专利名称：超宽稳压电源及其专用集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及调节电压的系统，特别是能把在很宽范围内波动的电网输入电压经整流后稳定在预定值附近的稳压电源及其专用稳压集成电路。
现有稳压电路多采用串联式稳压电路及三端稳压集成电路。图6即是一个典型的三端稳压电路示意图，该图可广泛见于教科书中，例如由高等教育出版社出版、童诗白主编的《模拟电子技术基础》一书的第二版(1988年5月)第661页就列出了该图，该书第672页还示出了一种依据该电路原理设计的典型三端稳压集成电路的封装及管脚图。但这样的电路对电力电网要求很高，在电网电压波动很大的中小城市及农村，由传统的串联式稳压电源或三端稳压集成电路做电源的黑白电视机、VCD、卫星接收机、组合音响等电子产品因电网电压过低，而常不能正常工作。
解决以上问题的方案之一是在电子产品中使用开关电源，但开关电源成本高，故障率高，对整机干扰大，维修困难。这与市场要求的低成本，高可靠性水火不容。
针对传统电源存在的问题，本发明提供一种新型稳压电源以及一种专用于该稳压电源的超宽稳压集成电路，以达到成本低、可靠性高、并且实现超宽稳压的目的。
本发明实现上述目的的方案是一种稳压电源，包括变压器、整流电路等，其特征是还包括一个五端稳压电路；所述变压器的次级绕组有一个中心抽头，该中心抽头将次级绕组分成两个中心抽头和上抽头组成上半绕组B1，中心抽头和下抽头组成下半绕组B2；所述整流电路由第一至第四二极管D1-D4组成，其中第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极相连构成所述整流电路的第一输入端，该输入端与变压器的次级绕组上抽头相连；第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极相连构成所述整流电路的第二输入端，该输入端与变压器的次级绕组下抽头相连；第一二极管D1的阳极与第四二极管D4的阳极相连构成所述整流电路的第一输出端；第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阴极相连构成所述整流电路的第二输出端；所述五端稳压电路包括采样控制电路、三端串联稳压电路、第一线性开关K1、第二线性开关K2；其中采样控制电路的输入端和三端串联稳压电路的输入端相连，并共同连接于整流电路的第二输出端；三端串联稳压电源的输出端即为本稳压电源的电压输出端；三端串联稳压电源的接地端即为公共接地端；第一线性开关K1的一个触点与变压器的中心抽头相连接，第二线性开关K2的一个触点与整流电路的第一输出端相连；而第一线性开关K1和第二线性开关K2的未与变压器和整流电路相连的另一个触点连成一个公共触点，并共同连接于公共接地端，即三端串联稳压电路的接地端上。
本发明为实现上述目的和方案还提供一种专门用于上述稳压电源的稳压集成电路，包括三端串联稳压电路，其特征是还包含有采样控制电路、第一线性开关K1、第二线性开关K2和第一至五接线端；其中第一接线端是本集成电路的整流电压输入端，它是采样控制电路和三端串联稳压电路的共同输入端，接入稳压电源中时第一接线端1与整流电路的第二输出端相连；第二接线端为本集成电路的电压输出端；第三接线端为公共接地端；第四接线端和第五接线端分别是与桥式整流电路相连接改变整流形式的线性开关输出端，和与中心抽头连接控制变压器次级绕组中心抽头工作状态的线性开关输出端，它们分别与第一线性开关K1的一个触点和第二线性开关K2的一个触点相连；而第一线性开关K1的另一个触点和第二线性开关K2的另一个触点相连构成共同触点，并共同连接于公共接地端，即第三接线端上。
由于采用了以上的方案，在采样控制电路的控制下，当电网电压正常时(例如为180V～270V时)，采样控制电路使线性开关K1完全闭合，线性开关K2完全断开，整个电路工作在次级绕组B1、B2交替工作的全波整流状态。当电网电压极低时，例如电网电压低于130V时，采样控制电路使线性开关K1完全断开，线性开关K2完全闭合，次级绕组B1、B2与整流桥等组成桥式整流电路。当电网电压在某一低电压范围内时，例如在130V～180V间时，采样控制电路使电子线性开关K1闭合，K2也闭合。此时，次级绕组B1、B2交替工作的全波整流电路与绕组B1、B2共同组成的桥式整流电路同时工作，桥式整流电路做为全波整流的能量补充，缺多少，补多少，达到整流输出电压稳定之目的。
