CN105302218B - 一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路，包括：整流输出模块、电压钳位储能模块、降压稳压输出储能模块和阈值电压输出模块；整流输出模块的输入端接收外部交流电，整流输出模块的输出端与电压钳位储能模块的输入端电连接；电压钳位储能模块的输出端与降压稳压输出储能模块的输入端电连接；降压稳压输出储能模块的输出端与阈值电压输出模块的输入端电连接。本发明提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路能够满足低功耗电路供给大电流、瞬时高功耗的电路工作要求。

Description

一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路

技术领域

本发明涉及低功耗电路技术领域，尤其涉及一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路。

背景技术

随着电子技术的不断发展，电路中越来越多的采用低功耗电路。这是由于低功耗电路能够在减少电路能耗、节约资源的同时，减少电路产生的热量，对维持电路稳定运行有着较为重要的意义。

但现有低功耗电路也存在一定程度的不足。首先，低功耗电路之所以工作电路能耗低(多为毫安级别)，是由于其工作于特定的工作环境，无法提供大电流进行工作；另外，由于能量的供给为非持续性能源，也无法满足提供大电流的需要。因此，基于以上两种能量供给受限的状态下，低功耗电路无法满足瞬时高功耗的需求。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的上述不足而完成的，本发明的目的在于提出一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路，该输出电路能够在特定工作环境以及非持续能源的情况下，满足低功耗电路实现高功耗的需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路，包括：

整流输出模块、电压钳位储能模块、降压稳压输出储能模块和阈值电压输出模块；

其中，所述整流输出模块的输入端接收外部交流电，用于将交流电转化为直流电，所述整流输出模块的输出端与所述电压钳位储能模块的输入端电连接；

所述电压钳位储能模块接收所述直流电，用于根据门槛电压对直流电进行划分，输出高于所述门槛电压的直流电分量，储存低于门槛电压的直流电分量，所述电压钳位储能模块的输出端与所述降压稳压输出储能模块的输入端电连接；

所述降压稳压输出储能模块接收所述高于所述门槛电压的直流电分量，用于对高于所述门槛电压的直流电分量进行降压储存，所述降压稳压输出储能模块的输出端与所述阈值电压输出模块的输入端电连接；

所述阈值电压输出模块接收降压储存后的直流电，用于根据阈值对所述降压储存后的直流电进行划分，输出高于所述阈值的直流电,并将低于所述阈值的直流电累积后瞬时输出。

进一步的，所述整流输出模块包括：桥式电路、第一电容以及第一电感；

其中，所述桥式电路的第一端及第二端接收所述外部交流电，用于将所述外部交流电转化为所述直流电；所述桥式电路的第三端与所述第一电容的第一端，以及所述第一电感的第一端电连接；所述桥式电路的第四端与第一电容的第二端及地线电连接。

进一步的，所述桥式电路由四个二极管首尾相接组成。

进一步的，所述电压钳位储能模块包括：第二电容、电压设置芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

其中，所述电压设置芯片的正电压输入端分别与所述第一电感的第二端和所述第二电容的第一端电连接，用于接收所述直流电；

所述电压设置芯片的悬空端、所述电压设置芯片的地线端和所述第二电容的第二端均与地线电连接；

所述电压设置芯片的基准电压端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端电连接，用于输出基准电压；

所述电压设置芯片的使能端分别与所述第一电阻的第二端和所述第三电阻的第一端电连接，用于设置所述电压设置芯片最低输出电压；

所述电压设置芯片的关断端分别与所述第二电阻的第二端和所述第四电阻的第一端电连接，用于设置所述电压设置芯片最高输出电压；

所述电压设置芯片的负电压输入端与所述第五电阻的第一端电连接；

所述电压设置芯片的输出端分别与所述第五电阻的第二端和所述降压稳压输出储能模块的输入端电连接；

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第二端电连接。

进一步的，所述第二电容为电解电容，所述第二电容的第一端为正极端。

进一步的，所述降压稳压输出储能模块包括：降压芯片、第六电阻、第七电阻和第三电容；

其中，所述降压芯片的电压输入端分别与所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端和所述电压设置芯片的输出端电连接；

