CN103592991B - 用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路，主要解决现有双极型线性稳压器漏失电压过高的问题。其包括限流电路(1)和过压保护电路(2)，该限流电路(1)包括电流检测电路(11)，电平检测电路(12)和反馈电路(13)；电流检测电路(11)检测双极型稳压器中的调整管的电流，产生对应于该电流的检测电压给电平检测电路(12)，电平检测电路(12)在检测电压超过规定值时产生控制电压给反馈电路(13)，通过反馈电路产生过流保护信号控制所述稳压器的调整管电流；过压保护电路(2)检测外部输入电源并产生过压保护信号控制所述稳压器中的调整管功耗。本发明能有效地降低双极型线性稳压器的漏失电压。

Description

用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及功率限制型保护电路，可用于双极型线性稳压器中。

背景技术

线性稳压器是模拟集成电路中的一种重要产品，由于它应用广泛、使用方便、成本低、体积小、性能良好以及可靠性高，在各种电子设备中早已取代原始分立元件组装的稳压电源，而获得非常迅速的发展。线性稳压器的输出功率一般都比较大，所以在电路的设计制作上还会设计各种保护电路，如过温保护、过流保护等。

图1显示了双极型线性稳压器的系统框图，它能使外部输入电源V_in或负载在一定范围内变化时保持双极型线性稳压器的输出电压V_o不变。它主要由基准模块、运算放大器和调整管模块三部分组成，另外还有启动电路、偏置电路和保护电路等。当外部输入电源V_in或负载变化时，运算放大器的反相输入端接收从取样电阻R₁₁和R₁₂上取来的反馈信号，在和基准电压V_R比较并放大后，去控制调整管的工作点作一定的变动，从而使双极型线性稳压器的输出电压V_o保持不变。所以整个稳压器是一个闭环的负反馈系统，因此系统具有稳压功能，它的输出电压V_o只取决于基准电压和反馈系数，而与外部输入电源V_in和负载的大小无关。由于线性稳压器的输出功率比较大，而使用情况又比较多变，所以对调整管一般都有较好的功率限制性保护电路电路。

图2是传统的功率限制性保护电路原理图，其中调整管Q₂₁和调整管管Q₂₂共集电极且集电极接到外部输入电源V_in，调整管Q₂₁的发射极与调整管Q₂₂的基极相连并通过电阻R₂₂连接到双极型线性稳压器的输出电压V_o；调整管Q₂₂的发射极与NPN管Q₂₃的基极相连并通过限流电阻R₂₁连接到双极型线性稳压器的输出电压V_o；调整管Q₂₁的基极与NPN管Q₂₃的集电极相连并且连接到双极型线性稳压器的驱动电路的输出端；NPN管Q₂₃的发射极直接连接到双极型线性稳压器的输出电压V_o；齐纳二极管D₂₁负端通过电阻R₂₃连接到当外部输入电源V_in，其正端与调整管Q₂₂、NPN管Q₂₃和限流电阻R₂₁的公共端相连。由于这种传统的功率限制性保护电路中的限流电阻R₂₁直接与调整管Q₂₂的发射极相连，且限流电阻R₂₁具有温度系数，容易受温度影响，从而导致双极型线性稳压器的漏失电压升高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的双极型线性稳压器内部的限流电路的问题，提出了一种应用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路，以检测流过双极型线性稳压器中的调整管的电流并对该电流进行限制，降低线性稳压器的漏失电压，并对该调整管的输出功耗进行限制，实现电路的限流功能和过压保护功能。

为了实现上述目的，本发明包括：用于产生过流信号OCP的限流电路1，用于产生过压保护信号OVP的过压保护电路2，其特征在于：限流电路1，包括电流检测电路11，电平检测电路12和反馈电路13；

所述的电流检测电路11，其与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂的基极相连，用于检测流过第二调整管Q₂的发射极电流I_O，并产生对应于该电流的检测电压V_s，该检测电压V_s输入到电平检测电路12；

所述的电平检测电路12，其与电流检测电路11输出的检测电压V_s相连，用于在检测电压V_s超过规定值时产生控制电压V_b，该控制电压V_b通过反馈电路13，产生过流保护信号OCP，该过流保护信号OCP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q₁的基极，通过第一调整管Q₁限制流过该第二调整管Q₂的发射极电流I_O。

作为优选，上述的电流检测电路11，包括一个NPN管和两个电阻，即第一NPN管Q₃、第一电阻R₁和第二电阻R₂；

所述的第一NPN管Q₃，其集电极与外部的输入电源V_in相连，其基极与双极型线性稳压器的第二调整管Q₂和第一电阻R₁的连接点B点相连，其发射极与第二电阻R₂相连；该第一NPN管Q₃与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂形成电流镜，并将该第二调整管Q₂中的发射极电流I_O转换为第一NPN管Q₃的发射极电流I₁，该电流I₁通过第一电阻R₁和第二电阻R₂后形成相应的检测电压V_S，该检测电压V_S输入到电平检测电路12。

