CN205986621U - 一种新型开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型开关电源电路，包括：输入电压端子、输出电压端子、MOS管、三极管、信号发生单元、信号比较单元和第五稳压管。本实用新型中，利用定时器产生控制信号；运算放大器、三极管和稳压管共同作用下组成一个信号比较单元控制栅极电压，N沟道MOS管负责对电路实行最终的开关控制。如此，使得整个开关电源的功能得以实现。

Description

一种新型开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种新型开关电源电路。

背景技术

常用的开关电源可以用MOS管来实现，故电路可分为P沟道MOS管开关电源电路和N沟道MOS管开关电源电路。P沟道MOS管电路原理简单、技术成熟且易实现；缺点是P沟道MOS管I_D值较小，当电路电流过大时容易烧坏，影响了电路的带载能力。N沟道MOS管电路相对较复杂，但是由于N沟道MOS管的I_D值普遍很大，所以能使电路带载能力大大提高。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种新型开关电源电路。

本实用新型提出的一种新型开关电源电路，包括：输入电压端子、输出电压端子、MOS管、三极管、信号发生单元、信号比较单元和第五稳压管；

MOS管采用N沟道MOS管，三极管采用NPN三极管；输入电压端子和输出电压端子分别连接MOS管的漏极和源极，MOS管栅极连接第五稳压管负极，第五稳压管正极连接三极管集电极，三极管发射级接地；

输入电压端子通过第一电阻连接信号发生单元工作电压端和信 号比较单元工作电压端；信号发生单元输出端连接MOS管栅极；信号比较单元第一输入端与信号比较单元工作电压端等电位连接，其第二输入端连接输入电压端子，其输出端连接三极管基极。

优选地，还包括第三稳压管和第四稳压管，第三稳压管负极连接第一电阻，第四稳压管负极连接MOS管栅极，第三稳压管正极和第四稳压管正极均接地；第三稳压管并联有第二电容，第四稳压管并联有第三电容。

优选地，还包括第一二极管，第一二极管正极和负极分别连接信号发生单元输出端和MOS管栅极。

优选地，信号发生单元输出端通过第一电容和第三电阻串联组成的RC滤波电路连接第一二极管正极。

优选地，还包括第二二极管，其正极和负极分别连接MOS管源极和第一二极管正极，且MOS管源极通过第六电容接地。

优选地，MOS管栅极串联有第二电阻，并通过第二电阻分别连接第四稳压管、第五稳压管和第一二极管。

优选地，还包括浪涌保护单元，浪涌保护单元由第七稳压管和第八稳压管组成，第七稳压管负极连接输入电压端子，其正极连接第八稳压管正极，第八稳压管负极接地。

优选地，信号发生单元包括定时器，其电源端和输出端分别作为信号发生单元工作电压端和输出端；定时器RST端与其供电端连接，其DIS端通过第五电阻连接其供电端，其THR端连接TRIG端，其TRIG端通过第六电阻连接其DIS端并通过第四电容接地，其CTRL端通过 第五电容接地。

优选地，信号比较单元由运算放大器、第一分压网络和第二分压网络组成；运算放大器的供电端和输出端分别作为信号比较单元的工作电压端和输出端；第一分压网络包括第七电阻、第十电阻和第六稳压管组成，第七电阻的第一端作为信号比较单元的第一输入端，其第二端连接第六稳压管负极，第六稳压管正极接地，第十电阻两端分别连接第七电阻第二端和运算放大器反相端；第二分压网络包括第八电阻、第九电阻和第十一电阻，第八电阻第一端作为信号比较单元第二输入端，其第二端通过第九电阻接地并通过第十一电阻连接运算放大器同相端。

优选地，信号比较单元输出端和三极管基极之间串联有第四电阻。

本实用新型中，利用定时器产生控制信号；运算放大器、三极管和稳压管共同作用下组成一个信号比较单元控制栅极电压，N沟道MOS管负责对电路实行最终的开关控制。如此，使得整个开关电源的功能得以实现。

