一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，包含一個(gè)五引腳開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的軟啟動(dòng)電路。該電路不需要任何芯片外部分,因此，一個(gè)五引腳套裝軟件可以單獨(dú)使用。一個(gè)軟啟動(dòng)電路在升壓模式聯(lián)同一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)置的操作。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]業(yè)界公認(rèn)的TO - 220功率晶體管包因相對(duì)較高的功率損耗而出名，并作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電源設(shè)備包。它最早出現(xiàn)在一個(gè)用于功率晶體管的三引腳配置。功率晶體管額定功率高達(dá)60瓦，TC = 25° C。后來(lái)被一個(gè)五引腳版本替代成為集成電路設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]五引腳TO - 220套裝軟件幾乎是理想的用于開(kāi)關(guān)變化的住房電壓調(diào)節(jié)器。該設(shè)備包含一個(gè)高電流開(kāi)關(guān)連同一個(gè)振蕩器和一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器，其中脈沖強(qiáng)度調(diào)制器可以操作開(kāi)關(guān)、改變工作周期、作為反饋函數(shù)和控制電壓輸入。當(dāng)該設(shè)備與一些固定部分組合，可以提供直流電壓輸出調(diào)節(jié)。例如，它可以提供一個(gè)升壓變換器，即調(diào)節(jié)輸出超過(guò)輸入電源電壓的升壓功能。它還可以被使用在降壓轉(zhuǎn)換器模式，輸出電壓低于實(shí)際輸出，并被作為正極變負(fù)極或負(fù)極變正極的極性轉(zhuǎn)換器。最后，它可用于連接一個(gè)變壓器，不僅可以絕緣輸出，還可以提供相對(duì)輸出電壓調(diào)節(jié)。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電源效率可以操作在約90%或更高。
[0003]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的組合形式原理圖。一個(gè)輸入電壓+VIN接至終端10和地面終端11之間。虛線框12所包含的為集成電路芯片元件和芯片墊。
[0004]電路的核心是一個(gè)功率開(kāi)關(guān)晶體管13，由驅(qū)動(dòng)放大器14驅(qū)動(dòng)。振蕩器15，工作在10 - 100 kHz附近，控制電路的轉(zhuǎn)換速度，提供兩個(gè)輸出。一個(gè)窄脈沖輸出線16作為觸發(fā)器17的復(fù)位脈沖，其中觸發(fā)器的輸出Q作用于驅(qū)動(dòng)放大器14。振蕩器斜坡輸出線18反饋到工作周期比較器19的同相輸入端，比較器的輸出耦合到觸發(fā)器17的輸入設(shè)置。元件15、17和19形成一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器用于控制開(kāi)關(guān)晶體管13的工作周期，作為工作周期比較器19反相輸入端的直流電勢(shì)。
[0005]電感器21 —端耦合至開(kāi)關(guān)晶體管13的集電極，另一端接到電源終端10。整流器22結(jié)合電容器23，對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管13的集電極產(chǎn)生的電流進(jìn)行整流，濾波后通過(guò)終端24的直流輸出可供使用。針對(duì)相對(duì)高頻率的振蕩器15，可通過(guò)調(diào)制電容器進(jìn)行過(guò)濾后再接到電容器14。在升壓型的電路中，終端24的直流電壓高于終端10的電源電壓。
[0006]電阻器25和26通過(guò)一定的比例控制輸出電壓，應(yīng)用于誤差放大器27的反相輸入。一個(gè)參考電位VREF作用在同相輸入終端28。該參考電位是由帶隙電路(沒(méi)有顯示)產(chǎn)生，常溫下為穩(wěn)定的1.23伏特。誤差放大器27的輸出耦合到比較器19的反相輸入端。以上形成了電壓調(diào)節(jié)器反饋回路。在誤差放大器27的輸出旁接一個(gè)補(bǔ)償電容器29和電阻器30，這樣反饋回路因?yàn)橛性鲆婧拖辔蝗菹拊Ａ慷€(wěn)定。
[0007]工作時(shí)開(kāi)關(guān)工作周期是變化的，直到通過(guò)電阻26在終端28處的電壓等于VREF。因此，穩(wěn)定的工作狀態(tài)提供一個(gè)輸出VOUT=L 23 (1+R26)。