作为优选，上述的电平检测电路12，包括两个横向PNP管，即第一横向PNP管Q₄和第二横向PNP管Q₅；

所述的第一横向PNP管Q₄，其发射极与外部输入电源V_in相连；其基极与双极型线性稳压器中的偏置电压V_bias相连；其集电极通过限流电路1与过压保护电路2的连接点A与第二横向PNP管Q₅的发射极相连；

所述的第二横向PNP管Q₅，其基极与电流检测电路11中第一电阻R₁、第二电阻R₂和第一NPN管Q₃的公共端相连，其集电极与双极型线性稳压器的第一调整管Q₁连接；该第二横向PNP管Q₅将电流检测电路11输入的检测电压V_s转化为第二横向PNP管Q₅的发射极电流I₂，并与流过第一横向PNP管Q₄的集电极电流I₃进行比较，从而产生控制电压V_b，该控制电压V_b输入到反馈电路（13）；

作为优选，上述的反馈电路13，由一个NPN管组成，即第三NPN管Q₆；

所述的第三NPN管Q₆，其集电极与双极型线性稳压器的运算放大器产生的电压V_C相连，其基极与限流电路1和过压保护电路2的连接点A点相连，其发射极连接到双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂；该第三NPN管Q₆通过接收电平检测电路12的控制电压V_b产生过流保护信号OCP，该过流保护信号OCP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q₁的基极，通过第一调整管Q₁限制流过该第二调整管Q₂的发射极电流I_O。

作为优选，上述的过压保护电路2，包括一个齐纳二极管和一个电阻，即齐纳二极管D₁和第三电阻R₃；

所述的齐纳二极管D₁，其正端与限流电路1和过压保护电路2的结合点A点相连，其负端通过第三电阻R₃与外部输入电源V_in相连；该齐纳二极管D₁在外部输入电压高于规定值时导通，产生过压保护信号OVP，该过压保护信号OVP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q₁的基极，使第一调整管Q₁和第二调整管Q₁的总功耗限制在设定的范围内。

本发明由于在限流电路1中增加了电流检测电路11，通过该电流检测电路11检测流过双极型线性稳压器的调整管的电流，并产生对应该电流的检测电压通过电平检测电路12和反馈电路13对双极型线性稳压器中的调整管电流进行限制，实现了限流功能，降低了双极型线性稳压器的漏失电压。

附图说明

图1是双极型线性稳压器的系统框图；

图2是传统的功率限制型保护电路原理图；

图3是本发明的功率限制型保护电路框图；

图4是本发明的功率限制型保护电路原理图；

图5是本发明的功率限制型保护电路的应用实例图。

具体实施方式

以下结合附图及其实例对本发明作进一步描述。

参照图3，本发明的功率限制型保护电路包括：限流电路1和过压保护电路2，其中：

过压保护电路2，用于产生过压保护信号OVP输入给双极型线性稳压器中的第一调整管Q₁来控制第一调整管Q₁的功耗在设定的范围内；

限流电路1，包括电流检测电路11，电平检测电路12和反馈电路13。该电流检测电路11，用于检测流过双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂的发射极电流I_O，并产生对应于该电流的检测电压V_s输入到电平检测电路12；该电平检测电路12，用于在检测电压V_s超过规定值时产生控制电压V_b输出到反馈电路13；该反馈电路13，用于接收电平检测电路12输出的制电压V_b，并产生过流保护信号OCP输入给双极型线性稳压器中的第一调整管Q₁，通过第一调整管Q₁限制流过第二调整管Q₂的发射极电流I_O，保证在实现限流功能的基础上降低双极型线性稳压器的漏失电压。

参照图4，本发明的限流电路1主要包括两个NPN管，两个横向PNP管和两个电阻，即第一NPN管Q₃、第二NPN管Q₆、第一横向PNP管Q₄、第二横向PNP管Q₅、第一电阻R₁和第二电阻R₂；其中：第一NPN管Q₃的发射极与第一电阻R₁和第二电阻R₂的公共端相连，构成电流检测电路11；第一横向PNP管Q₄的集电极与第二横向PNP管Q₅的发射极相连，构成电平检测电路12；第二NPN管Q₆单独构成反馈电路13。

所述的第一NPN管Q₃，其基极与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂的基极相连，作为电流检测电路11的输入端，其集电极与外部的输入电源V_in相连，其发射极与第二电阻R₂的一端相连，作为电流检测电路11的输出端，第一电阻R₁跨接在第一NPN管Q₃的基极和发射极之间；

