CN205809758U - 线性稳压电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种线性稳压电路，包括线性功率管及其驱动控制电路，所述的线性功率管接收输入电压，通过驱动控制电路调节线性功率管，以输出预设的输出电压；所述的线性功率管包括第一功率端、第二功率端和控制端，所述的驱动控制电路包括供电端、驱动端、第一端和第二端，所述的供电端与输入电压的一端连接，供电端的电压被钳位至供电电压，所述的供电电压小于输入电压；所述的驱动端与线性功率管的控制端连接，所述的驱动控制电路的第一端和第二端分别与所述线性功率管的第一功率端和第二功率端相连接。本实用新型中，驱动控制电路所承受的电压可以低于线性稳压的输入或输出电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种线性稳压电路。
背景技术
顾名思义，线性稳压电路起到稳压作用，即接收输入电压，输出预期的输出电压。现有技术的线性稳压电路一般用于低压差场合，且输入电压和输出电压均较低。例如，低压差线性稳压器(low dropout regulator，简称LDO)，通常以集成电路的形式被广泛应用。
如图1所示，为现有技术的线性降压电路原理图。输入电压通过线性功率管M01，降压得到输出电压Vout。输出电压经过反馈电阻R01，R02得到反馈电压FB，运放U01通过控制线性功率管M01，使得反馈电压FB等于内部参考电压VREF。正如以上所述，该现有技术方案应用于低输入输出电压，且输入输出电压压差较小时的常用方案。
然而，当输入输出电压为高压时，如上百伏，则线性功率管的栅极对系统地为上百伏的高压，因此线性功率管的驱动电路需要上百伏的高压，现有技术的线性功率管的驱动电路无法解决上述技术问题，影响了线性稳压电路在高压领域的应用。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种适用于高压应用的线性稳压电路，用以解决现有技术存在的无法在高压场合应用的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是，提供一种以下结构的线性稳压电路，包括线性功率管及其驱动控制电路，所述的线性功率管接收输入电压，通过驱动控制电路调节线性功率管的开关状态，以输出预设的输出电压；
所述的线性功率管包括第一功率端、第二功率端和控制端，所述的驱动控制电路包括供电端、驱动端、第一端和第二端，所述的供电端与输入电压的一端连接，供电端的电压被钳位至供电电压，所述的供电电压小于输入电压；所述的驱动端与线性功率管的控制端连接，所述的驱动控制电路的第一端和第二端分别与所述线性功率管的第一功率端和第二功率端相连接；所述的输入电压的其中一端与线性功率管的第一端之间的电压作为输出电压。
优选地，所述的输入电压的低电位端作为输出电压的低电位端，线性功率管的第一功率端作为输出电压的高电位端，所述驱动控制电路的供电端经电阻与输入电压的低电位端连接，驱动控制电路的第一端也经电阻与线性功率管的第一功率端连接，驱动控制电路的第二端与线性功率管的第二功率端连接并连接输入电压的高电位端。
优选地，检测流出所述供电端的电流，设置流出驱动控制电路第一端的电流比流出所述供电端的电流小第一电流差，检测驱动控制电路第一端的电压，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得所述输入电压与驱动控制电路第一端的压差达到预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压。
优选地，检测流出所述供电端的电流，设置所述输入电压与驱动控制电路第一端的压差为预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压，检测流出驱动控制电路第一端的电流，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得流出驱动控制电路第一端的电流比流出所述供电端的电流小第一电流差。
