用於雙極型線性穩壓器的功率限制型保護電路的製作方法
2023-09-21 15:30:30 1
用於雙極型線性穩壓器的功率限制型保護電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於雙極型線性穩壓器的功率限制型保護電路，主要解決現有雙極型線性穩壓器漏失電壓過高的問題。其包括限流電路(1)和過壓保護電路(2)，該限流電路(1)包括電流檢測電路(11)，電平檢測電路(12)和反饋電路(13)；電流檢測電路(11)檢測雙極型穩壓器中的調整管的電流，產生對應於該電流的檢測電壓給電平檢測電路(12)，電平檢測電路(12)在檢測電壓超過規定值時產生控制電壓給反饋電路(13)，通過反饋電路產生過流保護信號控制所述穩壓器的調整管電流；過壓保護電路(2)檢測外部輸入電源並產生過壓保護信號控制所述穩壓器中的調整管功耗。本發明能有效地降低雙極型線性穩壓器的漏失電壓。
【專利說明】用於雙極型線性穩壓器的功率限制型保護電路
【技術領域】
[0001]本發明屬於電子電路【技術領域】，涉及功率限制型保護電路，可用於雙極型線性穩 壓器中。
【背景技術】
[0002]線性穩壓器是模擬集成電路中的一種重要產品，由於它應用廣泛、使用方便、成本 低、體積小、性能良好以及可靠性高，在各種電子設備中早已取代原始分立元件組裝的穩壓 電源，而獲得非常迅速的發展。線性穩壓器的輸出功率一般都比較大，所以在電路的設計制 作上還會設計各種保護電路，如過溫保護、過流保護等。
[0003]圖1顯示了雙極型線性穩壓器的系統框圖，它能使外部輸入電源Vin或負載在一定 範圍內變化時保持雙極型線性穩壓器的輸出電壓V。不變。它主要由基準模塊、運算放大器 和調整管模塊三部分組成，另外還有啟動電路、偏置電路和保護電路等。當外部輸入電源Vin 或負載變化時，運算放大器的反相輸入端接收從取樣電阻R11和R12上取來的反饋信號，在和 基準電壓\比較並放大後，去控制調整管的工作點作一定的變動，從而使雙極型線性穩壓 器的輸出電壓V。保持不變。所以整個穩壓器是一個閉環的負反饋系統，因此系統具有穩壓 功能，它的輸出電壓V。只取決於基準電壓和反饋係數，而與外部輸入電源Vin和負載的大小 無關。由於線性穩壓器的輸出功率比較大，而使用情況又比較多變，所以對調整管一般都有 較好的功率限制性保護電路電路。
[0004]圖2是傳統的功率限制性保護電路原理圖，其中調整管Q21和調整管管Q22共集電 極且集電極接到外部輸入電源Vin，調整管Q21的發射極與調整管Q22的基極相連並通過電阻 R22連接到雙極型線性穩壓器的輸出電壓V。；調整管Q22的發射極與NPN管Q23的基極相連並 通過限流電阻R21連接到雙極型線性穩壓器的輸出電壓V。；調整管Q21的基極與NPN管Q23的 集電極相連並且連接到雙極型線性穩壓器的驅動電路的輸出端；NPN管Q23的發射極直接連 接到雙極型線性穩壓器的輸出電壓V。；齊納二極體D21負端通過電阻R23連接到當外部輸入 電源Vin，其正端與調整管Q22、NPN管Q23和限流電阻R21的公共端相連。由於這種傳統的功 率限制性保護電路中的限流電阻R21直接與調整管Q22的發射極相連，且限流電阻R21具有溫 度係數，容易受溫度影響，從而導致雙極型線性穩壓器的漏失電壓升高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於針對現有的雙極型線性穩壓器內部的限流電路的問題，提出了 一種應用於雙極型線性穩壓器的功率限制型保護電路，以檢測流過雙極型線性穩壓器中的 調整管的電流並對該電流進行限制，降低線性穩壓器的漏失電壓，並對該調整管的輸出功 耗進行限制，實現電路的限流功能和過壓保護功能。
[0006]為了實現上述目的，本發明包括:用於產生過流信號OCP的限流電路I，用於產生 過壓保護信號OVP的過壓保護電路2，其特徵在於:限流電路I，包括電流檢測電路11，電平 檢測電路12和反饋電路13 ；[0007]所述的電流檢測電路11，其與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2的基極相連，用於檢測流過第二調整管Q2的發射極電流『並產生對應於該電流的檢測電壓Vs，該檢測電壓Vs輸入到電平檢測電路12 ;