本实用新型中，信号发生单元的设置，实现了在输入电压达到钳位值之前电路实现跟随，输入电压大于钳位值后电路实现钳位功能输出钳位电压值。并且由于选用N沟道MOS管，电路带载能力强，带载工作电压波动较小。

本实用新型中，使用了新型的电路驱动方式并增加了信号比较电路，使得控制信号发生电路稳定性好、容易控制。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种新型开关电源电路原理图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型提出的一种新型开关电源电路，包括：输入电压端子、浪涌保护单元、输出电压端子、MOS管Q1、三极管Q2、信号发生单元、第一二极管D1、第二二极管D2、信号比较单元、第三稳压管D3、第四稳压管D4、第五稳压管D5。

MOS管Q1采用N沟道MOS管，三极管Q2采用NPN三极管。

输入电压端子和输出电压端子分别连接MOS管Q1的漏极和源极，且MOS管Q1源极通过第六电容C6接地，以便对输出电压端子进行隔流保护。

MOS管Q1栅极连接第五稳压管D5负极，第五稳压管D5正极连接三极管Q2集电极，三极管Q2发射级接地。如此，三极管Q2截止状态下，MOS管Q1栅极悬空，输出电压端子的输出电压等于输入电压端子的输入电压；三极管Q2导通状态下，MOS管Q1栅极通过第五稳压管D5接地，MOS管Q1栅极上电后可通过第五稳压管D5保持恒定电压以保持在钳位状态，此时及时MOS管Q1漏极电压不断增大，输出电压端子获得的输出电压也恒等于MOS管Q1栅极电压。三极管Q2截至状态或者导通状态取决于其基极失电或者得电。

本实施方式中，MOS管Q1栅极通过第二电阻R2连接第五稳压管D5，以便对MOS管Q1栅极进行限流保护。

输入电压端子通过第一电阻R1连接信号发生单元工作电压端和 信号比较单元工作电压端，信号发生单元和信号比较单元通过输入电压端子的输入电压获得工作电压，即当输入电压端子获得输入电压增大到一定程度，信号发生单元和信号比较单元才开始工作。

信号发生单元输出端通过第二电阻R2连接MOS管Q1栅极。当信号发生单元工作，MOS管Q1栅极通过信号发生单元输出端上电。

本实施方式中，信号发生单元包括定时器P1，其电源端和输出端分别作为信号发生单元工作电压端和输出端。定时器P1RST端与其供电端连接，其DIS端通过第五电阻R5连接其供电端，其THR端连接TRIG端，其TRIG端通过第六电阻R6连接其DIS端并通过第四电容C4接地，其CTRL端通过第五电容C5接地。

信号比较单元第一输入端与信号比较单元工作电压端等电位连接，其第二输入端连接输入电压端子，其输出端连接三极管Q2基极。信号比较单元工作后，输出端根据第一输入端和第二输入端的电压比较结果输出电压信号为三极管Q2基极提供电压信号。本实施方式中，信号比较单元输出端和三极管Q2基极之间串联有第四电阻R4进行限流保护。

本实施方式中，信号比较单元由运算放大器M1、第一分压网络和第二分压网络组成。运算放大器M1的供电端和输出端分别作为信号比较单元的工作电压端和输出端。第一分压网络包括第七电阻R7、第十电阻R10和第六稳压管D6组成，第七电阻R7的第一端作为信号比较单元的第一输入端，其第二端连接第六稳压管D6负极，第六稳压管D6正极接地，第十电阻R10两端分别连接第七电阻R7第二端和 运算放大器M1反相端。第二分压网络包括第八电阻R8、第九电阻R9和第十一电阻R11，第八电阻R8第一端作为信号比较单元第二输入端，其第二端通过第九电阻R9接地并通过第十一电阻R11连接运算放大器M1同相端。

如此，运算放大器M1的反相端从信号发生单元和信号比较单元的供电电压中取样，再经过第一分压网络分压后作为参考电压，运算放大器M1的同相端通过输入电压端子的输入电压进行采样，经过第二分压网络分压后作为比较电压。当比较电压大于参考电压时运算放大器M1有输出，通过第四电阻R4产生三极管Q2所需基极电流，使得Q2导通，从而MOS管进入钳位状态。