所述降压芯片的使能端分别与所述第六电阻的第二端和所述第七电阻的第一端电连接，用于设置所述降压芯片的输出电压值；

所述降压芯片的地线端与所述第七电阻的第二端电连接，所述第三电容的第一端分别与所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端电连接；

所述降压芯片的反馈端与所述阈值电压输出模块电连接，用于接收所述阈值电压输出模块的反馈；

所述降压芯片的输出端与所述第三电容的第二端电连接。

进一步的，所述第三电容为电解电容，且第三电容的第二端为正极端。

进一步的，所述阈值电压输出模块包括：第八电阻、第九电阻和第一晶体管；

其中，所述第八电阻的第一端分别与所述降压芯片的输出端、所述第三电容的第二端和所述第一晶体管的漏极电连接，用于接收降压芯片的输出电压；

所述第八电阻的第二端分别与所述降压芯片的反馈端、所述第一晶体管的栅极和所述第九电阻的第一端电连接；

所述第九电阻的第二端分别与所述第三电容的第一端和地线电连接。

进一步的，所述第一晶体管为增强型NMOS管。

本发明所述的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路，通过利用电压钳位储能模块设置门槛电压，储存低于门槛电压的能量，高于门槛电压的能量通过降压稳压输出储能模块进行降压储能后，通过阈值电压输出模块进行输出。当阈值电压输出模块不断输出且输出电流较大使降压稳压输出储能模块输出电压降低时，降压稳压输出储能模块利用其内部储能会对阈值电压输出模块提供瞬时供应。本发明实施例提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路能够满足低功耗电路供给大电流、瞬时高功耗的电路工作要求。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路的结构示意图。

图2是本发明实施例二提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

实施例一：

图1给出了本实施例一提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路的结构示意图。

如图1，本实施例一提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路包括：

整流输出模块100、电压钳位储能模块200、降压稳压输出储能模块300和阈值电压输出模块400；

其中，整流输出模块100的输入端接收外部交流电，用于将交流电转化为直流电，所整流输出模块100的输出端与电压钳位储能模块200的输入端电连接。

一般的整流输出模块100包括整流和稳压两个部分。其中，整流部分是指将交流电转化为直流电。而稳压部分则是指过滤出直流电中可能存在的交流成份或杂波，从而使流出的直流电不含其它成份。

电压钳位储能模块200接收直流电，用于根据门槛电压对直流电进行划分，输出高于门槛电压的直流电分量，储存低于门槛电压的直流电分量，所述电压钳位储能模块的输出端与所述降压稳压输出储能模块的输入端电连接。

电压钳位储能模块200是一个比较器。比较器的前端储存低于门槛电压的直流电分量，而高于门槛电压的直流电分量的部分会通过比较器输入到降压稳压输出储能模块300。需要说明的是，关于门槛电压的设置是根据降压稳压输出储能模块300的输入需要进行设定。

降压稳压输出储能模块300接收高于门槛电压的直流电分量，用于对高于门槛电压的直流电分量进行降压储存，所述降压稳压输出储能模块300的输出端与阈值电压输出模块的输入端电连接。

降压稳压输出储能模块300是一个低压差线性稳压电路。该电路具有低功耗，低自有噪声和高电源抑制比的功能。当降压稳压输出储能模块300接收高于门槛电压的直流电分量，并对其进行降压，进而降低了功耗。之后会对降压后的直流电分量进行储存。进而降压稳压输出储能模块300将储存后的直流电分量输出至阈值电压输出模块400。

阈值电压输出模块400接收降压储存后的直流电，用于根据阈值对所述降压储存后的直流电进行划分，输出高于阈值的直流电并将低于阈值的直流电累积后瞬时输出。

阈值电压输出模块400主要利用其内部晶体管导通电压作为阈值电压。当储存后的直流电达到阈值，阈值电压输出模块400的内部晶体管导通，直流电分量会通过阈值电压输出模块400进行输出；当降压稳压输出储能模块300储存的能量将耗尽，会造成降压稳压输出储能模块300输出的直流电分量电压降低。此情况下，降压稳压输出储能模块300会将剩余直流电分量进行储存并瞬时通过阈值电压输出模块400进行输出。

