帶超大容量電容器的從屬穩壓器的製作方法

2023-10-11 07:44:39 2

專利名稱：帶超大容量電容器的從屬穩壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電視設備等的電源，該電視設備配有兩個電源，兩電源的穩壓電路耦合成彼此可以相互緊密跟蹤，從而確保兩電源中一個電源上的電路所驅動的信號線路等能保持在另一電源上的電路的技術要求範圍內的電平上。
電視機、錄像機等(這裡通稱為電視設備)，其電路往往在電視設備關機(即不產生光柵顯示面)時必須保持通電。例如，需隨時通電的電路、時鐘和計時器、能通/斷切換的遙控器、高級的控制或調諧功能元件、數字存儲器等可能全都需要持續獲得供電。一般說來，只要電視設備與供電的交流電源接通，這些元件都被供電，並可選擇性地用一電池進一步限制時間。
在運行狀態下，電視設備可從水平掃描期間工作的水平偏轉電路和回掃變壓器獲得供電。備用電源是為不掃描時(即備用狀態下)向備用負荷供電而設的。此外，還可以採用切換式電源，這種電源在運行狀態下最好以行頻工作，而且在備用狀態下能隨時工作。切換式電源可在運行與備用工作狀態之間切換，適應各種不同的電流要求，而且在備用狀態下可切斷某些電壓輸出，即那些接到運行負荷的電壓輸出。
一般說來，備用電源的變壓器的初級線圈不可切換地與設備的電源插頭連接，次級線圈與整流器(例如全波電橋)的輸入端連接。整流器的輸出端連到儲能或濾波電容器上，該電容器按變壓器的匝數比充電到與交流電源電壓相關的未穩壓的電壓電平。一個穩壓器接到濾波電容器上，以調整那些要保持穩定供電的負荷(即備用負荷)上的電源電壓。
備用負荷一般說來是一些控制電路，可包括集成電路(IC)，例如微處理器、隨機存取存儲器等。為不斷監視啟動信號以便從備用狀態切換到運行狀態，可設置一個遙控接收器。切換到運行狀態時，可以使備用電源不起作用或阻止備用電源來的全部或部分電流。然而，許多電視設備不僅在備用狀態時而且在運行狀態時也使用備用電源向備用負荷供電。在這種情況下，運行狀態負荷(即備用時得不到供電的負荷)由一個或多個分立的電源供電，例如由與水平偏轉電路有關的切換式電源供電。
在某些應用場合，大量的數據可存入象SDRAM之類的存儲器中。這些數據可由各種源產生。一天中可在幾小時內收集電視節目數據好幾次。為避免用戶在失去交流電源後幾個小時得不到數據，希望數據存入存儲器的持續時間長到足以應付一般的交流線路故障。
分開供電的這些控制電路是彼此耦合的，因此向某些控制電路而不向其它控制電路提供不同的電源是會出問題的。正常運行時用的數字控制電路可以共用數據保管用的存儲器，在正常運行時必須通過公用信號線彼此聯絡。這需要為數字和存儲器而調節電壓使電壓大致保持相等。然而，這樣做會使問題複雜化，原因在於，數字和數據存儲器電源的負荷變化很大，而且數據存儲器電源即使在數字電源降壓到零也必須保持大致穩定。
一個電源，例如5伏的直流電源，可能只須要供應40毫安的電流。同電壓的第二個電源可能須要供應多達1安的電流。為兩個電源保持相等的穩定電壓的現有方案的主要問題在於運行電源的穩壓電晶體的基極-發射極電壓的變化有200毫伏數量級。
象CMOS集成電路之類的控制電路適合用作快速切換和具有可靠的長期性能。目前廣泛使用的是CMOS大規模集成電路，特別是用微處理器控制的電視設備。CMOS電路有這樣一個特性，即共同連接的電路是由不同的電源供電，各電源電壓的調整是個關鍵。IC的VDD電源與加到輸入端的最高電壓之間的差值超過CMOS電路的容限時會產生叫做SCR閉鎖的問題，這是因為連到公用通路的第一IC的電源電壓在IC的輸出端會產生超過連到輸入端接到第一IC輸出端的第二IC的電源電壓的信號所致。這個問題在例如Testin的美國專利5,036,261中討論過。
