CN101414815B

CN101414815B - 一种线性稳压延时电路

Info

Publication number: CN101414815B
Application number: CN200710124069A
Authority: CN
Inventors: 骆春敏; 王安山
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: CN101414815A

Abstract

一种线性稳压延时电路，应用于电源技术领域，包括一取样电路，一串联在输入电源和输出负载之间的调整管，以及电压误差放大器，取样电路并联在本线性稳压延时电路的输出端，电压误差放大器的负输入端连接取样电路的分压点，其阳极通过驱动电阻R1连接所述调整管的控制端，在本线性稳压延时电路的输入端与所述误差放大器的阳极之间连接一延时驱动电路，用于控制所述调整管驱动电压的建立时间，使所述输出电压的建立滞后于所述输入电压。本发明电路不仅具有较高的输出电压精度，还可以满足更为苛刻的延时需求。同时还可控制输出电压的有无。

Description

一种线性稳压延时电路

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种实现输入与输出延时的线性稳压延时电路。

背景技术

在大型电源***中，多路电源输出通常由多个拓扑结构实现，即相当于由多个单板电源组成，多路输出的上电时序可以通过控制相应的PWM(脉宽调制)控制芯片的供电来实现，而这些电路的PWM控制芯片的供电电压可能又有所不同。线性电源的实现有多种方式，包括分立元件实现与三端稳压器实现。为了从根本上实现输入与输出的延时，一般采用分立元件来实现，其中又分为串联式线性电源和并联式线性电源；因串联式线性电源比并联式线性电源的效率高，故常用的是串联式线性电源；串联式线性电源的现有技术有：

a、稳压二极管并联调整电源，如图1所示，即串联电阻置于电源输入端和稳压二极管之间，用来限制流向负载和二极管的电流，稳压二极管补偿负载电流的变化，这种稳压器典型地用在负载小于200mW的局部电压调节中；要实现输入与输出的延时只能是通过加大输出电容，使输出建立的时间常数变大，从而使输出电压建立的时刻后于输入电压建立的时刻。

b、单晶体管串联型线性电源，如图2所示，即将一个晶体管加到基本二极管稳压电路，可以利用双极型晶体管具有增益的优势，晶体管接成射极跟随器，可以在稳压二极管的电流比较小的情况下，向负载提供很大的电流，此时晶体管基本上是作为一个误差放大器。当负载电流增加时，使基极的电压提高，晶体管的导通程度也增加，因而使电压回复到原来的值。该方法可以通过选择晶体管的容量来满足负载和调整电压损耗的要求，但其仍然是通过增加输出电容使输出建立时间长于输入建立时间，由此使得输出滞后于输入建立。

C、如图3所示，调整管串联在输入电源和负载之间，用电压误差放大器来持续地将输出电压和稳定的基准电压作比较，得出的差值被电压误差放大器放大多倍，放大后的误差电压直接控制串联调整单元的导通电阻，以维持额定的输出电压。如果负载增加，输出电压下降，电压误差放大器的输出将增加，使更多的电流流向负载；如果负载电流减少，输出电压会上升，则电压误差放大器的输出将使调整单元流向负载的电流减少。其实现延时的方法是在误差放大器的负输入端(即输出电压经过分压电阻后的电压)并联一电容，使误差放大器的负端电压上升时间变长，其本质还是在输出端增加了一大电容，从而实现输出滞后于输入上电。

以上三种技术方案的上电时序如图4a所示，由此可见，已有的串联式线性电源中，实现输出延时于输入上电，其本质都是在输出端加大电容，改变输出上升的斜率，使输出没有输入上电斜率陡，输出电容越大充电时间越长，则输出电压的上升斜率较输入的上升斜率越缓，到达额定输出的时间越长，但两者上升的起始点相同，是同时从0V开始上升。从本质上来讲，并非真正意义上的延时；另外如同C方案里面，延时电容的放电时间不可调节，只要反馈参数设定和延时时间设定后，放电时间也就确定下来，对需要频繁开关输出的电路来说，实现难度较大。

发明内容

本发明首要目的是：提供一种线性稳压延时电路，该电路使输出电压的建立延时于输入端上电时刻，同时又能实现线性稳压。

本发明进一步的目的是：使得线性稳压延时电路可控制输出电压的有无，同时，在延时时间已确定的情况下，可调节延时电容的放电时间，满足频繁开关的使用环境。

为解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种线性稳压延时电路，包括一取样电路，一串联在输入电源和输出负载之间的调整管，以及电压误差放大器，所述取样电路并联在本线性稳压延时电路的输出端，电压误差放大器的负输入端连接取样电路的分压点，其阳极通过驱动电阻R1连接所述调整管的控制端，还包括在本线性稳压延时电路的输入端与所述误差放大器的阳极之间连接一延时驱动电路，用于控制所述调整管驱动电压的建立时间，使所述输出电压的建立滞后于所述输入电压。