本发明实施例一提出了一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路，利用电压钳位储能模块储存低于门槛电压的直流电分量从而实现能量的有效利用，利用降压稳压输出储能模块对直流电压电分量进行降压储存后通过阈值电压输出模块进行输出，并且当降压储存后的直流电分量电压降低时，降压稳压输出储能模块实现能量的瞬时输出，从而实现了低功耗电能供给大电流工作，克服了能量供给为非持续性能源的缺点，满足了瞬时高功耗电路的需求。

实施例二：

图2给出了本发明实施例二提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路的电路图。

本实施例二提供的一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路。其中，整流输出模块100包括：桥式电路101、第一电容102以及第一电感103；

其中，桥式电路101的第一端及第二端接收外部交流电，用于将其转化为直流电，桥式电路101的第三端与第一电容102的第一端以及第一电感103的第一端电连接；桥式电路101的第四端与第一电容102的第二端及地线电连接。

桥式电路101是由四支二极管首尾相接组成，其作用在于接收的外部交流电转化为直流电。但转化后的直流电中可能还包含有交流成份或者杂波，因此会需要第一电容102及第一电感103进行滤波。滤波后的直流电则会通过第一电感103的第二端输入到电压钳位储能模块200中。

电压钳位储能模块200包括：第二电容201、电压设置芯片202、第一电阻203、第二电阻204、第三电阻205、第四电阻206和第五电阻207。

其中，电压设置芯片202的正电压输入端分别与第一电感103的第二端和第二电容201的第一端电连接，用于接收直流电。

电压设置芯片202的正电压输入端接收整流滤波后的直流电，并以此作为电压设置芯片202的电压源。

电压设置芯片202的悬空端，电压设置芯片202的地线端以及第二电容202的第二端均与地线电连接。

电压设置芯片202的悬空端可以设置为悬空，也可以与地线端一起与地线电连接。

电压设置芯片202的基准电压端分别与第一电阻203的第一端和第二电阻204的第一端电连接，用于输出基准电压。

电压设置芯片202的基准电压端会输出一个基准电压。该基准电压值为之前所述的整流滤波后的直流电电压的一半，用作后端电路的一个基准参考。

电压设置芯片202的使能端分别与第一电阻203的第二端和第三电阻205的第一端电连接，用于设置电压设置芯片202最低输出电压。

该使能端用于使电压设置芯片202处于工作状态，高电平有效。

电压设置芯片202的关断端分别与第二电阻204的第二端和第四电阻206的第一端电连接，用于设置电压设置芯片202最高输出电压。

电压设置芯片202的负电压输入端与第五电阻207的第一端电连接，电压设置芯片202接收负电压输入。

电压设置芯片202的输出端分别与第五电阻207的第二端和降压稳压输出储能模块300的输入端电连接。

电压设置芯片202的输出端输出直流电通过第五电阻207后流入负电压输入端，从而使其获得一个负电压。而输出端则将高于电压钳位储能输出模块200设定门槛电压的直流分量输出至降压稳压输出储能模块300。

关于门槛电压的设定，其工作过程如下：

当整流稳压后的直流电加载到电压设置芯片202的正电压输入端后，基准电压端会输出其电压值一半的直流电，并依次通过第一电阻203和第三电阻205后流入地线。第一电阻203和第三电阻205之间的分压的电压值会流入电压设置芯片202的芯片使能端。若此时分压的电压值能够满足芯片使能所需的高电平，则电压设置芯片202导通，整流稳压后的直流电会经输出端流入降压稳压输出储能模块300；若此时分压的电压值不能满足芯片使能所需的高电平，则电压设置芯片202不导通，整流稳压后的直流电通过第二电容201进行储能。

值得一提的是，第二电容201为电解电容，第二电容201的第一端为正极端。之所以采用电解电容是因为电解电容可以储存更多的能量。

第三电阻205的第二端与第四电阻206的第二端电连接。

另外，整流稳压后的直流电的电压也不能无限制高，这样会损害芯片。因此，基准电压端会输出其电压值一半的直流电，并依次通过第二电阻204和第四电阻206后流入地线。第二电阻204和第四电阻206之间的分压的电压值会流入电压设置芯片202的芯片关断端。若此时分压的电压值满足芯片关断所需的高电平，即使电压设置芯片202使能端工作，电压设置芯片202也会由于关断端有效而断开。

