CN111309089A - 一种线性稳压电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线性稳压电源，包括均流控制电路。均流控制电路包括至少一个均流控制单元,每个均流控制单元包括驱动电压调整电路、线性稳压电路和反馈电路。其中，反馈电路用于将线性稳压电路的电流采样电阻电压反馈给驱动电压调整电路，驱动电压调整电路依据电流采样电阻电压值对输入均流控制单元的模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后再输出给线性稳压电路，以实现通过调整电流采样电阻的电压大小来调整线性稳压电路的输出功率。由于可以分别调节每个均流控制单元的线性稳压电路的输出功率，进而解决线性稳压电源不均流的问题，以提高线性稳压电源的稳定性和使用寿命。

Description

一种线性稳压电源

技术领域

本发明涉及CMOS集成电路设计技术领域，具体涉及一种线性稳压电源。

背景技术

功率MOSFET是开关变换器中常用的功率器件，其损耗的大小对开关变换器的性能和效率有着直接的影响。功率MOSFET的损耗主要由开关损耗和导通损耗两部分组成。通常我们都会选用具有低导通电阻、高耐压值、高增益、低开关损耗，以及低栅极阈值电压等特性的功率MOSFET。但是对于需要工作在线性模式下的设备，如有源负载，上述原则就不太适用了。因为如果功率MOSFET的增益过高，考虑到其栅极阈值电压具有负温度系数，不施加负反馈环节很难使漏极电流保持恒定，甚至还可能造成功率MOSFET因热击穿而永久性损坏。一般线性稳压电路的功率MOSFET由控制电路经驱动电路驱动，通过调整管子的驱动电压，调节功率管的导通电阻，从而达到稳压输出。在现有技术中，会在线性稳压电源使用2个或多个MOS管，其控制电压都是由同一路驱动信号进行驱动，由于管子的工艺差异使得每个管子的导通电阻有差异，加上PCB layout时每个管子的驱动电压和电流流经环路阻抗差异使得每个MOS管流过的电流也不一样，进而达不到均流的效果，同时MOS管的散热环境不一致也使得MOS 管的温升有差异。如果均流效果不好，使得某个MOS管温升特别高而另一个MOS管可能不工作的情况，影响MOS管的正常使用，使得MOSFET的可靠性降低，缩短线性电源的使用寿命。

发明内容

本申请提供一种线性稳压电源，解决现有技术中存在的技术问题。

根据第一方面，一种实施例中提供一种线性稳压电源，包括均流控制电路；

所述均流控制电路响应所述线性稳压电源的模拟控制信号Vctrl，按线性输出稳定电压，以作为所述线性稳压电源的输出；

所述均流控制电路包括至少一个均流控制单元；

所述均流控制单元响应所述模拟控制信号Vctrl，按线性输出稳定电压，以用于作为所述均流控制电路的输出；

所述均流控制单元包括驱动电压调整电路、线性稳压电路和反馈电路；

所述线性稳压电路响应所述驱动电压调整电路输出的模拟信号控制，按线性输出稳定电压；

所述反馈电路用于将所述线性稳压电路的电流采样电阻电压反馈给所述驱动电压调整电路；

所述驱动电压调整电路依据所述反馈电路反馈的电流采样电阻电压，对输入所述模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后输出给所述线性稳压电路，以实现通过调整所述电流采样电阻的电压大小来调整所述模拟控制信号Vctrl的电流，进而实现对所述线性稳压电路输出功率的调整；

所述均流控制电路包括均流控制电路输入端和均流控制电路输出端；所述均流控制电路输入端用于所述模拟控制信号Vctrl的输入，所述均流控制电路输出端用于作为所述线性稳压电源的输出端；

所述均流控制单元包括均流控制单元输入端和均流控制单元输出端；所述均流控制单元输入端与所述均流控制电路输入端连接，所述均流控制单元输出端与所述均流控制电路输出端连接；

所述驱动电压调整电路包括驱动电压调整电路输入端、控制信号输出端和采样信号连接端；所述驱动电压调整电路输入端用于与所述均流控制单元输入端连接，所述控制信号输出端用于与所述线性稳压电路连接，所述采样信号连接端用于与所述反馈电路连接；

