CN102355129A - 一种具有限流短路保护的线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有限流短路保护的线性稳压器，包括启动电路、基准电压电路、电流采样电路、电压采样电路、比较放大电路、短路保护电路和调整管V2，调整管V2连接于直流输入端XB1和稳压输出端XB2之间，启动电路将输入的电压源送入基准电压电路，基准电压电路将调整的基准电压供比较放大电路使用；所述调整管V2的输出端串联电流采样电路，电流采样电路将采样的输出电流信号反馈给比较放大电路，电压采样电路将采样的输出电压信号反馈给比较放大电路，比较放大电路将输出电流信号和输出电压信号处理后送入调整管V2的控制端，使调整管工作在线性区，达到限流调压的目的；短路保护电路将采集的输出电压信号经光电耦合器B2处理后送入调整管V2的控制端，使调整管V2由线性区调整至关断区，达到短路保护的目的。

Description

一种具有限流短路保护的线性稳压器

技术领域

本发明涉及一种线性稳压器，具体涉及一种具有限流短路保护的线性稳压器。

背景技术

传统的电力稳压器是靠继电器的跳动稳定输出电压的.当电网电压出现波动时,电力稳压器的自动纠正电路启动,使内部继电器动作迫使输出电压保持在设定值附近，这种电路优点是电路简单，缺点是稳压精度不高并且每一次继电器跳动换挡，都会使供电电源发生一次瞬时的中断并产生火花干扰。 

系统稳定性的补偿依然主要依赖输出电容ESR产生的零点，这样对输出电容ESR的要求就非常的苛刻，ESR的数值必须限制在一个严格的区域不会在LDO发生震荡。此外，在整个工作过程和稳定变化范围，ESR必须驻留在一个横界区域内，LDO对ESR的敏感性，以及ESR对温度和频率的高可靠性比其它任何原因都更容易引起震荡，这样需要大体积、昂贵的大电容来解决这一问题，所以要有新的补偿方案。

    另外，在实际中常遇到因误操作出现各种与电源或地短接的情况，易造成电路短路，严重时会导致电路烧毁，发生意外事故，安全性能低。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种体积小、功率密度高、适配性强，可靠性高，具有限压和短路保护功能，使用安全的线性稳压器。

本发明采用的技术方案是：一种具有限流短路保护的线性稳压器，包括启动电路、基准电压电路、比较放大电路、短路保护电路、电流采样电路、电压采样电路和调整管V2，其技术特点是：

所述启动电路包括与输入控制信号连接的控制连接器XP1、光电耦合器B1和电阻R2，控制连接器XP1的正端经电阻R2连接光电耦合器B1的输入端1脚，控制连接器XP1的负端连接光电耦合器B1的输入端2脚，光电耦合器B1的输出端4脚连接基准电压电路的正端，光电耦合器B1的输出端3脚连接基准电压电路输出端的负端；

所述基准电压电路包括电压变换器D1、并联电压变换器输入端的电容C1、C2和并联于电压变换器输出端的电容C3、C4和电阻R1，电压变换器D1输入端接直流输入端XB1，电压变换器D1接地端接地，电压变换器输出端的正端连接三极管V1的集电极，三极管的基极串接电阻R4，电阻R4连接于光电耦合器B1的输出端3脚，电阻R3连接于三极管的集电极和电阻R4之间，三极管的发射极连接比较放大电路，电压变换器输出端的负端经电容C5、电流采样电路连接稳压输出端XB2；

所述电压采样电路串接在稳压输出端XB2与接地之间，所述电流采样电路串接在直流输入端XB1和稳压输出端XB2之间；

所述比较放大电路包括电压环路和电流环路，所述电压环路由电阻R5和电阻R11、三端可调稳压管D4依次串行接地组成，电阻R5连接三极管V1的发射极，三端可调稳压管D4将由电压采样电路提供的电压信号运算后经电阻R6、R12耦合至调整管V2的控制端实现调压；所述电流环路包括电阻R7、三端可调稳压管D2、电位器RP1和三端可调稳压管D3，电阻R7连接三极管V1的发射极，电阻R7和三端可调稳压管D2串联后经电流采样电路连接稳压输出端XB2，三端可调稳压管D2控制端由电位器RP1耦合至三端可调稳压管D3的调整端，三端可调稳压管D3调整的电压经电阻R12送至调整管V2的控制端实现限流；