所述的线性稳压延时电路，其中：所述延时驱动电路包括顺序连接在所述输入端与地之间的延时电阻和延时电容C2，所述误差放大器的阳极连接所述延时电容C2与延时电阻的连接点，所述输入端上电后，经所述延时电阻向延时电容充电，直至所述调整管导通，在所述输出端建立输出电压；还包括一放电电路，所述延时电容C2通过该放电电路放电。

所述的线性稳压延时电路，其中：所述放电电路为一开关控制电路，由控制信号控制该开关控制电路呈导通或截止状态，当该开关电路截止时，所述输出端有正常的输出电压，当开关电路导通时，误差放大器的阳极被拉到地，所述输出端无输出电压，且所述延时电容C2通过该开关控制电路放电。

所述的线性稳压延时电路，其中：所述延时电阻由电阻R3与电阻R2串联而成，电阻R3一端接所述输入端，且电阻R2的一端连接所述延时电容C2；所述开关控制电路包括一开关管，所述开关管的集电极连接电阻R3和电阻R2的连接点，其发射极接地，且其控制极通过电阻R4连接控制信号。

所述的线性稳压延时电路，其中：所述调整管为N沟道场效应管，所述控制信号为脉冲信号。

所述的线性稳压延时电路，其中：所述开关控制电路还可以由电阻R5和双掷开关K1构成，所述电阻R5的一端以及双掷开关K1的一闭合端均接至所述电阻R2和R3的节点，所述电阻R5的另一端与所述双掷开关K1的另一闭合端连接，所述双掷开关K1的控制端接地。

所述的线性稳压延时电路，其中：所述延时电容C2、电阻R2和R3的取值满足以下公式：

t_{1} = (R_{2} + R_{3}) \times C_{2} \ln \frac{V_{in}}{V_{in} - V_{GS (th)} - V_{out}}

且t₂＝R₂×C₂

其中：t1为输出电压延时于输入电压的时间；

t2为控制信号高低变化时的最短时间间隔；

Vin为输入电压；

Vout为输出电压；

VGS(th)为调整管的栅极与源极之间的导通电压阈值。

上述技术方案中的一个技术方案的有益效果为：通过延时驱动电路控制调整管的驱动来控制调整管导通的时刻，从而有效地控制输出电压建立的时刻，使线性稳压延时电路的输出电压从0V上升的时刻与输入上电的时刻不同，从上电初始时刻就体现了延时的功能，可满足更为苛刻的延时需求。并且本线性稳压延时电路不仅具有较高的输出电压精度，而且还可通过开关控制电路控制输出电压的有无，使该线性稳压延时电路能根据需要控制是否输出电压，应用灵活。同时，可以在延时时间已确定的情况下，通过调整电阻R2、R3的比值，调节延时电容的放电时间，使放电时间不受反馈参数和延时时间的限制，满足频繁开关的使用环境。

附图说明

图1为现有技术采用稳压二极管的稳压电路；

图2为现有技术采用分立元件的单晶体管串联型线性电源；

图3为现有技术采用控制误差放大器的线性延时电源；

图4a为现有技术上电时序曲线；

图4b为本发明上电时序曲线；

图5为本发明原理框图；

图6为本发明一种实施方式的电路图；

图7为本发明另一种实施方式的电路图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明的线性稳压延时电路首先满足线性稳压和输出延时于输入电压的功能，其设计原理如图5所示，包括与现有技术C相同的稳压部分：包括由电阻Ra和电阻Rb组成的取样电路，该取样电路并联在本线性稳压延时电路的输出端，Rb的一端接地，一端与Ra相连；一串联在输入电源和输出负载之间的调整管Q1，调整管可以采用N沟道场效应管(MOSFET)，也可以采用NPN型晶体管，设置调整管工作在线性区。采用N沟道场效应管时，Q1源极(S极)连接本线性稳压延时电路的输出端，漏极(D极)连接本线性稳压延时电路的输入端，输入输出电压共地。还包括一电压误差放大器U1，U1可用LM431实现。LM431的负输入端(也称为基准端或VREF端，为LM431内部放大器的负输入端)连接取样电路的分压点，即电阻Ra和Rb的接点，输出电压经Ra、Rb分压后接近LM431的基准电压，LM431的阳极通过驱动电阻R1连接Q1的控制端(栅极(G极))，其阴极接地，且在LM431的阳极和基准之间加一电容C1补偿(该补偿为反馈环的补偿)。其稳压原理与现有技术相同，当负载增加时，输出电压会下降，LM431的内部放大器反向端输入就减小，这样放大器输出将增加，即LM431的阳极电压会升高，使MOSFET流向负载的电流增加；当负载减小时，输出电压会升高，LM431内部放大器反向端输入就升高，这样放大器输出将减小，即LM431的阳极电压会减小，使MOSFET流向负载的电流减少。电压负反馈实现电源输出电压的稳定。

