专利名称：一种ac-dc稳压保护电路及芯片电源转换电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种AC-DC稳压保护电路及芯片电源转换电路。
背景技术：
在集成电路应用时，经常需要将220V交流电转化为低压直流电压供芯片或芯片外部电路使用，而现有转换方式分为I、采用工频变压器降压，整流后通过专门的线性稳压芯片实现降压稳压，但是该方式使用的工频变压器和线性稳压芯片的成本过高，体积过大；2、采用开关电源芯片实现降压稳压，如viper芯片，但是该方式使用的开关电源芯片的外围电路复杂，实现难度高；3、使用电压判断模块、过压保护模块、开关器件及功率电阻组成的控制电路与阻容耦合整流电路实现降压和过压保护，由过压保护模块输出高低电平控制开关器件通断， 以将稳压管的功耗转移到外接的功率电阻上，降低芯片发热量，但是该方式使用的开关器件导致电源纹波大、极不稳定，不利于芯片的应用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种AC-DC稳压保护电路，旨在解决目前在对芯片供电转换时成本高、体积大，外围电路复杂、纹波大的问题。本发明实施例是这样实现的，一种AC-DC稳压保护电路，所述保护电路包括外接单元，所述外接单元的正、负输入端与外部市电连接，所述外接单元的第一输出端通过滤波电容ClO接地，用于将市电进行降压转换，输出具有一定纹波的直流电压；稳压单元，所述稳压单元的输入端与所述外接单元的第一输出端连接，用于对所述直流电压进行稳压；电压检测单元，所述电压检测单元的输入端与所述外接单元的第一输出端连接， 用于对所述直流电压采样并进行分压检测，输出检测信号；电压基准单元，所述电压基准单元的输入端与所述外接单元的第二输出端连接， 用于根据所述直流电压产生一个基准电压；误差放大单元，所述误差放大单元的反相输入端与所述电压基准单元的输出端连接，所述误差放大单元的正向输入端与所述电压检测单元的输出端连接，所述误差放大单元的输出端与所述稳压单元的反馈端连接，所述误差放大单元的电源端与所述外接单元的第二输出端连接，所述误差放大单元的接地端接地用于通过所述检测信号与所述基准电压进行误差放大控制所述稳压单元拉电流，以实现稳压控制。本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述保护电路的芯片电源转换电路。在本发明实施例中，通过电压检测单元采样电压输入端，得到的采样电压与电压基准进行误差放大，误差放大模块的输出控制稳压管的栅极电压从而控制其导通电流，导通电流通过阻容耦合或高压功率管电路实现降压稳压，通过控制导通电流的大小来控制压降，可简单有效地提供稳定的电压和保护电路。
图I为本发明一实施例提供的AC-DC稳压保护电路的结构图；图2为本发明一实施例提供的AC-DC稳压保护电路中外接单元的第一示例电路结构图；图3为本发明一实施例提供的AC-DC稳压保护电路中外接单元的第二示例电路结构图；图4为本发明一实施例提供的AC-DC稳压保护电路中稳压单元和电压检测单元的示例电路结构图；图5为本发明一实施例提供的AC-DC稳压保护电路中电压基准单元的示例电路结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 本发明实施例通过电压检测单元采样电压输入端，得到的采样电压与电压基准进行误差放大，误差放大模块的输出控制稳压管的栅极电压从而控制其导通电流，导通电流通过阻容耦合或高压功率管电路简单有效地实现降压稳压，通过控制导通电流的大小来控制压降。图I示出本发明实施例提供的AC-DC稳压保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。作为本发明一实施例提供的AC-DC稳压保护电路I可以应用于各种芯片电源转换电路，该AC-DC稳压保护电路I包括外接单元11，该外接单元11的正、负输入端与外部市电连接，外接单元11的第一输出端通过滤波电容ClO接地，用于将市电进行降压转换，输出具有一定纹波的直流电压；稳压单元12，该稳压单元12的输入端与外接单元11的第一输出端连接，用于对直流电压进行稳压；电压检测单元13，该电压检测单元13的输入端与外接单元11的第一输出端连接， 用于对直流电压采样并进行分压检测，输出检测信号；电压基准单元14，该电压基准单元14的输入端与外接单元11的第二输出端连接， 用于根据直流电压产生一个基准电压；误差放大单元15，该误差放大单元15的反相输入端与电压基准单元14的输出端连接，误差放大单元15的正向输入端与电压检测单元13的输出端连接，误差放大单元15 的输出端与稳压单元12的反馈端连接，误差放大单元15的电源端与外接单元11的第二输出端连接，误差放大单元15的接地端接地，用于通过所述检测信号与所述基准电压进行误差放大控制所述稳压单元拉电流，以实现稳压控制。