所述线性稳压电路包括线性稳压电路输入端、线性稳压电路输出端和反馈电路连接端；所述线性稳压电路输入端用于与所述驱动电压调整电路的控制信号输出端连接，所述线性稳压电路输出端用于与所述均流控制单元输出端连接，所述反馈电路连接端用于与所述反馈电路连接。

进一步，所述线性稳压电路包括功率晶体管Q21和电阻Rs；所述功率晶体管Q21的控制极用于作为所述线性稳压电路输入端，所述功率晶体管Q21的第一极用于所述线性稳压电源的电源Vcc的输入，所述功率晶体管Q21的第二极用于作为所述线性稳压电路输出端，并与所述反馈电路连接端连接；所述电阻Rs的一端与所述功率晶体管Q21的第二极连接，另一端与零参考电势点GND连接，以用于作为所述线性稳压电路的电流采样电阻。

进一步，所述功率晶体管Q21包括功率场效应管。

进一步，所述驱动电压调整电路包括第一运算放大器A21、电阻R21、电阻R22和电阻R23；电阻R21一端用于作为所述驱动电压调整电路输入端，另一端与所述第一运算放大器A21的负输入端连接；所述电阻R22一端与所述第一运算放大器A21的正输入端连接，另一端与所述零参考电势点GND连接；所述电阻R23一端与所述第一运算放大器A21的负输入端的连接，另一端与所述第一运算放大器A21的输出端连接；所述第一运算放大器A21的负输入端用于作为所述驱动电压调整电路的采样信号连接端，所述第一运算放大器A21的输出端用于作为所述驱动电压调整电路的控制信号输出端。

进一步，所述反馈电路包括电阻24；所述电阻R24一端与所述驱动电压调整电路的采样信号连接端，另一端与所述线性稳压电路的反馈电路连接端连接。

进一步，所述均流控制单元还包括电阻R25，连接在所述驱动电压调整电路的控制信号输出端和所述线性稳压电路输入端之间。

进一步，所述驱动电压调整电路还包括电容C21，连接在所述第一运算放大器A21的负输入端和输出端之间。

进一步，还包括反相放大电路，用于将输入所述线性稳压电源的模拟控制信号Vctrl反向放大后输出给所述均流控制电路的均流控制电路输入端。

进一步，所述反相放大电路包括第二运算放大器A22、电阻R26、电阻R27和电阻R28；所述电阻R26一端用于所述模拟控制信号Vctrl的输入，另一端与所述第二运算放大器A22的负输入端连接；所述电阻R27的一端与零参考电势点GND连接，另一端与所述第二运算放大器A22的正输入端连接；所述电阻R28串联在所述第二运算放大器A22的负输入端与输出端之间；所述第二运算放大器A22的输出端用于与所述均流控制电路输入端连接。

进一步，所述均流控制电路包括多个所述均流控制单元，每个所述均流控制单元的均流控制单元输入端与所述均流控制电路输入端连接，每个所述均流控制单元的均流控制单元输出端与所述均流控制电路输出端连接。

依据上述实施例的一种线性稳压电源，包括均流控制电路。均流控制电路包括至少一个均流控制单元,每个均流控制单元包括驱动电压调整电路、线性稳压电路和反馈电路。其中，反馈电路用于将线性稳压电路的电流采样电阻电压反馈给驱动电压调整电路，驱动电压调整电路依据电流采样电阻电压值对输入的模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后再输出给线性稳压电路，以实现通过调整电流采样电阻的电压大小来调整线性稳压电路的输出功率。由于可以分别调节每个均流控制单元的线性稳压电路的输出功率，进而解决线性稳压电源不均流的问题，以提高线性稳压电源的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为一种线性稳压电源的功率MOSFET的均流工作原理图；

