一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路的製作方法

2024-02-14 13:39:15

專利名稱：一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種穩壓電路，特別一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路。
背景技術：
串聯穩壓電源應用在對節能有特別要求的航天航空領域時，對穩壓電源的要求很苛刻， 不但要求輸出電壓紋波低、穩壓精度高和過流與短路保護性能好，還要求具有高效率，才能 在不同的環境下保證工作的可靠性。現有的串聯穩壓電源主要有串聯線性穩壓型和串聯開關 穩壓型。串聯線性穩壓型電源雖然具有結構簡單，響應快，穩壓精度高，輸出電壓波紋低的
特點，但串聯線性穩壓型電源中的調整元件上通常須要保證有》2.5V的調整電壓降，在輸出 低電壓的情況下，串聯線性穩壓型電源中調整元件的功耗比較大，因此效率很低。特別是輸 出短路保護時，由l. 5倍額定輸出電流的保護電流乘以輸入電壓的功率損耗全耗在串聯線性 穩壓型的調整電路上， 一是效率很低造成能源浪費，二是調整電路元件發熱很容易損壞，可 靠性降低，不能長時間工作在輸出端短路狀態。現有的串聯開關型穩壓電源，雖然可以克服 串聯線性穩壓型電源調整元件功耗大的問題，但串聯線性穩壓型電源所具備的響應快，穩壓 精度高，輸出電壓紋波低的優點反而被減弱了，且電路較複雜，可靠性也相對降低。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種適合於節能使用的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，在 保持串聯線性型穩壓電源響應快，穩壓精度高，輸出電壓波紋低的特性下，降低調整元件的 功耗，提高穩壓電源的效率和可靠性，並能長時間工作在短路狀態和保證在過流消失後或短 路狀態消失後，能自動恢復正常供電。
為解決上述技術問題，本實用新型的一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路的技術方案為 :該電路包括調整電路和電流取樣電路；調整電路和電流取樣電路串連在輸入端子與輸出端 子之間；電流取樣電路與輸出端子連接的一端經輸出電壓取樣電路與公共端連接，電流取樣 電路與調整電路連接的一端經保護電流調整電路與公共端連接；保護電流調整電路的取樣電 壓與比較電路的反向輸入端連接，比較電路的同向輸人端與輸出電壓取樣電路連接，比較電 路的輸出端與調整電路的控制端連接；輸出電壓取樣電路的取樣電壓與調壓電路的控制端連 接，調壓電路的負端與公共端連接，調壓電路的正端與調整電路的控制端連接；在調整電路兩端並連有啟動電路，調整電路的控制端經上偏壓限流電路與上偏壓電源連接。
所述的輸出電壓取樣電路由電阻R6、電阻R7和電阻R8串連構成，在電阻R7和電阻R8之間 的節點引出取樣電壓。
所述的保護電流調整電路由電阻R3和電阻R4串連構成，在電阻R3和電阻R4之間的節點弓1 出取樣電壓。
所述的電流取樣電路由電阻R5構成；所述的上偏壓限流電路由電阻R1構成；所述的調整 電路由VM0S管V1構成；所述的比較電路由運算放大器N2構成，運算放大器N2的同相輸入端與 輸出端子連接，運算放大器N2的反相輸入端與保護電流調整電路的取樣電壓節點連接。
所述的調壓電路由三端調壓器N1、濾波電容C1和濾波電容C2構成；三端調壓器N1的負極 與公共端連接，三端調壓器N1的正極與調整電路的控制端連接，三端調壓器N1的控制極與輸 出電壓取樣電路的取樣電壓節點連接；在三端調壓器N1的正極與控制極之間並聯有電容C1， 在三端調壓器N1的負極與控制極之間並聯有電容C2。
所述的啟動電路由啟動電阻R2和啟動電容C3構成；啟動電阻R2並連在VM0S管V1的輸入和 輸出端；啟動電容C3並連在運算放大器N2的反相輸入端與公共端之間。
所述的VMOS管Vl的調整壓降S O. 25V。