[0008]電感21的值是可選擇的，所以當(dāng)充電和放電時(shí)，電感電流相對(duì)直流平均值變化很小。當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管13工作時(shí)，電感電流將隨著時(shí)間的增加成線性增長(zhǎng)。然后，當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管13斷開(kāi)，感應(yīng)電勢(shì)將拉高開(kāi)關(guān)晶體管13的集電極電位，直到二極管22導(dǎo)通，并對(duì)電容器23進(jìn)行充電，有利于提高直流輸出的質(zhì)量。因此，開(kāi)關(guān)晶體管13的集電極偏置電壓由一個(gè)二極管下降到VOUT固定，并且負(fù)偏移電壓輸出為VSAT。
[0009]圖1所示的電路可在較大的直流電源電壓輸入范圍內(nèi)保持一個(gè)恒定的直流輸出。例如，當(dāng)一個(gè)直流輸出15伏特時(shí)，電阻25和26之間的比例約為11.2:1。升壓模式中，在輸入為3-12伏特的范圍內(nèi)保持較好的輸出校準(zhǔn)。
[0010]圖2是一個(gè)顯示電路波形的圖形。波形31代表的是聯(lián)機(jī)線16輸出的復(fù)位脈沖。波形32是連線18輸出的斜坡信號(hào)。虛線34是誤差放大器27的輸出，由于電容器29,輸出為直流信號(hào)。波形33是開(kāi)關(guān)晶體管13的集電極信號(hào)。過(guò)渡波形33是從復(fù)位脈沖波形31開(kāi)始，到斜坡信號(hào)與線34相交時(shí)由比較器19使其終止。由于輸出電壓VOUT接近VIN，并且沒(méi)有足夠的能量對(duì)電容器23充電，導(dǎo)通工作周期相對(duì)較短。這就是低增益狀態(tài)。
[0011]產(chǎn)生波形33 ’的條件是電路工作在高增益狀態(tài)，VIN是電壓輸出VOUT的一部分。這里虛線34 ’與波形32 ’交點(diǎn)變高，波形33 ’顯示工作周期增加了。這將是必需的，因?yàn)橐粋€(gè)較低的VIN值，表明更多的能源被應(yīng)用到整流電路保持輸出電壓的值。因此，隨著VIN值的變化，波形34與波形32交點(diǎn)將上下變化，隨著需要校準(zhǔn)輸出電壓。
[0012]對(duì)負(fù)載調(diào)整而言，當(dāng)一個(gè)變動(dòng)負(fù)荷導(dǎo)致輸出電壓VOUT變化，在電阻器26出現(xiàn)同樣的百分比變化，誤差放大器27的輸入也將有所不同。因此，在恢復(fù)輸出電壓的值到設(shè)置點(diǎn)時(shí)，只要輸出電壓發(fā)生改變，開(kāi)關(guān)晶體管13的工作周期信號(hào)便會(huì)改變。因此，輸出電壓抑制負(fù)載或輸入條件的改變。通常，調(diào)整大約在0.1%內(nèi)或更小。
[0013]圖1的電路描繪了五個(gè)集成電路襯墊。如圖所示，包括:+VIN、地、反饋、補(bǔ)償電容和開(kāi)關(guān)晶體管13的集電極。這樣的一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)用到五引腳TO -220程序包。它也適用于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4T0-3金屬外殼是地面終端。然而，必須避免任何需要額外物品的電路元件。
[0014]雖然上面的描述應(yīng)用于升壓型調(diào)節(jié)器，但電路可以用于其他模式。例如，它可以用于反激，降壓和極性轉(zhuǎn)換模式。此外，它還可以用于聯(lián)同一個(gè)絕緣或相對(duì)較高電壓輸出的變壓器。
[0015]上述該調(diào)節(jié)器在啟動(dòng)時(shí)存在一個(gè)基本的缺陷。當(dāng)電路是第一次啟動(dòng)，電容器23將完全放電，輸出電壓VOUT為零。因此，當(dāng)?shù)谝淮谓油娫?，VREF對(duì)誤差放大器27起主要作用，電容器29快速充電。如圖2所示，這將使波形33’的工作周期最大化，并且電路會(huì)盡可能快地對(duì)電容器23進(jìn)行充電。由此產(chǎn)生的激增會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管13造成損害，也可能造成輸入電源過(guò)載。因此，某種避免開(kāi)始激增的“軟啟動(dòng)”是可取的。
[0016]圖3顯示了 一個(gè)典型的解決軟啟動(dòng)的先進(jìn)技術(shù)方案。電路包括一個(gè)電容器36、晶體管37和電流源38。電路通電時(shí)，電容器29首先放電。通電后，電流源38緩慢地對(duì)電容器36充電，確定充電時(shí)間常數(shù)。晶體管37的發(fā)射極將固定誤差放大器27的輸出高出電容器36的電勢(shì)一個(gè)二極管降壓。因?yàn)殡娙萜?6的電勢(shì)從O開(kāi)始，，然后緩慢上升，所以比較器19不能立即強(qiáng)制開(kāi)關(guān)工作周期到最大。因此，電路開(kāi)始緩慢并被認(rèn)為是軟啟動(dòng)。然而，這種方法需要一個(gè)第二外部電容器和一個(gè)額外的芯片焊盤(pán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的軟啟動(dòng)操作，不需要額外的管腳。