进一步的，降压稳压输出储能模块300包括：降压芯片301、第六电阻302、第七电阻303和第三电容304；

其中，降压芯片301的电压输入端分别与第五电阻207的第二端、第六电阻302的第一端和电压设置芯片202的输出端电连接。

降压芯片301的输入端接收电压钳位储能模块200输出的直流电，并将其作为降压芯片的电压源。

降压芯片301的使能端分别与第六电阻302的第二端和第七电阻303的第一端电连接，用于设置降压芯片301的输出电压值。

降压芯片301的输出电压值与第六电阻302和第七电阻303的分压相关。第六电阻302和第七电阻303的分压接入降压芯片301的使能端。

降压芯片301的地线端与第七电阻303的第二端电连接，第三电容304的第一端分别与第三电阻205的第二端和第四电阻206的第二端电连接。

降压芯片301的反馈端与阈值电压输出模块400电连接，用于接收阈值电压输出模块400的反馈。

其中，降压芯片301反馈端接收阈值电压输出模块400反馈的直流电电压，用于确保降压稳压输出储能模块300输出的稳定性。

降压芯片301的输出端与第三电容304的第二端电连接。

进而，第三电容304为电解电容，且第三电容304的第二端为正极端。

降压稳压输出储能模块300的工作原理如下：降压稳压输出储能模块300的电压输入端接收电压钳位储能模块200储能后输出的直流电，后通过第六电阻302和第七电阻303进行分压，并且降压芯片301的使能端与第六电阻302的第二端和第七电阻303的第一端电连接，接收分压后的直流电，以设置降压芯片301的输出电压值，从而实现降压的目的。降压后的直流电会通过第三电容304进行储存，之所以采用电解电容是由于电解电容可以储存更多的能量。之后，第三电容304将储存的直流电输出至阈值电压输出模块400。

需要注意的是，为了使降压稳压输出储能模块300能够降低功耗，因此第六电阻302和第七电阻303阻值之和要大于5MΩ。

此外，阈值电压输出模块400包括：第八电阻401、第九电阻402和第一晶体管403；

其中，第八电阻401的第一端分别与降压芯片301的输出端、第三电容304的第二端和第一晶体管403的漏极电连接，用于接收第三电容304储能后输出的直流电。

第八电阻401的第二端分别与降压芯片301的反馈端、第一晶体管403的栅极和第九电阻402的第一端电连接；

第九电阻402的第二端分别与第三电容304的第一端及地线电连接。

进而阈值电压输出模块的工作原理如下：降压稳压输出储能模块300输出的直流电经过第三电容304进行储能后，输出至第八电阻401的第一端及第一晶体管403的漏极。

一方面，输出的直流电依次通过第八电阻401和第九电阻402形成分压后流入地线。直流电通过分压后流入第一晶体管403的栅极，并以此与第一晶体管403的开关电压即阈值电压输出模块400设定的阈值电压进行比较。若分压后的直流电的电压高于阈值电压，则第一晶体管403导通，否则截止。

另一方面，当第一晶体管403导通时，输出的直流电会通过第一晶体管403的漏极、源极后进行输出。

需要说明的是，随着阈值电压输出模块400不断进行输出，会拉低第三电容304输出直流电的电压。并且，由于降压稳压输出储能模块300采用的是先储能后输出的方式，因此，当阈值电压输出模块400不断进行输出且输出电流较大时，降压稳压输出储能模块300会将剩余储存的能量瞬时输出至阈值电压输出模块400，以满足阈值电压输出模块400瞬时大电流进行输出的需求。

本发明提出了一种功耗电路中瞬时大电流输出电路，通过整流输出模块将交流电转换为直流电，利用电压钳位储能模块对能量进行存储，利用降压稳压输出储能模块对能量进行降压后存储，利用阈值电压输出模块进行输出，通过降压稳压输出储能模块中的电解电容，在降压稳压输出储能模块输出电压降低时，能够将储存的能量进行瞬时输出，进而使低功耗电路中瞬时大电流输出电路能够满足低功耗电路供给大电流、瞬时高功耗的电路工作要求。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由权利要求的范围决定。

Claims (9)

