CN104079172A - 适用于开关电源的高稳定性内部供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其包括降压模块、稳压模块、输出模块、模拟电路供电端口和数字电路供电端口。其中电源直接供电给降压模块，降压模块将降低后的电压输入到稳压模块。稳压模块输出稳定电压到输出模块，输出模块通过隔离的不同端口为模拟电路和数字电路供电。本发明适用于开关电源内部电路系统的工作供电，其包含的降压模块和稳压模块允许输入电压在很大范围内变化，并且使供电电路的输出不受温度变化的影响。在本发明的输出模块中采用数模系统隔离供电方式，有效降低了两系统工作时相互间的干扰。可见，本发明能够为开关电源内部电路系统稳定供电，并表现出良好的电源性能。

Description

适用于开关电源的高稳定性内部供电电路

技术领域

本发明涉及开关电源系统设计，尤其涉及的是，一种开关电源内部供电电路设计。 

背景技术

目前开关电源广泛应用于各种电子设备中，但开关电源的内部电路系统运行同样需要供电支持。传统的开关电源内部供电电路主要采用低压差线性稳压器结构。低压差线性稳压器的基准电压源包含晶体三极管，使得开关电源的内部供电电路体积较大，并且电路复杂。低压差线性稳压器使用同一个端口为模拟电路模块和数字电路模块供电，而数字电路模块产生的信号抖动会影响模拟电路模块的工作。针对上述问题，有必要对开关电源的内部供电电路设计方案进行改进。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供适用于开关电源的高稳定性内部供电电路。 

本发明的技术方案如下：适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其包括降压模块、稳压模块、输出模块、模拟电路供电端口和数字电路供电端口。其中电源直接供电给降压模块，降压模块将降低后的电压输入到稳压模块。稳压模块输出稳定电压到输出模块，输出模块将模拟电路和数字电路的供电隔离并通过不同端口输出。 

适用于开关电源的高稳定性内部供电电路中，降压模块包括电源输入端口、公共接地端口、降压输出端口、1号电阻、2号电阻和1号稳压二极管。降压模块还包含1至6号LDMOS管、1至4号MOS管。其中电源输入端连接1号电阻的上端，并连接1号LDMOS管的源极。1号LDMOS管的栅极连接2号LDMOS管的栅极，1号LDMOS管的漏极连接4号LDMOS管的漏极。2号LDMOS管的源极连接电源输入端口，2号LDMOS管的漏极连接5号LDMOS管的漏极。3号LDMOS管的漏极连接1号电阻的下端，3号LDMOS管的源极连接1号MOS管的漏极。4号LDMOS管的栅极连接3号LDMOS管的栅极，4号LDMOS管的源极连接2号MOS管的漏极。5号LDMOS管的栅极连接6号LDMOS管的栅极，5号LDMOS管的源极连接1号二极管的阴极。6号LDMOS管的漏极连接2号LDMOS管的源极，6号LDMOS管的源极连接降压输出端口。 

降压模块中，1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，1号MOS管的源极连接3号MOS管的漏极。2号MOS管的的栅极连接3号LDMOS管的源极，2号MOS管的源极连接2号电阻的上端。3号MOS管的栅极连接1号MOS管的源极，3号MOS管的源极连接公共接地端口。4号MOS管的漏极连接1号二极管的阳极，4号MOS管的源极连接公共接地端口。 

适用于开关电源的高稳定性内部供电电路中，稳压模块包括降压输入端口、公共接地端口、稳压输出端口、3号电阻、4号电阻、5号电阻、2号二极管、1至5号MOS管。其中降压输入端口连接3号电阻的上端，并连接4号MOS管的漏极。1号MOS管的漏极连接3号电阻的下端，1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极。2号MOS管的漏极连接4号MOS管的漏极，2号MOS管的源极连接4号电阻的上端。3号MOS管的漏极连接1号MOS管的源极，3号MOS管的源极连接公共接地端口。4号MOS管的栅极连接5号MOS管的栅极，4号MOS管的源极连接降压输入端口。5号MOS管的栅极连接2号MOS管的漏极，5号MOS管的漏极连接稳压输出端口。2号二极管的阴极连接5号MOS管的漏极，2号二极管的阳极连接5号电阻的上端。5号电阻的下端连接公共接地端口。 

