CN100444506C - 大功率高精度开关线性复合式稳压器 - Google Patents

Abstract

大功率高精度开关线性复合式稳压器，用来将输入端的输入直流电压调降，输出高精度稳定的调降电压，包括一个输出电压基准形成单元、一个功率转换单元。输出电压基准形成单元由输入端电源供电，它包括TL431精密稳压管N₁、电阻R₁、R₂与可调电阻VR₁组成的分压电路；功率转换单元由流控器件组成，它的集电极接输入端，基极接基准电压信号，发射极接稳压输出端。本发明电压基准形成单元可输出高精度、低噪声的连续可调基准电压信号，根据给定的基准电压信号输出稳定的预置电压。功率转换单元工作于临界饱和偏线性状态，输入输出电压差降低到1V，功率管损耗近似于开关状态，减小了稳压器的自身功耗，输出电流可达到5A，稳压精度达到0.5%。

Description

大功率高精度开关线性复合式稳压器

技术领域：

本发明属于电力电子功率变换技术，具体设计大功率高精度开关线性复合式稳压器。

背景技术：

现代电子设备，通讯设备中经常需要几种不同电压等级的直流电源供电，如IC存储器和CPU几乎都需要5V或3.3V电源；A/D、D/A需要±12V或±5V电源；LCD背光需要5V、12 V或24V电源等等。除了不同电压等级要求，有些场合还需要高稳压精度以及大电流输出，以保证设备的正常可靠工作，高精度大功率稳压芯片有着广泛的应用市场。

现有多种具有稳压输出功能的该类芯片，如LDC低压差系列稳压芯片，可输出高精度稳压输出，但输出电流较小只有几百毫安；有着广泛应用的LM78XX，LM79XX系列稳压块最大输出电流也只能达到1A，且有2V基本压差，功耗高，发热大；如果需要更大的几安培工作电流，一般采用外接大功率调整管扩流，由此带来的是稳压精度的降低；或采用同型号同规格，多芯片同极性并联扩流方式，但各单片之间实现自动均流较困难。中国专利ZL00112420.X不具有由输入端电源供电，可输出高精度、低噪声连续可调电压基准信号的功能。

发明内容：

本发明的目的就是要克服以上问题而提供一种高精度、大功率、低压差、低功耗的大功率高精度开关线性复合式稳压器。

本发明的技术方案是这样得以实现的：大功率高精度开关线性复合式稳压器，它包括电源输入端1、输出电压基准信号形成单元2、功率转换单元3、稳压输出端5，其特点是：所述的输出电压基准形成单元2由输入端1电源供电，它包括TL431精密稳压管N₁、电阻R₁、R₂与可调电阻VR₁组成的分压电路；所述的功率转换单元3工作于临界饱和偏线性状态，由流控器件组成，它的集电极接输入端1，基极接基准电压信号，发射极接稳压输出端5。

本发明通过输出电压基准形成单元使功率管工作于临界饱和偏线性的特殊状态，实现高精度、大功率的直流稳压输出。它可在高于现有通用78XX，79XX系列稳压器效率的前提下，得到大功率的稳压输出，使输出电流提高到5A；由于输出跟踪电压基准信号，该电路具有极低的自有噪音和较高的输入电源纹波抑制能力；高精度的稳压效果，稳压精度可达到0.5％；同时得到很强的抗负载扰动能力和快速响应特性。通过电压基准调节端可调节基准电压信号大小，使稳压器输出不同的稳定电压。本发明可使稳压器输出与基准电压信号一致的高精度稳定电压，对输入电源纹波有极强的抑制作用，实现了大功率、高精度与低干扰的供电要求。与78XX、79XX系列稳压器相比，输入输出基本压差降到1V，是一种低压差类型的稳压器，减小了稳压器的自身功耗，具有较高的效率。

