CN107179799B - 稳压电路 - Google Patents

Abstract

本发明的稳压电路(1)对电源(2)输出的电压进行稳压，其特征在于，包括：稳压管(D1～D2)，该稳压管(D1～D2)将所述电源(2)的输出电压钳制为规定值；隔离回路(4)，该隔离回路(4)连接于所述稳压管(D1～D2)的一端(B)与稳压芯片(I1)的参考电压输入端(端口3)之间；以及电容器(C1)，该电容器(C1)的一端与所述参考电压输入端(端口3)相连接，所述隔离回路(4)将所述稳压管(D1～D2)的一端(B)与所述电容器的一端(C)进行虚短连接。

Description

稳压电路

技术领域

本发明涉及一种改良型稳压电路。

背景技术

电子设备领域中，稳压电路或不可缺，例如，在车载领域中，稳压电路时常用于对车辆上的各种传感器提供稳定电压。图7是现有的稳压电路1a的电路图。在正常情况下，电源2a的高电压(设定为大于9V)经过场效应管M1后，一路作为输入电压经由点A进入稳压芯片I1的输入端口(即端口1)；另一路作为参考电压经过电阻R5，经由点B被稳压管D1和D2稳定在9V(D1，D2稳压分别是4V，5V)，即作为稳压芯片I1的参考电压输入端口的Adjust端口(即端口3)的电压是9V。由于稳压芯片I1的实际输出端OUTPUT的电压(即端口8的电压)等于Adjust端口(即端口3)的电压，因此，稳压芯片I1的实际输出电压被稳压在9V，由此实现稳压电路1a的稳压功能。

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，现有的稳压电路并未考虑到滤波电容器C1发生损坏的情况。在电容器C1因运送途中受撞击等原因而损坏的情况下，会产生漏电流，此时电容器C1等效于一个电阻Rc1。而Rc1与R5串联，对电源电压V1进行分压，因此，点B处的参考电压V_B变为：

V_B＝V1*Rc1/(Rc1+R5)

也就是说，稳压芯片I1的参考电压、即Adjust端口(即端口3)的电压不被稳压管D1,D2钳制在9V，而因为稳压芯片I1的实际输出端OUTPUT的电压等于稳压芯片I1的端口3的电压，所以稳压芯片I1的实际输出端OUTPUT(即端口8)的电压也不再保持于9V。图6是电容器C1破损时对该现有稳压电路1a进行仿真得到的仿真图，其横轴为时间，纵轴为输出电压OUTPUT。从该图6中可知，在电容器C1发生损坏时输出电压OUTPUT约为4.8V。该问题在实际应用中将带来重大安全隐患，例如，在车载领域中，稳压电路时常用于对车辆上的各种传感器提供稳定电压，而在上述情况下，电容器C1损坏，使得稳压芯片的输出电压大大降低，直接影响车辆上各种传感器不能工作，从而导致车辆无法正常启动，甚至带来行驶安全问题。

此外，现有的稳压电路中没有设置用来检测稳压电路工作状态的回路，从而无法获知稳压电路是否正常工作。

此外，在输入电源、半导体器件控制电源的作用下，稳压电路时常会有瞬时高电压或瞬时负电压输入，而现有的稳压电路没有对此的保护措施，可能因瞬时高电压或瞬时负电压的输入而发生烧损器件的情况。

用于解决技术问题的技术方案

本发明鉴于上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种能对电容器损坏进行自动检测并隔离损坏电容的稳压电路。该稳压电路(1)对电源(2)输出的电压进行稳压，其特征在于，包括：稳压管(D1、D2)，该稳压管(D1、D2)将所述电源(2)的输出电压钳制为规定值；隔离回路(4)，该隔离回路(4)连接于所述稳压管(D1、D2)的一端(B)与稳压芯片(I1)的参考电压输入端(C)之间；以及电容器(C1)，该电容器(C1)的一端与所述参考电压输入端(C)相连接，所述隔离回路(4)将所述稳压管(D1、D2)的一端(B)与所述电容器(C1)的一端(C)进行虚短连接。