作为本发明一实施例，稳压单元12、电压检测单元13、电压基准单元14和误差放大单元15可集成于芯片中，而外接单元11可置于芯片3外的应用电路中，外接单元11的第二输出端与芯片的电压输入引脚连接，通过该AC-DC稳压保护电路I将电网电压转换为芯片的工作电压，为芯片内部的工作电路2供电。电压检测单元将采样电压输入端，得到的采样电压与电压基准进行误差放大，误差放大模块的输出控制稳压管的栅极电压从而控制其，导通电流通过阻容耦合或高压功率管电路实现降压稳压，通过控制导通电流的大小来控制压降，可简单有效地提供稳定的电压和保护电路。在本发明实施例中，将市电转换为直流电压并生成检测信号和基准电压，根据检测信号与基准电压进行误差放大的结果控制稳压单元的导通电流，进而控制外接单元和稳压单元进行降压、稳压，为芯片进行供电，该电路结构简单、体积小、成本低，在易于实现的同时电源纹波小，稳定效果好。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。图2示出本发明实施例提供的AC-DC稳压保护电路中外接单元的第一示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。作为本发明一实施例，外接单元11可以以阻容耦合电路的降压结构实现，具体包括电阻R1、电阻R2、电容Cl、电容C2、电容C3、二极管D0、二极管Dl、二极管D2、二极管D3 ；二极管DO的阳极为外接单元11的正输入端与二极管Dl的阴极连接，二极管DO 的阴极与二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与二极管D3的阴极连接，二极管D3的阴极同时与电阻Rl和电容Cl的一端连接，电阻Rl的另一端为外接单元11的负输入端与电容Cl的另一端连接，二极管Dl的阳极与二极管D3的阳极同时接地，电容C2的一端为外接单元11的第一输出端与二极管DO的阴极连接，电容C2的另一端接地，电阻R2的一端与二极管DO的阴极连接，电阻R2的另一端为外接单元11的第二输出端与电容C3的一端连接， 电容C3的另一端接地。在本发明实施例中，二极管DO、Dl、D2、D3构成整流桥电路，对市电进行整流，并通过电容C2进行滤波后输出具有一定纹波的直流电压。电阻Rl和电容Cl并联，串接在整流桥电路与交流电网中。电路上电工作时,有电流通过整流桥电路流向电容C2，电容C2上的电压上升，上升到一定电压值时芯片中的其它工作电路开始工作，当电容C2上的电压超过稳压值时，AC-DC稳压保护电路I开始进入过压保护状态，通过稳压单元12开始拉电流到地，由芯片工作电流和稳压单元12拉电流构成的总电流都流过R1、Cl并联的电路，电流在 RUCl的并联电路上产生压降，流过电流大产生的压降也大。通过控制稳压单元12拉电流的大小来控制R1、C1的并联电路上压降的大小，从而实现稳压。合理选用电容Cl的容值大小可以减小稳压单元12功耗，提高电路效率。电阻R2与电容C3的公共端与芯片的工作电路的Vdd电源端连接，芯片工作电路中的稳压电路，可以再次将具有一定纹波的直流电压 Vdd(24V)再次降为5V的芯片工作电源电压，电阻R2是降压电阻，电容C3是滤波电容。作为本发明一优选实施例，外接单元11还可以以高压功率管电路实现，参见图3， 具体包括
电阻R3、电阻R4、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极
