CN103529894A

CN103529894A - 一种双输入低压差稳压器

Info

Publication number: CN103529894A
Application number: CN201310508663.XA
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Suzhou Baker Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-01-22

Abstract

一种双输入低压差稳压器，有可转换冗余的输入端，它在转换到冗余输入的之前、期间和之后都具有低压差。在一个优选的实例中，发明的稳压器包括两个被误差放大器的输出控制的晶体管，还有一个冗余输入电压源。当第一输入电压大于第二输入电压时，第一晶体管导通。当第二输入电压大于第一输入电压时，另一个晶体管导通。当两端的电压相等时，两个晶体管同时导通。在一个优选的实例中，一个输入电压是由电池提供的，另一个是由被电池充电了的储存电容提供的。当电池失效时，储存电容会放电，因此在电池失效的情况下作为一个时变的冗余电压源。

Description

一种双输入低压差稳压器

技术领域

本发明涉及一种能够自身切换冗余输入电压的稳压电路。更具体地，本发明涉及能够自身切换冗余输入的具有低压差而与输入信号大小无关的稳压电路。

背景技术

一个典型的传统的集成电路稳压器展示在图1中。一个误差放大器（放大器1）来比较参考电压VR（图1的例子中为1.25伏）和一个正比于输出电压的信号。放大器的输出控制一个输出电流流过的晶体管（PNP晶体管2），通过调整晶体管，输出电压（V_out）能够等于一个参考电压的固定倍数（kVR）。源电压（有时在本文中称为“输入电压”），被提供给晶体管的发射极。

一个稳压器的特征在于它的“压差”，就是最低的源电压，能够允许稳压器输出电压保持在一个上述的参考电压固定倍数的恒定的值kVR。

在传统的图1的电路中，一个冗余源电压（VIN）被提供到晶体管2的发射极。源电压在这里是冗余的，源电压通常从电池通过一个二极管D被提供（在这里被表示为VBAT），但是如果电池失效了，提供到晶体管2的源电压就是时变的电容C₁的电压V_C（在电容C₁放电时V_C会变化）。利用二极管D切换到冗余输入电压V_C是不希望的，因为它会导致图1电路具有较高的压差。

直到本发明的出现，才知道如何用可切换的冗余输入来构建一个低压差稳压器，在切换到冗余输入之前，期间和之后都具有一个低压差。

发明内容

本发明的稳压器包括被一个误差放大器的输出所控制的两个晶体管还有冗余输入电压源“VBAT”和“VCC”。

本发明的技术解决方案是：

当VBAT大于VCC时，第一晶体管导通，当VCC大于VBAT时，另一个晶体管导通，当VCC和VBAT相等时，两个晶体管都导通。

在优选的实施例中，VBAT由电池提供，VCC由电池充电的储存电容提供。当电池失效时，储存电容放电。因此在电池失效的情况下作为一个时变的冗余电压源。

对比专利文献：CN200979668Y 一种双低压差线性稳压器电路200620163360。

附图说明：

图1是一个常规冗余输入稳压器的示意性电路图。

图2是本发明的一个优选实施例的稳压器的示意性电路图。

图3是本发明的另一个优选实施例的稳压器的示意性电路图。

图4是体现本发明的一个稳压器的典型的输入和输出电压的特性的曲线图。

具体实施方式：

图2是本发明的一个优选实施例的稳压器的示意性电路图。参考电压信号被提供到传统误差放大器1的同相输入端4。顺序通道半导体管Q1的基极和顺序通道半导体管Q2的基极连接到误差放大器1的输出端。

晶体管Q1的集电极10通过电阻R₁₀连接到误差放大器1的反相输入端5。同样的晶体管Q2的集电极11通过电阻R₁₀连接到误差放大器1的反相输入端5。一个正比于输出电压V_out的信号（V_f）通过电阻R₁₀反馈到误差放大器1的反相输入端5。放大器1比较端子4和5处的电压信号，并且产生一个输出信号，它的大小正比于参考电压VR和电压信号V_f的差值，来控制晶体管Q1和Q2的基极。输出电压端V_out通过外部电容C₂连接到高于地电势，并且电阻R₁₁连接在地电势和节点V_f之间。电压源V_B连接到误差放大器1的偏置端14，为了以传统方式来给误差放大器1提供偏置电流。

假设一开始晶体管Q1的发射极的电势足够高，晶体管Q1导通，如果提供到放大器1的输入端5的电压增加，超过参考电压VR（在图1中等于1.25伏，而不一定需要等于1.25伏），那么放大器1的输出会增加提供到晶体管Q1基极的电压，因而减小了V_BE并且减小了通过晶体管Q1的电流，直到V_out减小到所需的输出值kVR。同样的，如果提供到放大器1的输入端5的电压减小到低于VR，那么放大器1的输出会减小提供到晶体管Q1基极的电压，因而增加了V_BE并且增大了通过晶体管Q1的电流，并且抬高V_out到所需的输出值kVR。在一个模式下，晶体管Q2导通时，放大器1的输出端12通过电阻R₁₀进行反馈，晶体管Q2的基极13让放大器1以与控制晶体管Q1相同的方式控制Q2。