由于采样控制电路、第一线性开关K1、第二线性开关K2和三端串联稳压电路被制成集成电路，与开关电源相比，成本低；由于，工作在低电压状态，又没有电压的跳变，不会有脉冲产生，所以故障率低，可靠性高，对整机干扰小。
图1是本发明电路原理示意图；图2是本发明实施例一示意图；图3是本发明专用稳压集成电路外型示意图；图4是本发明专用稳压集成电路使用状态示意图，即实施例二示意图；图5是现有技术中常用的三端串联稳压电路的原理图；图6是现有技术中一个典型的三端串联稳压集成电路的封装及管脚排列示意图。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
为了便于理解，在描述具体的实施例之前，先对本发明的原理进行一个简单的介绍。见图1，所示为一种稳压电源，包括变压器、整流电路等，其特征是还包括一个五端稳压电路；所述变压器的次级绕组有一个中心抽头7，该中心抽头7将次级绕组分成两个中心抽头7和上抽头6组成上半绕组B1，中心抽头7和下抽头8组成下半绕组B2；所述整流电路由第一至第四二极管D1-D4组成，其中第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极相连构成所述整流电路的第一输入端9，该输入端9与变压器的次级绕组上抽头6相连；第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极相连构成所述整流电路的第二输入端10，该输入端10与变压器的次级绕组下抽头8相连；第一二极管D1的阳极与第四二极管D4的阳极相连构成所述整流电路的第一输出端11；第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阴极相连构成所述整流电路的第二输出端12；所述五端稳压电路包括采样控制电路13、三端串联稳压电路14、第一线性开关K1、第二线性开关K2；其中采样控制电路13的输入端和三端串联稳压电路14的输入端相连，并共同连接于整流电路的第二输出端12；三端串联稳压电源的输出端即为本稳压电源的电压输出端；三端串联稳压电源的接地端即为公共接地端；第一线性开关K1的一个触点与变压器的中心抽头7相连接，第二线性开关K2的一个触点与整流电路的第一输出端11相连；而第一线性开关K1和第二线性开关K2的未与变压器或整流电路相连的另一个触点连成一个公共触点，并共同连接于公共接地端，即三端串联稳压电路14的接地端上。
其中的三端串联稳压电路14可直接采用现有技术中常用的稳压电路，例如可采用基于图5所示原理的稳压集成电路。
上述电路的工作原理如下1)当电网电压在正常工作范围时，例如180V～270V视为正常，采样控制13电路使第一开关k1闭合，第二开关K2断开。次级交流电压正半波时，次级绕组B1两端电压经第二整流二极管D2整流、经三端串联稳压电路14、负载RL、第一开关K1回到次级中心抽头形成回路。当次级交流电压负半波时，次级绕组B2两端电压经第三整流二极管D3整流，经三端串联稳压电路14，负载RL，第一开关K1回到中心抽头7形成回路。绕组B1、B2分别在交流电压正负半波交替工作形成全波整流供电电路，因第二开关K2断开，第一二极管D1和第四二极管D4不工作。
2)当电网电压过低时，例如供电网低于180V时，采样控制电路13使第一开关K1断开，第二开关K2闭合，绕组B1、B2与第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4共同组成桥式整流电路，因变压器次级绕组匝数增大，确保整流后的电压不会因电网电压过低而降低。
以上原理，对解决交流低电压输入时，确保整流输出的电压不会降低，甚至有所提高，是可行的技术方案。例如用继电器，可控硅等均可用以上原理实现，但继电器之类的开关必然造成电压的跳变，一旦有脉冲产生，可靠性降低，干扰增大，且成本高，不易集成化。
为此，本发明的第一开关K1、第二开关K2采用电子线性开关，可实现工作过程如下1)当电网电压正常时(例如为180V～270V时)，采样控制电路13使第一开关K1(线性开关)完全闭合，第二开关K2(线性开关)完全断开，整个电路工作在次级绕组B1、B2交替工作的全波整流状态。
2)当电网电压特低时，例如电网电压低于130V时，采样控制电路使第一开关K1完全断开，第二开关K2完全闭合，次级绕组B1、B2与整流电路等组成桥式整流电路。
