CN116488457A - 恒压电源电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种恒压电源电路，包括：电压反馈模块，用于根据恒压电源电路的输出电压生成反馈信号；信号放大模块，与电压反馈模块连接，用于将反馈信号放大，生成放大信号；稳压调节模块，与信号放大模块连接，用于根据放大信号进行稳压，稳压调节模块的输出电压作为恒压电源电路的输出电压；参考电压输入模块，与信号放大模块连接，用于向信号放大模块输入参考电压，其中，恒压电源电路的输出电压与参考电压这二者之间因信号放大模块和电压反馈模块中的电路结构而具有固定的对应关系；其中，信号放大模块包括两个型号相同的晶体管。这样，利用双晶体管的简单架构在实现信号放大的基础上，实现了对双晶体管参数温度漂移的抑制。

Description

恒压电源电路
技术领域
本公开涉及电子电路技术领域，具体地，涉及一种恒压电源电路。
背景技术
对于外置电源的电子设备，其外置电源有稳压的需求，例如，在车辆的信息娱乐系统中设置有麦克风的外置电源电路，对于该电源电路有稳压就有稳压的需求。目前普遍存在方案是用带短路保护的线性芯片，比如用TI公司的TPS7B7701，当输入电压在9V～16V变化时，芯片依然能够保持输出电压稳定在8V。
并且，当芯片的8V输出端短路到地线时，或者负载过流时，芯片会触发控制限制输出电流，从而实现对短路和过流的保护，以免过热损坏电路，但是由于使用了集成电路芯片，安装较复杂，成本较高。
发明内容
本公开的目的是提供一种结构简单、能够输出稳定电压的恒压电源电路。
为了实现上述目的，本公开提供一种恒压电源电路，所述恒压电源电路包括：
电压反馈模块，用于根据所述恒压电源电路的输出电压生成反馈信号；
信号放大模块，与所述电压反馈模块连接，用于将所述反馈信号放大，生成放大信号；
稳压调节模块，与所述信号放大模块连接，用于根据所述放大信号进行稳压，所述稳压调节模块的输出电压作为所述恒压电源电路的输出电压；
参考电压输入模块，与所述信号放大模块连接，用于向所述信号放大模块输入参考电压，其中，所述恒压电源电路的输出电压与所述参考电压这二者之间因所述信号放大模块和所述电压反馈模块中的电路结构而具有固定的对应关系；
其中，所述信号放大模块包括两个型号相同的晶体管。
可选地，所述信号放大模块包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，所述第一三极管和所述第二三极管为两个型号相同的NPN型三极管，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极连接，并通过所述第三电阻接地，所述第一三极管的基极接所述参考电压输入模块的输出端，所述第一三极管的集电极通过所述第一电阻接所述稳压调节模块的信号输入端，所述第二三极管的基极接所述电压反馈模块的输出端，所述第二三极管的集电极通过所述第二电阻接所述稳压调节模块的输出端。
可选地，所述电压反馈模块包括第四电阻和第五电阻，所述稳压调节模块的输出端依次通过所述第四电阻和所述第五电阻接地，所述第四电阻和所述第五电阻之间的节点作为所述电压反馈模块的输出端。
可选地，所述参考电压输入模块包括第六电阻和第一电容，所述参考电压输入模块的输入端依次通过所述第六电阻和所述第一电容接地线，所述第六电阻和所述第一电容之间的节点作为所述参考电压输入模块的输出端。
可选地，所述参考电压输入模块还包括第七电阻，所述第七电阻与所述第一电容并联连接。
可选地，所述稳压调节模块包括第三三极管和第八电阻，所述稳压调节模块的电源输入端通过所述第八电阻接所述稳压调节模块的信号输入端，所述第三三极管为PNP型三极管，所述第三三极管的发射极接所述稳压调节模块的电源输入端，所述第三三极管的基极接所述稳压调节模块的信号输入端，所述第三三极管的集电极作为所述稳压调节模块的输出端。
可选地，所述稳压调节模块还包括第四三极管、第九电阻和第十电阻，所述第三三极管的发射极通过所述第九电阻接所述稳压调节模块的电源输入端，并通过所述第十电阻接所述第四三极管的基极，所述第三三极管的基极接所述第四三极管的集电极，所述第四三极管的发射极接所述稳压调节模块的电源输入端。
可选地，所述恒压电源电路还包括：
滤波模块，与所述稳压调节模块的输出端连接，用于将所述稳压调节模块输出的电压进行滤波。
可选地，所述滤波模块包括第二电容和第三电容，所述第二电容和所述第三电容并联连接后一端接所述稳压调节模块的输出端，另一端接地线。
可选地，所述第一三极管和所述第二三极管为双极晶体管BC847BS。
