適用於開關電源的高穩定性內部供電電路的製作方法
2023-04-23 16:16:51 1
適用於開關電源的高穩定性內部供電電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供了適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其包括降壓模塊、穩壓模塊、輸出模塊、模擬電路供電埠和數字電路供電埠。其中電源直接供電給降壓模塊，降壓模塊將降低後的電壓輸入到穩壓模塊。穩壓模塊輸出穩定電壓到輸出模塊，輸出模塊通過隔離的不同埠為模擬電路和數字電路供電。本發明適用於開關電源內部電路系統的工作供電，其包含的降壓模塊和穩壓模塊允許輸入電壓在很大範圍內變化，並且使供電電路的輸出不受溫度變化的影響。在本發明的輸出模塊中採用數模系統隔離供電方式，有效降低了兩系統工作時相互間的幹擾。可見，本發明能夠為開關電源內部電路系統穩定供電，並表現出良好的電源性能。
【專利說明】適用於開關電源的高穩定性內部供電電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及開關電源系統設計，尤其涉及的是，一種開關電源內部供電電路設計。
【背景技術】
[0002]目前開關電源廣泛應用於各種電子設備中，但開關電源的內部電路系統運行同樣需要供電支持。傳統的開關電源內部供電電路主要採用低壓差線性穩壓器結構。低壓差線性穩壓器的基準電壓源包含晶體三極體，使得開關電源的內部供電電路體積較大，並且電路複雜。低壓差線性穩壓器使用同一個埠為模擬電路模塊和數字電路模塊供電，而數字電路模塊產生的信號抖動會影響模擬電路模塊的工作。針對上述問題，有必要對開關電源的內部供電電路設計方案進行改進。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供適用於開關電源的高穩定性內部供電電路。
[0004]本發明的技術方案如下:適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其包括降壓模塊、穩壓模塊、輸出模塊、模擬電路供電埠和數字電路供電埠。其中電源直接供電給降壓模塊，降壓模塊將降低後的電壓輸入到穩壓模塊。穩壓模塊輸出穩定電壓到輸出模塊，輸出模塊將模擬電路和數字電路的供電隔離並通過不同埠輸出。
[0005]適用於開關電源的高穩定性內部供電電路中，降壓模塊包括電源輸入埠、公共接地埠、降壓輸出埠、I號電阻、2號電阻和I號穩壓二極體。降壓模塊還包含I至6號LDMOS管、I至4號MOS管。其中電源輸入端連接I號電阻的上端，並連接I號LDMOS管的源極。I號LDMOS管的柵極連接2號LDMOS管的柵極，I號LDMOS管的漏極連接4號LDMOS管的漏極。2號LDMOS管的源極連接電源輸入埠，2號LDMOS管的漏極連接5號LDMOS管的漏極。3號LDMOS管的漏極連接I號電阻的下端，3號LDMOS管的源極連接I號MOS管的漏極。4號LDMOS管的柵極連接3號LDMOS管的柵極，4號LDMOS管的源極連接2號MOS管的漏極。5號LDMOS管的柵極連接6號LDMOS管的柵極，5號LDMOS管的源極連接I號二極體的陰極。6號LDMOS管的漏極連接2號LDMOS管的源極，6號LDMOS管的源極連接降壓輸出埠。
[0006]降壓模塊中，I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，I號MOS管的源極連接3號MOS管的漏極。2號MOS管的的柵極連接3號LDMOS管的源極，2號MOS管的源極連接2號電阻的上端。3號MOS管的柵極連接I號MOS管的源極，3號MOS管的源極連接公共接地埠。4號MOS管的漏極連接I號二極體的陽極，4號MOS管的源極連接公共接地埠。
[0007]適用於開關電源的高穩定性內部供電電路中，穩壓模塊包括降壓輸入埠、公共接地埠、穩壓輸出埠、3號電阻、4號電阻、5號電阻、2號二極體、I至5號MOS管。其中降壓輸入埠連接3號電阻的上端，並連接4號MOS管的漏極。I號MOS管的漏極連接3號電阻的下端，I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極。2號MOS管的漏極連接4號MOS管的漏極，2號MOS管的源極連接4號電阻的上端。3號MOS管的漏極連接I號MOS管的源極，3號MOS管的源極連接公共接地埠。4號MOS管的柵極連接5號MOS管的柵極，4號MOS管的源極連接降壓輸入埠。5號MOS管的柵極連接2號MOS管的漏極，5號MOS管的漏極連接穩壓輸出埠。2號二極體的陰極連接5號MOS管的漏極，2號二極體的陽極連接5號電阻的上端。5號電阻的下端連接公共接地埠。