与现有技术所不同的是，在本线性稳压延时电路的输入端与误差放大器LM431的阳极之间连接一延时驱动电路，如图5所示，该延时驱动电路用于控制调整管Q1的驱动，即控制该驱动电压的建立时间，也就是使MOSFET管导通的栅、源极(G、S)之间导通电压阈值的建立时间，来控制调整管导通的时刻，从而控制输出电压建立的时刻，使输出电压的建立滞后于所述输入电压一预定时间，该预定时间即为本电路所需的输出延时于输入的延时时间。延时驱动电路可以采取多种电路实现，图6所示为本发明采用的一种具体实施电路。

在图6所示的实施例中，稳压部分如上所述，在此不再赘述。为了实现延时的目的，延时驱动电路包括顺序连接在输入端与地之间的延时电阻和延时电容C2，延时电容C2与延时电阻的连接点接至误差放大器的阳极，延时电阻可以采用一个电阻也可以采用2个电阻R2、R3串联实现。LM431的阳极电压由输入电压Vin通过R2、R3对C2充电来建立，由此，电容C2控制MOSFET的G、S电压建立时间，当LM431的阳极电压充到一定值时(该值必须能使MOSFET导通，称之为G、S阈值，用VGS(th)表示，由MOSFET的参数决定)，输出端电压从0开始建立并往上升；而此后C2上的电压仍然由Vin通过R2、R3对其充电，因此输出电压上升的斜率与U1(LM431)的阳极电压上升的斜率一致，当输出电压上升到设定的输出电压时，LM431的阳极电压将不再上升，因此延时时间为C2从0V充到〔Vout+VGS(th)〕的时间，由延时电容C2和延时电阻R2、R3的值确定。输入与输出电压的关系如图4b所示，由图4可见，本发明的实施例与现有技术不同，输出电压建立的时刻滞后于输入电压上电时刻，二者起始点不同，有效地控制了输出电压初始建立时刻，是真正意义上的延时电路。

延时驱动电路还包括一放电电路，给C2一放电回路，使C2通过该放电电路放电。放电电路可简单地在电阻R2、R3连接点与地之间连接一放电电阻，该放电电阻与R2组成放电回路，使C2通过电阻R2和放电电阻进行放电。该放电电阻要满足输入电压在其上面的分压足够大，既能驱动Q1，又要满足最小开机时间间隔。本发明优选实施方式是放电电路采用一开关控制电路实现，开关控制电路由控制信号控制其呈导通或截止状态，控制信号可以是脉冲信号，也可以是其它信号。当该开关电路截止时，本线性稳压延时电路的输出端有正常的输出电压，当开关电路导通时，通过电阻R2将LM431的阳极电压拉到地，使本线性稳压延时电路的输出端无输出电压，此时，延时电容C2通过该开关控制电路放电。用开关控制电路作为放电电路既能实现放电回路的功能，又能控制输出电压的有无。具体的开关控制电路如图6所示，在R2、R3相接的节点上增加NPN三极管Q2的集电极，控制信号(POFF信号)通过一电阻R4接到Q2的基极，且基极到地之间增加一去耦电容C3，Q2的发射极接到地。当需要输出电压Vout时，给出POFF信号为低，Q2截止，LM431的阳极电压正常延时上升，电路正常工作；当不需要Vout输出时，给出POFF信号为一高电平信号，Q2将导通，LM431的阳极被拉到地，MOSFET无触发信号，输出Vout不能建立；同时由于Q2的导通，给在C2上面存储的电荷一个放电的通道，C2将通过R2、Q2放电，该放电时间常数由C2和R2取值大小决定，而C2和R2取值大小则由需要的最小开关时间间隔决定。根据前述可知延时时间由延时电容C2和延时电阻R2、R3的值确定，由此可见，可以在延时时间已确定的情况下，通过调整电阻R2、R3的比值，来调节延时电容C2的放电时间，使放电时间不受反馈参数和延时时间的限制，满足频繁开关的使用环境。