與現有技術相比，現有的串聯型穩壓電路中的調整元件必須工作在線性區，在調整元件 兩端通常需要有》2. 5V的調整電壓；而本實用新型調整元件的調整電壓》0.25V，只有現有 技術的1/10。現有技術的限流保護型穩壓電源通常規定其限定電流不小於額定輸出電流的 1.5倍，在輸出電壓低時損耗比較大，串聯穩壓器的效率很低。特別是當輸出發生短路時， 輸入電壓X保護電流(1.5倍的額定輸出電流)的功率全損耗在串聯調整元件上，效率很低 ，浪費能源，降低可靠性，且調整元件發熱很易損壞，不能長時間工作在輸出發生短路的狀 態。而本實用新型是採用收斂型過流保護與啟動電路結合，在過流或短路時，控制輸出電流 為額定電流的10%以下，大大降低了調整元件在保護狀態時的功耗；並且本實用新型可以在 過流或短路狀態消失後，能自動恢復正常供電。現有技術的串聯開關穩壓電路響應速度慢、 穩壓精度低、電壓波紋大，且電路複雜，本實用新型在保持串聯穩壓電路的優點的同時，可 降壓調整管的功耗，提高效率和電路的可靠性。


附圖l是本實用新型的原理框附圖2是本實用新型的電氣原理圖。
具體實施方式
本實用新型的實施例 一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路的原理框圖如附圖1所示， 電氣原理圖如圖2所示，從圖l和圖2可知，該電路中包括由調整壓降》0.25V的VM0S管V1構 成的調整電路l和由電阻R5構成電流取樣電路2;調整電路l和電流取樣電路2串連在輸入端子 A與輸出端子C之間；電流取樣電路2與輸出端子C連接的一端經由電阻R6、電阻R7和電阻R8串 連構成的輸出電壓取樣電路3與公共端E連接，電流取樣電路2與調整電路1連接的一端經電阻 R3和電阻R4串連構成的保護電流調整電路4與公共端E連接，保護電流調整電路4在電阻R3和 電阻R4之間的F節點弓1出的取樣電壓和輸出端C的輸出電壓分別與運算放大器N2構成的比較電 路5的反相輸入端和同相輸入端連接，比較電路5的輸出端與調整電路1的控制端連接；輸出 電壓取樣電路3在電阻R6和電阻R7之間的H節點弓1出的取樣電壓與調壓電路6的控制端連接， 調壓電路6的負端與公共端E連接，調壓電路6的正端與調整電路l的控制端和上偏壓限流電路 8連接；在調整電路1兩端並連有啟動電路7，調整電路1的控制端經由電阻R1構成的上偏壓限 流電路8與上偏壓電源D連接。
所述的調壓電路6由三端調壓器N1、濾波電容C1和濾波電容C2構成；三端調壓器N1的負 極與公共端E連接，三端調壓器N1的正極與調整電路l的控制端連接，三端調壓器N1的控制極 與輸出電壓取樣電路3的取樣電壓連接；在三端調壓器N1的正極與控制極之間並聯有電容C1 ，在三端調壓器N1的負極與控制極之間並聯有電容C2。所述的啟動電路7由啟動電阻R2和啟 動電容C3構成；啟動電阻R2並連在VM0S管V1的輸入和輸出端；啟動電容C3並連在運算放大器 N2的反相輸入端與公共端E之間。
本實用新型的工作原理
由圖2所示，該電路首先把串聯穩壓電路的輸出限流型保護電路改為輸出是收斂型的過 流保護。其特點是對輸出電壓、電流取樣進行差動比較，實現輸出穩壓與過流保護的功能。 其次是把串聯穩壓電路中以電晶體為電壓調整管的電路改為以VM0S管V1為電壓調壓管的電路 ，使調整壓降減少到0.25V左右，使工作在穩壓和過流時的損耗都降低。過流或短路保護原 理為當輸出電流未達到保護值時，F點電平比C點低，差動比較放大器N2的輸出端1輸出高 電平，G點也為高電平，穩壓電路進行穩壓調整。當輸出電流達到保護值時，F點電位比C點 電位高，過流保護電路工作，差動比較放大器N2翻轉，G點變為低電平，限制穩壓電路工作 ，使輸出電壓降低，伴隨的是輸出電流減小，相互作用使輸出電壓、電流都趨向截止。由於 有啟動電阻R2與輸出端等效電阻(含負載)的分壓作用，使B點電位將高於F點和C點，F點和 C點電位將交替變化，限制了輸出電壓、電流處於截止與啟動的交替變化狀態，使輸出短路 保護時的電流限制在額定輸出電流的10%內，總損耗降低到改進前損耗的10%以下。當輸出過流狀態消除時，即電阻R2與輸出端等效電阻(含負載)小於保護電流值的分壓比時，使F點 電位比C點電位低，啟動電壓確定過流或短路保護狀態消除，電路立即自動恢復穩定的供電 。電容C3是提高啟動的瞬態響應。合理選取電阻R2、 R6、 R7、 R8的阻值，能保證空載狀態下 的穩壓。
本實用新型是改進串聯穩壓與過流保護的新型串聯穩壓電路，保持了串聯線性穩壓電路 的優點，克服了串聯線性穩壓電路效率低的缺點，把損耗降低到改進前損耗的10%以下，減 小了散熱要求的體積與重量，擴大了串聯線性穩壓電路的應用範圍，節能降耗效果明顯。