由于存储电容器C₁和晶体管Q2的发射极（还有电容C₁和晶体管Q1的发射极之间的二极管）之间的二极管D₁₀的存在下，只有当VBAT是大于或等于VCC，电流将流过晶体管Q2。如果VCC大于VBAT，那么电流将流过晶体管Q1 ，而没有明显的电流将流经晶体管Q2 。在一种模式，其中VCC等于VBAT，电流将流过两个晶体管Q1和Q2 。

如果VBAT最初是大于VCC，VBAT通过二极管D₁₀给存储电容C₁充电，直到VCC等于VBAT减去二极管D₁₀两端的电压降。如果VBAT下降到低于VCC（例如，与VBAT相关的电池出现故障），电容C₁会放电，并且相关联的、随时间变化的电压将导致电流不再流过晶体管Q2后，晶体管Q1保持导通。

图2的电路基本上工作在相同的低压差和相同的稳定性下，无论VCC和VBAT相对的大小，还有在VBAT突然减小的情况之前、期间或之后。图3的电路与图2中的电路共同具有这样的特性。另外，图3中发明的实施例包括额外的电路成分，来增加电路在更宽的范围内的工作模式下的稳定性。

图3电路包括晶体管Q1和Q2，电阻R ₁₀和R ₁₁，外部储存电容C ₁，一个参考电压源VR，还有输入电压源VBAT，如图2中相应的元件连接。二极管D ₁和电阻R ₃包含一个给电容C ₁的充电电路，对应于图2中的二极管D ₁₀。齐纳二极管D ₂连接在电压源VCC和晶体管Q1的发射极，相比没有齐纳二极管D ₂，能够使用体积更小，更便宜的电容C ₁。

误差放大器6与图2中的误差放大器1执行相同的功能，但是这样连接到其他电路元件，使得它的输出驱动能力被偏置端14的偏置电流的大小所控制，并且随着输出端12的误差放大器的输出而发生变化。另一个误差放大器6的偏置端20连接至地电势。误差放大器6具有常规设计，同样误差放大器1也是。

在端子14的放大器16的偏置电流的大小是由多集电极PNP晶体管Q3和Q4的状态决定的。晶体管Q3和Q4的集成电路制造在本领域中是以公知的方式构造的。晶体管Q3和Q4的发射极分别连接到晶体管Q1和Q2的发射极。晶体管Q3的第一集电极15连接到经过Q4的第一集电极17和晶体管Q1与Q2的基极。晶体管Q3的第二集电极16连接到晶体管Q3的基极和误差放大器6的偏置端14。晶体管Q4的第二集电极18连接到晶体管Q4的基极和误差放大器6的偏置端14。

晶体管Q3和Q4以电流镜的方式来提高图3电路的稳定性，通过使误差放大器的偏置电流的大小（在偏置端14）正比于误差放大器输出电流（在输出端12）。对于那些在本领域的普通技术人员，从本说明书中这将是明显的关于如何设计和构造的替代装置，用于执行图3中由晶体管Q3和Q4的电流镜功能。

本发明的任一实施例的电路的典型特征响应曲线列于图4。图4假定存储电容C ₁的取值范围为200至500微法，VR和电阻R₁₀和R₁₁的选择，使所需的输出电压（kVR）是5伏。图4中曲线A所示表示输入电压VBAT，曲线B表示冗余输入电压（VCC）（存储电容两端的电压），曲线C表示输出电压V _out。假设VBAT和VCC最初为零，当VBAT上升到12伏时，输出电压V _out将迅速上升到5伏（小于10毫秒），VCC将呈指数上升至略小于12伏的电平。由于VBAT超过VCC，在这期间，晶体管Q1和Q2中的第一个（Q1在图2和图3中）在这个期间会导通。在t = 60毫秒，VBAT开始突然下降到零（在图4中所示），或低于零的值。然而，由于存储电容相关联的相对长的时间常数，VCC将保持电路的压差，直到t = 116毫秒以上，从而使输出电压V _out将不会下降到低于5伏，直到t = 116毫秒。在t = 60毫秒到t= 116毫秒期间，晶体管Q1和Q2中的另一个（Q2在图2和图3）将导通。如果差分压差V _DO被定义为压差（在图4的例子中约5.3伏）与所需的输出电压（在图4的例子中为5伏）之间的差，那么在图4的例子中，V _DO等于大约300mV。