适用于开关电源的高稳定性内部供电电路中，输出模块包括降压输入端口、稳压输入端口、公共接地端口、模拟电路供电端口、数字电路供电端口、1号MOS管、2号MOS管、6号电阻、1号电容。其中降压输入端口连接1号MOS管的漏极，稳压输入端口连接1号MOS管的栅极。1号MOS管的源极连接数字电路供电端口，并连接6号电阻的上端。2号MOS管的源极连接1号MOS管的源极，2号MOS管的漏极连接模拟电路供电端口。1号电容的上端连接2号MOS管的漏极，1号电容的下端连接2号MOS管的栅极。6号电阻的下端连接2号MOS管的栅极，并连接公共接地端口。 

    本发明适用于开关电源内部电路系统的工作供电。其包含的降压模块和稳压模块允许输入电压在很大范围内变化，并且使供电电路的输出不受温度变化的影响。在本发明的输出模块中采用模拟电路系统和数字电路系统分别供电方式，有效降低了两系统工作时相互间的干扰。由于在电路设计中没有使用基准电压源结构，电路的体积和复杂度均明显降低。可见，本发明能够在电路体积和复杂度降低的情况下为开关电源内部电路系统稳定供电，并表现出良好的电源性能。 

附图说明

图1为本发明的模块关系方框图； 

图2为本发明的降压模块电路结构图；

图3为本发明的稳压模块电路结构图；

图4为本发明的输出模块电路结构图；

图5为本发明的整体系统电路结构图；

图6为本发明在不同工作条件下输出电压波形图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。 

需要说明的是，当某一元件固定于另一个元件，包括将该元件直接固定于该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件固定于该另一个元件。当一个元件连接另一个元件，包括将该元件直接连接到该另一个元件，或者将该元件通过至少一个居中的其它元件连接到该另一个元件。 

如图1所示，适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其包括降压模块、稳压模块、输出模块、模拟电路供电端口和数字电路供电端口。其中电源为降压模块提供电压Vin，降压模块将降低后的电压Vlw输入到稳压模块。稳压模块输出稳定电压Vtz到输出模块，输出模块将模拟电路和数字电路的供电电压Avdd和Dvdd隔离并通过不同端口输出。 

如图2所示，降压模块包括电源输入端口VIN、公共接地端口VSS、降压输出端口VLW、电阻R1、电阻R2和稳压二极管D1。降压模块还包含LDMOS管MD1至MD6、MOS管ML1至ML4。其中电源输入端口VIN连接电阻R1的上端，并连接LDMOS管MD1的源极。LDMOS管MD1的栅极连接LDMOS管MD2的栅极，LDMOS管MD1的漏极连接LDMOS管MD4的漏极。LDMOS管MD2的源极连接电源输入端口VIN，LDMOS管MD2的漏极连接LDMOS管MD5的漏极。LDMOS管MD3的漏极连接电阻R1的下端，LDMOS管MD3的源极连接MOS管ML1的漏极。LDMOS管MD4的栅极连接LDMOS管MD3的栅极，LDMOS管MD4的源极连接MOS管ML2的漏极。LDMOS管MD5的栅极连接LDMOS管MD6的栅极，LDMOS管MD5的源极连接二极管D1的阴极。LDMOS管MD6的漏极连接LDMOS管MD2的源极，LDMOS管MD6的源极连接降压输出端口VLW。 

在降压模块中，MOS管ML1的栅极连接MOS管ML2的栅极，MOS管ML1的源极连接MOS管ML3的漏极。MOS管ML2的的栅极连接LDMOS管MD3的源极，MOS管ML2的源极连接电阻R2的上端。MOS管ML3的栅极连接MOS管ML1的源极，MOS管ML3的源极连接公共接地端口VSS。MOS管ML4的漏极连接二极管D1的阳极，MOS管ML4的源极连接公共接地端口VSS。 

