CN212367130U - 一种开关电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种开关电源电路，电压输入端连接到降压单元，降压单元的连接运放电路单元的负输入端，运放电路单元的正输入端连接功率管漏极，功率管栅极连接运放电路单元的输出端，功率管NM1的源极接地，运放电路单元连接振荡器，稳压单元连接振荡器且与电压输入端连接，稳压单元连接振荡器，且与运放电路单元的正输入端连接，电荷泵连接振荡器，电荷泵的输出端连接到电压输出端。本发明可以有效地在较低的输入电压下提供可以使后续电路正常的输出电压，并且使得输出电压更为稳定，既能够保证电路的正常工作，又不会导致功率管NM1产生较大的导通电阻值，提高系统可靠性，提高了输出电压的精确度和设计成本。
Description
技术领域
本发明涉及电路电子技术领域，尤其是一种电源电路及升压方法。
背景技术
目前在许多电路应用中都会用到开关电阻电路。现有常用的开关电阻电路如图1所示，采用即功率管NM1来充当开关管，通过电路内部的控制电路NM1的通断来实现把输入电压VIN的电压降低一个电阻R1的压降后得到输出电压VOUT，这种方法需要的输入电压VIN达到一定的电压值之后才能正常工作。存在的问题是：
1.如果输入电压VIN的供电端电压较低，无法保证电路正常工作；
2.电路在较高的输入电压VIN下工作时，功率管NM1会产生较大的导通电阻值，会严重影响电路的精准度和效率，从而对后续电路产生极大地损害，有可能导致整体电路无法正常工作。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种开关电源电路，在供电端电压较低时，既能够保证电路的正常工作，又不会导致功率管NM1产生较大的导通电阻值，提高系统可靠性，提高了输出电压的精确度和设计成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种开关电源电路，包括降压单元、运放电路单元、功率管NM1、振荡器、电荷泵和稳压单元，电压输入端连接到降压单元的一端，降压单元的另一端连接运放电路单元的负输入端，运放电路单元的正输入端连接功率管NM1的漏极，功率管NM1的栅极连接运放电路单元的输出端，功率管NM1的源极接地，运放电路单元的正输入端连接振荡器的第二输入端口，振荡器的第一输入端口和电荷泵的第一输入端口连接电压输入端，稳压单元的一端连接振荡器的第一输入端口，且与电压输入端连接，稳压单元的另一端连接振荡器的第二输入端口，且与运放电路单元的正输入端连接，电荷泵的第二输入端口连接振荡器的第三输出端口，电荷泵的第三输入端口连接振荡器的第四输出端口，电荷泵的输出端连接到电压输出端。
所述稳压单元为电容组成的电路，或者电容和稳压二极管并联的电路。
所述降压单元为直流电源单元，直流电源单元的正极与电压输入端连接，直流电源单元的负极连接运放电路单元的负输入端。
所述直流电源单元为由电阻构成的降压电路，或互补金属氧化物半导体构成的降压电路，或电阻与互补金属氧化物半导体共同构成的降压电路。
所述运放电路单元为差分运算放大器或二级运算放大器。
所述振荡器为电容电阻回路。
降压单元根据接收到的电压输入端提供的输入电压降低的电压值，将降压后的输入电压输入运放电路单元的负输入端，使得运放电路单元控制功率管NM1的栅极，从而在功率管NM1的漏极产生降压后的输入电压；
振荡器根据振荡器的第一输入端口接收的输入电压和振荡器的第二输入端口接收的降压后的输入电压，产生电压电平信号，并将电压电平信号发送给电荷泵；
电荷泵根据电压电平信号将接收到的输入电压升高。
稳压单元将振荡器的第一输入端口的电压保持为输入电压，将振荡器的第二输入端口的电压保持为降压后的输入电压。
当开关电源电路开始工作时，运放电路单元的正输入端和负输入端都有电压输入时，功率管NM1工作在深三极管区，并且运放电路单元在功率管NM1的栅极施加负反馈，将功率管NM1漏极电压反馈到运放电路单元的正输入端，运放电路单元的输出端控制功率管NM1关断。