极低的差分压差，通常在200mV至700mV的（在此范围内的输出电流和线路的工作温度依赖于特定的值）范围内，是本发明的电路的特征。即使是在工作模式（因为图形简单，所以不显示在图4），其中VBAT慢慢降低到所需的输出电压水平，但是仍然高于VCC，当VBAT超过了压差，（对比图4的例子中，发生在t = 60毫秒到t = 120毫秒期间的工作模式），本发明的电路的差分压差会保持非常低，通常在200mV至700mV的范围内。

在图3的实施例中，存储电容C ₁选择在200至500微法，二极管D ₁的反向击穿电压大于50伏，电阻R ₃的值范围为200至500欧姆，齐纳二极管D ₂的反向击穿电压范围为16至18伏。VBAT通常是小于26伏，输出电容C ₂通常是10微法。并且（当输入电压超过压差）输出电压V _out因此通常在0.5伏或更低，或所希望的电压（kVR）的取值范围为5.0到10.0伏，在一个200mV至700mV的差分压差下，提供的输出电流（在V _out端）最高不超过约300mV，并且电路的工作温度保持在范围从大约—(40^。C)至+125^。C。

图2和图3实施例中（或变化）将以集成电路的形式实现。对于那些在本领域的普通技术人员，从本说明书中这将是显而易见的。然而，这些实施例中（或变化）可以采用分立电路元件来替代实现。

本领域技术人员也会理解，本发明可以不同于上述的实例，所描述的实例仅为了说明的目的，而不是限制性的，并且本发明仅由权利要求限定范围。

Claims

1.一种双输入低压差稳压器，其特征是：有可转换冗余输入端的双输入低压差稳压器，包括：来提供输出电压的输出端；来提供参考电压的参考电压源；第一可变电流装置，用来产生一个第一电流输出信号，它的大小变化响应于第一输入电压和一个控制信号；第二可变电流装置，用来产生一个第二电流输出信号，它的大小变化响应于第二输入电压和所述控制信号；通过比较参考电压信号和第一电流输出信号与第二电流输出信号，来产生控制信号的装置；其中第一可变电流装置包括一个第一晶体管，它有一个第一发射极，用来接收第一输入电压信号，还有一个第一基极来接收控制信号，其中第二可变电流装置包括一个第二晶体管，它有一个第二发射极，用来接收第二输入电压信号，还有一个第二基极来接收控制信号；其中元件（e）是一个误差放大器，包括第一输入端，用来接收参考电压，还包括第二输入端，用来接收反馈信号，它的大小变化响应于第一电流输出信号和第二电流输出信号；其中还包括：（f）来提供第一输入电压信号的电池；（g）来提供第二输入电压信号的储存电容；（h）防止当第二电压信号超过第一电压信号时，电流从储存电容流到第一可变电流装置的装置；其中控制信号大小的变化响应于在元件（e）偏置端的偏置电流，并且同样包括：（j）按照偏置电流的幅度正比于控制信号幅度的方式，来产生偏置电流的装置；其中元件（j）包括连接在元件（c）与（d）和元件（e）的偏置端之间的电流镜装置。

2.根据权利要求1中的一种双输入低压差稳压器，其特征是：有可转换冗余输入端的双输入低压差稳压器，包括：一个用来提供输出电压的输出端；一个用来提供第一输入电压信号的第一输入电压端；一个用来提供第二输入电压信号的第二输入电压端；一个参考电压源；第一可变电流装置连接在第一输入电压端和输出端之间，能够产生一个第一电流输出信号，它的大小变化响应于第一输入电压和一个控制信号；第二可变电流装置连接在第二输入电压端和输出端之间，能够产生一个第二电流输出信号，它的大小变化响应于第二输入电压和一个控制信号；控制装置，通过产生控制信号，来控制第一输出电流信号和第二输出电流信号，控制信号的幅值正比于参考电压和正比于输出电压的一个信号两者的差值；其中控制信号大小的变化响应于在控制装置的偏置端的偏置电流，并且同样包括：按照偏置电流的幅度正比于控制信号幅度的方式，来产生偏置电流的装置；其中第一可变电流装置包括一个第一晶体管，它电耦合到第一输入电压端，第二可变电流装置包括一个第二晶体管，它电耦合到第二输入电压端；其中第一晶体管有一个第一发射极，用来接收第一输入电压信号，还有一个第一基极来接收控制信号，其中第二晶体管有一个第二发射极，用来接收第二输入电压信号，还有一个第二基极来接收控制信号；其中第二晶体管还包括一个集电极，第二输出电流从这里出现；也包括：来提供第一输入电压信号的电池；来提供第二输入电压信号的储存电容；也包括一个充电电路，用于从电池给存储电容充电；所述充电电路包括一个二极管，以防止大量电流从所述存储电容流到第一可变电流的装置。