发明效果

本发明所涉及的稳压电路不论滤波电容器是否被损坏，都能提供稳定的电压，确保设备正常启动及安全运转。并且，在滤波电容器被损坏的情况下，能自动检测出该问题并提示检修。从而在提示电容器发生损坏到实际修理更换器件的期间，也不会影响稳压电路负载的运行。

此外，本发明所涉及的稳压电路还能判断工作模式从而获知稳压电路是否正常工作。

另外，本发明所涉及的稳压电路还能防止瞬时高电压或瞬时负电压烧损器件的情况发生。

附图说明

图1是本发明所涉及的稳压电路的实施方式1的电路图。

图2是本发明所涉及的稳压电路的实施方式2的电路图。

图3是本发明所涉及的稳压电路的实施方式1～2的仿真图。

图4是本发明所涉及的稳压电路的实施方式3的电路图。

图5是本发明所涉及的稳压电路的实施方式4的电路图。

图6是本发明所涉及的稳压电路的工作模式检测回路5的工作状态判断图。

图7是现有的稳压电路1a的电路图。

图8是现有的稳压电路1a的仿真图。

具体实施方式

实施方式1

下面，对于本发明所涉及的稳压电路1的优选实施方式，使用附图进行说明，各图中对于相同、或相当的部分，附加相同标号进行说明。本发明不由下述实施方式所限定，而由权利要求所限定。

图1所示的稳压电路1包括电源2、电阻R5、稳压管D1～D2(对应权利要求中的第一稳压管)、作为漏电测定对象的电容器C1、稳压芯片I1、隔离回路4等。

该隔离回路4由电阻R7(对应权利要求中的第一电阻)、R9(对应权利要求中的第二电阻)以及运算放大器U1(对应权利要求中的第一运算放大器)构成，连接于点B与点C之间。具体而言，电阻R7的一端连接于点B，另一端连接于运算放大器U1的正相端，电阻R9的一端连接至运算放大器U1的反相端，另一端连接于点C。其中，电阻R7、R9起到限流作用，U1主要起到电压传递、电流隔离的作用，使得回路中R5与C1之间不形成电流，将点B与点C进行虚短连接，从而，即使在C1损坏的情况下，Rc1也无法对电源电压V1进行分压，而在C1没有损坏的情况下，仍能对点C处的电压进行滤波。该隔离回路4的具体结构并不限于此，只要能将点B与点C进行虚短连接即可，也可以是其它结构。

由此，该隔离回路4的设置使得无论电容器C1是否损坏，都能确保点B处的电压被传递至点C，即、V_B＝V_D1+V_D2＝V_C，从而端口3(Adjust端口)的输入电压始终被钳制在(V_D1+V_D2)，稳压芯片的实际输出OUTPUT的电压等于端口3(Adjust端口)的输入电压，也始终为(V_D1+V_D2)，实现稳压功能。

实施方式2

如图2所示，实施方式2与实施方式1的区别在于，还具备自检测反馈回路3。

该自检测反馈电路3对作为漏电测定对象的电容器C1是否损坏进行检测。该自检测反馈电路3包括电阻R8(对应权利要求中的第三电阻)、R6(对应权利要求中的第四电阻)以及未图示的处理器装置。该电阻R8与电容器C1并联连接，即、电阻R8的一端与电容器C1的一端相连，而电阻R8的另一端(点D)与电容器C1的另一端相连。电阻R6的一端与电阻R8的另一端(点D)、电容器C1的另一端三点相连。此外，点D作为输出端MAIN-CPU与未图示的处理器装置相连。该处理器装置可以为CPU、MCU等通用的处理器，以下，该处理器装置举例用CPU。