优选地，所述的驱动控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的输出端作为所述的驱动控制电路的驱动端，所述供电端的电压由第一电压源钳位至供电电压；设置流控电流源，所述的流控电流源的第二端分别与驱动控制电路的第一端和运算放大器的第一端连接，流控电流源的第一端接输入电压的高电位端，所述的流控电流源的大小由流经供电端的电流控制，且电流大小等于流经所述供电端的电流减第一电流差；所述的运算放大器的第二端接入所述参考信号。
优选地，所述的线性功率管为P型MOS管，所述的第一功率端为P型MOS管的漏极，所述的第二功率端为P型MOS管的源极，所述控制端为P型MOS管的门极。
优选地，所述的输入电压的高电位端作为输出电压的高电位端，线性功率管的第一功率端作为输出电压的低电位端，所述驱动控制电路的供电端经电阻与输入电压的高电位端连接，驱动控制电路的第一端也经电阻与线性功率管的第一功率端连接，驱动控制电路的第二端与线性功率管的第二功率端连接并接输入电压的低电位端。
优选地，检测流入所述供电端的电流，设置流入驱动控制电路第一端的电流比流入所述供电端的电流小第一电流差，检测驱动控制电路第一端的电压，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得驱动控制电路第一端的电压达到预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压。
优选地，检测流入所述供电端的电流，设置驱动控制电路第一端的电压为预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压，检测流入驱动控制电路第一端的电流，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得流入驱动控制电路第一端的电流比流入所述供电端的电流小第一电流差。
优选地，所述的驱动控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的输出端作为所述的驱动控制电路的驱动端，所述供电端的电压由第一电压源钳位至供电电压；设置流控电流源，所述的流控电流源的第一端分别与驱动控制电路的第一端和运算放大器的第一端连接，流控电流源的第二端接输入电压的低电位端，所述的流控电流源的大小由流经供电端的电流控制，且电流大小等于流经所述供电端的电流减第一电流差；所述的运算放大器的第二端接入所述参考信号。
优选地，所述的线性功率管为N型MOS管，所述的第一功率端为N型MOS管的漏极，所述的第二功率端为N型MOS管的源极，所述控制端为N型MOS管的门极。
采用本实用新型的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：通过钳位驱动控制电路的供电端电压，在输入输出共地的高压线性稳压电路，驱动控制电路的供电端、第一端和驱动端这几个端口相对输入电压都是低压；输入输出共电源的高压线性稳压电路，线性驱动控制电路的供电端、第一端和驱动端这几个端口相对地都是低压。本实用新型中，驱动控制电路可以用低压工艺实现输出恒压，使线性稳压电路在高压场合下得以应用，驱动控制电路所承受的电压可以低于线性稳压的输入或输出电压。
附图说明
图1为现有技术线性稳压电路的电路结构图；
图2为本实用新型线性稳压电路实施例一的电路结构图；
图3为图2实施例一中驱动控制电路的电路结构图；
图4为本实用新型高压线性稳压电路实施例二的电路结构图；
图5为图4实施例二中驱动控制电路的电路结构图；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
本实用新型的基本实现方案如下：本实用新型的线性稳压电路，包括线性功率管及其驱动控制电路，所述的线性功率管接收输入电压，通过驱动控制电路调节线性功率管的开关状态，以输出预设的输出电压；所述的线性功率管包括第一功率端、第二功率端和控制端，所述的驱动控制电路包括供电端、驱动端、第一端和第二端，所述的供电端与输入电压的一端连接，供电端的电压被钳位至供电电压，所述的供电电压小于输入电压；所述的驱动端与线性功率管的控制端连接，所述的驱动控制电路的第一端和第二端分别与所述线性功率管的第一功率端和第二功率端相连接；所述的输入电压的其中一端与线性功率管的第一端之间的电压作为输出电压。