通过上述技术方案，利用信号放大模块和电压反馈模块中的电路结构，使恒压电源电路的输出电压与参考电压这二者之间具有固定的对应关系，在输入恒定参考电压的同时，信号放大模块中利用两个型号相同的晶体管进行反馈信号的放大，由稳压调节模块根据放大信号进行稳压。这样，利用双晶体管的简单架构在实现信号放大的基础上，实现了对双晶体管参数温度漂移的抑制，从而利用简单电路实现了输出恒定电压的功能。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是一示例性实施例提供的恒压电源电路的结构框图；
图2是一示例性实施例提供的恒压电源电路的电路示意图；
图3是另一示例性实施例提供的恒压电源电路的结构框图；
图4是另一示例性实施例提供的恒压电源电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是一示例性实施例提供的恒压电源电路的结构框图。如图1所示，恒压电源电路可以包括：
电压反馈模块10用于根据恒压电源电路的输出电压生成反馈信号。
信号放大模块20与电压反馈模块10连接，用于将反馈信号放大，生成放大信号。
稳压调节模块30与信号放大模块20连接，用于根据放大信号进行稳压，稳压调节模块30的输出电压作为恒压电源电路的输出电压。
参考电压输入模块40与信号放大模块20连接，用于向信号放大模块20输入参考电压，其中，恒压电源电路的输出电压与参考电压这二者之间因信号放大模块20和电压反馈模块10中的电路结构而具有固定的对应关系。其中，信号放大模块20包括两个型号相同的晶体管，例如两个三极管或两个金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS)管。
通过上述技术方案，利用信号放大模块20和电压反馈模块10中的电路结构，使恒压电源电路的输出电压与参考电压这二者之间具有固定的对应关系，在输入恒定参考电压的同时，信号放大模块20中利用两个型号相同的晶体管进行反馈信号的放大，由稳压调节模块30根据放大信号进行稳压。这样，利用双晶体管的简单架构在实现信号放大的基础上，实现了对双晶体管参数温度漂移的抑制，从而利用简单电路实现了输出恒定电压的功能。采用这种新型的低成本恒压电源电路设计来代替芯片，能够缩减生产成本。
图2是一示例性实施例提供的恒压电源电路的电路示意图。以车辆中的麦克风恒压电源电路为例，输入电压Vin为9V～16V可变化的电压，当车辆的电机控制单元(MotorControl Unit，MCU)控制输入3.3V的高电平(参考电压Vref)时，该恒压电源电路输出8V的恒定输出电压Vout，作为外部麦克风的电源；当MCU控制参考电压Vref为低电平时，该恒压电源电路输出关断。
如图2所示，信号放大模块20可以包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。
其中，第一三极管Q1和第二三极管Q2为两个型号相同的NPN型三极管。第一三极管Q1和第二三极管Q2可以为双极晶体管BC847BS，包括六个引脚。
第一三极管Q1的发射极(引脚4)和第二三极管Q2的发射极(引脚1)连接，并通过第三电阻R3接地。第一三极管Q1的基极(引脚5)接参考电压输入模块40的输出端(P3节点)。第一三极管Q1的集电极(引脚3)通过第一电阻R1接稳压调节模块30的信号输入端(P2节点)，第二三极管Q2的基极(引脚2)接电压反馈模块10的输出端(P5节点)，第二三极管Q2的集电极(引脚6)通过第二电阻R2接稳压调节模块30的输出端(输出电压Vout)。
电压反馈模块10可以包括第四电阻R4和第五电阻R5。稳压调节模块30的输出端依次通过第四电阻R4和第五电阻R5接地，第四电阻和第五电阻之间的节点(P5节点)作为电压反馈模块10的输出端。
如图2所示，参考电压输入模块40可以包括第六电阻R6和第一电容C1。参考电压输入模块40的输入端(输入参考电压Vref)依次通过第六电阻R6和第一电容C1接地线。第六电阻R6和第一电容C1之间的节点(P3节点)作为参考电压输入模块40的输出端。参考电压输入模块40还包括第七电阻R7，第七电阻R7与第一电容C1并联连接。
如上所述，恒压电源电路的输出电压Vout与参考电压Vref这二者之间因信号放大模块20和电压反馈模块10中的电路结构而具有固定的对应关系。
具体地，在图1的实施例中，由于第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极都共同连接在P4节点，所以第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极电压相等，即Ve_Q1＝Ve_Q2。选择相同型号的第一三极管Q1和第二三极管Q2，这样保证第一三极管Q1基极到发射极的电压与第二三极管Q2基极到发射极的电压相等，即Vbe_Q1＝Vbe_Q2。由此推出第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极极电压相等，即Vb_Q1＝Vb_Q2，即节点P3的电压和节点P5的电压相等，即VP3＝VP5。当输入3.3V参考电压Vref时，得到：