本发明的有益效果在于降压单元根据接收到的电压输入端提供的输入电压降低电压值，将降压后的输入电压输入运放电路单元的负输入端，以使运放电路单元控制功率管NM1的栅极，从而在功率管NM1的漏极产生降压后的输入电压；电荷泵根据电压电平信号将接收到的输入电压升高，可以有效地在较低的输入电压下提供可以使后续电路正常的输出电压，并且使得输出电压更为稳定，既能够保证电路的正常工作，又不会导致功率管NM1产生较大的导通电阻值，提高系统可靠性，提高了输出电压的精确度和设计成本。
附图说明
图1为现有技术的开关电源电路的示意图；
图2为本发明的开关电源电路的结构示意图；
图3为本发明实施例的开关电源电路的结构示意变化一图；
图4为本发明实施例的开关电源电路的结构示意变化二图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种开关电源电路，包括降压单元、运放电路单元、功率管NM1、振荡器、电荷泵和稳压单元，电压输入端连接到降压单元的一端，降压单元的另一端连接运放电路单元的负输入端，运放电路单元的正输入端连接功率管NM1的漏极，功率管NM1的栅极连接运放电路单元的输出端，功率管NM1的源极接地，运放电路单元的正输入端连接振荡器的第二输入端口，振荡器的第一输入端口和电荷泵的第一输入端口连接电压输入端，稳压单元的一端连接振荡器的第一输入端口，且与电压输入端连接，稳压单元的另一端连接振荡器的第二输入端口，且与运放电路单元的正输入端连接，电荷泵的第二输入端口连接振荡器的第三输出端口，电荷泵的第三输入端口连接振荡器的第四输出端口，电荷泵的输出端连接到电压输出端。
所述稳压单元为电容组成的电路，或者电容和稳压二极管并联的电路。
所述降压单元为直流电源单元，直流电源单元的正极与电压输入端连接，直流电源单元的负极连接运放电路单元的负输入端。
所述直流电源单元为由电阻构成的降压电路，或互补金属氧化物半导体构成的降压电路，或电阻与互补金属氧化物半导体共同构成的降压电路。
所述运放电路单元为差分运算放大器或二级运算放大器。
所述振荡器为电容电阻回路。
降压单元根据接收到的电压输入端提供的输入电压降低的电压值，将降压后的输入电压输入运放电路单元的负输入端，使得运放电路单元控制功率管NM1的栅极，从而在功率管NM1的漏极产生降压后的输入电压；
振荡器根据振荡器的第一输入端口接收的输入电压和振荡器的第二输入端口接收的降压后的输入电压，产生电压电平信号，并将电压电平信号发送给电荷泵；
电荷泵根据电压电平信号将接收到的输入电压升高。
稳压单元将振荡器的第一输入端口的电压保持为输入电压，将振荡器的第二输入端口的电压保持为降压后的输入电压。
当开关电源电路开始工作时，运放电路单元的正输入端和负输入端都有电压输入时，功率管NM1工作在深三极管区，并且运放电路单元在功率管NM1的栅极施加负反馈，将功率管NM1漏极电压反馈到运放电路单元的正输入端，运放电路单元的输出端控制功率管NM1关断。
图2示出了本发明实施例提供的开关电源电路的结构示意图。
该开关电源电路包括降压单元101、运放电路单元102、功率管NM1 103、振荡器104、电荷泵105、稳压单元106；
电压输入端连接到降压单元101的一端；降压单元101的另一端连接到运放电路单元102的负输入端；运放电路单元102的正输入端连接到功率管NM1 103的漏极；功率管NM1103的栅极连接到运放电路单元102的输出端，功率管NM1 103的源极接地；运放电路单元102的正输入端连接到振荡器104的第二输入端口；振荡器104的第一输入端口和电荷泵105的第一输入端口连接到电压输入端；稳压单元106的一端连接到振荡器104的第一输入端口，且与电压输入端连接，稳压单元106的另一端连接到振荡器104的第二输入端口，且与运放电路单元102的正输入端连接；电荷泵105的第二输入端口连接到振荡器104的第三输出端口；电荷泵105的第三输入端口连接到振荡器104的第四输出端口；电荷泵105的输出端连接到电压输出端。
本发明中的功率管NM1为N沟道增强型MOS管，与其他电气元件的连接方式与功率管NM1相同。
稳压单元106为电容或者电容和稳压二极管并联的电路，当稳压单元106为电容时，如图3所示，电容C1具有稳压的作用，稳定振荡器104的第一输入端口和第二输入端口的电压。当稳压单元106为电容和稳压二极管并联的电路时，如图4所示，电容C1和稳压二极管D1并联的电路同样具有稳压的作用，稳定振荡器104的第一输入端口和第二输入端口的电压。