在电容器C1正常无损坏的情况下，输出端MAIN-CPU保持一个固定电压，其电压值V_MAIN-CPU如下所示：

V_MAIN-CPU＝V_C*{R6/(R6+R8)}

V_C：点C处的电压值

此时，CPU能实时地监测到该电压，并判断为电容器C1处于正常状态。

另一方面，在电容器C1损坏的情况下，其形成一个电阻Rc1，使得输出端MAIN-CPU的电压不再是先前那样稳定的电压(V_MAIN-CPU＝V_C*{R6/(R6+R8)})而由于电阻Rc1参与分压，使得输出端MAIN-CPU的电压值V_MAIN-CPU变为：

V_MAIN-CPU＝V_C*{R6/[Rc1//R8+R6]}

V_C：点C处的电压值

[Rc1//R8+R6]：R8与Rc1并联后与R6串联而得的合成电阻值

由此，CPU自动检测到该输出端MAIN-CPU的电压值出现异常，判断为电容器C1损坏，提示进行检修。

作为判断异常的方法，可以为预先设定阈值，将该输出端MAIN-CPU的电压值与该阈值实时地进行比较，若该输出端MAIN-CPU的电压值与该阈值之差不在预定范围内，则判断为出现异常。此外，所述阈值也可以不是手动输入的，而通过计算该输出端MAIN-CPU的电压值的平均值来自动获得。

图3为电容器C1破损时对本发明实施方式1或2的稳压电路1进行仿真得到的图，其横轴为时间，纵轴为输出电压OUTPUT。其中，该仿真例中，稳压管D1和D2稳定在9V(D1的稳压为4V，D2的稳压为5V)。从图中可知，在电容器C1发生损坏时输出电压OUTPUT也仍然保持正常电压9V。

由此，本发明的稳压电路1即使在电容器C1发生损坏的情况下，仍能正常实现稳压电路1的稳压功能并提示检修。从而在提示电容器C1发生异常到修理更换器件的期间，也不会影响稳压电路的正常运行。

实施方式3

如图4所示，实施方式3与实施方式2的区别在于，还具备工作模式检测回路5。

该工作模式检测回路5通过检测半导体器件M1(对应权利要求中的第一半导体器件)的工作状态来对稳压回路1的工作模式进行检测。具体而言，该工作模式检测回路5由电阻R10、R11、R12、R13、电源V3、运算放大器U3(对应权利要求中的第二运算放大器)构成。其中，R10＝R13，R11＝R12。

电阻R10的一端与半导体器件M1的源极相连，电阻R10的另一端与运算放大器U3的反相输入端相连。电阻R11的一端经由端口U1+与电源V3的正极侧相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一端一同与运算放大器U3的同相输入端相连，从而电源V3的电压(对应权利要求中的参考电压)被输入至运算放大器U3的同相输入端以作为参考电平U_ref。电阻R13的另一端与半导体器件M1的漏极一同与点E相连。电阻R12的一端与上述电阻R10的另一端一同与运算放大器U3的反相输入端相连，电阻R12的另一端被反馈到运算放大器的输出端，并一同与CPU相连。

在半导体器件M1正常工作即处于正常工作模式的情况下，运算放大器U3的输出电压U_o为M1的工作电阻R_M1乘以工作电流I_M1乘以U3的放大倍数A再加上U_ref，即：

U_o＝U_ref+R_M1*I_M1*A

在半导体器件M1短路即处于短路工作模式的情况下，运算放大器U3的输出电压U_o为U_ref，即：

U_o＝U_ref

在半导体器件M1开路即处于开路工作模式的情况下，运算放大器U3的输出电压U_o变为小于U_ref，即：

U_o＜U_ref

由此，CPU可根据运算放大器U3的输出与电源V3的电压U_ref之间的关系来判断稳压回路处于何种工作模式。具体而言，如下表1以及图6所示，在运算放大器U3的输出电压U_o大于电源V3的电压U_ref的情况下判断为处于正常工作状态；在运算放大器U3的输出电压U_o等于电源V3的电压U_ref的情况下判断为处于短路工作状态；在运算放大器U3的输出电压U_o小于电源V3的电压U_ref的情况下判断为处于开路工作状态。