本实施方式中，以信号发生单元和信号比较单元开始工作时的输入电压端子的输入电压作为钳位值，MOS管Q1钳位状态下，输出电压端子输出的电压作为钳位电压值。如果想调整钳位电压值，只需要调整第五稳压管D5的稳压值即可，即钳位电压值有第五稳压管D5的稳压值决定。如此，本实施方式中，实现了在输入电压达到钳位值之前电路实现跟随，输入电压大于钳位值后电路实现钳位功能输出钳位电压值。并且由于选用N沟道MOS管，电路带载能力强，带载工作电压波动较小。本实施方式中，信号发生单元输出端和MOS管Q1栅极之间串联有第一二极管D1和RC滤波电路。第一二极管D1正极和负极分别连接RC滤波电路和第二电阻R2，RC滤波电路由串联的第一电容C1和第三电阻R3串联组成。第一二极管D1的设置限制了MOS管栅极和信号发生单元输出端之间的电流流向，RC滤波电路对信号发 生单元的输出信号进行滤波。

在振荡电路中，人为的引入正反馈，并使反馈环路增益满足一定的条件，那么，电路在没有外部激励的情况下会产生输出信号，即产生自激振荡。一般的自激振荡为了达到自激振荡的条件需要克服阻尼等原因，输出功率增大后，电磁转换过程中容易出现不稳定状态。本实施方式中，利用定时器来产生所需控制信号，并增加了信号比较单元，使得整个信号电路部分性能稳定且易控制。

第二二极管D2正极和负极分别连接MOS管Q1源极和第一二极管D1正极。

本实施方式中，第三稳压管D3负极连接第一电阻R1，第四稳压管D4负极通过第二电阻R2连接MOS管Q1栅极，第三稳压管D3正极和第四稳压管D4正极均接地。第三稳压管D3并联有第二电容C2，第四稳压管D4并联有第三电容C3。

第三稳压管D3和第四稳压管D4的设置分别对供电电压和MOS管Q1的栅极电压进行钳位。

浪涌保护单元由第七稳压管D7和第八稳压管D8组成，第七稳压管D7负极连接输入电压端子，其正极连接第八稳压管D8正极，第八稳压管D8负极接地。本实施方式中，增加浪涌保护功能使得电路安全性大大提高。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构 思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型开关电源电路，其特征在于，包括：输入电压端子、输出电压端子、MOS管(Q1)、三极管(Q2)、信号发生单元、信号比较单元和第五稳压管(D5)；

MOS管(Q1)采用N沟道MOS管，三极管(Q2)采用NPN三极管；输入电压端子和输出电压端子分别连接MOS管(Q1)的漏极和源极，MOS管(Q1)栅极连接第五稳压管(D5)负极，第五稳压管(D5)正极连接三极管(Q2)集电极，三极管(Q2)发射级接地；

输入电压端子通过第一电阻(R1)连接信号发生单元工作电压端和信号比较单元工作电压端；信号发生单元输出端连接MOS管(Q1)栅极；信号比较单元第一输入端与信号比较单元工作电压端等电位连接，其第二输入端连接输入电压端子，其输出端连接三极管(Q2)基极。

2.如权利要求1所述的新型开关电源电路，其特征在于，还包括第三稳压管(D3)和第四稳压管(D4)，第三稳压管(D3)负极连接第一电阻(R1)，第四稳压管(D4)负极连接MOS管(Q1)栅极，第三稳压管(D3)正极和第四稳压管(D4)正极均接地；第三稳压管(D3)并联有第二电容(C2)，第四稳压管(D4)并联有第三电容(C3)。

