CN1278480C - 稳定的直流电源装置 - Google Patents

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Abstract

根据传统的稳定的直流电源装置，存在着在输入电压波动时该输出晶体管由于变热而出现故障的可能性。为了处理这个情况，实现本发明的该稳定的直流电源装置是这么配置的，包括用于转换输入电压为输出电压并且输送该输出电压的输出晶体管，用于控制该输出晶体管以保持该输出电压的值恒定的控制电路，用于检测该输出晶体管的输出电流的电流检测电路，用于检测在该输出晶体管的输入端和输出端之间出现的电压的电压检测电路，将该电流检测电路的输出和该电压检测电路的输出一起相乘的乘法电路，和根据该乘法电路的输出限制该输出晶体管的瓦特数功率的保护电路。

Description

稳定的直流电源装置
技术领域
本发明涉及稳定的DC(直流)电源装置。特别地，本发明涉及具有输出晶体管的稳定的直流电源装置，它转换输入的电压为输出电压并且传递该输出电压。
背景技术
在传统的稳定的直流电源装置中，有一种稳定的直流电源装置，它使用外部连接的输出晶体管以使它的属性可以改变，以便处理小的电流输出以及大的电流输出。
图3是表示具有外部连接的输出晶体管的传统的稳定的直流电源装置的配置例子的电路图。直流电源2的正端连接到作为输出晶体管的外部连接的n沟道MOSFET 1(金属氧化物半导体场效应晶体管)的漏极，而直流电源2的负端接地。MOSFET 1的源极经过电流检测电阻器R1连接到输出端子3。负荷电阻器RL的一端连接到该输出端子3，它的另一端接地。
该直流电源输出电压VIN。应当注意，电压VIN的值根据用作直流电源2的电源变化。例如，取决于该直流电源2是电池或者是直流适配器，该电压VIN是不同的。M05FET 1从它的源极传递电压，它的值比电压VIN低了由于在它的该源极和漏极之间的电压降而产生的电压。在这里，在MOSFET 1的源极和漏极之间的电压根据馈送给它的栅极的控制信号变化。因此，在输出端3的输出电压Vo等于通过从电压VIN中减去在MOSFET 1的源极和漏极之间的电压而获得的值。注意，由电流检测电阻器R1产生的电压降是如此小，以致在本说明中它可以被忽略。由于运算放大器4的负反馈，输出电压Vo变成等于参考电压VRef，并且从输出端子3供给。
同时，该运算放大器4的反向输入端连接到在电流检测电阻器R1和输出端3之间的节点。参考电压电源5的正端连接到该运算放大器4的非反向输入端，而该参考电压电源5的负端接地。此外，该运算放大器4的输出端连接到MOSFET 1的栅极。
参考电压电源5传递该参考电压VRef。该运算放大器4馈送相应于在输出电压Vo和参考电压VRef之间的差的控制信号。这样，即使负载R1变化或者电压VIN的值变化，也可能保持输出电压Vo在恒定值。经过运算放大器4的负反馈操作，输出电压Vo被调整为与参考电压VRef相同电平。
然而，在图3表示的稳定的直流电源装置以这样的方式工作，以便当漏电流增加时通过限制MOSFET 1的漏电流减小输出电压Vo，以防止流过负载电阻器R1的输出电流Io产生过电流情况。用于限制漏电流的保护电路由电流检测电阻器R1、运算放大器6、运算放大器7、恒流源8、和外部电阻器R2构成。
运算放大器6的非反向输入端连接到在MOSFET 1和电阻器R1之间的节点，而该运算放大器6的反向输入端连接到在电阻器R1、输出端3和运算放大器4之间的节点。此外，运算放大器6的输出端连接到运算放大器7的非反向输入端。
而且，该恒流源8的一端和外部电阻器R2的一端连接到运算放大器7的反向输入端。恒定电压Vc提供给恒流源8。外部电阻器R2的另一端接地。从运算放大器7的输出端馈送的信号实现运算放大器4的增益控制。
以所述方式配置的保护电路如在下面描述的那样工作。MOSFET 1的源电流流过电流检测电阻器R1。然后，运算放大器6检测在电流检测电阻器R1两端的电位差并且馈送相应于该电位差的电压信号。运算放大器7向运算放大器4馈送相应于在运算放大器6的输出和由该外部电阻器R2的电阻确定的电压之间的电压差的控制信号。运算放大器4根据从运算放大器7馈送的控制信号改变它的增益，以使MOSFET的漏电流保持低于预定的值，以防止输出电流Io产生过电流情况。因此，在图3表示的传统的稳定的直流电源装置的Io-Vo特性由如图4所示的、类似于“突出海中的悬崖”的曲线表示。
应当注意，在图3表示的传统的稳定的直流电源设备包含一个半导体集成电路，它包括了运算放大器4、运算放大器6、运算放大器7、和恒流源8。另外，分别地从外部连接MOSFET 1、电流检测电阻器R1、和外部电阻器R2到该半导体集成电路。
在图3表示的稳定的直流电源装置能够防止输出电流Io产生过电流情况，正如前面描述的那样。然而，因为即使电压VIN变化，该输出电流Io的限制值也是固定的，所以当电压VIN变成高并使得源极-漏极电压也变高时，可能总热量使MOSFET 1产生故障。
对于以这样的方式配置以使输出晶体管被包括在该半导体集成电路中的稳定的直流电源装置来说，可能启动热停机，从而防止输出晶体管由于变热而产生故障。然而，不可能测量用于如图3表示的传统的稳定的直流电源装置的输出晶体管附近的温度，因为该输出晶体管是外部连接的。
注意，由日本的专利申请公开H8-123560揭露的电源单元减少了电源单元的输出电压波动，并且稳定了馈送给负载装置的电压，其中该电源单元是一个电源调节器。因此，本发明的目的不是防止构成该调节器的FET由于变热而引起的故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种稳定的直流电源装置，即使输出晶体管是外部连接的，它也能够防止输出晶体管由于变热而引起故障。