3)当电网电压在某一低电压范围内时，例如在130V～180V间时，采样控制电路13使第一开关K1闭合、第二开关K2也闭合。由于是线性开关，此时，次级绕组B1、B2交替工作的全波整流电路与次级绕组B1、B2共同组成的桥式整流电路同时工作，桥式整流电路做为全波整流的能量补充，缺多少，补多少，达到整流输出电压稳定之目的。
下面描述一个依据上述原理并采用线性开关的实施例。
实施例一见图2，该电路中变压器、整流器和三端串联稳压电路部分与原理图(图1)中相同，上文已对其进行了描述，此省略。需要进一步说明的是此例中将采样控制电路13和第一、第二开关K1、K2更进一步具体化了。采样控制电路13包括第五二极管(稳压二极管)D5、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一电阻R1、第二电阻R2等；第一开关K1包括第六二极管D6；第二开关K2包括第三晶体管T3和第四晶体管T4；第五二极管D5的阴极通过第一电阻R1接整流电路的第二输出端12，阳极接公共地端；第一晶体管T1的基极通过第二电阻R2、第一电阻R1接整流电路的第二输出端12，集电极和第二晶体管T2的基极相连，并共同通过第三电阻R3接于公共地端，第一晶体管T1、第二晶体管T2的发射极均直接接于整流电路的第二输出端12；第三晶体管T3的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，第四晶体管T4的基极接第三晶体管T3的发射极，第四晶体管T4的发射极接整流电路的第一输出端11，第三晶体管T3、第四晶体管T4的集电极均接于公共地端；第六二极管D6的阳极接公共地端，阴极接变压器的中心抽头7。
其中，T3、T4构成晶体管电子开关。但仅使用一个晶体管也可以实现其功能。事实上，只要晶体管电子开关的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，发射极接整流电路的第一输出端11，集电极接公共地端，那么，无论晶体管电子开关是一个晶体管还是两个晶体管形成达林顿对，甚至由多个晶体管构成，均属于本发明的范围。
本实施例的工作过程如下根据稳压电源输出电压的需要事先设好第五二极管的预置电压和第一晶体管T1上的偏置电阻。使用中1)当电网电压正常时(例如为180V～270V时)，第一晶体管T1饱和，第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4截止，相当于第二开关K2完全断开；同时第六二极管D6单向导通，相当于第一开关K1完全闭合，整个电路工作在次级绕组B1、B2交替工作的全波整流状态。
2)当电网电压特低时，例如电网电压低于130V时，第一晶体管T1、第二晶体管T2工作于放大状态，使第三晶体管T3、第四晶体管T4饱和导通，相当于第二开关K2完全闭合；与此同时，第六二极管D6上的电压反向，所以第六二极管D6截止，相当于第一开关K1完全断开，次级绕组B1、B2与整流电路等组成桥式整流电路。
3)当电网电压在某一低电压范围内时，例如在130V～180V间时，第一晶体管T1退出饱和，第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4进入放大工作状态(线性放大)，等效于第一开关K1闭合、第二开关K2也闭合，但它们都工作于一种既不是完全闭合，也不是完全导通的中间状态。此时，次级绕组B1、B2交替工作的全波整流电路与次级绕组B1、B2共同组成的桥式整流电路同时工作，流过第六二极管D6的电流和流过第三晶体管T3、第四晶体管T4的电流之和近似等于负截电流(事实上负截电流主要由此两电流之和来提供)，第三晶体管T3、第四晶体管T4上的电流做负截电流的补充，缺多少，补多少，达到整流输出电压稳定之目的。
实施例二集成化方案将图2所示电路中，采样控制电路13、第一开关K1、第二开关K2及三端串联稳压电路14共同集成化，可生产成一种新型超宽稳压集成电路器件——五端超宽稳压集成电路系列产品。其外型设计如图3所示，其中(a)为正面视图，(b)为侧面视图。其内部电路如图2中虚线框中所示，该稳压集成电路包括三端串联稳压电路14，其特征是还包含有采样控制电路13、第一线性开关K1、第二线性开关K2和第一至五接线端1-5；其中第一接线端1是本集成电路的整流电压输入端，它是采样控制电路13和三端串联稳压电路14的共同输入端，接入稳压电源中时第一接线端1与整流电路的第二输出端12相连；第二接线端2为本集成电路的电压输出端；第三接线端3为公共接地端；第四接线端4和第五接线端5分别是与桥式整流电路相连接改变整流形式的线性开关输入/输出端，和与中心抽头7连接控制变压器次级绕组中心抽头工作状态的线性开关输出/入端，它们分别与第一线性开关K1的一个触点和第二线性开关K2的一个触点相连；而第一线性开关K1的未与接线端相连的另一个触点和第二线性开关K2的未与接线端相连的另一个触点相连构成共同触点，并共同连接于公共接地端，即第三接线端3上。