所述短路保护电路包括依次串联在直流输入端XB1和稳压输出端XB2间的稳压管V5、电阻R13、光电耦合器B2、稳压管V6，光电耦合器B2的3脚经连接三端可调稳压管D3控制端经电阻R12连接至调整管V2的控制端；

    启动电路将输入的电压源送入基准电压电路，基准电压电路将调整的基准电压供比较放大电路使用；所述调整管V2的输出端串联电流采样电路，电流采样电路将采样的输出电流信号反馈给比较放大电路，电压采样电路将采样的输出电压信号反馈给比较放大电路，比较放大电路将输出电流信号和输出电压信号处理后送入调整管V2的控制端，使调整管工作在线性区，达到限流调压的目的；短路保护电路将采集的输出电压信号处理后送入调整管V2的控制端，使调整管V2由线性区调整至关断区，达到短路保护的目的。

进一步地，所述光电耦合器B2的输入端和稳压管V6的输出端并联电阻R14和电容C8形成延时电路达到线性稳压器开机延时保护目的。

进一步地，所述电流采样电路采用0.002Ω的锰铜条电阻R10，电阻R10一端经调整管V2连接直流输入端XB1，另一端连接稳压输出端XB2。

再进一步地，所述电压采样电路包括电阻R15、R16和电位器RP2，三端可调控制管D4控制端经电阻R16和电位器RP2串联接地，稳压输出端XB2经电阻R15串联电阻R16和电位器RP2接地。

直流输入端输入时，由电压变换器D1产生直流电压，经三极管V1将直流电压加到比较放大电路中，比较放大电路根据输出电压采样电压值的大小，与电压采样电路和电流采样电路反馈的信号电压进行比较后送至调整管V2的控制端，控制调整管的导通程度，实现电压和电流的调控。通过线稳控制连接器XP1控制电压使光电耦合器B1导通，三极管V1的基极的电位变化处于关断状态，使电压变化器D1产生的基准电压无法送至比较放大电路中，稳压器停止工作；若启动稳压器再取消线稳控制连接器XP1送入的控制电压，使光电耦合器B1不导通，稳压器正常工作，从而实现稳压器的通断。

采用上述技术方案，本发明达到的有益效果是：

1、比较放大电路的电压环路包括由电阻R5、电阻R11、三端可调稳压管D4组成串联电路，电压采样电路由电阻R15、R16和电位器RP2组成，将输出电压按比例取样后送至比较放大电路的三端可调稳压管D4，三端可调稳压管D4将由电压采样电路提供的电压信号运算后经电阻R6、R12耦合至调整管V2的控制端，实现调压目的；比较放大电路的电流环路包括电阻R7和三端可调稳压管D2串联形成，电流采样采用锰铜条 R10串接在输出回路上将流过锰铜条R10的电流信号转换成电压信号送至比较放大电路，电位器RP1和电阻R9耦合至三端可调稳压管D3的调整端，三端可调稳压管D3调整的电压经电阻R12送至调整管V2的控制端，实现限流目的；锰铜条R10起电流采样作用，温度系数好，可以作为电流采样使用，克服环境温度变化的影响，而且锰铜条克服传统导线连接体积大、连接复杂的缺点，采用锰铜条连接可有效降低稳压器的体积，提高系统可靠性指标；比较放大电路的三端可调稳压管D4、D3在电压信号和电流信号的驱动下，使得调整管V2的栅极电压自动调整，从而达到稳压、限流的作用；