VP3＝3.3*r7/(r7+r6)，VP5＝Vout*r5/(r4+r5)
因此，3.3*r7/(r7+r6)＝Vout*r5/(r4+r5)。
解得Vout＝3.3*(r7/(r7+r6))*r5/(r4+r5)/r5，这样得到了Vout设定值。其中，r4、r5、r6、r7分别为第四电阻R4～第七电阻R7的电阻值。
第四电阻的电阻值r4和第五电阻的电阻值r5具有这样的关系：
Vout＝VP3/(r4/(r4+r5))
其中VP3为已知量，Vout为设定值，这样就计算得到了r4和r5的取值关系。例如，VP3为2V，Vout为8V，即8＝2/(r4/(r4+r5))，若r4取15Kohm时，则r5取45Kohm。
在另一实施例中，参考电压输入模块40可以只包括第六电阻R6和第一电容C1，而不包括第七电阻R7。在该实施例中，Vout和Vref只与第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6相关。
图2中，稳压调节模块30可以包括第三三极管Q3和第八电阻R8。稳压调节模块30的电源输入端(输入输入电压Vin)通过第八电阻R8接稳压调节模块30的信号输入端(P2节点)。第三三极管Q3为PNP型三极管，第三三极管Q3的发射极接稳压调节模块30的电源输入端，第三三极管Q3的基极接稳压调节模块30的信号输入端(P2节点)，第三三极管Q3的集电极作为稳压调节模块30的输出端(输出电压Vout)。当第三三极管Q3要承受较大功耗时，可以选择功率在500mW以上的比较安全。
在图2的实施例中，稳压原理如下：
输入电压Vin的工作范围为9V～16V，设置目标输出电压为8V。利用瞬时极性法分析，若当前输入电压Vin突然增大，则电压反馈模块10中经分压后反馈到节点P5上的电压VP5将增大。由于第二三极管Q2发射极到集电极的电压Vec_Q2值一定，导致节点P4的电压VP4增大。
由于第一三极管Q1和第二三极管Q2共用发射极，所以第一三极管Q1的发射极电压Ve_Q1增大。由于参考电压Vref恒定，节点P3的电压VP3(即第一三极管Q1的基极电压)恒定不变，第一三极管Q1的基极到发射极电压Vbe_Q1＝VP3-Ve_Q1，所以Vbe_Q1减小。根据三极管输入转移特性，Vbe_Q1减小导致第一三极管Q1基极电流Ib_Q1减小。根据三极管输出特性，Ib_Q1减小导致第一三极管Q1的集电极到发射极电压Vce_Q1增大。Vce_Q1增大导致第一电阻R1中的电流IR1减小，即导致第三三极管Q3基极电流Ib_Q3减小。
对第三三极管Q3进行分析，根据三极管的输出特性，由于第三三极管Q3的基极电流Ib_Q3减小，导致第三三极管Q3的发射极到集电极的电压Vec_Q3增大。由于Vout＝Vin-Vec_Q3，并且Vec_Q3增大，通过负反馈作用，Vout就减小了，这样就实现了Vout的电压稳定。
在这个过程中，工作在放大区的第三三极管Q3通过动态调整发射极到集电极的电压Vec_Q3，实现了负反馈的调节。
下表1为通过电路仿真实验得到的验证结果(仿真设置环境温度为25℃)。从表1可以看出，输入电压Vin在9V～16V范围内变化时，输出电压Vout处于7.99V～8.01V范围内，基本稳定在8V。
表1
Vin Vout
9V 7.99V
10V 7.99V
11V 8V
12V 8V
13V 8V
14V 8V
15V 8.01V
16V 8.01V
图3是另一示例性实施例提供的恒压电源电路的结构框图。如图3所示，在图1的基础上，恒压电源电路还可以包括滤波模块50。
滤波模块50与稳压调节模块30的输出端连接，用于将稳压调节模块30输出的电压进行滤波。
图4是另一示例性实施例提供的恒压电源电路的电路示意图。如图4所示，滤波模块50可以包括第二电容C2和第三电容C3，第二电容C2和第三电容C3并联连接后一端接稳压调节模块30的输出端(输出电压Vout)，另一端接地线。
当恒压电源电路的负载(例如，因短路到地线)过流时，如果该电路中没有电流限制，则会导致电气损坏。图4的实施例在输出稳定电压功能的基础上，还具有过流保护功能。
如图4所示，稳压调节模块30还可以包括第四三极管Q4、第九电阻R9和第十电阻R10。其中，第三三极管Q3的发射极通过第九电阻R9接稳压调节模块30的电源输入端，并通过第十电阻R10接第四三极管Q4的基极，第三三极管Q3的基极接第四三极管Q4的集电极，第四三极管Q4的发射极接稳压调节模块30的电源输入端。