Testin的美國專利5,036,261認識到向信號線耦合著的不同集成電路供電的兩個電源電壓之間變化的問題。該問題通過只配備一個穩壓器來解決，未調整過的運行和備用電壓在疊加接點處連接，從而得到一個公用電源電壓，在運行狀態下向運行和備用負荷提供同樣的電壓。設有一個開關器件，以在備用狀態下使運行狀態負荷與穩壓器斷開。未經穩壓的運行電源電壓獲自水平偏轉電路，它比未經穩壓的備用電源電壓高。未經穩壓的運行電源電壓通過一個在運行狀態下正向偏置而在備用狀態下反向偏置的二極體耦合到疊加接點處。運行電源在運行狀態下實質上比備用電源強，從而使運行電源在水平偏轉開始時(除供電給運行負荷外還)代為向備用負荷供電。
在不同基準電壓下工作的IC可以通過電平移動電路耦合，但更可取的是直接耦合各輸出端和輸入端，且各IC採用同樣的基準電壓供電。具有耦合到備用電源的某些IC和耦合到運行電源的其它IC且其各輸入和輸出信號線通過例如通信總線連接的電路為確保電源電壓相等需要採取一些措施。
為確保按規定工作，大部分CMOS集成電路在生產時規定輸入插腳的最大電壓為VDD+0.3伏。電壓大於VDD+0.3伏時，易變化的觸發器、RAM元件和其它集成功能塊的狀態可能發生變化，使工作不正常，或可能出現SCR閉鎖現象，進一步使受影響的電路不能工作，直到斷電為止。
遺憾的是，改變各元器件和工作條件的結果通常是不能指望一般的穩壓器適應額定的輸出電壓，即使可用電位器等進行手動調節也不能指望能保持額定輸出電壓在所要求的容限內。一般串聯穩壓器使用了串聯功率電晶體，其集電極接到未穩壓的電壓輸入端，基極接到反向偏置的齊納二極體並通過電阻器接到未穩壓的輸入端。齊納二極體兩端的電壓形成基準電壓，與基極-發射極電壓降一起確定了功率電晶體發射極上的經調節的電壓。假設兩CMOS集成電路分別由5伏運行電源和5伏備用電源驅動，並假設兩者都有5％容限的齊納二極體，其中一個電源可調節到5.25伏，另一個電源可調節到4.75伏。0.5伏的差值足以違犯最大輸入電壓為VDD+0.3伏的規定。
可以採用一個電源經調節的電平來影響另一電源的調節。這類電路可能需要一些電位器以便在製造裝有這些電源的設備時設定各電源之間的耦合。但電位計的費用較大。此外，兩穩壓器之間的最佳關係可能受一個或其它電源當時的負荷影響。當串聯穩壓電源的電流負荷增加時，穩壓器中串聯導通的電晶體的基極-發射極電壓增加，從而使負荷在串聯導通的通常接基準電壓元件的電晶體的發射極電壓(即經穩壓的輸出)與基極電壓之間產生與負荷有關的變化。
當一起考慮溫度漂移的容限和齊納額定容限這兩個因素時，不難使各調整過的電源電壓變化10％。舉個額定電壓為5伏的電源電壓的例子，接到較低電源電壓的由接到較高電源電壓的CMOS電路的輸出驅動的CMOS電路，其輸入可能超過較低的VDD1伏(一個電源為-10％×5伏＝-.5伏，另一個電源為+10％×5伏＝+.5伏時差值為1伏)。進一步考慮運行電源穩壓器的基極-發射極電壓中負荷引起的變化所產生的變化時，不正常工作或潛在的SCR閉鎖就成了極可能發生的問題。
從1994年10月4日頒發給Din widdie等人的美國專利5,353,215可了解到，利用對供電給CMOS集電路的運行和備用電源的跟蹤而避免在運行期間備用電源仍然起作用時SCR的閉鎖。