附图说明：

图1是本发明的原理方框图。

图2是本发明实现正极性稳压输出的一种组合稳压电路。

图3是本发明实现负极性稳压输出的另一种组合稳压电路。

图中：1-电源输入端          2-输出电压基准形成单元

      3-功率转换单元        4-电压基准调节端

      5-输出端              6-公共地端        7-负载

      T₁-NPN型流控器件      T₂-PNP型流控器件

      R₁、R₂、R₃-电阻       VR₁-可调电阻      N₁-TL431精密稳压管

具体实施方式：

附图1中，由电源输入端1输入幅度在一定范围内变化的直流电压，输入电压可包含较大的纹波成分。该电压一路经输出电压基准形成单元2输出高精度、稳定的输出电压参考信号，另一路通过功率转换单元3，为负载提供功率输出。为保证功率转换单元3的高效率，输入端1的输入电压应略高于功率转换单元3中功率放大器件的管饱和压降与标准输出电压之和，且可在一定范围内变动，使功率转换单元3的功率器件工作于临界饱和偏线性的特殊状态，因而管损耗近似于开关状态，却遵循线性放大电路射极输出器的规律；输出端5输出的电压跟踪基准电压信号，具有高精度的稳压输出。输出到负载7上的电压与输入端1电源电压的基本压差可控制在1V，实现了低压差稳压特性，减少了稳压器的自身损耗和发热。通过电压基准调节端4可调节输出电压基准形成单元2输出的基准电压信号大小，再控制功率转换单元3使稳压器输出不同的稳定电压。

附图2中，输入端1输入正极性直流电压，并由输出端5输出高精度稳定的正极性调降电压。TL431精密稳压管N₁、电阻R₁、R₂与可调电阻VR₁组成输出电压基准形成单元2。输入电压经电阻R₁、R₂与可调电阻VR₁分压送到精密稳压管N₁的R端与精密稳压管N₁内部的2.5V精密基准比较放大后，在K端正输出高精度的输出电压基准电压信号V_ref，该电压信号幅值略低于电源输入端电压。它的稳压精度及质量决定了稳压器的输出电压稳压精度及质量。调节可调电阻VR₁的大小，可对电压基准信号V_ref进行调节。

功率转换单元3由NPN型流控器件T₁构成。功率管T₁的集电极接输入端1，功率管T₁的基极接基准电压信号V_ref，功率管T₁在基准电压信号V_ref与输入端1电压作用下，工作在临界饱和偏线性的状态，功率管T₁的发射极与公共地端6间接有假负载R3，输出端5接功率管T₁的发射极输出电压为：

V_o＝V_ref-V_be                                (1)

其中V_be为功率器件T₁的基-射极间电压。采用流控器件，输出电流I_c变化表现为基极电流I_b变化，基-射电压V_be基本恒定不变，由式(1)可知V_o也基本保持恒定不变，具有极高的稳压精度。功率管输出电流可达到5A，基极驱动电流在几十毫安水平，功率管压降可降低到1V。这样，驱动功率与功率管基本压降损耗之和远远低于现有LM78XX等系列线性稳压器的损耗；既实现高精度、大功率的稳压输出，又降低了稳压器的损耗，提高了稳压器效率。

附图3中，输入端1输入负极性直流电压，并由输出端5输出高精度稳定的负极性调降电压。功率转换单元3由PNP型流控器件T₂构成，输出电压基准形成单元2输出电压V_ref对功率管T₂施控，可为负载提供负极性稳压电源。其它原理及功能与附图2相同。

本发明是对ZL00112420.X发明专利的一种拓展，其拓展主要表现在由电源输入端供电的电压基准形成单元可输出高精度、低噪声的连续可调基准电压信号，及与工作于临界饱和偏线性状态的功率转换单元的有机结合上。

Claims (1)

1、开关线性复合式稳压器，该稳压器包括电源输入端(1)、输出电压基准信号形成单元(2)、功率转换单元(3)、稳压输出端(5)，其特征在于：所述的输出电压基准信号形成单元(2)由第一电阻(R₁)、第二电阻(R₂)、可调电阻(VR₁)与TL431精密稳压管(N₁)组成，所述的输出电压基准信号形成单元(2)由电源输入端(1)电源供电，输入端(1)供电电压经第一电阻(R₁)、第二电阻(R₂)与可调电阻(VR₁)分压后送到TL431精密稳压管(N₁)的R端与TL431精密稳压管(N₁)内部的2.5V精密基准比较放大后，在TL431精密稳压管(N₁)的K端输出高精度的输出电压基准信号(V_ref)，通过电压基准调节端(4)调节可调电阻(VR₁)大小，实现输出电压基准信号(V_ref)的调节；所述的功率转换单元(3)工作于临界饱和偏线性状态，由单个NPN或PNP型流控器件组成，该NPN或PNP型流控器件的集电极接输入端(1)，该NPN或PNP型流控器件的基极接输出电压基准信号形成单元(2)输出的输出电压基准信号(V_ref)，该NPN或PNP型流控器件的发射极接稳压输出端(5)。

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