利用上述电路能够通过限制输出电流达到短路保护的目的，其进行过流保护的原理如下：
当输出电流过流时，流过第九电阻R9的电流增大，第九电阻R9两端的电压VR9增大。对于第四三极管Q4，发射极到基极的电压为Veb_Q4＝VR9+VR10。由于VR9增大会导致Veb_Q4大于第四三极管Q4的开启电压Veb_th，这样第四三极管Q4的发射极到集电极会被导通。导通之后，第四三极管Q4会工作在放大区。
第四三极管Q4发射极到集电极的电压Vec_Q4＝VR9+Veb_Q3，Veb_Q3为第三三极管Q3发射极到基极的电压。Vec_Q4＝VR8不会变化，前面说到输出过流时VR9增大，这就导致了Veb_Q3减小。根据三极管的输出特性，Veb_Q3减小时，第三三极管Q3的发射极到集电极的电压Vec_Q3将增大。Vec_Q3增大时，VR9电压将减小，其流经的电流Iout将减小。通过这样的负反馈调节，将输出电流限制在一个固定值。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种恒压电源电路，其特征在于，所述恒压电源电路包括：
电压反馈模块，用于根据所述恒压电源电路的输出电压生成反馈信号；
信号放大模块，与所述电压反馈模块连接，用于将所述反馈信号放大，生成放大信号；
稳压调节模块，与所述信号放大模块连接，用于根据所述放大信号进行稳压，所述稳压调节模块的输出电压作为所述恒压电源电路的输出电压；
参考电压输入模块，与所述信号放大模块连接，用于向所述信号放大模块输入参考电压，其中，所述恒压电源电路的输出电压与所述参考电压这二者之间因所述信号放大模块和所述电压反馈模块中的电路结构而具有固定的对应关系；
其中，所述信号放大模块包括两个型号相同的晶体管。
2.根据权利要求1所述的恒压电源电路，其特征在于，所述信号放大模块包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，所述第一三极管和所述第二三极管为两个型号相同的NPN型三极管，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极连接，并通过所述第三电阻接地，所述第一三极管的基极接所述参考电压输入模块的输出端，所述第一三极管的集电极通过所述第一电阻接所述稳压调节模块的信号输入端，所述第二三极管的基极接所述电压反馈模块的输出端，所述第二三极管的集电极通过所述第二电阻接所述稳压调节模块的输出端。
3.根据权利要求1所述的恒压电源电路，其特征在于，所述电压反馈模块包括第四电阻和第五电阻，所述稳压调节模块的输出端依次通过所述第四电阻和所述第五电阻接地，所述第四电阻和所述第五电阻之间的节点作为所述电压反馈模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的恒压电源电路，其特征在于，所述参考电压输入模块包括第六电阻和第一电容，所述参考电压输入模块的输入端依次通过所述第六电阻和所述第一电容接地线，所述第六电阻和所述第一电容之间的节点作为所述参考电压输入模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的恒压电源电路，其特征在于，所述参考电压输入模块还包括第七电阻，所述第七电阻与所述第一电容并联连接。
6.根据权利要求1所述的恒压电源电路，其特征在于，所述稳压调节模块包括第三三极管和第八电阻，所述稳压调节模块的电源输入端通过所述第八电阻接所述稳压调节模块的信号输入端，所述第三三极管为PNP型三极管，所述第三三极管的发射极接所述稳压调节模块的电源输入端，所述第三三极管的基极接所述稳压调节模块的信号输入端，所述第三三极管的集电极作为所述稳压调节模块的输出端。
7.根据权利要求1所述的恒压电源电路，其特征在于，所述稳压调节模块还包括第四三极管、第九电阻和第十电阻，所述第三三极管的发射极通过所述第九电阻接所述稳压调节模块的电源输入端，并通过所述第十电阻接所述第四三极管的基极，所述第三三极管的基极接所述第四三极管的集电极，所述第四三极管的发射极接所述稳压调节模块的电源输入端。
8.根据权利要求1所述的恒压电源电路，其特征在于，所述恒压电源电路还包括：
滤波模块，与所述稳压调节模块的输出端连接，用于将所述稳压调节模块输出的电压进行滤波。
9.根据权利要求8所述的恒压电源电路，其特征在于，所述滤波模块包括第二电容和第三电容，所述第二电容和所述第三电容并联连接后一端接所述稳压调节模块的输出端，另一端接地线。
10.根据权利要求2所述的恒压电源电路，其特征在于，所述第一三极管和所述第二三极管为双极晶体管BC847BS。
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