图2为一种实施例中的线性稳压电源的电路结构示意图；

图3为一种实施例中的线性稳压电源的电路连接示意图；

图4为一种实施例中的线性稳压电源的电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，为一种线性稳压电源的功率MOSFET的均流工作原理图，包括功率MOSFET晶体管Q11、电阻R11、电阻Rs和电容C11。电阻R11和电容C11并联后一端用于模拟控制信号Vctrl的输入，另一端与晶体管Q11的控制极连接。功率MOSFET晶体管Q11的第一极用于作为电源端子电压VCC的输入端，功率MOSFET晶体管Q11的第二极用于作为输出端子，以输出电压Vs。电阻Rs串联在功率MOSFET晶体管Q11的第二极和零参考电势点GND之间，用于作为电流采样电阻。在线性稳压电源中，会使用多个MOSFET晶体管Q11，其控制电压都是由同一路控制信号Vctrl进行驱动，由于每个MOSFET晶体管Q11的工艺差异使得每个MOSFET晶体管Q11的导通电阻Rgs有差异，使得流过每个MOSFET晶体管Q11的电流不一样，无法实现均流，进而使得每个MOSFET晶体管Q11的温升差别很大，降低了MOSFET晶体管Q11的可靠性，不适用于大电流输出。

在本申请实施例中的线性稳压电源包括均流控制电路,均流控制电路包括至少一个均流控制单元,每个均流控制单元包括驱动电压调整电路、线性稳压电路和反馈电路。其中，反馈电路用于将线性稳压电路的电流采样电阻电压反馈给驱动电压调整电路，驱动电压调整电路依据电流采样电阻电压值对输入的模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后再输出给线性稳压电路，以实现通过调整电流采样电阻的电压大小来调整线性稳压电路的输出功率。

下面先对本申请所涉及到的一些术语作一个说明。

本申请中的晶体管可以是任何结构的晶体管，比如金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effecttransistor）。 MOSFET依照其“通道”（工作载流子）的极性不同，可分为“N型”与“P型” 的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称上包括NMOS、PMOS等。还比如双极型晶体管（BJT）或者场效应晶体管（FET）。当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的栅极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极，在实际应用过程中，“发射极”和“集电极”可以依据信号流向而互换；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极，在实际应用过程中，“源极”和“漏极”可以依据信号流向而互换。

实施例一

请参考图2，为一种实施例中的线性稳压电源的电路结构示意图，包括线性稳压电源1和负载电路2，其中线性稳压电源1包括均流控制电路10。均流控制电路10响应线性稳压电源1的模拟控制信号Vctrl，按线性输出稳定电压，以作为线性稳压电源1的输出给负载电路2。均流控制电路10包括至少一个均流控制单元11，均流控制单元11响应模拟控制信号Vctrl，按线性输出稳定电压，以用于作为均流控制电路10的输出。均流控制单元11包括驱动电压调整电路111、线性稳压电路112和反馈电路113。线性稳压电路112响应驱动电压调整电路111输出的模拟信号控制，按线性输出稳定电压。反馈电路113用于将线性稳压电路112的电流采样电阻电压反馈给驱动电压调整电路111。驱动电压调整电路111依据反馈电路113反馈的电流采样电阻电压，对输入模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后输出给线性稳压电路112，以实现通过调整电流采样电阻的电压大小来调整模拟控制信号Vctrl的电流，进而实现对线性稳压电路112输出功率的调整。均流控制电路包括均流控制电路输入端和均流控制电路输出端，均流控制电路输入端用于模拟控制信号Vctrl的输入，均流控制电路输出端用于作为线性稳压电源1的输出端。均流控制单元11包括均流控制单元输入端和均流控制单元输出端，均流控制单元输入端与均流控制电路输入端连接，均流控制单元输出端与均流控制电路输出端连接。驱动电压调整电路111包括驱动电压调整电路输入端、控制信号输出端和采样信号连接端，驱动电压调整电路输入端用于与均流控制单元输入端连接，控制信号输出端用于与线性稳压电路112连接，采样信号连接端用于与反馈电路113连接。线性稳压电路112包括线性稳压电路输入端、线性稳压电路输出端和反馈电路连接端，线性稳压电路输入端用于与驱动电压调整电路111的控制信号输出端连接，线性稳压电路输出端用于与均流控制单元输出端连接，反馈电路连接端用于与反馈电路113连接。