權利要求權利要求1一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在於該電路包括調整電路(1)和電流取樣電路(2)；調整電路(1)和電流取樣電路(2)串連在輸入端子(A)與輸出端子(C)之間；電流取樣電路(2)與輸出端子(C)連接的一端經輸出電壓取樣電路(3)與公共端(E)連接，電流取樣電路(2)與調整電路(1)連接的一端經保護電流調整電路(4)與公共端(E)連接；保護電流調整電路(4)的取樣電壓與比較電路(5)的反向輸入端連接，比較電路(5)的同向輸人端與輸出電壓取樣電路(3)連接，比較電路(5)的輸出端與調整電路(1)的控制端連接；輸出電壓取樣電路(3)的取樣電壓與調壓電路(6)的控制端連接，調壓電路(6)的負端與公共端(E)連接，調壓電路(6)的正端與調整電路(1)的控制端連接；在調整電路(1)兩端並連有啟動電路(7)，調整電路(1)的控制端經上偏壓限流電路(8)與上偏壓電源(D)連接。
2. 根據權利要求l所述的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在 於所述的輸出電壓取樣電路(3)由電阻(R6)、電阻(R7)和電阻(R8)串連構成，在 電阻(R7)和電阻(R8)之間的節點(H)引出取樣電壓。
3. 根據權利要求l所述的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在 於所述的保護電流調整電路(4)由電阻(R3)和電阻(R4)串連構成，在電阻(R3)和 電阻(R4)之間的節點(F)引出取樣電壓。
4. 根據權利要求l所述的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在 於所述的電流取樣電路(2)由電阻(R5)構成；所述的上偏壓限流電路(8)由電阻( Rl)構成；所述的調整電路(1)由VM0S管(VI)構成；所述的比較電路(5)由運算放大器(N2)構成，運算放大器(N2)的同相輸入端與輸出端子(C)連接，運算放大器(N2)的 反相輸入端與保護電流調整電路(4)的取樣電壓節點(F)連接。
5. 根據權利要求l所述的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在 於所述的調壓電路(6)由三端調壓器(Nl)、濾波電容(Cl)和濾波電容(C2)構成； 三端調壓器(Nl)的負極與公共端(E)連接，三端調壓器(Nl)的正極與調整電路(1)的控制端連接，三端調壓器(Nl)的控制極與輸出電壓取樣電路(3)的取樣電壓節點(H)連 接；在三端調壓器(Nl)的正極與控制極之間並聯有電容(Cl)，在三端調壓器(Nl)的負 極與控制極之間並聯有電容(C2)。
6. 根據權利要求l所述的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在 於所述的啟動電路(7)由啟動電阻(R2)和啟動電容(C3)構成；啟動電阻(R2)並連 在VM0S管(VI)的輸入和輸出端；啟動電容(C3)並連在運算放大器(N2)的反相輸入端與 公共端(E)之間。
7. 根據權利要求4所述的低損耗串聯穩壓與過流保護電路，其特徵在 於所述的VM0S管(VI)的調整壓降S O. 25V。
專利摘要本實用新型公開了一種低損耗串聯穩壓與過流保護電路，該電路包括調整電路(1)、電流取樣電路(2)、輸出電壓取樣電路(3)、保護電流調整電路(4)、比較電路(5)、調壓電路(6)、啟動電路(7)，和上偏壓限流電路(8)。與現有技術相比，本實用新型調整元件的調整電壓≥0.25V，只有現有技術的1/10。在過流後或短路時，控制輸出電流為額定電流的10％以下，大大降低了調整元件在保護狀態時的功耗；可長時間工作在輸出發生短路的狀態。可以在過流或短路狀態消失後，能自動恢復正常供電。本實用新型在保持串聯穩壓電路的優點的同時，可降壓調整管的功耗，提高效率和電路的可靠性。
文檔編號G05F1/10GK201229514SQ200820301509
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月11日 優先權日2008年7月11日
發明者燕 吳, 廖興禮, 江 龍 申請人:貴州航天林泉電機有限公司