2、本线性稳压器调整管为连接输出和输入端的调整元件，是一个功率器件，采用低压差的PMOS调整元件，根据输入和输出端的电压变化趋势，电压采样电路和电流采样电路的信号通过比较放大电路比较运算后送至调整管，促使调整管自身调整达到输出电压的稳定，可以有效提高系统效率；与调整管V2连接的稳压二极管V3起到保护V2作用，增强系统稳定性，比较放大回路的简介性、可靠性和保护功能强；

3、短路保护接通于输入和输出之间，由稳压二极管V5、V6，光电耦合器B2，电阻R13、R14、R8和电容C8组成，当输入和输出之间的电压差大于稳压二极管V5、V6的稳压值之和时，光电耦合器B2导通，经比较放大电路的电流环路迫使调整管V2关断，达到短路保护的目的。

本线性稳压器作为一个闭环反馈系统，基本电压电路作为基准电压源要求基准电压在输入电压变化时，永远输出一个稳定的值，也就是说它的电源抑制比要比较高，基本电压电路提供稳定的电压信号，使得电压采样信号与基准电压电路的基准电压进行比较，从而产生误差信号，由比较放大电路功能对由反馈电压信号和基准电压进行求和比较并放大这一误差信号，进而去驱动调整功率管，调节输出电压使其稳定；由短路保护电路在发生短路现象时控制调整管自动关闭处于关断区实现对线稳自身保护，该线形稳压器功率密度高、适配性强，可靠性高，具有限压和短路保护功能，使用安全，且作为模块化设计，可实现48V线稳、24V线稳、12V线稳、5V线稳等不同电压。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明电路图。

图中：直流输入端XB1，稳压输出端XB2，控制连接器XP1，三极管V1，调整管V2，稳压二极管V3、V4、V5、V6，电压变换器D1，三端可调稳压管D2、D3、D4，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，电位器RP1、RP2，光电耦合器B1、B2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1所示本发明原理框图，一种具有限流短路保护的线性稳压器包括启动电路、基准电压电路、比较放大电路、短路保护电路、电流采样电路、电压采样电路和调整管，启动电路将输入的电压源送入基准电压电路，基准电压电路将调整的基准电压供比较放大电路使用；调整管的输出端串联电流采样电路，电流采样电路将采样的输出电流信号反馈给比较放大电路，电压采样电路将采样的输出电压信号反馈给比较放大电路，比较放大电路将输出电流信号和输出电压信号处理后送入调整管的控制端，使调整管工作在线性区，达到限流调压的目的；短路保护电路将采集的输出电压信号处理后送入调整管的控制端，使调整管由线性区调整至关断区，达到短路保护的目的。

图2所示，具有限流短路保护的线性稳压器的电路图包括直流输入端XB1、稳压输出端XB2、控制连接器XP1、三极管V1、调整管V2、稳压二极管V3、V4、V5、V6、电压变换器D1、三端可调稳压管D2、D3、D4、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、电位器RP1、RP2、光电耦合器B1、B2和电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16。直流输入端XB1连接调整管V2的输入端，调整管V2的输出端串联电阻R10连接至稳压输出端XB2，电阻R10采用锰铜条，调整管V2的控制端和输出端上并联稳压二极管V3；电压变换器D1输入端接直流输入端XB1，电压变换器D1接地端接地，电压变换器D1输入端和接地端间并联电容C1、C2，电压变换器D1输出端并联电容C3、C4，电压变换器D1输出端的正端连接三极管V1的集电极，三极管的基极串接电阻R4，电阻R3连接于三极管的集电极和电阻R4之间；输入控制信号连接的控制连接器XP1的正端经电阻R2连接光电耦合器B1的输入端1脚，控制连接器XP1的负端连接光电耦合器B1的输入端2脚，光电耦合器B1的输出端4脚连接基准电压电路的电阻R4，光电耦合器B1的输出端3脚经电容C3连接电压变换器D1输出端的负端；三极管V1的发射极连接电阻R5，电阻R5经电阻R11和三端可调稳压管D4串行接地，三端可调稳压管D4上并联有电容C7和稳压二极管V4，三端可调稳压管D4的控制端经电阻R16和电位器RP2串行接地，三端可调稳压管D4的控制端经电阻R15连接至稳压输出端XB2，电阻R5经电阻R6、R12连接至调整管V2的控制端；三极管V1的发射极连接电阻R7和三端可调稳压管D2，三端可调稳压管D2的控制端连接电位器RP1，电位器RP1的输出端经电阻R9串行接地，电位器RP1的输出端连接三端可调稳压管D3的控制端，三端可调稳压管D3的输出端连接稳压输出端XB2，三端可调稳压管D3的输入端经电阻R12连接至调整管V2的控制端；直流输入端XB1和稳压输出端XB2间串联有稳压二极管V5、电阻R13和电阻R14，电阻R14上并联有电容C8，电阻R14上并联有相互串联的光电耦合器B2和稳压二极管V6，稳压二极管V6的输出端连接稳压输出端XB2，稳压二极管V6的输入端连接光电耦合器B2输入端2脚，电阻R13连接光电耦合器B2输入端1脚，光电耦合器B2输出端4脚经电阻R8连接电压变换器D1输出端的正端，光电耦合器B2输出端3脚连接三端可调控制管D3的控制端。