[0008]適用於開關電源的高穩定性內部供電電路中，輸出模塊包括降壓輸入埠、穩壓輸入埠、公共接地埠、模擬電路供電埠、數字電路供電埠、I號MOS管、2號MOS管、6號電阻、I號電容。其中降壓輸入埠連接I號MOS管的漏極，穩壓輸入埠連接I號MOS管的柵極。I號MOS管的源極連接數字電路供電埠，並連接6號電阻的上端。2號MOS管的源極連接I號MOS管的源極，2號MOS管的漏極連接模擬電路供電埠。I號電容的上端連接2號MOS管的漏極，I號電容的下端連接2號MOS管的柵極。6號電阻的下端連接2號MOS管的柵極，並連接公共接地埠。
[0009]本發明適用於開關電源內部電路系統的工作供電。其包含的降壓模塊和穩壓模塊允許輸入電壓在很大範圍內變化，並且使供電電路的輸出不受溫度變化的影響。在本發明的輸出模塊中採用模擬電路系統和數字電路系統分別供電方式，有效降低了兩系統工作時相互間的幹擾。由於在電路設計中沒有使用基準電壓源結構，電路的體積和複雜度均明顯降低。可見，本發明能夠在電路體積和複雜度降低的情況下為開關電源內部電路系統穩定供電，並表現出良好的電源性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的模塊關係方框圖；
圖2為本發明的降壓模塊電路結構圖；
圖3為本發明的穩壓模塊電路結構圖；
圖4為本發明的輸出模塊電路結構圖；
圖5為本發明的整體系統電路結構圖；
圖6為本發明在不同工作條件下輸出電壓波形圖。
【具體實施方式】
[0011]為了便於理解本發明，下面結合附圖和具體實施例，對本發明進行更詳細的說明。本說明書及其附圖中給出了本發明的較佳的實施例，但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0012]需要說明的是，當某一元件固定於另一個元件，包括將該元件直接固定於該另一個元件,或者將該元件通過至少一個居中的其它元件固定於該另一個元件。當一個元件連接另一個元件，包括將該元件直接連接到該另一個元件，或者將該元件通過至少一個居中的其它元件連接到該另一個元件。
[0013]如圖1所示，適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其包括降壓模塊、穩壓模塊、輸出模塊、模擬電路供電埠和數字電路供電埠。其中電源為降壓模塊提供電壓Vin，降壓模塊將降低後的電壓Vlw輸入到穩壓模塊。穩壓模塊輸出穩定電壓Vtz到輸出模塊，輸出模塊將模擬電路和數字電路的供電電壓Avdd和Dvdd隔離並通過不同埠輸出。
[0014]如圖2所示，降壓模塊包括電源輸入埠 VIN、公共接地埠 VSS、降壓輸出埠VLff,電阻R1、電阻R2和穩壓二極體Dl。降壓模塊還包含LDMOS管MDl至MD6、MOS管MLl至ML4。其中電源輸入埠 VIN連接電阻Rl的上端，並連接LDMOS管MDl的源極。LDMOS管MDl的柵極連接LDMOS管MD2的柵極，LDMOS管MDl的漏極連接LDMOS管MD4的漏極。LDMOS管MD2的源極連接電源輸入埠 VIN，LDMOS管MD2的漏極連接LDMOS管MD5的漏極。LDMOS管MD3的漏極連接電阻Rl的下端，LDMOS管MD3的源極連接MOS管MLl的漏極。LDMOS管MD4的柵極連接LDMOS管MD3的柵極，LDMOS管MD4的源極連接MOS管ML2的漏極。LDMOS管MD5的柵極連接LDMOS管MD6的柵極，LDMOS管MD5的源極連接二極體Dl的陰極。LDMOS管MD6的漏極連接LDMOS管MD2的源極，LDMOS管MD6的源極連接降壓輸出埠 VLW。
[0015]在降壓模塊中，MOS管MLl的柵極連接MOS管ML2的柵極，MOS管MLl的源極連接MOS管ML3的漏極。MOS管ML2的的柵極連接LDMOS管MD3的源極，MOS管ML2的源極連接電阻R2的上端。MOS管ML3的柵極連接MOS管MLl的源極，MOS管ML3的源極連接公共接地埠 VSS。MOS管ML4的漏極連接二極體Dl的陽極，MOS管ML4的源極連接公共接地端Π VSS。