如图3所示，稳压模块包括降压输入端口VLW、公共接地端口VSS、稳压输出端口VTZ、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D2、MOS管MS1至MS5。其中降压输入端口VLW连接电阻R3的上端，并连接MOS管MS4的漏极。MOS管MS1的漏极连接电阻R3的下端，MOS管MS1的栅极连接MOS管MS2的栅极。MOS管MS2的漏极连接MOS管MS4的漏极，MOS管MS2的源极连接电阻R4的上端。MOS管MS3的漏极连接MOS管MS1的源极，MOS管MS3的源极连接公共接地端口VSS。MOS管MS4的栅极连接MOS管MS5的栅极，MOS管MS4的源极连接降压输入端口VLW。MOS管MS5的栅极连接MOS管MS2的漏极，MOS管MS5的漏极连接稳压输出端口VTZ。二极管D2的阴极连接MOS管MS5的漏极，二极管D2的阳极连接电阻R5的上端。电阻R5的下端连接公共接地端口VSS。 

如图4所示，输出模块包括降压输入端口VLW、稳压输入端口VTZ、公共接地端口VSS、模拟电路供电端口AVDD、数字电路供电端口DVDD、MOS管MT1、MOS管MT2、电阻R6、电容C1。其中降压输入端口VLW连接MOS管MT1的漏极，稳压输入端口VTZ连接MOS管MT1的栅极。MOS管MT1的源极连接数字电路供电端口DVDD，并连接电阻R6的上端。MOS管MT2的源极连接MOS管MT1的源极，MOS管MT2的漏极连接模拟电路供电端口AVDD。电容C1的上端连接MOS管MT2的漏极，电容C1的下端连接MOS管MT2的栅极。电阻R6的下端连接MOS管MT2的栅极，并连接公共接地端口VSS。 

如图5所示，开关电源内部供电电路的整体系统包括三个模块。其中电源通过电源输入端口VIN为降压模块提供宽范围的输入电压。降压模块的输出端口VLW输出MOS管可承受电压Vlw，并且Vlw的值为Vd1+Vml4。其中Vd1为稳压二极管D1的压降，Vml4为MOS管ML4的栅极与源极的电压差。 

降压模块将其输出作为输入给稳压模块，即两模块通过端口VLW连接。稳压模块输出稳定电压Vtz，并且Vtz的值为Vd2+Vx×R5/R4。其中Vd2为稳压二极管D2的压降，Vx为MOS管的阈值电压，R4和R5为相应电阻的阻值。 

输出模块与稳压模块通过端口VTZ连接。稳压模块通过MOS管MT2和电容C1将数字电路供电端口与模拟电路供电端口进行隔离。输出模块的供电电压值为Vd2-(1-R5/R4)×Vx，其中Vd2为稳压二极管D2的压降，Vx为MOS管的阈值电压，R4和R5为相应电阻的阻值。由于输出模块的供电电压的大小仅由电路固定参数决定，所以其输出稳定且受环境温度变化和输入电压变化的影响很小。 

如图6所示，当电源电压Vin为15V，端口DVDD输出电流为2mA，端口AVDD输出电流为6mA，在-40摄氏度至150摄氏度的环境温度变化范围内，开关电源内部供电电路的输出电压变化如图6左边所示。图6左边分别显示了数字电路供电端口DVDD和模拟电路供电端口AVDD的输出电压变化。由图中曲线可以看出两端口输出电压的变化范围在11mV左右，可见环境温度的变化对开关电源内部供电电路的输出电压的影响极小。 