管D7、第一高压功率管Ql ；二极管D4的阳极为外接电路的正输入端与二极管D5的阴极连接，二极管D4的阴极与二极管D6的阴极连接，二极管D6的阳极为外接单元11的负输入端与二极管D7的阴极连接，二极管D7的阳极与二极管D5的阳极同时接地，电容C4的一端与二极管D4的阴极连接，电容C4的另一端接地，电阻R3的一端同时与二极管D4的阴极连接，电阻R3的另一端为外接单元11的第一输出端与第一高压功率管Ql的控制端连接，第一高压功率管Ql的输入端与电阻R3的一端连接，第一高压功率管Ql的输出端与电容C5的一端连接，电容C5 的另一端接地，电阻R4的一端同时与第一高压功率管Ql的输出端连接，电阻R4的另一端为外接单元11的第二输出端与电容C6的一端连接，电容C6的另一端接地。作为本发明一实施例，该第一高压功率管Ql可以为NPN型高压功率三极管，第一高压功率管Ql的控制端为NPN型高压功率三极管的基极，第一高压功率管Ql的输入端为 NPN型高压功率三极管的集电极，第一高压功率管Ql的输出端为NPN型高压功率三极管的发射极。该第一高压功率管Ql也可以为N型高压功率MOS管，第一高压功率管Ql的控制端为N型高压功率MOS管的栅极，第一高压功率管Ql的输入端为N型高压功率MOS管的漏极，第一高压功率管Ql的输出端为N型高压功率MOS管的源极。在本发明实施例中，二极管D4至二极管D7对市电整流后通过电容C4滤波，当电压Vcc升高时，稳压单元12中的导通电流增大，而流过电阻R3的电流基本不变，因此流进第一高压功率管Ql基极的电流减小，第一高压功率管Ql的发射极电流相应减小，第一高压功率管Ql发射极电压也相应下降，高压功率管Ql基极电压也会跟着下降，实现降压稳压和过压保护的功能，电阻R4是降压电阻，电容C5、电容C6是滤波电容。并且，由于稳压单元 12控制的是高压功率管Ql的基极电流，所以流过稳压单元12的电流较小，稳压单元12消耗的功率也较小，散热不大。在本发明实施例中，采用带有高压功率管的电路结构代替阻容耦合电路实现降压稳压，可以避免在稳压单元12流过的平均电流较大时，稳压单元12功耗过大，产生的热量过高导致损坏。图4示出本发明实施例提供的AC-DC稳压保护电路中稳压单元和电压检测单元的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。稳压单元12包括补偿模块121和第二开关管Q2 ；第二开关管Q2作为稳压管，该第二开关管Q2输入端为稳压单元12的输入端，第二开关管Q2的控制端为稳压单元12的反馈端与补偿模块121的输入端连接，第二开关管 Q2的输出端与补偿模块121的输出端同时接地。作为本发明一实施例，第二开关管Q2可以为N型MOS管，第二开关管Q2的控制端为N型MOS管的栅极，第二开关管Q2的输入端为N型MOS管的漏极，第二开关管Q2的输出端为N型MOS管的源级。第二开关管Q2也可以为NPN型三极管，第二开关管Q2的控制端为NPN型三极管的基极，第二开关管Q2的输入端为NPN型三极管的集电极，第二开关管Q2的输出端为NPN型三极管的发射极。在本发明实施例中，通过第二开关管Q2的栅极电压控制漏极到源极的导通电流， 也就是电压Vcc到地的电流大小。电压检测单元13包括电阻R5和电阻R6;电阻R5的一端为电压检测单元13的输入端，电阻R5的另一端为电压检测单元13 的输出端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地。在本发明实施例中，电压检测单元13包括串联的两个电阻对输入电压进行分压检测，分压输出电压的大小反映输入电压的高低。当电压Vcc过高时电阻R5、电阻R6的分压输出变高，与基准电压进行误差放大后，误差放大电路输出升高，也就是稳压管Q2栅极电压增加，导通电流也增加,经过并联电阻Rl和电容Cl的电流增加，所以并联电阻Rl和电容Cl两端压降增大，输入电压降低，实现降压稳压和过压保护的功能。补偿电路起到相位补偿的作用。结合图I和图5，电压基准单元14包括启动模块U1、带隙基准模块U2、第三开关管Q3、电容C7；启动模块Ul的输入端与带隙基准模块U2的输入端同时为电压基准单元14的输入端，启动模块Ul的输出端与带隙基准模块U2的控制端连接，带隙基准模块U2的输出端与第三开关管Q3的输出端连接，第三开关管Q3的控制端与带隙基准模块U2的输入端连接，第三开关管Q3的输入端为电压基准单元14的输出端通过电容C7接地。作为本发明一实施例，第三开关管Q3可以为N型MOS管，第三开关管Q3的控制端为N型MOS管的栅极，第三开关管Q3的输入端为N型MOS管的漏极，第三开关管Q3的输出端为N型MOS管的源极。