[0018]本發(fā)明的第二個(gè)目的是當(dāng)輸出電壓低時(shí)，通過(guò)一個(gè)不需要額外引腳的電路，迫使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器調(diào)整到短工作周期或不穩(wěn)定狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明的第三個(gè)目的是當(dāng)電路通電時(shí)，強(qiáng)迫開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器調(diào)整到短工作周期或不穩(wěn)定狀態(tài)。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
本發(fā)明的目的和其他一些目的是通過(guò)以下的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)軟啟動(dòng)比較器、邏輯與開(kāi)關(guān)添加到先前技術(shù)電路。當(dāng)誤差放大器的反相輸入低于VREF時(shí)，軟啟動(dòng)比較器感應(yīng)至IJ，通過(guò)一個(gè)R-S觸發(fā)器，打開(kāi)串聯(lián)在誤差放大器的輸出端的開(kāi)關(guān)。因此，針對(duì)這種情況，補(bǔ)償電容器將不會(huì)通過(guò)誤差放大器的輸出來(lái)充電，并且調(diào)節(jié)工作周期最小。對(duì)于這種情況，R-S觸發(fā)器打開(kāi)軟啟動(dòng)電流，會(huì)慢慢的補(bǔ)償電容充電，從而逐步增加部分開(kāi)關(guān)工作周期。這樣使輸出電壓VOUT慢慢達(dá)到工作電壓。一旦誤差放大器27的反相輸入達(dá)到VREF，軟啟動(dòng)比較器將設(shè)置R-S觸發(fā)器，并關(guān)閉連接誤差放大器和補(bǔ)償電容器的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)正常增益。
[0021]除了以上所描述的，本發(fā)明的優(yōu)選方案包括一個(gè)電源電路。包括一個(gè)邏輯耦合到R-S觸發(fā)器的功率比較器。這個(gè)比較器包括一個(gè)耦合到同相輸入的0.25伏特參考電壓，其反相輸入耦合到補(bǔ)償電容器。因?yàn)橥姇r(shí)電容器完全放電，功率比較器將如上所述重置軟啟動(dòng)操作。重復(fù)軟啟動(dòng)操作，直至反饋電平超過(guò)VREF。
[0022]該電路還包括一個(gè)中斷功能，當(dāng)芯片溫度過(guò)高或輸出電壓不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該功能被激活。當(dāng)調(diào)用中斷，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，補(bǔ)償電容器放電和R-S觸發(fā)器通過(guò)電路邏輯復(fù)位。中斷強(qiáng)制開(kāi)關(guān)工作周期切換到最小狀態(tài)，以減輕芯片過(guò)載。當(dāng)中斷電路恢復(fù)，發(fā)信號(hào)終止中斷，電容器短路開(kāi)關(guān)打開(kāi)，上述的軟啟動(dòng)開(kāi)始。
[0023]對(duì)比專(zhuān)利文獻(xiàn):CN2190316Y —種軟啟動(dòng)交流穩(wěn)壓器94211019.6，CN201063534Y一種開(kāi)關(guān)電源的軟啟動(dòng)及整流一體化裝置200720127762.3。
[0024]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路的原理圖。
[0025]圖2所示為誤差放大器輸出低和高時(shí)圖1電路的操作曲線圖。
[0026]圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)軟啟動(dòng)電路的原理圖 圖4所示為本發(fā)明的電路原理圖。
[0027]【具體實(shí)施方式】:
圖4為本發(fā)明的組合電路示意圖。這些元件按照提示添加到圖1電路中對(duì)應(yīng)的位置。中斷電路40響應(yīng)終端10的低壓或芯片溫度過(guò)高。兩個(gè)條件中任何一個(gè)發(fā)生，中斷電路40的輸出便會(huì)升高，并關(guān)閉開(kāi)關(guān)41。從而導(dǎo)致電容器29放電，并強(qiáng)制工作周期的脈沖寬度調(diào)制器變?yōu)樽钚≈担行У叵藷徇^(guò)載。中斷電路也可應(yīng)用常規(guī)手段關(guān)閉振蕩器15，從而完全終止電路操作。無(wú)論是中斷或是在工作中，一個(gè)軟啟動(dòng)是必需的。