基于上述基本实现方案，采用两个实施例予以详细说明。图2和图4分别示意图实施例一和二的电路结构，二者分别为输入输出共地的高压线性稳压电路的实现方案和输入输出共电源的高压线性稳压电路的实现方案，并基于同一实用新型构思，但具体电路实现上有所不同，并且巧妙地应用P型MOS管和N型MOS管，以配合相应的应用场合。
参考图2所示，示意了输入输出共地的高压线性稳压电路，作为实施例一进行阐述。驱动控制电路的供电端VCC经电阻R10接地，供电端VCC被钳位至供电电压，且所述输入电压Vin与所述供电电压的压差V10，所述压差压差V10为定值；驱动控制电路检测流出VCC的电流i10，设置流出驱动控制电路第一端的电流比流出所述供电端的电流小第一电流差。驱动控制电路设置其第一端VS流出的电流i11＝i10-I0，其中I0表示第一电流差，并且检测驱动控制电路的第一端VS的电压，通过调节P型线性功率管M10的驱动电压，使得输入电压Vin和VS的压差V11为预设电压VREF1，其中预设电压VREF1为驱动控制电路的参考电压。
或者，设置输入电压和VS的压差V11为一固定电压VREF1，并检测VS流出的电流i11，通过调节P型线性功率管M10的驱动电压，使得VS流出的电流i11＝i10-I0。线性功率管M10为P型管，G、D和S可分别表征其栅极、漏极和源极。
以上涉及的字母和数字的代号在附图2并未全部提及，但是为了阐述的需要，故予以引入，并便于公式的推导。虽如此，但本领域普通技术人员根据上述描述均可知悉，在此予以说明。
本实施例一在接收高压输入下能使输出恒压的原理为：
Vin＝i10*R10+V10；
Vin＝Vout+i11*R11+V11；
Vout＝i10*R10+V10-(i11*R11+V11)＝i10*R10-i11*R11+V10-V11；
当R10＝R11＝R0时，则Vout＝(i10-i11)*R0+V10-V11＝I0*R0+(V10-V11)。
由于I0为第一电流差，第一电流差为定值，V10-V11也为固定电压，通过设置电阻R10＝R11＝R0(可认为R0为可预设的电阻值)，则可以通过调节R0的大小来调节输出电压。由于驱动控制电路的供电端VCC、第一端VS、驱动端G这几个引脚(将驱动控制电路集成于芯片内，故可称之为引脚)相对输入电压Vin都是低压，因此线性驱动控制电路可以用低压工艺实现输出恒压。
参考图3所示，示意了基于图2的相应驱动控制电路的具体电路结构，具体说明其中驱动控制电路的实现方式。但本实用新型的驱动控制电路不限于图3的电路结构。如图3所示，VCC被电压源V50钳位。流经VCC的电流i10包括给所有其余电路U50的供电电流i50和电压源V50的电流。以上所指的其余电路为需要VCC供电的其他电路，并非本实用新型的必要技术技术特征，与本实用新型的实现无关，故不做赘述，但为了阐明电压、电流关系等问题，故在图中涉及。
I50为流控电流源，即I50的电流大小由流经VCC的电流i10控制，且电流大小等于流经所述供电端的电流减第一电流差，即I50＝i10-I0，I0表示第一电流差。电流控制的电流源I50的一端和运算放大器U51的正输入端相连，。由于流过运算放大器U51正输入端的电流近似为0，因此驱动控制电路的第一端VS的电流i11＝i52-I0＝i10-I0(当I0>i10时，则i11＝0，VS电压被下拉，U51的输出G也被下拉，线性功率管M10完全导通)。运算放大器U51控制输入电压Vin和VS电压的压差等于参考电压VREF1。运算放大器U51的输出连接到线性功率管M10的栅极(也称为门极)，用以驱动线性功率管M10。
当输出电压Vout低于I0*R0+(V50-VREF1)时(其中，R10＝R11＝R0)，则输入电压Vin和VS电压的压差低于VREF1，运算放大器U51驱动端G变低，经过线性功率管M10的电流增加，从而使输出电压升高；当输出电压高于I0*R0+(V50-VREF1)时，则输入电压Vin和VS电压的压差高于VREF1，运算放大器U51输出G变高，经过线性功率管M10的电流减小，从而使输出电压降低。因此，输入电压Vin和VS电压的压差等于VREF1是预设的情况，但在这个实现过程中，存在着动态平衡，从而实现输出恒压。当V50和VREF1电压远小于输入输出电压时，即VCC和VS电压远小于输入输出电压，则输出电压简化为I0*R0，也可近似为恒压。
