3的基级电压相等。q2、q3可以使用同等参数或者型号相同，以提高电路精度。以系统输入电源v1＝12v，输出电压调节输入电平v2＝2.5v，r1＝r2＝r3＝r4＝100ω为例，分压比k＝(r3+r4)/r4＝2，则线性稳压器电路的输出电压＝v2*k＝2.5v*2＝5v，图3为该电路参数设置下的仿真结果，仿真结果与计算的结果一致。该电路由离散器件搭建而成，功率大小可通过更换三极管调整，输出电压可通过调节电压的大小调整，亦或通过调整分压电阻的方式实现，控制灵活，具有较强的普适性和相对低廉的成本。

上述线性稳压器电路，工作时，调节电源将第二控制开关管120导通，流经第二控制开关管120的电流与调流电阻组件300产生的电压将第一控制开关管110导通，第一控制开关管110导通后，输出电压经分压电路200分压后将第三控制开关管130导通，此时流经第三控制开关管130的电流开始增加，当流经第三控制开关管130的电流与流经第二控制开关管120相等时，第三控制开关管130控制端的电压等于第二控制开关管120控制端的电压，即调节电源的电压值，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管110的输出电压，由调节电源的电压值和分压电路200产生的压降决定，分压电路200产生的压降较小时，该线性稳压器电路产生的压差较小，且可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷，适用范围广泛，使用可靠性高。

在一个实施例中，提供一种仪表系统，包括仪表和上述的线性稳压器电路，线性稳压器电路连接仪表。具体地，仪表可以为车载仪表，车载仪表连接线性稳压器电路，线性稳压器电路产生的压差较小，提供给车载仪表的压差较小，可以提高车载仪表的工作性能，且线性稳压器电路可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，从而调节供给车载仪表的电压大小，使车载仪表的工作状态可以根据实际需求调整，使用便捷。可以理解，在其他实施例中，仪表也可以为其他类型的仪表，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

上述仪表系统，工作时，调节电源将第二控制开关管导通，流经第二控制开关管的电流与调流电阻组件产生的电压将第一控制开关管导通，第一控制开关管导通后，输出电压经分压电路分压后将第三控制开关管导通，此时流经第三控制开关管的电流开始增加，当流经第三控制开关管的电流与流经第二控制开关管相等时，第三控制开关管控制端的电压等于第二控制开关管控制端的电压，即调节电源的电压值，线性稳压器电路的输出电压为第一控制开关管的输出电压，由调节电源的电压值和分压电路产生的压降决定，分压电路产生的压降较小时，该线性稳压器电路产生的压差较小，且可以通过改变调节电源的电压值改变电路输出电压的大小，使用便捷，适用范围广泛，使用可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。