[0008]所述的電平檢測電路12，其與電流檢測電路11輸出的檢測電壓Vs相連，用於在檢測電壓Vs超過規定值時產生控制電壓Vb，該控制電壓Vb通過反饋電路13，產生過流保護信號0CP，該過流保護信號OCP輸入到雙極型線性穩壓器的第一調整管Q1的基板，通過第一調整管Q1限制流過該第二調整管Q2的發射極電流レ。
[0009]作為優選，上述的電流檢測電路11，包括ー個NPN管和兩個電阻，即第一NPN-Q3,第一電阻R1和第二電阻R2 ；
[0010]所述的第一 NPN管Q3，其集電極與外部的輸入電源Vin相連，其基極與雙極型線性穩壓器的第二調整管Q2和第一電阻R1的連接點B點相連，其發射極與第二電阻R2相連；該第一 NPN管Q3與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2形成電流鏡，並將該第二調整管Q2中的發射極電流レ轉換為第一 NPN管Q3的發射極電流I1,該電流I1通過第一電阻R1和第二電阻R2後形成相應的檢測電壓\，該檢測電壓Vs輸入到電平檢測電路12。
[0011]作為優選，上述的電平檢測電路12，包括兩個橫向PNP管，即第一橫向PNP管Q4和第二橫向PNP管Q5;
[0012]所述的第一橫向PNP管Q4，其發射極與外部輸入電源Vin相連；其基極與雙極型線性穩壓器中的偏置電壓Vbias相連；其集電極通過限流電路I與過壓保護電路2的連接點A與第二橫向PNP管Q5的發射極相連；
[0013]所述的第二橫向PNP管Q5，其基極與電流檢測電路11中第一電阻R1、第二電阻R2和第一 NPN管Q3的公共端相連，其集電極與雙極型線性穩壓器的第一調整管Q1連接；該第ニ橫向PNP管Q5將電流檢測電路11輸入的檢測電壓Vs轉化為第二橫向PNP管Q5的發射極電流12，並與流過第一橫向PNP管Q4的集電極電流I3進行比較，從而產生控制電壓\，該控制電壓Vb輸入到反饋電路(13);
[0014]作為優選，上述的反饋電路13，由ー個NPN管組成，即第三NPN管Q6 ；
[0015]所述的第三NPN管Q6,其集電極與雙極型線性穩壓器的運算放大器產生的電壓Vc相連，其基極與限流電路I和過壓保護電路2的連接點A點相連，其發射極連接到雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2 ;該第三NPN管Q6通過接收電平檢測電路12的控制電壓Vb產生過流保護信號0CP，該過流保護信號OCP輸入到雙極型線性穩壓器的第一調整管Q1的基極，通過第一調整管Q1限制流過該第二調整管Q2的發射極電流レ。
[0016]作為優選，上述的過壓保護電路2，包括一個齊納ニ極管和ー個電阻，即齊納ニ極管D1和第三電阻R3;
[0017]所述的齊納ニ極管D1，其正端與限流電路I和過壓保護電路2的結合點A點相連，其負端通過第三電阻R3與外部輸入電源Vin相連；該齊納ニ極管D1在外部輸入電壓高於規定值時導通，產生過壓保護信號0VP，該過壓保護信號OVP輸入到雙極型線性穩壓器的第一調整管Q1的基板，使第一調整管Q1和第二調整管Q1的總功耗限制在設定的範圍內。
[0018]本發明由於在限流電路I中増加了電流檢測電路11，通過該電流檢測電路11檢測流過雙極型線性穩壓器的調整管的電流，並產生對應該電流的檢測電壓通過電平檢測電路12和反饋電路13對雙極型線性穩壓器中的調整管電流進行限制，實現了限流功能，降低了雙極型線性穩壓器的漏失電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是雙極型線性穩壓器的系統框圖；
[0020]圖2是傳統的功率限制型保護電路原理圖；
[0021]圖3是本發明的功率限制型保護電路框圖；
[0022]圖4是本發明的功率限制型保護電路原理圖；