所述的第二电阻R₂，其一端与第一NPN管Q₃和第一电阻R₁的公共端相连，其另一端与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂的发射极相连；

所述的第一横向PNP管Q₄，其发射极与外部输入电源V_in相连，其基极与双极型线性稳压器中的偏置电压V_bias相连，其集电极通过限流电路1与过压保护电路2的连接点A与第二横向PNP管Q₅的发射极相连，作为电平检测电路12的输出端；

所述的第二横向PNP管Q₅，其基极与电流检测电路11的输出端相连，其集电极与双极型线性稳压器的第二调整管Q₂的发射极连接，其发射极与限流电路1与过压保护电路2的连接点A相连；

所述的第二NPN管Q₆，其集电极与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂的基极相连，作为反馈电路13的输出端，其基极与第一横向PNP管Q₄和第二横向PNP管Q₅的公共端相连，作为反馈电路13的输入端，其发射极连接到双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂。

本发明的过压保护电路2，包括一个齐纳二极管和一个电阻，即齐纳二极管D₁和第三电阻R₃；

所述的齐纳二极管D₁的负端通过第三电阻R₃与外部输入电源V_in相连，其正端接入到限流电路1中的第二NPN管Q₆的基极；

本发明作为一种功率限制型保护电路，主要用于双极型线性稳压器中对其调整管的电流和功耗进行限制，以降低双极型线性稳压器的漏失电压，其应用实例如图5所示。

参照图5，本发明的功率限制型保护电路的应用实例，包括限流电路1、过压保护电路2、启动电路3、基准模块4、运算放大器5、偏置模块6、取样电路7和调整管模块8，其中：

过压保护电路2，其齐纳二极管D₁的负端通过第三电阻R₃与外部输入电源V_in相连，其正端接入到限流电路1中的第二NPN管Q₆的基极；

启动电路3，其输入端与外部输入电源V_in相连，其输出端输出启动信号V_on连接到基准模块4的输入端；

基准模块4，其输出端输出基准电压V_ref连接到运算放大器5的正向输入端；

运算放大器5，其负向输入端与取样电路7输出的取样电压V_q相连，其输出端的输出电压V_C与限流电路1中的第二NPN管Q₆的集电极相连；

偏置模块6，其输入端与外部输入电源V_in相连，其输出端输出的偏置电压V_bias输入到限流电路1中的第一横向PNP管Q₄的基极；

取样电路7，其输入端与双极型线性稳压器的输出电压V_o相连，其输出端输出取样电压V_q；

调整管模块8，其第一调整管Q₁的集电极连接到外部输入电源V_in，其基极与限流电路1中的第二NPN管Q₆的集电极相连，其发射极与第二调整管Q₂的基极相连；该调整管模块8中的第二调整管Q₂的集电极连接到外部输入电源V_in，其基极与限流电路1中的第一NPN管Q₃的基极相连，其发射极作为双极型线性稳压器的输出电压V_o。

当双极型线性稳压器的负载为轻载或空载时，调整管模块8中的第二调整管Q₂的发射极电流I_O小于限流值I_M，此时，第一NPN管Q₃、齐纳二极管D₁以及第三电阻R₃的存在并不影响第一调整管Q₁和第二调整管Q₂的工作；当双极型线性稳压器的负载为重载时，第二调整管的发射极电流I_O将增大，当第二调整管的发射极电流I_O增大到超过限流值I_M时，使得第一NPN管Q₃的发射极电流I₁也随之增加，在通过第一电阻R₁和第二电阻R₂后形成相应的检测电压V_S增大；该检测电压V_S输入到限流电路1中的第二横向PNP管Q₅基极，使得第二横向PNP管Q₅的发射极电流I₂减小；由于第二横向PNP管Q₅的发射极电流I₂减小，导致其集电极输出的控制电压V_b增大；该控制电压V_b使得第二NPN管Q₆的导通能力增加，因而降低了运算放大器5的输出电压V_C；该输出电压V_C连接到第一调整管Q₁的基极，通过第一调整管Q₁使第二调整管Q₂的基极电压V_B降低，从而减小了第二调整管Q₂的发射极电流I_O，实现限流功能；同时，由于限流电路1没有直接从第二调整管Q₂的发射极采样其发射极电流I_O，故可降低双极型线性稳压器的漏失电压。

当双极型线性稳压器的外部输入电源V_in增加时，其与双极型稳压器的输出电压V_o之间的差值也随之增大，尽管调整管模块8中的第二调整管Q₂的发射极电流I_O受到限制，但第一调整管Q₁和第二调整管Q₂调整管上的总功耗P仍在增加，所以还需要对外部输入电源V_in和双极型稳压器的输出电压V_o之间差值进行限制，使第一调整管Q₁和第二调整管Q₂上的总功耗P小于最大功耗P_M；当外部输入电源V_in上升到超过设定值V_M时，过压保护电路2中的齐纳二极管D₁被击穿，使得限流电路1中的第二NPN管Q₆导通，从而减小流过调整管模块8中第二调整管Q₂的发射极电流I_O，降低了第一调整管Q₁和第二调整管Q₂上的总功耗P，使其总功耗限制在设定的范围内。