为了实现上面的目的，根据本发明的一个方面，实现本发明的该稳定的直流电源装置是这么配置的，以包括：一个用于转换输入电压为输出电压并且输送该输出电压的输出晶体管，一个用于控制该输出晶体管以保持该输出电压值恒定的控制电路，一个用于检测该输出晶体管的输出电流的电流检测电路，一个用于检测在该输出晶体管的输入端和输出端之间出现的电压的电压检测电路，一个用于把电流检测电路的输出和该电压检测电路的输出一起相乘的乘法电路，一个保护电路，通过产生一个相应于该乘法电路的输出和一个为防止输出晶体管的的输出瓦特数功率等于或高于一个预定值而设置的设置值的差的控制信号来限制该输出晶体管的瓦特数功率，并输出该控制信号到上述控制电路。
除了上述配置外，也可能以这样的方式配置，以使至少该控制电路被包括在半导体集成电路中、并且输出晶体管相对于半导体集成电路是外部连接的。
附图说明
本发明的这个和其它目的与特征从参见附图结合优选的实施例的下列说明中更加清楚了，其中：
图1是表示实现本发明的稳定的直流电源装置的配置实例的电路图；
图2是表示图1所示的稳定的直流电源装置的Vo-Io特性的示意图；
图3是表示传统的稳定的直流电源装置的配置实例的电路图；以及
图4是表示图3所示的稳定的直流电源装置的Vo-Io特性的示意图。
具体实施方式
在下文中，参见附图描述本发明的实施例。图1是表示实现本发明的稳定的直流电源装置的配置实例的电路图。在图3中也出现的相同的部分以相同的标号标识，重复的说明将不重复。
在图1表示的实现本发明的稳定的直流电源装置以这样的方式配置，以便向在图3表示的传统的稳定的直流电源装置新提供一个运算放大器9和一个乘法电路10。在图1表示的稳定的直流电源装置以这样的方式配置，以使运算放大器4、运算放大器6、运算放大器7、恒流源8、运算放大器9、和乘法电路10被包含在单个半导体集成电路中。分别地从外部连接MOSFET 1，电流检测电阻器R1和外部电阻器R2到该半导体集成电路。
运算放大器9的非反向输入端连接到在MOSFET 1的源极和直流电压源2之间的节点。运算放大器9的反向输入端连接到在MOSFET 1的源极，电阻器R1和运算放大器6的非反向输入端之间的节点。
此外，运算放大器6的输出端和运算放大器7的非反向输入端，不象在如图3表示的传统的稳定的直流电源装置情况下那样彼此直接连接，而是通过乘法电路10彼此连接。运算放大器6的输出端连接到乘法电路10的一个输入端，而运算放大器9的输出端连接到乘法电路10的另一输入端。而且，该乘法电路10的输出端连接到运算放大器7的非反向输入端。
运算放大器9检测MOSFET 1的源极-漏极电压，并且馈送相应于该检测电压的电压信号。此外，运算放大器6检测MOSFET 1的漏极电流，并且输出相应于该检测的电流的电压信号。乘法电路10将运算放大器9的输出和运算放大器6的输出一起相乘。结果，乘法电路10的输出正比于MOSFET 1的瓦特数功率。乘法电路10的输出被馈送给运算放大器7。
运算放大器7根据在乘法电路10的输出、即与MOSFET 1的瓦特数正比例的值和由外部电阻器R2的电阻值确定的电压之间的电压差，产生控制信号，然后馈送该控制信号运算放大器4。利用这个布置，由运算放大器7馈送的控制信号控制运算放大器4的增益，以使MOSFET 1的瓦特数功率保持在预定值以下。
作为其结果，实现本发明并且如在图1中所示的稳定的直流电源装置的Vo-Io特性同样地表示在图2中。如图2中所示的Vo-Io特性是用于电压VIN分别以三个电平改变的情况。
Vo-Io特性曲线11表示了当电压VIN是最大值时的情况，Vo-Io特性曲线12表示了当电压VIN是第二大时的情况，而Vo-Io特性曲线13表示了当电压VIN是最小值时的情况。
应当理解，电压VIN越高，MOSFET 1的源极-漏极电压变得越高，MOSFET1要求用于产生预定瓦特数值的漏电流变得越小，而且输出电流Io的限制值变得越小(参见点图2中的P1，P2和P3)。
正如所描述的，当电压VIN变化时，输出电流Io的限制值也相应地变化。因此，在Vo-Io特性中，MOSFET 1的瓦特数等于由在任何给定点的外部电阻器R2的电阻值设定的瓦特数，在对输出电流Io设定限制之后，在该给定点的输出电压Vo减少了。这意味着可以根据由外部电阻器R2的电阻值设定的瓦特数，在输出电流Io被限制的范围内获得Vo-Io特性。这种方式使得可能防止MOSFET 1由于过热而引起故障。
此外，在实现本发明并且如图1中所示的稳定的直流电源装置中，因为漏电流和漏极-源极电压被检测，并且从该检测值获得MOSFET 1的瓦特数，所以不必考虑MOSFET 1本身的特性。由于这个原因，由电流检测电阻器R1、外部电阻器R2、运算放大器6、运算放大器7、恒流源8、运算放大器9、和乘法电路10构成的保护电路能够响应任何类型的FET。也可能使用另一类型的晶体管替代该FET。
此外，在实现本发明并且如图1中所示的稳定的直流电源装置中，因为由外部电阻器R2的电阻值设定MOSFET 1的瓦特数的限制值，所以可能通过改变外部电阻器R2的类型容易地改变MOSFET 1的瓦特数的限制值。因此，该稳定的直流电源装置能够响应任何类型的输出晶体管。另外，也容易根据该输出晶体管的漏极电流改变电流检测电阻器R1为另一类型，是因为电流检测电阻器R1是外部连接的电阻器。
注意，希望使用高精度的运算放大器作为运算放大器6，是因为电流检测电阻器R1的电阻值设置在较小值(通常几十mO至几百mO)，以便减小由电流检测电阻器R1引起的功率损耗。同时，也希望使用具有宽的动态范围的运算放大器作为运算放大器9，是因为当连接到输出端3的负载产生短路和输出电压Vo变成零时，MOSFET 1的源极-漏极电压可能变得非常高。
虽然在这个实施例中描述了具有外部连接的输出晶体管的稳定的直流电源装置，但是与本发明有关的稳定的直流电源装置不局限于这样的类型，并且还可以使用由在其中包括了输出晶体管的半导体集成电路构成的稳定的直流电源装置。