[0023]圖5是本發明的功率限制型保護電路的應用實例圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖及其實例對本發明作進ー步描述。
[0025]參照圖3，本發明的功率限制型保護電路包括:限流電路I和過壓保護電路2，其中:
[0026]過壓保護電路2，用於產生過壓保護信號OVP輸入給雙極型線性穩壓器中的第一調整管Q1來控制第一調整管Q1的功耗在設定的範圍內；
[0027]限流電路1，包括電流檢測電路11，電平檢測電路12和反饋電路13。該電流檢測電路11，用於檢測流過雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2的發射極電流レ，並產生對應於該電流的檢測電壓Vs輸入到電平檢測電路12 ;該電平檢測電路12，用於在檢測電壓Vs超過規定值時產生控制電壓Vb輸出到反饋電路13 ;該反饋電路13，用於接收電平檢測電路12輸出的制電壓\，並產生過流保護信號OCP輸入給雙極型線性穩壓器中的第一調整管Q1，通過第一調整管Q1限制流過第二調整管Q2的發射極電流レ，保證在實現限流功能的基礎上降低雙極型線性穩壓器的漏失電壓。
[0028]參照圖4，本發明的限流電路I主要包括兩個NPN管，兩個橫向PNP管和兩個電阻，即第一 NPN管Q3、第二 NPN管Q6、第一橫向PNP管Q4、第二橫向PNP管Q5、第一電阻R1和第ニ電阻R2 ;其中:第一 NPN管Q3的發射極與第一電阻R1和第二電阻R2的公共端相連，構成電流檢測電路11 ;第一橫向PNP管Q4的集電極與第二橫向PNP管Q5的發射極相連，構成電平檢測電路12 ;第二 NPN管Q6單獨構成反饋電路13。
[0029]所述的第一NPN管Q3，其基極與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2的基極相連，作為電流檢測電路11的輸入端，其集電極與外部的輸入電源Vin相連，其發射極與第二電阻R2的一端相連，作為電流檢測電路11的輸出端，第一電阻R1跨接在第一 NPN管Q3的基極和發射極之間；
[0030]所述的第二電阻R2，其一端與第一 NPN管Q3和第一電阻R1的公共端相連,其另一端與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2的發射極相連；
[0031]所述的第一橫向PNP管Q4，其發射極與外部輸入電源Vin相連，其基極與雙極型線性穩壓器中的偏置電壓Vbias相連，其集電極通過限流電路I與過壓保護電路2的連接點A與第二橫向PNP管Q5的發射極相連，作為電平檢測電路12的輸出端；
[0032]所述的第二橫向PNP管Q5，其基極與電流檢測電路11的輸出端相連，其集電極與雙極型線性穩壓器的第二調整管Q2的發射極連接，其發射極與限流電路I與過壓保護電路2的連接點A相連；[0033]所述的第二 NPN管Q6，其集電極與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2的基極相 連，作為反饋電路13的輸出端，其基極與第一橫向PNP管Q4和第二橫向PNP管Q5的公共端 相連，作為反饋電路13的輸入端，其發射極連接到雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2。
[0034]本發明的過壓保護電路2，包括一個齊納二極體和一個電阻，即齊納二極體0:和第 三電阻R3 ；
[0035]所述的齊納二極體D1的負端通過第三電阻R3與外部輸入電源Vin相連，其正端接 入到限流電路I中的第二 NPN管Q6的基極；
[0036]本發明作為一種功率限制型保護電路，主要用於雙極型線性穩壓器中對其調整管 的電流和功耗進行限制，以降低雙極型線性穩壓器的漏失電壓，其應用實例如圖5所示。
[0037]參照圖5，本發明的功率限制型保護電路的應用實例，包括限流電路1、過壓保護 電路2、啟動電路3、基準模塊4、運算放大器5、偏置模塊6、取樣電路7和調整管模塊8，其 中:
[0038]過壓保護電路2，其齊納二極體D1的負端通過第三電阻R3與外部輸入電源Vin相 連，其正端接入到限流電路I中的第二 NPN管Q6的基極；
[0039]啟動電路3，其輸入端與外部輸入電源Vin相連，其輸出端輸出啟動信號Vm連接到 基準模塊4的輸入端；
[0040]基準模塊4，其輸出端輸出基準電壓VMf連接到運算放大器5的正向輸入端；
[0041]運算放大器5,其負向輸入端與取樣電路7輸出的取樣電壓Vq相連,其輸出端的輸 出電壓\與限流電路I中的第二 NPN管Q6的集電極相連；
[0042]偏置模塊6,其輸入端與外部輸入電源Vin相連,其輸出端輸出的偏置電壓Vbias輸 入到限流電路I中的第一橫向PNP管Q4的基極；
[0043]取樣電路7,其輸入端與雙極型線性穩壓器的輸出電壓V。相連,其輸出端輸出取樣 電壓\
[0044]調整管模塊8，其第一調整管Q1的集電極連接到外部輸入電源Vin，其基極與限流 電路I中的第二 NPN管Q6的集電極相連，其發射極與第二調整管Q2的基極相連；該調整管 模塊8中的第二調整管Q2的集電極連接到外部輸入電源Vin，其基極與限流電路I中的第一 NPN管Q3的基極相連，其發射極作為雙極型線性穩壓器的輸出電壓V。。
[0045]當雙極型線性穩壓器的負載為輕載或空載時，調整管模塊8中的第二調整管Q2的 發射極電流I。小於限流值IM，此時，第一 NPN管Q3、齊納二極體D1以及第三電阻R3的存在 並不影響第一調整管Q1和第二調整管Q2的工作；當雙極型線性穩壓器的負載為重載時，第 二調整管的發射極電流Itj將增大，當第二調整管的發射極電流Itj增大到超過限流值Im時， 使得第一 NPN管Q3的發射極電流I1也隨之增加，在通過第一電阻R1和第二電阻R2後形成 相應的檢測電壓Vs增大；該檢測電壓Vs輸入到限流電路I中的第二橫向PNP管Q5基極，使 得第二橫向PNP管Q5的發射極電流I2減小；由於第二橫向PNP管Q5的發射極電流I2減小， 導致其集電極輸出的控制電壓\增大；該控制電壓\使得第二 NPN管Q6的導通能力增加， 因而降低了運算放大器5的輸出電壓Vc;該輸出電壓\連接到第一調整管Q1的基極，通過 第一調整管Q1使第二調整管Q2的基極電壓Vb降低，從而減小了第二調整管Q2的發射極電 流L，實現限流功能；同時，由於限流電路I沒有直接從第二調整管Q2的發射極採樣其發射 極電流Itj，故可降低雙極型線性穩壓器的漏失電壓。[0046]當雙極型線性穩壓器的外部輸入電源Vin增加時，其與雙極型穩壓器的輸出電壓V。之間的差值也隨之増大，儘管調整管模塊8中的第二調整管Q2的發射極電流レ受到限制，但第一調整管Q1和第二調整管Q2調整管上的總功耗P仍在增加，所以還需要對外部輸入電源Vin和雙極型穩壓器的輸出電壓V。之間差值進行限制，使第一調整管Q1和第二調整管Q2上的總功耗P小於最大功耗Pm ;當外部輸入電源Vin上升到超過設定值Vm吋，過壓保護電路2中的齊納ニ極管D1被擊穿，使得限流電路I中的第二 NPN管Q6導通，從而減小流過調整管模塊8中第二調整管Q2的發射極電流『降低了第一調整管Q1和第二調整管Q2上的總功耗P，使其總功耗限制在設定的範圍內。
[0047]由上述工作原理可知，本發明所設計的功率限制型保護電路，當雙極型線性穩壓器的負載由輕載或空載轉換為重載吋，由於限流電路I中的電流檢測電路11、電平檢測電路12和反饋電路13共同工作，因而在實現限流功能的基礎上降低了雙極型線性穩壓器的漏失電壓；當雙極型線性穩壓器的外部輸入電源Vin上升到超過設定值Vm時，通過其過壓保護電路2中的齊納ニ極管D1導通，保證了調整管模塊8中的第一調整管Q1和第二調整管Q2上的總功耗P始終在設定範圍之內。
[0048]以上所述僅是本發明的ー個最佳實例，不構成對本發明的任何限制，顯然在本發明的構思下，可以對其電路進行不同的變更與改進，但這些均在本發明的保護之列。
【權利要求】