[0016]如圖3所示，穩壓模塊包括降壓輸入埠 VLW、公共接地埠 VSS、穩壓輸出埠VTZ、電阻R3、電阻R4、電阻R5、二極體D2、MOS管MSl至MS5。其中降壓輸入埠 VLW連接電阻R3的上端，並連接MOS管MS4的漏極。MOS管MSl的漏極連接電阻R3的下端，MOS管MSl的柵極連接MOS管MS2的柵極。MOS管MS2的漏極連接MOS管MS4的漏極，MOS管MS2的源極連接電阻R4的上端。MOS管MS3的漏極連接MOS管MSl的源極，MOS管MS3的源極連接公共接地埠 VSS。MOS管MS4的柵極連接MOS管MS5的柵極，MOS管MS4的源極連接降壓輸入埠 VLW。MOS管MS5的柵極連接MOS管MS2的漏極，MOS管MS5的漏極連接穩壓輸出埠 VTZ。二極體D2的陰極連接MOS管MS5的漏極，二極體D2的陽極連接電阻R5的上端。電阻R5的下端連接公共接地埠 VSS。
[0017]如圖4所示，輸出模塊包括降壓輸入埠 VLW、穩壓輸入埠 VTZ、公共接地埠VSS、模擬電路供電埠 AVDD、數字電路供電埠 DVDD、MOS管MT 1、MOS管MT2、電阻R6、電容Cl。其中降壓輸入埠 VLW連接MOS管MTl的漏極，穩壓輸入埠 VTZ連接MOS管MTl的柵極。MOS管MTl的源極連接數字電路供電埠 DVDD，並連接電阻R6的上端。MOS管MT2的源極連接MOS管MTl的源極，MOS管MT2的漏極連接模擬電路供電埠 AVDD。電容Cl的上端連接MOS管MT2的漏極，電容Cl的下端連接MOS管MT2的柵極。電阻R6的下端連接MOS管MT2的柵極，並連接公共接地埠 VSS。
[0018]如圖5所示，開關電源內部供電電路的整體系統包括三個模塊。其中電源通過電源輸入埠 VIN為降壓模塊提供寬範圍的輸入電壓。降壓模塊的輸出埠 VLW輸出MOS管可承受電壓Vlw，並且Vlw的值為Vdl+Vml4。其中Vdl為穩壓二極體Dl的壓降，Vml4為MOS管ML4的柵極與源極的電壓差。
[0019]降壓模塊將其輸出作為輸入給穩壓模塊，即兩模塊通過埠 VLW連接。穩壓模塊輸出穩定電壓Vtz，並且Vtz的值為Vd2+VxXR5/R4。其中Vd2為穩壓二極體D2的壓降，Vx為MOS管的閾值電壓，R4和R5為相應電阻的阻值。
[0020]輸出模塊與穩壓模塊通過埠 VTZ連接。穩壓模塊通過MOS管MT2和電容Cl將數字電路供電埠與模擬電路供電埠進行隔離。輸出模塊的供電電壓值為Vd2-(1-R5/R4) XVx，其中Vd2為穩壓二極體D2的壓降，Vx為MOS管的閾值電壓，R4和R5為相應電阻的阻值。由於輸出模塊的供電電壓的大小僅由電路固定參數決定，所以其輸出穩定且受環境溫度變化和輸入電壓變化的影響很小。
[0021]如圖6所示，當電源電壓Vin為15V，埠 DVDD輸出電流為2mA，埠 AVDD輸出電流為6mA，在-40攝氏度至150攝氏度的環境溫度變化範圍內，開關電源內部供電電路的輸出電壓變化如圖6左邊所示。圖6左邊分別顯示了數字電路供電埠 DVDD和模擬電路供電埠 AVDD的輸出電壓變化。由圖中曲線可以看出兩埠輸出電壓的變化範圍在IlmV左右，可見環境溫度的變化對開關電源內部供電電路的輸出電壓的影響極小。
[0022]當環境溫度為30攝氏度，埠 DVDD輸出電流為2mA，埠 AVDD輸出電流為6mA，在5V至35V的電源電壓Vin變化範圍內，開關電源內部供電電路的輸出電壓變化如圖6右邊所示。圖6右邊分別顯示了在電源電壓Vin變化的情況下，數字電路供電埠 DVDD和模擬電路供電埠 AVDD的輸出電壓變化。由圖中曲線可以看出兩埠輸出電壓的變化範圍在8mV左右，可見電源電壓的變化對開關電源內部供電電路的輸出電壓的影響極小。
[0023]進一步地，本發明的實施例還包括，上述各實施例的各技術特徵，相互組合形成的適用於開關電源的高穩定性內部供電電路。