参考图4所示，示意了输入输出共电源的高压线性稳压电路，作为实施例二进行阐述。驱动控制电路钳位VCC至供电电压，检测流入VCC的电流为i20。驱动控制电路设置流入其第一端VS的电流i21＝i20-I0，其中I0表示第一电流差，并且检测VS电压，通过调节N型线性功率管M20的驱动电压，使得驱动控制电路第一端VS达到预设电压VREF1，其中VREF1为驱动控制电路的参考电压。
或者，设置驱动控制电路第一端VS等于预设电压VREF1，并检测流入驱动控制电路第一端VS的电流i21，通过调节N型线性功率管M20的驱动电压，使得驱动控制电路第一端VS流入的电流i21＝i20-I0。线性功率管M20为N型管，G、D和S可分别表征其栅极、漏极和源极。
该方法能使输出恒压的原理为：
Vin＝i20*R20+VCC；
Vin＝Vout+i21*R21+VS；
Vout＝i20*R20+VCC-(i21*R21+VS)＝i20*R20-i21*R21+VCC-VS；
当R20＝R21＝R0时，则Vout＝(i20-i21)*R0+VCC-VS＝I0*R0+(VCC-VS)。
由于I0为第一电流差，第一电流差为定值，VCC-VS也为固定电压，通过设置电阻R20＝R21＝R0，则可以通过调节R0的大小来调节输出电压。由于线性驱动控制电路的VCC、VS、G这几个引脚相对地都是低压，因此线性驱动控制电路可以用低压工艺实现输出恒压，实现方法简单，成本低。
参考图5所示，示意了基于图2的相应驱动控制电路的具体电路结构，具体说明其中驱动控制电路的实现方式。驱动控制电路的供电端VCC给所有电路供电，并被电压源V40钳位。则流经VCC的电流i20包括给所有其余电路U40的供电电流i40和电压源V40的电流。I40为流控电流源，即I40的电流大小由VCC电流i20控制，且电流大小等于流经所述供电端的电流减第一电流差，即I40＝i20-I0，I0表示第一电流差。电流控制的电流源I40的一端和运算放大器U41的正输入端相连。由于流过运放正输入端的电流近似为0，因此VS电流i21＝i42-I0＝i20-I0(当I0>i20时，则i21＝0，VS电压被上拉，U41的输出端G(即驱动控制电路的驱动端)也被上拉，线性功率管M20完全导通)。运算放大器U41控制VS电压等于参考电压VREF1。运算放大器U41的输出连接到线性功率管M20的栅极，驱动M20。
当输出电压低于I0*R0+(V40-VREF1)时(其中，R20＝R21＝R0)，则VS电压高于VREF1，运算放大器U41输出端G变高，经过线性功率管M20的电流增加，M20的漏极电压降低，从而使输出电压升高；当输出电压高于I0*R0+(V40-VREF1)时，则VS电压低于VREF1，运算放大器U41输出端G变低，经过线性功率管M20的电流减小，M20的漏极电压升高，从而使输出电压降低。因此，VS电压等于VREF1是预设的情况，但在这个实现过程中，存在着动态平衡，从而实现输出恒压。当V40和VREF1电压远小于输入输出电压时，即VCC和VS电压远小于输入输出电压，则输出电压简化为I0*R0，也可近似为恒压。
以上实施例中，涉及I40和i40、I50和i50均表征不同的电流形式，i40和i50表征流经的电流，而I40和I50则指的是施加的电流源，在此予以说明。除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。另外，本实用新型虽然用于解决应用于高压输入情况下，使得驱动控制电路承受比输入电压更低的电压，但同样能够应用于低压输入的情况，也就是说，本实用新型既然可以作为高压线性稳压电路，也可以用于低压线性稳压电路。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种线性稳压电路，包括线性功率管及其驱动控制电路，所述的线性功率管接收输入电压，通过驱动控制电路调节线性功率管，以输出预设的输出电压；其特征在于：
所述的线性功率管包括第一功率端、第二功率端和控制端，所述的驱动控制电路包括供电端、驱动端、第一端和第二端，所述的供电端与输入电压的一端连接，供电端的电压被钳位至供电电压，所述的供电电压小于输入电压；所述的驱动端与线性功率管的控制端连接，所述的驱动控制电路的第一端和第二端分别与所述线性功率管的第一功率端和第二功率端相连接；所述的输入电压的其中一端与线性功率管的第一端之间的电压作为输出电压。