3.如权利要求2所述的新型开关电源电路，其特征在于，还包括第一二极管(D1)，第一二极管(D1)正极和负极分别连接信号发生单元输出端和MOS管(Q1)栅极。

4.如权利要求3所述的新型开关电源电路，其特征在于，信号发生单元输出端通过第一电容(C1)和第三电阻(R3)串联组成的 RC滤波电路连接第一二极管(D1)正极。

5.如权利要求3所述的新型开关电源电路，其特征在于，还包括第二二极管(D2)，其正极和负极分别连接MOS管(Q1)源极和第一二极管(D1)正极，且MOS管(Q1)源极通过第六电容(C6)接地。

6.如权利要求3所述的新型开关电源电路，其特征在于，MOS管(Q1)栅极串联有第二电阻(R2)，并通过第二电阻分别连接第四稳压管(D4)、第五稳压管(D5)和第一二极管(D1)。

7.如权利要求1所述的新型开关电源电路，其特征在于，还包括浪涌保护单元，浪涌保护单元由第七稳压管(D7)和第八稳压管(D8)组成，第七稳压管(D7)负极连接输入电压端子，其正极连接第八稳压管(D8)正极，第八稳压管(D8)负极接地。

8.如权利要求1所述的新型开关电源电路，其特征在于，信号发生单元包括定时器(P1)，其电源端和输出端分别作为信号发生单元工作电压端和输出端；定时器(P1)RST端与其供电端连接，其DIS端通过第五电阻(R5)连接其供电端，其THR端连接TRIG端，其TRIG端通过第六电阻(R6)连接其DIS端并通过第四电容(C4)接地，其CTRL端通过第五电容(C5)接地。

9.如权利要求1至8任一项所述的新型开关电源电路，其特征在于，信号比较单元由运算放大器(M1)、第一分压网络和第二分压网络组成；运算放大器(M1)的供电端和输出端分别作为信号比较单元的工作电压端和输出端；第一分压网络包括第七电阻(R7)、第十电阻(R10)和第六稳压管(D6)组成，第七电阻(R7)的第一端作 为信号比较单元的第一输入端，其第二端连接第六稳压管(D6)负极，第六稳压管(D6)正极接地，第十电阻(R10)两端分别连接第七电阻(R7)第二端和运算放大器(M1)反相端；第二分压网络包括第八电阻(R8)、第九电阻(R9)和第十一电阻(R11)，第八电阻(R8)第一端作为信号比较单元第二输入端，其第二端通过第九电阻(R9)接地并通过第十一电阻(R11)连接运算放大器(M1)同相端。

10.如权利要求9所述的新型开关电源电路，其特征在于，信号比较单元输出端和三极管(Q2)基极之间串联有第四电阻(R4)；

输入电压经过第一电阻(R1)分压、第二电容(C2)滤波、第三稳压管(D3)钳位后对后级定时器和运放供电，以及为运放比较提供采样电压；当输入电压未达到定时器和运放工作电压时，定时器和运放不工作，整个电路的输出电压等于输入电压，电路实现跟随功能；当输入电压达到定时器和运放工作电压时，定时器开始工作输出信号；

后级的信号比较电路的反相端从供电电压端取样，再经过第七电阻(R7)、第六稳压管(D6)、第十电阻(R10)组成的分压网络分压后作为参考电压；而同相端通过输入电压进行采样，经过第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十一电阻(R11)组成的分压网络分压后作为比较电压；当比较电压大于参考电压时运放有输出，通过第四电阻(R4)产生三极管(Q2)所需基极电流，并且使得三极管(Q2)导通，第五稳压管(D5)另一端被接到地上实现稳压功能；

定时器的输出作为MOS管(Q1)的栅极电压，当信号比较电路开 始工作时，MOS管(Q1)的栅极电压由于第五稳压管(D5)的作用保持恒定，而漏极电压不断变大，使得管子一直工作在钳位状态，也就是一直输出MOS管(Q1)的栅极电压值；所以如果想调整钳位值，只需调整第五稳压管(D5)稳压管的稳压值即可；最终使该电路实现了在输入电压钳位值之前电路实现跟随，输入电压大于钳位值后电路实现钳位功能输出钳位电压值；并前由于选用N沟道MOS管，电路带载能力强，带载工作电压波动较小。