1.一種用於雙極型線性穩壓器的功率限制型保護電路，包括:用於產生過流信號OCP的限流電路(I)和用於產生過壓保護信號OVP的過壓保護電路(2)，其特徵在於:限流電路(I),包括電流檢測電路(11),電平檢測電路(12)和反饋電路(13)； 所述的電流檢測電路(11 )，其與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2的基極相連，用於檢測流過第二調整管Q2的發射極電流レ，並產生對應於該電流的檢測電壓Vs，該檢測電壓Vs輸入到電平檢測電路(12); 所述的電平檢測電路(12 )，其與電流檢測電路(11)輸出的檢測電壓Vs相連，用於在檢測電壓Vs超過規定值時產生控制電壓Vb，該控制電壓Vb通過反饋電路(13)，產生過流保護信號0CP，該過流保護信號OCP連接到雙極型線性穩壓器中的第一調整管Q1的基板，通過第一調整管Q1限制流過第二調整管Q2的發射極電流レ。
2.根據權利要求1所述的功率限制型保護電路，其特徵在於電流檢測電路(11)，包括ー個NPN管和兩個電阻，即第一 NPN管Q3、第一電阻R1和第二電阻R2 ;該第一 NPN管Q3，其集電極與外部的輸入電源Vin相連，其基極與雙極型線性穩壓器的第二調整管Q2和第一電阻R1的連接點B點相連，其發射極與第二電阻R2相連；該第一 NPN管Q3與雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2形成電流鏡，並將該第二調整管Q2中的發射極電流レ轉換為第一 NPN管Q3的發射極電流I1，該電流I1通過第一電阻R1和第二電阻R2後形成相應的檢測電壓\，該檢測電壓Vs輸入到電平檢測電路(12)。
3.根據權利要求1所述的功率限制型保護電路，其特徵在於電平檢測電路(12)，包括兩個橫向PNP管，即第一橫向PNP管Q4和第二橫向PNP管Q5 ； 所述的第一橫向PNP管Q4，其發射極與外部輸入電源Vin相連；其基極與雙極型線性穩壓器中的偏置電壓Vbias相連；其集電極通過限流電路(I)與過壓保護電路(2)的連接點A與第二橫向PNP管Q5的發射極相連； 所述的第二橫向PNP管Q5，其基極與電流檢測電路(11)中第一電阻R1、第二電阻R2和第一 NPN管Q3的公共端相連，其集電極與雙極型線性穩壓器的第一調整管Q1連接；該第二橫向PNP管Q5將電流檢測電路(11)輸入的檢測電壓Vs轉化為第二橫向PNP管Q5的發射極電流12，並與流過第一橫向PNP管Q4的集電極電流I3進行比較，從而產生控制電壓Vb輸入到反饋電路(13)，產生過流保護信號0CP。
4.根據權利要求1所述的功率限制型保護電路，其特徵在於反饋電路(13)，由ー個NPN管組成，即第二 NPN管Q6 ;該第二 NPN管Q6,其集電極與雙極型線性穩壓器的運算放大器產生的電壓\相連，其基極與限流電路(I)和過壓保護電路(2 )的結合點A點相連，其發射極連接到雙極型線性穩壓器中的第二調整管Q2 ;該第二 NPN管Q6通過接收電平檢測電路(12 )的控制電壓Vb產生過流保護信號0CP，該過流保護信號OCP輸入到雙極型線性穩壓器的第一調整管Q1基極，通過第一調整管Q1限制流過該第二調整管Q2的發射極電流レ。
5.根據權利要求1所述的功率限制型保護電路，其特徵在於過壓保護電路(2)，包括一個齊納ニ極管和ー個電阻，即齊納ニ極管D1和第三電阻R3;該齊納ニ極管D1，其正端與限流電路(I)和過壓保護電路(2)的連接點A點相連，其負端通過第三電阻R3與外部輸入電源Vin相連；當外部輸入電壓高於規定值時齊納ニ極管D1導通，產生過壓保護信號0VP，該過壓保護信號OVP輸入到雙極型線性穩壓器，將其中的第一調整管Q1和第二調整管Q2的總功耗限制在設定的範圍內。
【文檔編號】G05F1/569GK103592991SQ201310644033
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月1日 優先權日:2013年12月1日
【發明者】來新泉, 李佳佳, 樊潔瓊, 邵麗麗 申請人:西安電子科技大學