由上述工作原理可知，本发明所设计的功率限制型保护电路，当双极型线性稳压器的负载由轻载或空载转换为重载时，由于限流电路1中的电流检测电路11、电平检测电路12和反馈电路13共同工作，因而在实现限流功能的基础上降低了双极型线性稳压器的漏失电压；当双极型线性稳压器的外部输入电源V_in上升到超过设定值V_M时，通过其过压保护电路2中的齐纳二极管D₁导通，保证了调整管模块8中的第一调整管Q₁和第二调整管Q₂上的总功耗P始终在设定范围之内。

以上所述仅是本发明的一个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (3)

1.一种用于双极型线性稳压器的功率限制型保护电路，包括：用于产生过流信号OCP的限流电路(1)和用于产生过压保护信号OVP的过压保护电路(2)，其特征在于：限流电路(1)，包括电流检测电路(11)，电平检测电路(12)和反馈电路(13)；

所述的电流检测电路(11)，其与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂的基极相连，用于检测流过第二调整管Q₂的发射极电流I_O；该电流检测电路(11)，包括一个NPN管和两个电阻，即第一NPN管Q₃、第一电阻R₁和第二电阻R₂；该第一NPN管Q₃，其集电极与外部的输入电源V_in相连，其基极与双极型线性稳压器的第二调整管Q₂和第一电阻R₁的连接点B点相连，其发射极与第二电阻R₂相连；该第一NPN管Q₃与双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂形成电流镜，并将该第二调整管Q₂中的发射极电流I_O转换为第一NPN管Q₃的发射极电流I₁，该电流I₁通过第一电阻R₁和第二电阻R₂后形成相应的检测电压V_S，该检测电压V_S输入到电平检测电路(12)；

所述的电平检测电路(12)，其与电流检测电路(11)输出的检测电压V_s相连，用于在检测电压V_s超过规定值时产生控制电压V_b，该控制电压V_b通过反馈电路(13)，产生过流保护信号OCP，该过流保护信号OCP连接到双极型线性稳压器中的第一调整管Q₁的基极，通过第一调整管Q₁限制流过第二调整管Q₂的发射极电流I_O；

上述电平检测电路(12)，包括两个横向PNP管，即第一横向PNP管Q₄和第二横向PNP管Q₅；其中，第一横向PNP管Q₄，其发射极与外部输入电源V_in相连；其基极与双极型线性稳压器中的偏置电压V_bias相连；其集电极通过限流电路(1)与过压保护电路(2)的连接点A与第二横向PNP管Q₅的发射极相连；第二横向PNP管Q₅，其基极与电流检测电路(11)中第一电阻R₁、第二电阻R₂和第一NPN管Q₃的公共端相连，其集电极与双极型线性稳压器的第一调整管Q₁连接；该第二横向PNP管Q₅将电流检测电路(11)输入的检测电压V_s转化为第二横向PNP管Q₅的发射极电流I₂，并与流过第一横向PNP管Q₄的集电极电流I₃进行比较，从而产生控制电压V_b输入到反馈电路(13)，产生过流保护信号OCP。

2.根据权利要求1所述的功率限制型保护电路，其特征在于反馈电路(13)，由一个NPN管组成，即第二NPN管Q₆；该第二NPN管Q₆，其集电极与双极型线性稳压器的运算放大器产生的电压V_C相连，其基极与限流电路(1)和过压保护电路(2)的结合点A点相连，其发射极连接到双极型线性稳压器中的第二调整管Q₂；该第二NPN管Q₆通过接收电平检测电路(12)的控制电压V_b产生过流保护信号OCP，该过流保护信号OCP输入到双极型线性稳压器的第一调整管Q₁基极，通过第一调整管Q₁限制流过该第二调整管Q₂的发射极电流I_O。

3.根据权利要求1所述的功率限制型保护电路，其特征在于过压保护电路(2)，包括一个齐纳二极管和一个电阻，即齐纳二极管D₁和第三电阻R₃；该齐纳二极管D₁，其正端与限流电路(1)和过压保护电路(2)的连接点A点相连，其负端通过第三电阻R₃与外部输入电源V_in相连；当外部输入电压高于规定值时齐纳二极管D₁导通，产生过压保护信号OVP，该过压保护信号OVP输入到双极型线性稳压器，将其中的第一调整管Q₁和第二调整管Q₂的总功耗限制在设定的范围内。