1.一种低功耗电路中瞬时大电流输出电路，其特征在于，包括：

整流输出模块、电压钳位储能模块、降压稳压输出储能模块和阈值电压输出模块；

其中，所述整流输出模块的输入端接收外部交流电，用于将交流电转化为直流电，所述整流输出模块的输出端与所述电压钳位储能模块的输入端电连接；

所述电压钳位储能模块接收所述直流电，用于根据门槛电压对直流电进行划分，输出高于所述门槛电压的直流电分量，储存低于门槛电压的直流电分量，所述电压钳位储能模块的输出端与所述降压稳压输出储能模块的输入端电连接；

所述降压稳压输出储能模块接收所述高于所述门槛电压的直流电分量，用于对高于所述门槛电压的直流电分量进行降压储存，所述降压稳压输出储能模块的输出端与所述阈值电压输出模块的输入端电连接；

所述阈值电压输出模块接收降压储存后的直流电，用于根据阈值对所述降压储存后的直流电进行划分，输出高于所述阈值的直流电,并将低于所述阈值的直流电累积后瞬时输出。

2.根据权利要求1所述的输出电路，其特征在于，所述整流输出模块包括：桥式电路、第一电容以及第一电感；

其中，所述桥式电路的第一端及第二端接收所述外部交流电，用于将所述外部交流电转化为所述直流电；所述桥式电路的第三端与所述第一电容的第一端，以及所述第一电感的第一端电连接；所述桥式电路的第四端与第一电容的第二端及地线电连接。

3.根据权利要求2所述的输出电路，其特征在于，所述桥式电路由四个二极管首尾相接组成。

4.根据权利要求2所述的输出电路，其特征在于，所述电压钳位储能模块包括：第二电容、电压设置芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

其中，所述电压设置芯片的正电压输入端分别与所述第一电感的第二端和所述第二电容的第一端电连接，用于接收所述直流电；

所述电压设置芯片的悬空端、所述电压设置芯片的地线端和所述第二电容的第二端均与地线电连接；

所述电压设置芯片的基准电压端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端电连接，用于输出基准电压；

所述电压设置芯片的使能端分别与所述第一电阻的第二端和所述第三电阻的第一端电连接，用于设置所述电压设置芯片最低输出电压；

所述电压设置芯片的关断端分别与所述第二电阻的第二端和所述第四电阻的第一端电连接，用于设置所述电压设置芯片最高输出电压；

所述电压设置芯片的负电压输入端与所述第五电阻的第一端电连接；

所述电压设置芯片的输出端分别与所述第五电阻的第二端和所述降压稳压输出储能模块的输入端电连接；

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第二端电连接。

5.根据权利要求4所述的输出电路，其特征在于，所述第二电容为电解电容，所述第二电容的第一端为正极端。

6.根据权利要求4所述的输出电路，其特征在于，所述降压稳压输出储能模块包括：降压芯片、第六电阻、第七电阻和第三电容；

其中，所述降压芯片的电压输入端分别与所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端和所述电压设置芯片的输出端电连接；

所述降压芯片的使能端分别与所述第六电阻的第二端和所述第七电阻的第一端电连接，用于设置所述降压芯片的输出电压值；

所述降压芯片的地线端与所述第七电阻的第二端电连接，所述第三电容的第一端分别与所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端电连接；

所述降压芯片的反馈端与所述阈值电压输出模块电连接，用于接收所述阈值电压输出模块的反馈；

所述降压芯片的输出端与所述第三电容的第二端电连接。

7.根据权利要求6所述的输出电路，其特征在于，所述第三电容为电解电容，且第三电容的第二端为正极端。

8.根据权利要求6所述的输出电路，其特征在于，所述阈值电压输出模块包括：第八电阻、第九电阻和第一晶体管；

其中，所述第八电阻的第一端分别与所述降压芯片的输出端、所述第三电容的第二端和所述第一晶体管的漏极电连接，用于接收降压芯片的输出电压；

所述第八电阻的第二端分别与所述降压芯片的反馈端、所述第一晶体管的栅极和所述第九电阻的第一端电连接；

所述第九电阻的第二端分别与所述第三电容的第一端和地线电连接。

9.根据权利要求8所述的输出电路，其特征在于，所述第一晶体管为增强型NMOS管。