所述采样控制电路13包括第五二极管D5、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一电阻R1、第二电阻R2等；第一开关K1包括第六二极管D6；第二开关K2包括第三晶体管T3和第四晶体管T4；第五二极管D5的阴极通过第一电阻R1接本集成电路的第一接线端1，阳极接公共地端3；第一晶体管T1的基极通过第二电阻R2、第一电阻R1接本集成电路的第一接线端1，集电极和第二晶体管T2的基极相连，并共同通过第三电阻R3接于公共地端3，第一晶体管T1、第二晶体管T2的发射极均直接接于本集成电路的第一接线端1；第三晶体管T3的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，第四晶体管T4的基极接第三晶体管T3的发射极，发射极接本集成电路的第四接线端4，第三晶体管T3、第四晶体管T4的集电极均接于公共地端3；第六二极管D6的阳极接公共地端3，阴极本集成电路的第五接线端5；第二接线端2为本集成电路的输出端。
由五端超宽稳压集成电路IC1组成的超宽稳压电源电路如图4所示。该图所示即为本发明的实施例二。
表一进一步说明了五端稳压电源较之三端稳压电源及开关电源的优越性。
表一五端稳压电源与三端稳压电源及开关电源性能比较表
值得说明的是，其于本发明所述的原理，可以有很多变型的替代方案，例如变压器的次级线圈可以抽出两个以上的中间抽头，将次级线圈等分成三个、四个或更多个绕组，采样控制电路作相应改变，且开关也增加到三个、四个或更多个；采样控制电路和开关使电路能根据电网波动的具体情况，启动次级线圈中的一个、两个或更多个绕组，从而达到适应更低的电网电压的要求。显然，这样的变型电路也可以使用专门制作的6端、7端或更多接线端的集成稳压电路来实现。所有这些显而易见的变型均应视为本发明所公开的内容和本发明的保护范围。
权利要求
1.一种稳压电源，包括变压器、整流电路等，其特征是还包括一个五端稳压电路；所述变压器的次级绕组有一个中心抽头(7)，该中心抽头(7)将次级绕组分成两个中心抽头(7)和上抽头(6)组成上半绕组B1，中心抽头(7)和下抽头(8)组成下半绕组B2；所述整流电路由第一至第四二极管D1-D4组成，其中第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极相连构成所述整流电路的第一输入端(9)，该输入端(9)与变压器的次级绕组上抽头(6)相连；第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极相连构成所述整流电路的第二输入端(10)，该输入端(10)与变压器的次级绕组下抽头(8)相连；第一二极管D1的阳极与第四二极管D4的阳极相连构成所述整流电路的第一输出端(11)；第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阴极相连构成所述整流电路的第二输出端(12)；所述五端稳压电路包括采样控制电路(13)、三端串联稳压电路(14)、第一线性开关K1、第二线性开关K2；其中采样控制电路(13)的输入端和三端串联稳压电路(14)的输入端相连，并共同连接于整流电路的第二输出端(12)；三端串联稳压电源的输出端即为本稳压电源的电压输出端；三端串联稳压电源的接地端即为公共接地端；第一线性开关K1的一个触点与变压器的中心抽头(7)相连接，第二线性开关K2的一个触点与整流电路的第一输出端(11)相连；而第一线性开关K1和第二线性开关K2的未与变压器或整流电路相连的另一个触点连成一个公共触点，并共同连接于公共接地端，即三端串联稳压电路的接地端上。