降压单元101为直流电源单元，直流电源单元的正极与电压输入端连接，直流电源单元的负极连接到运放电路单元102的负输入端。该直流电源单元可以起到将输入电压降低的作用。
直流电源单元为由电阻构成的降压电路，或互补金属氧化物半导体构成的降压电路，或电阻与互补金属氧化物半导体共同构成的降压电路。
运放电路单元102为差分运算放大器或者二级运算放大器，振荡器为电容电阻回路。运放电路单元102的正输入端的电压用VP+表示，负输入端的电压用VP-表示。
本发明实施例提供了一种开关电源电路，包括降压单元101、运放电路单元102、功率管NM1 103、振荡器104、电荷泵105；电压输入端连接到降压单元101的一端；降压单元101的另一端连接到运放电路单元102的负输入端；运放电路单元102的正输入端连接到功率管NM1 103的漏极；功率管NM1 103的栅极连接到运放电路单元102的输出端，功率管NM1 103的源极接地；运放电路单元102的正输入端连接到振荡器104的第二输入端口；振荡器104的第一输入端口和电荷泵105的第一输入端口连接到电压输入端；电荷泵105的第二输入端口连接到振荡器104的第三输出端口；电荷泵105的第三输入端口连接到振荡器104的第四输出端口；电荷泵105的输出端连接到电压输出端，可以有效地在较低的输入电压下提供可以使后续电路正常的输出电压，并且使得输出电压更为稳定，既能够保证电路的正常工作，又不会导致功率管NM1产生较大的导通电阻值，提高系统可靠性，提高了输出电压的精确度和设计成本。
本发明应用于上述的开关电源电路中，降压单元101根据接收到的电压输入端的输入电压降低第一预设阈值的电压值，将降压后的输入电压输入运放电路单元102的负输入端，以使运放电路单元102控制功率管NM1 103的栅极，从而在功率管NM1 103的漏极产生降压后的输入电压；稳压单元106的一端连接到振荡器104的第一输入端口，且与电压输入端连接，稳压单元106的另一端连接到振荡器104的第二输入端口，且与运放电路单元102的正输入端连接，振荡器104根据振荡器104的第一输入端口接收的输入电压和振荡器104的第二输入端口接收的降压后的输入电压，产生电压电平信号，并将电压电平信号发送给电荷泵105；电荷泵105根据电压电平信号将接收到的输入电压升高第二预设阈值。
其中，运放电路单元102采用负反馈结构的连入到该开关电源电路，起到电压跟随器的作用，振荡器104产生高低电平不断切换的振荡信号为电荷泵105供电，电荷泵105接收振荡器104产生的高低电平不断切换的振荡信号，并将该振荡信号叠加到电荷泵105的输入电压之上。
当开关电源电路开始工作时，运放电路单元102的正输入端和负输入端有电压输入时，功率管NM1 103工作在深三极管区，并且运放电路单元102在功率管NM1 103的栅极施加负反馈，将功率管NM1 103漏极电压及时反馈到运放电路单元102的正输入端，当运放电路单元102的增益够大时，运放电路单元102的差动输入电压很小，运放电路单元102的输出端控制功率管NM1 103几乎处于关断状态，就可以保证运放电路单元102的正输入端和负输入端的电压保持相等。
结合本发明实施例提供的电路结构示意图，当电压输入端提供的输入电压，例如为Vref时，降压单元101提供第一预设阈值的电压值的压降，第一预设阈值根据实际需要设定，本实施例中的第一预设阈值为2.5V，使得到达运放电路单元102的负输入端的电压比电压输入端提供的供电电压Vref电压降低第一预设阈值2.5V，通过带有负反馈功能的运放电路单元102控制功率管NM1的栅极，从而在功率管NM1103的漏极产生稳定的输出电压，即为(Vref-第一预设阈值)，当输入电压Vref和输出电压(Vref-第一预设阈值)分别作为振荡器104的高低电压为振荡器104供电时，产生Vref和(Vref-预设电压值)的高低电平的逻辑信号到达电荷泵105，电荷泵105将输入电压Vref在电路内部增压升高第二预设阈值并输出，第二预设阈值根据实际需要设定，例如升高3V，为后续接入的电路或者用电设备提供高于输入电压Vref的工作电压。
通过稳压单元106将振荡器105的第一输入端口的电压保持为输入电压，将振荡器105的第二输入端口的电压保持为降压后的输入电压，其中电容电元106起到稳压的作用，可以稳定振荡器105的第一输入端口和第二输入端口的电压。