以下为对本发明电路的定量定性分析，以及各参数的计算：

1、计算Ra、Rb的方法：Rb上的电压接近U1(LM431)的基准电压2.5V，因此

\frac{2.5}{R_{b}} \times (R_{a} + R_{b}) = V_{out}

2、延时部分参数计算：

t_{1} = (R_{2} + R_{3}) \times C_{2} \ln \frac{V_{in}}{V_{in} - V_{GS (th)} - V_{out}}

其中：t1为需要延时间；

Vin为输入电压；

Vout为输出电压；

VGS(th)为MOSFET的栅极与源极之间的导通电压阈值；

t₂＝R₂×C₂

其中，t2为POFF信号高低变化时的最短时间间隔；

3、POFF控制部分计算：

要使Q2在POFF为高电平时处于饱和导通状态，则

R_{4} \leq \frac{V_{poff} - 0.7}{I_{B}}

其中，Vpoff为POFF信号为高电平时电压幅值；

Ib为Q2饱和导通时的最小电流。

本发明另一实施例如图7所示，该电路与上述图6所示电路不同之处在于：Q1采用了NPN型晶体管，开关控制电路由电阻R5和双掷开关K1实现，电阻R5的一端接至电阻R2和R3的节点，另一端与开关K1的一闭合端(2端)连接，开关K1的另一闭合端(1端)也接至电阻R2和R3的节点，其控制端3接地。当需要输出电压Vout时，开关K1掷向2端，线性稳压延时电路的输出端正常输出，当不需要Vout输出时，开关K1掷向2端，Q1无驱动电压，输出Vout不能建立。

本发明经过实验，并在五分类血液细胞分析仪上使用，实际证明该方案能实现延时功能，且能可靠运行。本发明的线性稳压延时电路可以应用在多路输出电源中，按顺序输出各组电源，以及在大型电源***中，控制各驱动芯片的供电。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种线性稳压延时电路，包括一取样电路，一串联在输入电源和输出负载之间的调整管，以及电压误差放大器，所述取样电路并联在本线性稳压延时电路的输出端，电压误差放大器的负输入端连接取样电路的分压点，其阳极通过驱动电阻R1连接所述调整管的控制端，其特征在于：在本线性稳压延时电路的输入端与所述误差放大器的阳极之间连接一延时驱动电路，用于控制所述调整管的驱动电压的建立时间，使线性稳压延时电路的输出电压的建立滞后于线性稳压延时电路的输入电压，所述延时驱动电路包括顺序连接在所述输入端与地之间的延时电阻和延时电容C2，所述误差放大器的阳极连接所述延时电容C2与延时电阻的连接点，所述延时电阻由电阻R3与电阻R2串联而成，电阻R3一端接所述输入端，且电阻R2的一端连接所述延时电容C2；还包括一放电电路，所述放电电路为一开关控制电路，由控制信号控制该开关控制电路呈导通或截止状态，所述延时电容C2通过该放电电路放电。

2.根据权利要求1所述的线性稳压延时电路，其特征在于：所述开关控制电路包括一开关管，所述开关管的集电极连接电阻R3和电阻R2的连接点，其发射极接地，且其控制极通过电阻R4连接控制信号。

3.根据权利要求2所述的线性稳压延时电路，其特征在于：所述调整管为N沟道场效应管，所述控制信号为脉冲信号。

4.根据权利要求1所述的线性稳压延时电路，其特征在于：所述开关控制电路由电阻R5和双掷开关K1构成，所述电阻R5的一端以及双掷开关K1的一闭合端均接至所述电阻R2和R3的连接点，所述电阻R5的另一端与所述双掷开关K1的另一闭合端连接，所述双掷开关K1的控制端接地。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的线性稳压延时电路，其特征在于：所述延时电容C2、电阻R2和R3的取值满足以下公式：

t_{1} = (R_{2} + R_{3}) \times C_{2} \ln \frac{V_{in}}{V_{in} - V_{GS (th)} - V_{out}}

且t₂＝R₂×C₂

其中：t1为输出电压延时于输入电压的时间；

t2为控制信号高低变化时的最短时间间隔；

Vin为输入电压；

Vout为输出电压；

VGS(th)为调整管的栅极与源极之间的导通电压阈值。