请参考图3，为一种实施例中的线性稳压电源的电路连接示意图，其中，线性稳压电路112包括功率晶体管Q21和电阻Rs，功率晶体管Q21的控制极用于作为线性稳压电路输入端，功率晶体管Q21的第一极用于线性稳压电源的电源Vcc的输入，功率晶体管Q21的第二极用于作为线性稳压电路输出端，并与反馈电路113连接端连接。电阻Rs的一端与功率晶体管Q21的第二极连接，另一端与零参考电势点GND连接，以用于作为线性稳压电路112的电流采样电阻。一实施例中，功率晶体管Q21包括功率场效应管。

驱动电压调整电路111包括第一运算放大器A21、电阻R21、电阻R22和电阻R23。电阻R21一端用于作为驱动电压调整电路输入端，另一端与第一运算放大器A21的负输入端连接。电阻R22一端与第一运算放大器A21的正输入端连接，另一端与零参考电势点GND连接。电阻R23一端与第一运算放大器A21的负输入端的连接，另一端与第一运算放大器A21的输出端连接。第一运算放大器A21的负输入端用于作为驱动电压调整电路111的采样信号连接端，第一运算放大器A21的输出端用于作为驱动电压调整电路111的控制信号输出端。

反馈电路113包括电阻24，电阻R24一端与驱动电压调整电路111的采样信号连接端，另一端与线性稳压电路112的反馈电路连接端连接。

一实施例中，均流控制单元11还包括电阻R25，连接在驱动电压调整电路111的控制信号输出端和线性稳压电路112的线性稳压电路输入端之间。

一实施例中，驱动电压调整电路还包括电容C21，连接在第一运算放大器A21的负输入端和输出端之间。

一实施例中，线性稳压电源还包括反相放大电路20，用于将输入线性稳压电源的模拟控制信号Vctrl反向放大后输出给均流控制电路10的均流控制电路输入端。反相放大电路20包括第二运算放大器A22、电阻R26、电阻R27和电阻R28。电阻R26一端用于模拟控制信号Vctrl的输入，另一端与第二运算放大器A22的负输入端连接。电阻R27的一端与零参考电势点GND连接，另一端与第二运算放大器A22的正输入端连接。电阻R28串联在第二运算放大器A22的负输入端与输出端之间，第二运算放大器A22的输出端用于与均流控制电路输入端连接。

如图3所示，Rgs为功率晶体管Q21栅极和源极间电阻，线性稳压电源的模拟电路产生控制功率晶体管Q21的控制信号Vctrl，Vctrl信号经反相放大电路反相后再接入均流控制电路的每个均流控制单元中，经过运放A21放大产生直接控制功率晶体管Q21的驱动电压Vg，控制信号经过电流采样电阻Rs两端的电压进行调整。其中，Vo=I*Rs，I为流过功率晶体管Q21的电流。由图3可得如下公式：

-Vc/R21=Vo/R23+Vs/R24

当某均流控制单元的功率晶体管Q21流过的电流变大时，Vs增加，Vc不变时，则Vo减小，Vo减小使得功率晶体管Q21的导通程度减小，则流过功率晶体管Q21的电流就减小，从而形成一个动态稳定的过程，使每个均流控制单元的功率晶体管Q21的电流大小基本一致，达到均流效果。此外，通过调整电流采样电阻Rs的大小比例可调整每个均流控制单元的功率晶体管Q21的电流大小比例，以适用散热效果不同的情况。

请参考图4，为一种实施例中的线性稳压电源的电路结构示意图，其中，均流控制电路10包括多个均流控制单元11，每个均流控制单元11的均流控制单元输入端与均流控制电路输入端连接，每个均流控制单元11的均流控制单元输出端与均流控制电路输出端连接。

在本申请实施例中，公开了一种线性稳压电源，包括均流控制电路。均流控制电路包括至少一个均流控制单元,每个均流控制单元包括驱动电压调整电路、线性稳压电路和反馈电路。其中，反馈电路用于将线性稳压电路的电流采样电阻电压反馈给驱动电压调整电路，驱动电压调整电路依据电流采样电阻电压值对输入的模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后再输出给线性稳压电路，以实现通过调整电流采样电阻的电压大小来调整线性稳压电路的输出功率。即对线性稳压电路中的MOSFET电流采样电阻Rs两端的电压进行反馈放大，以调节MOSFET的驱动电压，使每个MOSFET流过的电流大小一致。并将模拟控制信号Vctrl反相放大，减小干扰，防止输出电压Vs的纹波过大。还可通过对电流采样电阻Rs大小进行比例调节，以实现流过每个MOSFET的电流按比例分配。由于可以分别调节每个均流控制单元的线性稳压电路的输出功率，进而解决线性稳压电源不均流的问题，以提高线性稳压电源的稳定性和使用寿命。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种线性稳压电源，其特征在于，包括均流控制电路；