[0024]需要說明的是，上述各技術特徵繼續相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本發明說明書記載的範圍；並且，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，其包括降壓模塊、穩壓模塊、輸出模塊、模擬電路供電埠和數字電路供電埠； 電源直接供電給降壓模塊，降壓模塊將降低後的電壓輸入到穩壓模塊； 穩壓模塊輸出穩定電壓到輸出模塊； 輸出模塊將模擬電路和數字電路的供電隔離並通過不同埠輸出。
2.根據權利要求1所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，降壓模塊包括電源輸入埠、公共接地埠、降壓輸出埠、I號電阻、2號電阻和I號穩壓二極體； 降壓模塊還包含I至6號LDMOS管、I至4號MOS管。
3.根據權利要求2所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，電源輸入端連接I號電阻的上端，並連接I號LDMOS管的源極； I號LDMOS管的柵極連接2號LDMOS管的柵極，I號LDMOS管的漏極連接4號LDMOS管的漏極； 2號LDMOS管的源極連接電源輸入埠，2號LDMOS管的漏極連接5號LDMOS管的漏極； 3號LDMOS管的漏極連接I號電阻的下端，3號LDMOS管的源極連接I號MOS管的漏極； 4號LDMOS管的柵極連接3號LDMOS管的柵極，4號LDMOS管的源極連接2號MOS管的漏極； 5號LDMOS管的柵極連接6號LDMOS管的柵極，5號LDMOS管的源極連接I號二極體的陰極； 6號LDMOS管的漏極連接2號LDMOS管的源極，6號LDMOS管的源極連接降壓輸出埠。
4.根據權利要求2所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極，I號MOS管的源極連接3號MOS管的漏極； 2號MOS管的的柵極連接3號LDMOS管的源極，2號MOS管的源極連接2號電阻的上端; 3號MOS管的柵極連接I號MOS管的源極，3號MOS管的源極連接公共接地埠 ； 4號MOS管的漏極連接I號二極體的陽極，4號MOS管的源極連接公共接地埠。
5.根據權利要求1所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，穩壓模塊包括降壓輸入埠、公共接地埠、穩壓輸出埠、3號電阻、4號電阻、5號電阻、2號二極體、I至5號MOS管。
6.根據權利要求5所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，降壓輸入埠連接3號電阻的上端，並連接4號MOS管的漏極； I號MOS管的漏極連接3號電阻的下端，I號MOS管的柵極連接2號MOS管的柵極； 2號MOS管的漏極連接4號MOS管的漏極，2號MOS管的源極連接4號電阻的上端； 3號MOS管的漏極連接I號MOS管的源極，3號MOS管的源極連接公共接地埠 ； 4號MOS管的柵極連接5號MOS管的柵極，4號MOS管的源極連接降壓輸入埠 ； 5號MOS管的柵極連接2號MOS管的漏極，5號MOS管的漏極連接穩壓輸出埠 ； 2號二極體的陰極連接5號MOS管的漏極，2號二極體的陽極連接5號電阻的上端；5號電阻的下端連接公共接地埠。
7.根據權利要求1所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，輸出模塊包括降壓輸入埠、穩壓輸入埠、公共接地埠、模擬電路供電埠、數字電路供電埠、I號MOS管、2號MOS管、6號電阻、I號電容。
8.根據權利要求7所述適用於開關電源的高穩定性內部供電電路，其特徵在於，降壓輸入埠連接I號MOS管的漏極，穩壓輸入埠連接I號MOS管的柵極； I號MOS管的源極連接數字電路供電埠，並連接6號電阻的上端； 2號MOS管的源極連接I號MOS管的源極，2號MOS管的漏極連接模擬電路供電埠 ； I號電容的上端連接2號MOS管的漏極，I號電容的下端連接2號MOS管的柵極； 6號電阻的下端連接 2號MOS管的柵極，並連接公共接地埠。
【文檔編號】H02M3/158GK104079172SQ201410345306
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】邵珠雷, 張元敏, 羅書克, 方如舉, 郭利輝 申請人:許昌學院