由此，能够通过对半导体器件M1进行检测来判断稳压电路的具体工作状态。

表1：

U3的输出电压Uo	判断结果
		＞Uref	正常
＝Uref	短路
		＜Uref	开路

实施方式4

如图5所示，实施方式4与实施方式3的区别在于，还具备瞬时高负电压保护部6。具体而言，该瞬时高负电压保护部6包括电阻R4(对应权利要求中的第五电阻)与稳压管D3(对应权利要求中的第二稳压管)。该电阻R4的一端连接至点E，该电阻R4的另一端与稳压管D3一同连接至半导体器件M2的栅极，稳压管D3的负极与半导体器件M2的源极一同接地。

由此，即使在电源V1产生瞬时高电压或瞬时负电压的情况下也能通过该瞬时高负电压保护部6保护半导体器件M2的控制回路以及稳压电路的输入回路不会烧毁。并且，由于去除了图1中实施方式1～2中的电源V2，仅剩下电源V1，因此还能够减少电源个数，降低成本。

工业上的应用

本发明适用于需要将电压稳定在某一规定值并将该规定值的电压输出至负载的稳压电路。

标号说明

1、1a 稳压电路

2、2a 电源

3 自检测反馈回路

4 隔离回路

5 工作模式检测回路

6 瞬时高负电压保护部

C1 电容器

I1 稳压芯片

Claims (7)

1.一种稳压电路，对电源输出的电压进行稳压，其特征在于，包括：

第一稳压管，该第一稳压管将所述电源的输出电压钳制为规定值；

隔离回路，该隔离回路连接于所述第一稳压管的一端与稳压芯片的参考电压输入端之间；以及

电容器，该电容器的一端与所述参考电压输入端相连接，

所述隔离回路将所述第一稳压管的一端与所述电容器的一端进行虚短连接。

2.如权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，

所述隔离回路由第一电阻、第二电阻及第一运算放大器构成，

所述第一电阻的一端与所述第一稳压管的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的同相端相连，

所述第二电阻的一端与所述第一运算放大器的反相端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连。

3.如权利要求1或2所述的稳压电路，其特征在于，

还包括：自检测反馈电路，该自检测反馈电路对所述电容器是否发生损坏进行检测。

4.如权利要求3所述的稳压电路，其特征在于，

所述自检测反馈电路包括第三电阻、第四电阻以及异常判断部，

所述第三电阻的一端与所述电容器的一端相连，所述第三电阻的另一端与所述电容器的另一端相连，所述第四电阻的一端与所述电容器的另一端相连，

所述异常判断部对所述电容器的另一端的电压进行检测，在所述电容器的另一端的电压与预先规定的阈值之差不在预定范围内的情况下，判断为产生损坏。

5.如权利要求1或2所述的稳压电路，其特征在于，

还包括：工作模式检测回路，该工作模式检测回路基于第一半导体器件的工作状态来判断稳压电路的工作模式，其中，所述第一半导体器件的漏极与所述电源的一端相连。

6.如权利要求5所述的稳压电路，其特征在于，

所述工作模式检测回路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相端输入有参考电压，所述工作模式检测回路基于所述第二运算放大器的输出电压与所述参考电压来检测所述第一半导体器件的工作状态，从而判断出稳压电路的工作模式。

7.如权利要求1或2所述的稳压电路，其特征在于，

还包括瞬时高负电压保护部，该瞬时高负电压保护部包括第五电阻及第二稳压管，该第五电阻的一端与所述电源的一端相连，该第五电阻的另一端与所述第二稳压管的正极相连，所述第二稳压管的负极与所述电源的另一端相连。