2.如权利要求1所述的稳压电源，其特征是所述采样控制电路(13)包括第五二极管D5、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一电阻R1、第二电阻R2等；第一开关K1包括第六二极管D6；第二开关K2包括一个晶体管电子开关；第五二极管D5的阴极通过第一电阻R1接整流电路的第二输出端(12)，阳极接公共地端；第一晶体管T1的基极通过第二电阻R2、第一电阻R1接整流电路的第二输出端(12)，集电极和第二晶体管T2的基极相连，并共同通过第三电阻R3接于公共地端，第一晶体管T1、第二晶体管T2的发射极均直接接于整流电路的第二输出端(12)；晶体管电子开关的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，其发射极接整流电路的第一输出端(11)，其集电极接公共地端；第六二极管D6的阳极接公共地端，阴极接变压器的中心抽头(7)。
3.如权利要求2所述的稳压电源，其特征是所述晶体管电子开关包括第三晶体管T3和第四晶体管T4；第三晶体管T3的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，第四晶体管T4的基极接第三晶体管T3的发射极，第四晶体管T4的发射极接整流电路的第一输出端(11)，第三晶体管T3、第四晶体管T4的集电极均接于公共地端。
4.如权利要求1或2或3所述的稳压电源，其特征是所述稳压电路中还包括第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，分别接于整流电路的第二输出端(12)和五端稳压电路的输出端。
5.一种专门用于如权利要求1所述稳压电源的稳压集成电路，包括三端串联稳压电路(14)，其特征是还包含有采样控制电路(13)、第一线性开关K1、第二线性开关K2和第一至五接线端(1-5)；其中第一接线端(1)是本集成电路的整流电压输入端，它是采样控制电路(13)和三端串联稳压电路(14)的共同输入端，接入稳压电源中时第一接线端(1)与整流电路的第二输出端(12)相连；第二接线端(2)为本集成电路的电压输出端；第三接线端(3)为公共接地端；第四接线端(4)和第五接线端(5)分别是与桥式整流电路相连接改变整流形式的线性开关输出端，和与中心抽头(7)连接控制变压器次级绕组中心抽头工作状态的线性开关输出端，它们分别与第一线性开关K1的一个触点和第二线性开关K2的一个触点相连；而第一线性开关K1的另一个触点和第二线性开关K2的另一个触点相连构成共同触点，并共同连接于公共接地端，即第三接线端(3)上。
6.如权利要求4所述的稳压集成电路，其特是所述采样控制电路(13)包括第五二极管D5、第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一电阻R1、第二电阻R2等；第一开关K1包括第六二极管D6；第二开关K2包括一个晶体管电子开关；第五二极管D5的阴极通过第一电阻R1接本集成电路的第一接线端(1)，阳极接公共地端(3)；第一晶体管T1的基极通过第二电阻R2、第一电阻R1接本集成电路的第一接线端(1)，集电极和第二晶体管T2的基极相连，并共同通过第三电阻R3接于公共地端(3)，第一晶体管T1、第二晶体管T2的发射极均直接接于本集成电路的第一接线端(1)；晶体管电子开关的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，其发射极接整流电路的第一输出端(11)，其集电极接公共地端；第六二极管D6的阳极接公共地端(3)，阴极接本集成电路的第五接线端(5)；第二接线端(2)为本集成电路的输出端。
7.如权利要求6所述的稳压集成电路，其特征是所述晶体管电子开关包括第三晶体管T3和第四晶体管T4；第三晶体管T3的基极通过第四电阻R4接第二晶体管T2的集电极，第四晶体管T4的基极接第三晶体管T3的发射极，第四晶体管T4的发射极接整流电路的第一输出端(11)，第三晶体管T3、第四晶体管T4的集电极均接于公共地端。
全文摘要
本发明公开一种稳压集成电路,包括采样控制电路、三端串联稳压电路、两个线性开关和五个接线端;此外还公开了一种采用上述五端集成电路的稳压电源,包括变压器、整流电路等;其中变压器上有一个中心抽头,将变压器次级分成两个绕组,通过稳压集成电路对次级绕组上电压的采样、反馈和控制,达到稳压的目的。本发明可适用于很宽的电压波动范围,且成本低,可靠性高,可广泛用于电视机、VCD等电器上。
文档编号G05F1/10GK1201926SQ9810681
公开日1998年12月16日 申请日期1998年4月3日 优先权日1998年4月3日
发明者曾国华, 李孝明 申请人:曾国华, 李孝明