第三开关管Q3也可以为NPN型三极管，第三开关管Q3的控制端为N型MOS管的基极，第三开关管Q3的输入端为N型MOS管的集电极，第三开关管Q3的输出端为N型MOS 管的发射极。在本发明实施例中，电压基准单元14提供一个稳定的温度和电源电压变化影响小的基准电压。包括起动电路U1、带隙基准电路U2、第三开关管Q3和稳压电容C7。倒宽长比的NMOS管的栅极连接电源电压Vdd，漏极接电容C7到地，同时漏极输出基准电压送到误差放大单元15的另一个输入端，这样Vdd下降时基准还可以维持不变，而电压检测模块13 的采样电压随电源电压下降，通过误差放大单元15能有效地将稳压管关闭，使得在电源电压降低时使稳压管停止向电源电压拉电流，由于稳压管导通电流减小为零，在阻容耦合或高压功率管电路的作用下输入电压会提高，让芯片在电源输入电压下降或突然掉电时也能正常工作。误差放大单元15采用一个单级运算放大器，通过放大基准电压与检测信号的差值，得到一个电压输出去控制稳压管的栅极电压，从而控制稳压管漏极到源极的导通电流。在本发明实施例中，通过电压检测单元13采样电压输入端，得到的采样电压与电压基准进行误差放大，误差放大单元15的输出控制稳压管的栅极电压从而控制其导通电流，导通电流通过阻容耦合或高压功率管电路实现降压稳压，通过控制导通电流的大小来控制压降，可简单有效地提供稳定的电压和保护电路。
另外，电压基准单元14的输出部分采用栅极接Vdd漏极接电容的倒宽长比NMOS 管结构，这样在电源下降或突然掉电时电压基准的输出保持一定时间内不随电源电压下降，而电压检测模块的采样电压随电源电压下降，通过误差放大模块能有效地将稳压管关闭，使得在电源电压降低时使稳压管停止向电源电压拉电流，由于稳压管导通电流减小为零，在阻容耦合或高压功率管电路的作用下输入电压会提高，让芯片在电源输入电压下降或突然掉电时也能正常工作。在本发明实施例中，将市电转换为直流电压并生成检测信号和基准电压，根据检测信号与基准电压进行误差放大的结果控制稳压单元的导通电流，进而控制外接单元和稳压单元进行降压、稳压，为芯片进行供电，该电路结构简单、体积小、成本低，在易于实现的同时电源纹波小，稳定效果好。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种AC-DC过压保护电路，其特征在于，所述保护电路包括外接单元，所述外接单元的正、负输入端与外部市电连接，所述外接单元的第一输出端通过滤波电容ClO接地，用于将市电进行降压转换，输出具有一定纹波的直流电压；稳压单元，所述稳压单元的输入端与所述外接单元的第一输出端连接，用于对所述直流电压进行稳压；电压检测单元，所述电压检测单元的输入端与所述外接单元的第一输出端连接，用于对所述直流电压采样并进行分压检测，输出检测信号；电压基准单元，所述电压基准单元的输入端与所述外接单元的第二输出端连接，用于根据所述直流电压产生一个基准电压；误差放大单元，所述误差放大单元的反相输入端与所述电压基准单元的输出端连接， 所述误差放大单元的正向输入端与所述电压检测单元的输出端连接，所述误差放大单元的输出端与所述稳压单元的反馈端连接，所述误差放大单元的电源端与所述外接单元的第二输出端连接，所述误差放大单元的接地端接地用于通过所述检测信号与所述基准电压进行误差放大控制所述稳压单元拉电流，以实现稳压控制。
2.如权利要求I所述的保护电路，其特征在于，所述外接单元包括电阻R1、电阻R2、电容Cl、电容C2、电容C3、二极管D0、二极管D1、二极管D2、二极管D3 ；所述二极管DO的阳极为所述外接单元的正输入端与所述二极管Dl的阴极连接，所述二极管DO的阴极与所述二极管D2的阴极连接，所述二极管D2的阳极与所述二极管D3的阴极连接，所述二极管D3的阴极同时与所述电阻Rl和所述电容Cl的一端连接，所述电阻 Rl的另一端为所述外接单元的负输入端与所述电容Cl的另一端连接，所述二极管Dl的阳极与所述二极管D3的阳极同时接地，所述电容C2的一端为所述外接单元的第一输出端与所述二极管DO的阴极连接，所述电容C2的另一端接地，所述电阻R2的一端与所述二极管 DO的阴极连接，所述电阻R2的另一端为所述外接单元的第二输出端与电容所述C3的一端连接，所述电容C3的另一端接地。