Gemstar牌屏顯電視波導管一天之內在2-4小時的垂直消隱時間期間4次收集數據。若失去交流電源，用戶就得等下一次下載，這可能出現在15分鐘或線路恢復之後的幾個鐘頭後，因此需要一個經濟實惠的保存數據的辦法。
本發明採用了兩個備用電源，其中一個備用電源是供(較)長期保存數據用的。在原來共用穩壓器的基礎上擴充運行和備用電源，本發明使共用穩壓器的元器件不僅迫使兩個獨立的電源密切跟蹤，而且還用其中一個穩壓器作為隔離裝置，以限制從存儲電容器提取的電流。本發明解決了許多在耦合的電源中常見的問題，例如1)因交流先除去時電源降到零而引起的電晶體基極-發射極間的擊穿；2)第一電源消失後不能調節剩下的電源；3)穩壓器的元器件成為存儲器電源的負荷；和4)用基極電阻器來防止穩壓器電晶體在驅動容性負荷時振蕩的問題。
SDRAM IC再加上「自選更新狀態」和「超大容量電容器」提供了上述經濟實惠的解決辦法。為最大限度地減小加到超大容量電容器(這相當於.22法拉的電解電容器)上的負荷，微處理器和ROM由單獨的電源供電。為使與SDRAM的聯繫可在與ROM和Gemstar4集成電路共用的總線上進行，SDRAM和ROM/Gemstar4集成電路的各電源必須在0.3伏內跟蹤，以滿足集成電路技術規範的要求。
本發明的電路達到了所要求的緊密跟蹤的目的。本發明的電路可採用廉價的高度隔離的3.3伏跟蹤電源實現。TL431穩壓器驅動兩個相同基準的串聯導通穩壓器。這兩個「匹配的」串聯導通穩壓器由同一基準驅動，使電源可以在負荷和溫度變化的情況下和在滿足0.3伏要求的情況下跟蹤。
按照本發明的一個方面，兩個電源形成第一和第二電源，例如數字(或標準)和存儲器維持備用電源。第一可控器件接到一個激勵電勢源上，形成第一電源。第二可控器件接到所述激勵電勢源上，形成第二電源。基準源接到各可控器件的控制端上。儲能電容器通過電阻器接到第一電源。
按照本發明的另一個方面，第一和第二電源由一個電源形成。第一可控器件接到一個激勵電勢源上，形成第一電源。第二可控器件接到所述激勵電勢源上，形成第二電源。基準源接到各可控器件的控制端上。基準源是一反饋式的穩壓器。
附圖
只有一幅，為本發明最佳實施例的電路原理圖。
附圖舉例說明了本發明跟蹤或反饋穩壓器的一個實施例。元件U26404為TL431穩壓器。電阻器R26454和R26455將3.3伏備用電源(3.3V STBY)分壓出更小的2.5伏。2.5伏饋入TL431中，TL431的比較器是以2.5伏為基準的。TL431的輸出端為斷開的集電極。TL431的輸入超過2.5伏時，電晶體Q26403和Q26404(由電阻器R26467供電)的基極激勵消除掉。當輸入下降到2.5伏以下時，基極激勵復原。兩電晶體Q26403和Q26404基極中的10歐電阻器R26243和R26466起防止振蕩的作用。在各基極由同一個基準驅動的情況下，各發射極電壓會彼此匹配，但流過10歐電阻器的基極電流不同、基極-發射極電壓不同和基極阻抗是固有的時例外。兩集成電路之間電流的變化小於100毫安且在這些情況下基極-發射極壓降小於100毫伏時，輸出電壓一般在100毫伏內緊密跟蹤。
3.3伏備用電源饋給低通濾波器，低通濾波器向備用狀態期間需要激勵的電路適當部分提供低脈動的電壓；該電壓為數字VDD和模擬VDD。電容器C26160和電感器L26401起低通L-C濾波器的作用。並聯的電容器C26461和C26471起進一步消除波紋的作用，電容器C26461消除低頻波紋，電容器C26471消除高頻波紋。