当环境温度为30摄氏度，端口DVDD输出电流为2mA，端口AVDD输出电流为6mA，在5V至35V的电源电压Vin变化范围内，开关电源内部供电电路的输出电压变化如图6右边所示。图6右边分别显示了在电源电压Vin变化的情况下，数字电路供电端口DVDD和模拟电路供电端口AVDD的输出电压变化。由图中曲线可以看出两端口输出电压的变化范围在8mV左右，可见电源电压的变化对开关电源内部供电电路的输出电压的影响极小。 

进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的适用于开关电源的高稳定性内部供电电路。 

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

Claims (8)

1.适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，其包括降压模块、稳压模块、输出模块、模拟电路供电端口和数字电路供电端口;

 电源直接供电给降压模块，降压模块将降低后的电压输入到稳压模块;

 稳压模块输出稳定电压到输出模块;

 输出模块将模拟电路和数字电路的供电隔离并通过不同端口输出。

2.根据权利要求1所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，降压模块包括电源输入端口、公共接地端口、降压输出端口、1号电阻、2号电阻和1号稳压二极管;

降压模块还包含1至6号LDMOS管、1至4号MOS管。

3.根据权利要求2所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，电源输入端连接1号电阻的上端，并连接1号LDMOS管的源极;

1号LDMOS管的栅极连接2号LDMOS管的栅极，1号LDMOS管的漏极连接4号LDMOS管的漏极;

2号LDMOS管的源极连接电源输入端口，2号LDMOS管的漏极连接5号LDMOS管的漏极;

3号LDMOS管的漏极连接1号电阻的下端，3号LDMOS管的源极连接1号MOS管的漏极;

4号LDMOS管的栅极连接3号LDMOS管的栅极，4号LDMOS管的源极连接2号MOS管的漏极;

5号LDMOS管的栅极连接6号LDMOS管的栅极，5号LDMOS管的源极连接1号二极管的阴极;

6号LDMOS管的漏极连接2号LDMOS管的源极，6号LDMOS管的源极连接降压输出端口。

4.根据权利要求2所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极，1号MOS管的源极连接3号MOS管的漏极；

2号MOS管的的栅极连接3号LDMOS管的源极，2号MOS管的源极连接2号电阻的上端；

3号MOS管的栅极连接1号MOS管的源极，3号MOS管的源极连接公共接地端口；

4号MOS管的漏极连接1号二极管的阳极，4号MOS管的源极连接公共接地端口。

5.根据权利要求1所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，稳压模块包括降压输入端口、公共接地端口、稳压输出端口、3号电阻、4号电阻、5号电阻、2号二极管、1至5号MOS管。

6.根据权利要求5所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，降压输入端口连接3号电阻的上端，并连接4号MOS管的漏极；

1号MOS管的漏极连接3号电阻的下端，1号MOS管的栅极连接2号MOS管的栅极；

2号MOS管的漏极连接4号MOS管的漏极，2号MOS管的源极连接4号电阻的上端；

3号MOS管的漏极连接1号MOS管的源极，3号MOS管的源极连接公共接地端口；

4号MOS管的栅极连接5号MOS管的栅极，4号MOS管的源极连接降压输入端口；

5号MOS管的栅极连接2号MOS管的漏极，5号MOS管的漏极连接稳压输出端口；

2号二极管的阴极连接5号MOS管的漏极，2号二极管的阳极连接5号电阻的上端；

5号电阻的下端连接公共接地端口。

7.根据权利要求1所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，输出模块包括降压输入端口、稳压输入端口、公共接地端口、模拟电路供电端口、数字电路供电端口、1号MOS管、2号MOS管、6号电阻、1号电容。

8.根据权利要求7所述适用于开关电源的高稳定性内部供电电路，其特征在于，降压输入端口连接1号MOS管的漏极，稳压输入端口连接1号MOS管的栅极；

1号MOS管的源极连接数字电路供电端口，并连接6号电阻的上端；

2号MOS管的源极连接1号MOS管的源极，2号MOS管的漏极连接模拟电路供电端口；

1号电容的上端连接2号MOS管的漏极，1号电容的下端连接2号MOS管的栅极；

6号电阻的下端连接2号MOS管的栅极，并连接公共接地端口。