3.如权利要求I所述的保护电路，其特征在于，所述外接单元包括电阻R3、电阻R4、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管 D7、第一高压功率管；所述二极管D4的阳极为所述外接电路的正输入端与所述二极管D5的阴极连接，所述二极管D4的阴极与所述二极管D6的阴极连接，所述二极管D6的阳极为所述外接单元的负输入端与所述二极管D7的阴极连接，所述二极管D7的阳极与所述二极管D5的阳极同时接地，所述电容C4的一端与所述二极管D4的阴极连接，所述电容C4的另一端接地，所述电阻 R3的一端同时与所述二极管D4的阴极连接，所述电阻R3的另一端为所述外接单元的第一输出端与所述第一高压功率管的控制端连接，所述第一高压功率管的输入端与所述电阻R3 的一端连接，所述第一高压功率管的输出端与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端接地，所述电阻R4的一端同时与所述第一高压功率管的输出端连接，所述电阻R4的另一端为所述外接单元的第二输出端与所述电容C6的一端连接，所述电容C6的另一端接地。
4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述第一高压功率管为NPN型高压功率三极管，所述第一高压功率管的控制端为所述NPN型高压功率三极管的基极，所述第一高压功率管的输入端为所述NPN型高压功率三极管的集电极，所述第一高压功率管的输出端为所述NPN型高压功率三极管的发射极。
5.如权利要求I所述的保护电路，其特征在于，所述稳压单元包括补偿模块和第二开关管管Q2 ；所述第二开关管的输入端为所述稳压单元的输入端，所述第二开关管的控制端为所述稳压单元的反馈端与所述补偿模块的输入端连接，所述第二开关管的输出端与所述补偿模块的输出端同时接地。
6.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述第二开关管为N型MOS管，所述第二开关管的控制端为所述N型MOS管的栅极，所述第二开关管的输入端为所述N型MOS管的漏极，所述第二开关管的输出端为所述N型MOS管的源级。
7.如权利要求I所述的保护电路，其特征在于，所述电压检测单元包括电阻R5和电阻R6 ；所述电阻R5的一端为所述电压检测单元的输入端，所述电阻R5的另一端为所述电压检测单元的输出端与所述电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端接地。
8.如权利要求I所述的保护电路，其特征在于，所述电压基准单元包括启动模块、带隙基准模块、第三开关管、电容C7 ；所述启动模块的输入端与所述带隙基准模块的输入端同时为所述电压基准单元的输入端，所述启动模块的输出端与所述带隙基准模块的控制端连接，所述带隙基准模块的输出端与所述第三开关管的输出端连接，所述第三开关管的控制端与所述带隙基准模块的输入端连接，所述第三开关管的输入端为所述电压基准单元的输出端通过所述电容C7接地。
9.如权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述第三开关管为N型MOS管，所述第三开关管的控制端为所述N型MOS管的栅极，所述第三开关管的输入端为所述N型MOS管的漏极，所述第三开关管的输出端为所述N型MOS管的源极。
10.一种芯片电源转换电路，其特征在于，所述芯片电源转换电路中的稳压保护电路为如权利要求I至9任一项所述的保护电路。
全文摘要
本发明适用于集成电路领域，提供了一种AC-DC稳压保护电路及芯片电源转换电路，所述保护电路包括外接单元，用于将市电进行降压转换，输出具有一定纹波的直流电压；稳压单元，用于对直流电压进行稳压；电压检测单元，用于对直流电压采样并进行分压检测，输出检测信号；电压基准单元，用于根据直流电压产生一个电压基准；误差放大单元，用于通过检测信号与基准电压进行误差放大控制稳压单元拉电流。本发明将市电转换为直流电压并生成检测信号和基准电压，根据检测信号与基准电压进行误差放大的结果控制稳压单元的导通电流，进而控制外接单元和稳压单元进行降压、稳压，其结构简单、体积小、成本低，易于实现且电源纹波小，稳定效果好。
文档编号H02M7/06GK102594167SQ20121004588
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者李科举 申请人:深圳市富满电子有限公司