本线性稳压器直流输入端XB1和稳压输出端XB2之间的电压差大于稳压二极管V1、V2的稳压值之和时，光电耦合器B1导通，经电流环路迫使调整管V2关断，达到保护的目的。

通常在开机的瞬间，直流输入端XB1和稳压输出端XB2的电压差就已经大于保护的门槛值，使得线稳一开机就保护，光电耦合器B2上并接了电容C8，使光电耦合器两端的电压不能突变，光电耦合器延时工作，延时时间大于线稳开通时间，从而达到最佳保护状态。当用户误操作或后接设备损坏造成短路现象，即输出的正和输出的负直接短接，使得输出正的电位瞬间变为0，此时输入端和输出端的压差大于保护门槛值，光电耦合器B2的1角的电压大于稳压管V6的稳压值，使得光电耦合器B2导通，调整管V6自动关闭处于关断区，对线稳自身保护实现短路保护。

当有直流24V输入时，由电压变换器D1产生直流12V电压，经三极管V1将12V   电压加到比较放大电路中，比较放大电路根据输出电压采样电压值的大小约0.8V运算处理后送至调整管的控制端，控制调整管的导通程度，使输出电压稳定在24V。当输入电压的上升导致输出电压有上升趋势时，所上升的变化量△U按采样比例送至比较放大电路的D4，D4控制调整管控制端的电压有所增加，增大调整管的导通程度，使调整管上所分配的电压增加量△U完全加在调整管上，使输出的24V电压稳定不变。

当误操作或负载导致稳压器的输出正端和输出负端短接时，使得正端的电位为0，此时输入端和输出端有24V的压差，使光电耦合器B2导通，将基准电压直接送到比较放大电路的三端可调稳压管D3上，使调整管的控制端的电位瞬间达到最高，调整管处于关断状态，达到短路保护的目的。

当稳压器用于电池充电回路中具有限定充电电流的作用，设定充电电流为20A时，当输入电压有变化量△U，导致充电电流有△I的变化量，锰铜条将电流变化量转换为电压信号送至比较放大电路，比较放大电路控制调整管的控制端，使控制端的电位有所增加，增加调整管的导通程度，使调整管上所分配的电压增加量△U完全加在调整管上，抵消了充电电流△I的变化量，实现限流的目的。

当用户欲关断稳压器时，通过线稳控制连接器XP1送入12V的控制电压，光电耦合器B1导通，三极管V1的基极的电位为0，处于关断状态，使电压变化器D1产生的基准电压12V无法送至比较放大电路中，稳压器停止工作；若启动稳压器再取消线稳控制连接器XP1送入的12V的控制电压，使光电耦合器B1不导通，稳压器正常工作。