Claims (5)

1.一种稳定的直流电源装置，包括
一个用于转换输入电压为输出电压并且输送该输出电压的输出晶体管；
一个用于控制该输出晶体管以保持该输出电压的值恒定的控制电路；
一个用于检测该输出晶体管的输出电流的电流检测电路；
一个用于检测该输出晶体管的输入端和输出端之间出现的电压的电压检测电路；
一个用于将该电流检测电路的输出和该电压检测电路的输出一起相乘的乘法电路；以及
一个保护电路，通过产生一个相应于该乘法电路的输出和一个为防止输出晶体管的输出瓦特数功率等于或高于一个预定值而设置的设置值的差的控制信号来限制该输出晶体管的瓦特数功率，并输出该控制信号到上述控制电路。
2.根据权利要求1的稳定的直流电源装置，其特征在于：至少该控制电路被包括在半导体集成电路中，并且输出晶体管相对于该半导体集成电路是外部连接的。
3.根据权利要求1的稳定的直流电源装置，其特征在于：该电流检测电路包括一个电流检测电阻器，输出晶体管的输出电流通过该电流检测电阻器流动；和一个运算放大器，它检测在该电流检测电阻器两端的电压；以及
至少该控制电路被包括到半导体集成电路中，并且该电流检测电阻器相对于该半导体集成电路是外部连接的。
4.根据权利要求1的稳定的直流电源装置，其特征在于：该保护电路具有一个电阻器，而且该输出晶体管的瓦特数功率的限制值是由该电阻器的电阻值设置的；以及
至少该控制电路被包括到半导体集成电路中，并且该电阻器相对于该半导体集成电路是外部连接的。
5.根据权利要求1的稳定的直流电源装置，其特征在于：该电流检测电路包括一个电流检测电阻器，该输出晶体管的输出电流通过该电流检测电阻器流动；和一个运算放大器，它检测在该电流检测电阻器两端的电压；
该保护电路具有一个电阻器，而且该输出晶体管的瓦特数功率的限制值是由该电阻器的电阻值设置的；以及
至少该控制电路被包括到半导体集成电路中，并且该输出晶体管、该电流检测电阻器以及该电阻器相对于该半导体集成电路是外部连接的。
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