[0028]為實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟啟動(dòng)比較器42耦合到R-S觸發(fā)器43。軟啟動(dòng)比較器42的反相輸入耦合在VREF，而同相輸入耦合到反饋終端，其中反饋終端代表通過(guò)電阻26的電壓。一個(gè)功率比較器44，其反相輸入端耦合至電容器29的電勢(shì)輸出，其同相輸入端接入?yún)⒖茧妷?br> 0.25伏特，約為VREF的五分之一。因此，當(dāng)電容器29的電勢(shì)低于0.25伏特，比較器44的輸出將會(huì)升高，從而啟動(dòng)電路。
[0029]因此，當(dāng)關(guān)閉或啟動(dòng)電路時(shí)，或門(mén)45將對(duì)R-S觸發(fā)器43進(jìn)行復(fù)位。在復(fù)位狀態(tài)的R-S觸發(fā)器43輸出Q為高電平。從而打開(kāi)開(kāi)關(guān)46，切斷誤差放大器27與工作周期比較器19和電容器29的連接。如果有中斷信號(hào)，開(kāi)關(guān)41將閉合，從而電容器29放電和開(kāi)關(guān)工作周期減小到最小。停止中斷，開(kāi)關(guān)41打開(kāi)，觸發(fā)器43的輸出Q變?yōu)榈碗娖?，從而打開(kāi)電流源47。該電流是一個(gè)確定值，在軟啟動(dòng)模式對(duì)電容器29緩慢充電。電容器29的電荷逐漸增加，從而慢慢提高開(kāi)關(guān)13的工作周期，直到電阻26的電壓超過(guò)VREF。對(duì)此，比較器42將校正觸發(fā)器43。導(dǎo)致電流源47和開(kāi)關(guān)46的關(guān)閉，從而使電路恢復(fù)到正常電壓校準(zhǔn)功倉(cāng)泛
由此可以看出，圖4提供的軟啟動(dòng)電路不需要任何芯片外部分，因此不調(diào)用任何額外的管腳。所有必要的軟啟動(dòng)功能都可通過(guò)芯片執(zhí)行。
[0030]根據(jù)本發(fā)明原則，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)，它還可以被應(yīng)用于其他操作模式，為說(shuō)明起見(jiàn)，本發(fā)明不受限制，只受本發(fā)明的權(quán)利要求所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:包括一個(gè)開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)端，用于受控工作周期變換，響應(yīng)工作周期比較器的輸出，誤差放大器驅(qū)動(dòng)工作周期比較器、補(bǔ)償電容器和誤差放大器操作，一個(gè)軟啟動(dòng)電路包括:有設(shè)置、復(fù)位和輸出終端的R-S觸發(fā)器；補(bǔ)償電容放電時(shí)R-S觸發(fā)器的復(fù)位端；一個(gè)軟啟動(dòng)比較器，其輸出耦合到觸發(fā)器設(shè)置終端，反相輸入端耦合一個(gè)參考電壓，同相輸入端耦合到誤差放大器輸入端，當(dāng)誤差放大器輸入超過(guò)參考電壓，對(duì)R-S觸發(fā)器設(shè)置；開(kāi)關(guān)串聯(lián)耦合在誤差放大器的輸出端，響應(yīng)R-S觸發(fā)器輸出，當(dāng)R-S觸發(fā)器復(fù)位時(shí)用來(lái)斷開(kāi)誤差放大器；一個(gè)耦合到補(bǔ)償電容的電流源，當(dāng)R-S觸發(fā)器復(fù)位時(shí)，R-S觸發(fā)器的輸出變?yōu)镮控制可控速控制。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:還包括一個(gè)中斷電路，用來(lái)響應(yīng)集成電路芯片溫度過(guò)高或R-S觸發(fā)器復(fù)位電壓低與電源輸出電壓，中斷電路操作關(guān)閉連接在補(bǔ)償電容的器開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:包括一個(gè)功率比較器，用于響應(yīng)補(bǔ)償電容器上的電勢(shì)，并且當(dāng)補(bǔ)償電容器的電勢(shì)低于設(shè)置的部分參考電壓時(shí)，實(shí)時(shí)地耦合到R-S觸發(fā)器的復(fù)位端。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:功率比較器輸出和中斷電路通過(guò)一個(gè)或門(mén)耦合到R-S觸發(fā)器的復(fù)位終端。
5.根據(jù)權(quán)利2所述的一種軟啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其特征是:開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一個(gè)集成電路的形式，一個(gè)五引腳電源組包括一個(gè)電源輸入墊、地面墊、補(bǔ)償電容器墊、一個(gè)開(kāi)關(guān)接線端子墊和一個(gè)反 饋安裝墊。
【文檔編號(hào)】H02M1/36GK103762837SQ201310540180
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司