Claims (4)

1.一种具有限流短路保护的线性稳压器，包括启动电路、基准电压电路、电流采样电路、电压采样电路、比较放大电路、短路保护电路和调整管V2，调整管V2连接于直流输入端XB1和稳压输出端XB2之间，其特征是在于：

所述启动电路包括与输入控制信号连接的控制连接器XP1、光电耦合器B1和电阻R2，控制连接器XP1的正端经电阻R2连接光电耦合器B1的输入端1脚，控制连接器XP1的负端连接光电耦合器B1的输入端2脚，光电耦合器B1的输出端4脚连接基准电压电路的正端，光电耦合器B1的输出端3脚连接基准电压电路输出端的负端；

所述基准电压电路包括电压变换器D1、并联电压变换器输入端的电容C1、C2和并联于电压变换器输出端的电容C3、C4和电阻R1，电压变换器D1输入端接直流输入端XB1，电压变换器D1接地端接地，电压变换器输出端的正端连接三极管V1的集电极，三极管的基极串接电阻R4，电阻R4连接于光电耦合器B1的输出端3脚，电阻R3连接于三极管的集电极和电阻R4之间，三极管的发射极连接比较放大电路，电压变换器输出端的负端经电容C5、电流采样电路连接稳压输出端XB2；

所述电压采样电路串接在稳压输出端XB2与接地之间；

所述电流采样电路串接在直流输入端XB1和稳压输出端XB2之间；

所述比较放大电路包括电压环路和电流环路，所述电压环路由电阻R5和电阻R11、三端可调稳压管D4依次串行接地组成，电阻R5连接三极管V1的发射极，三端可调稳压管D4将由电压采样电路提供的电压信号运算后经电阻R6、R12耦合至调整管V2的控制端实现调压；所述电流环路包括电阻R7、三端可调稳压管D2、电位器RP1和三端可调稳压管D3，电阻R7连接三极管V1的发射极，电阻R7和三端可调稳压管D2串联后经电流采样电路连接稳压输出端XB2，三端可调稳压管D2控制端由电位器RP1耦合至三端可调稳压管D3的调整端，三端可调稳压管D3调整的电压经电阻R12送至调整管V2的控制端实现限流；

所述短路保护电路包括依次串联在直流输入端XB1和稳压输出端XB2间的稳压管V5、电阻R13、光电耦合器B2、稳压管V6，光电耦合器B2的3脚经连接三端可调稳压管D3控制端经电阻R12连接至调整管V2的控制端；

    启动电路将输入的电压源送入基准电压电路，基准电压电路将调整的基准电压供比较放大电路使用；所述调整管V2的输出端串联电流采样电路，电流采样电路将采样的输出电流信号反馈给比较放大电路，电压采样电路将采样的输出电压信号反馈给比较放大电路，比较放大电路将输出电流信号和输出电压信号处理后送入调整管V2的控制端，使调整管工作在线性区，达到限流调压的目的；短路保护电路将采集的输出电压信号经光电耦合器B2处理后送入调整管V2的控制端，使调整管V2由线性区调整至关断区，达到短路保护的目的。

2.根据权利要求1所述的一种具有限流短路保护的线性稳压器，其特征是：所述光电耦合器B2的输入端和稳压管V6的输出端并联电阻R14和电容C8形成延时电路达到线性稳压器开机延时保护目的。

3.根据权利要求1所述的一种具有限流短路保护的线性稳压器，其特征是：所述电流采样电路为0.002Ω的锰铜条电阻R10，电阻R10一端经调整管V2连接直流输入端XB1，另一端连接稳压输出端XB2。

4. 根据权利要求1所述的一种具有限流短路保护的线性稳压器，其特征是：所述电压采样电路包括电阻R15、R16和电位器RP2，三端可调控制管D4控制端经电阻R16和电位器RP2串联接地，稳压输出端XB2经电阻R15串联电阻R16和电位器RP2接地。

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