当运放电路单元102的正输入端和负输入端接收的电压值相等时，运放电路单元102的输出端控制功率管NM1103关断；
当运放电路单元102的正输入端和负输入端接收的电压值不相等时，运放电路单元102的输出端的输出电压通过功率管NM1 103的漏极接地。
本发明中，降压单元101根据接收到的电压输入端提供的输入电压降低第一预设阈值的电压值，将降压后的输入电压输入运放电路单元102的负输入端，以使运放电路单元102控制功率管NM1 103的栅极，从而在功率管NM1 103的漏极产生降压后的输入电压；稳压单元106的一端连接到振荡器104的第一输入端口，且与电压输入端连接，稳压单元106的另一端连接到振荡器104的第二输入端口，且与运放电路单元102的正输入端连接，振荡器104根据振荡器104的第一输入端口接收的输入电压和振荡器104的第二输入端口接收的降压后的输入电压，产生电压电平信号，并将电压电平信号发送给电荷泵105；电荷泵105根据电压电平信号将接收到的输入电压升高第二预设阈值，电荷泵105可将输入电压在电路内部增压并输出，为其他电路提供高于输入电压的工作电压，并且输出电压更为稳定。与现有技术相比，本发明提供的方法整体电路设计简单，功率管NM1的导通电阻更小，从而提高电路的效率，从而降低电路的发热，对于电路的安全性也有一定的提高。
Claims (6)
1.一种开关电源电路，包括降压单元、运放电路单元、功率管NM1、振荡器、电荷泵和稳压单元，其特征在于：
所述开关电源电路中，电压输入端连接到降压单元的一端，降压单元的另一端连接运放电路单元的负输入端，运放电路单元的正输入端连接功率管NM1的漏极，功率管NM1的栅极连接运放电路单元的输出端，功率管NM1的源极接地，运放电路单元的正输入端连接振荡器的第二输入端口，振荡器的第一输入端口和电荷泵的第一输入端口连接电压输入端，稳压单元的一端连接振荡器的第一输入端口，且与电压输入端连接，稳压单元的另一端连接振荡器的第二输入端口，且与运放电路单元的正输入端连接，电荷泵的第二输入端口连接振荡器的第三输出端口，电荷泵的第三输入端口连接振荡器的第四输出端口，电荷泵的输出端连接到电压输出端。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源电路，其特征在于：
所述稳压单元为电容组成的电路，或者电容和稳压二极管并联的电路。
3.根据权利要求1所述的一种开关电源电路，其特征在于：
所述降压单元为直流电源单元，直流电源单元的正极与电压输入端连接，直流电源单元的负极连接运放电路单元的负输入端。
4.根据权利要求3所述的一种开关电源电路，其特征在于：
所述直流电源单元为由电阻构成的降压电路，或互补金属氧化物半导体构成的降压电路，或电阻与互补金属氧化物半导体共同构成的降压电路。
5.根据权利要求1所述的一种开关电源电路，其特征在于：
所述运放电路单元为差分运算放大器或二级运算放大器。
6.根据权利要求1所述的一种开关电源电路，其特征在于：
所述振荡器为电容电阻回路。
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| CN202020322180.6U CN212367130U (zh) | 2020-03-16 | 2020-03-16 | 一种开关电源电路 |
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| CN111277144A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-06-12 | 西安拓尔微电子有限责任公司 | 一种开关电源电路及电压升压方法 |
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Cited By (2)
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| CN111277144B (zh) * | 2020-03-16 | 2024-05-24 | 拓尔微电子股份有限公司 | 一种开关电源电路及电压升压方法 |
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