2.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于：所述的输入电压的低电位端作为输出电压的低电位端，线性功率管的第一功率端作为输出电压的高电位端，所述驱动控制电路的供电端经电阻与输入电压的低电位端连接，驱动控制电路的第一端也经电阻与线性功率管的第一功率端连接，驱动控制电路的第二端与线性功率管的第二功率端连接并连接输入电压的高电位端。
3.根据权利要求2所述的线性稳压电路，其特征在于：检测流出所述供电端的电流，设置流出驱动控制电路第一端的电流比流出所述供电端的电流小第一电流差，检测驱动控制电路第一端的电压，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得所述输入电压与驱动控制电路第一端的压差达到预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压。
4.根据权利要求2所述的线性稳压电路，其特征在于：检测流出所述供电端的电流，设置所述输入电压与驱动控制电路第一端的压差为预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压，检测流出驱动控制电路第一端的电流，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得流出驱动控制电路第一端的电流比流出所述供电端的电流小第一电流差。
5.根据权利要求3所述的线性稳压电路，其特征在于：所述的驱动控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的输出端作为所述的驱动控制电路的驱动端，所述供电端的电压由第一电压源钳位至供电电压；设置流控电流源，所述的流控电流源的第二端分别与驱动控制电路的第一端和运算放大器的第一端连接，流控电流源的第一端接输入电压的高电位端，所述的流控电流源的大小由流经供电端的电流控制，且电流大小等于流经所述供电端的电流减第一电流差；所述的运算放大器的第二端接入所述参考信号。
6.根据权利要求3所述的线性稳压电路，其特征在于：所述的线性功率管为P型MOS管，所述的第一功率端为P型MOS管的漏极，所述的第二功率端为P型MOS管的源极，所述控制端为P型MOS管的门极。
7.根据权利要求1所述的线性稳压电路，其特征在于：所述的输入电压的高电位端作为输出电压的高电位端，线性功率管的第一功率端作为输出电压的低电位端，所述驱动控制电路的供电端经电阻与输入电压的高电位端连接，驱动控制电路的第一端也经电阻与线性功率管的第一功率端连接，驱动控制电路的第二端与线性功率管的第二功率端连接并接输入电压的低电位端。
8.根据权利要求7所述的线性稳压电路，其特征在于：检测流入所述供电端的电流，设置流入驱动控制电路第一端的电流比流入所述供电端的电流小第一电流差，检测驱动控制电路第一端的电压，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得驱动控制电路第一端的电压达到预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压。
9.根据权利要求7所述的线性稳压电路，其特征在于：检测流入所述供电端的电流，设置驱动控制电路第一端的电压为预设电压，所述的预设电压等于驱动控制电路的参考电压，检测流入驱动控制电路第一端的电流，通过驱动控制电路调节其驱动端的电压，以调节线性功率管的驱动电压，使得流入驱动控制电路第一端的电流比流入所述供电端的电流小第一电流差。
10.根据权利要求8所述的线性稳压电路，其特征在于：所述的驱动控制电路包括运算放大器，所述运算放大器的输出端作为所述的驱动控制电路的驱动端，所述供电端的电压由第一电压源钳位至供电电压；设置流控电流源，所述的流控电流源的第一端分别与驱动控制电路的第一端和运算放大器的第一端连接，流控电流源的第二端接输入电压的低电位端，所述的流控电流源的大小由流经供电端的电流控制，且电流大小等于流经所述供电端的电流减第一电流差；所述的运算放大器的第二端接入所述参考信号。
11.根据权利要求10所述的线性稳压电路，其特征在于：所述的线性功率管为N型MOS管，所述的第一功率端为N型MOS管的漏极，所述的第二功率端为N型MOS管的源极，所述控制端为N型MOS管的门极。
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