在模件電平下進行了ATE(自動測試設備)測試。ATE測試可保證在自行更新狀態下的電流仍然處在技術規範規定的範圍內。在上述結構方案下，SDRAM電源與3.3伏備用電源之間達到了最佳隔離狀態。SDRAM電源必須與自行更新狀態下最大提取電流為2毫安的SDRAM各部分維持15分鐘。3.3伏備用電源是供在100毫秒或更短的時間電壓下降的微型組件用的。
為防止從TL431使用的分阻器漏電，穩壓器U26404最好接3.3伏備用電源而不接SDRAM3.3伏電源。穩壓器的這種配置方式使交流電源除掉時提供給穩壓器的5.2伏電源開始下降。基極激勵降到3.9伏(3.3伏加0.6伏的基極-發射極壓降)以下時，電阻器R26467再也不能對電晶體Q26403或Q26404進行基極激勵。這時，TL431不在電路內。電晶體Q26404和Q26403的基極-發射極結不再正向偏置，這時都截止了。由於有超大容量電容器C26466，電晶體Q26403的基極-發射極結反向偏置。基極-發射極結在電壓大於5伏之前不會有雪崩式擊穿，因而雪崩式擊穿不成為問題。
電阻器R26462可確保儀表初次供電時SDRAM會在超大容量電容器充電過程中接收滿3.3伏的電源。一般說來，由於充電通路中的阻抗，超大容量電容器完全充電需要大約6分鐘的時間。
權利要求
1.一種用於提供第一和第二電源的電源，包括一個激勵電勢源(5.2伏)；第一可控器件(Q26403)，接到所述激勵電勢源上，供形成所述第一電源(SDRAM 3.3伏)；第二可控器件(Q26404)，接到所述激勵電勢源上，供形成所述第二電源(3.3伏STBY)；一個基準源(U26404)接到所述各可控器件的控制端；和一個儲能電容器(C26466)，通過電阻器(R26462)接到運行的所述第一電源上。
2.如權利要求1所述的電源，其特徵在於，所述基準源是反饋式穩壓器(U26404)。
3.如權利要求2所述的電源，其特徵在於，饋給所述穩壓器的反饋取自所述第二電源(3.3伏STBY)。
4.如權利要求1所述的電源，其特徵在於，所述第一和第二電源為備用電源。
5.一種用於提供第一和第二電源的電源，包括一個激勵電勢源(5.2伏)；第一可控器件(Q26403)，接到所述激勵電勢源上，供形成所述第一電源(SDRAM 3.3伏)；第二可控器件(W26404)，接到所述激勵電勢源上，供形成所述第二電源(3.3伏STBY)；一個基準源(U26404)，接到所述各可控器件的控制端；所述基準源為反饋式穩壓器(U26404)。
6.如權利要求5所述的電源，其特徵在於，還包括一個儲能電容器(C26466)，通過電阻器(R26462)接到運行的所述第一電源上。
7.如權利要求5所述的電源，其特徵在於，饋給所述穩壓器的反饋取自所述第二電源(3.3伏STBY)。
8.如權利要求5所述的電源，其特徵在於，所述第一和第二電源為備用電源。
全文摘要
電視機的一種電源,其激勵電勢源(5.2伏)饋給第一和第二控制電晶體(Q26403,Q26404)。第一控制電晶體輸出第一電源,第二控制電晶體輸出第二電源。兩控制電晶體由反饋式穩壓器(U26404)控制,從而使兩電源彼此相互跟蹤。反饋穩壓器由第二電源控制。儲能電容器(C26466)通過隔離電阻器(R26462)耦合到第一電源。
文檔編號H04N5/63GK1328403SQ0112115
公開日2001年12月26日 申請日期2001年6月2日 優先權日2000年6月2日
發明者W·J·特斯廷 申請人:湯姆森許可公司