所述均流控制电路响应所述线性稳压电源的模拟控制信号Vctrl，按线性输出稳定电压，以作为所述线性稳压电源的输出；

所述均流控制电路包括至少一个均流控制单元；

所述均流控制单元响应所述模拟控制信号Vctrl，按线性输出稳定电压，以用于作为所述均流控制电路的输出；

所述均流控制单元包括驱动电压调整电路、线性稳压电路和反馈电路；

所述线性稳压电路响应所述驱动电压调整电路输出的模拟信号控制，按线性输出稳定电压；

所述反馈电路用于将所述线性稳压电路的电流采样电阻电压反馈给所述驱动电压调整电路；

所述驱动电压调整电路依据所述反馈电路反馈的电流采样电阻电压，对输入所述模拟控制信号Vctrl的电流进行调整后输出给所述线性稳压电路，以实现通过调整所述电流采样电阻的电压大小来调整所述模拟控制信号Vctrl的电流，进而实现对所述线性稳压电路输出功率的调整；

所述均流控制电路包括均流控制电路输入端和均流控制电路输出端；所述均流控制电路输入端用于所述模拟控制信号Vctrl的输入，所述均流控制电路输出端用于作为所述线性稳压电源的输出端；

所述均流控制单元包括均流控制单元输入端和均流控制单元输出端；所述均流控制单元输入端与所述均流控制电路输入端连接，所述均流控制单元输出端与所述均流控制电路输出端连接；

所述驱动电压调整电路包括驱动电压调整电路输入端、控制信号输出端和采样信号连接端；所述驱动电压调整电路输入端用于与所述均流控制单元输入端连接，所述控制信号输出端用于与所述线性稳压电路连接，所述采样信号连接端用于与所述反馈电路连接；

所述线性稳压电路包括线性稳压电路输入端、线性稳压电路输出端和反馈电路连接端；所述线性稳压电路输入端用于与所述驱动电压调整电路的控制信号输出端连接，所述线性稳压电路输出端用于与所述均流控制单元输出端连接，所述反馈电路连接端用于与所述反馈电路连接。

2.如权利要求1所述的线性稳压电源，其特征在于，所述线性稳压电路包括功率晶体管Q21和电阻Rs；所述功率晶体管Q21的控制极用于作为所述线性稳压电路输入端，所述功率晶体管Q21的第一极用于所述线性稳压电源的电源Vcc的输入，所述功率晶体管Q21的第二极用于作为所述线性稳压电路输出端，并与所述反馈电路连接端连接；所述电阻Rs的一端与所述功率晶体管Q21的第二极连接，另一端与零参考电势点GND连接，以用于作为所述线性稳压电路的电流采样电阻。

3.如权利要求2所述的线性稳压电源，其特征在于，所述功率晶体管Q21包括功率场效应管。

4.如权利要求2所述的线性稳压电源，其特征在于，所述驱动电压调整电路包括第一运算放大器A21、电阻R21、电阻R22和电阻R23；电阻R21一端用于作为所述驱动电压调整电路输入端，另一端与所述第一运算放大器A21的负输入端连接；所述电阻R22一端与所述第一运算放大器A21的正输入端连接，另一端与所述零参考电势点GND连接；所述电阻R23一端与所述第一运算放大器A21的负输入端的连接，另一端与所述第一运算放大器A21的输出端连接；所述第一运算放大器A21的负输入端用于作为所述驱动电压调整电路的采样信号连接端，所述第一运算放大器A21的输出端用于作为所述驱动电压调整电路的控制信号输出端。

5.如权利要求4所述的线性稳压电源，其特征在于，所述反馈电路包括电阻24；所述电阻R24一端与所述驱动电压调整电路的采样信号连接端，另一端与所述线性稳压电路的反馈电路连接端连接。

6.如权利要求4所述的线性稳压电源，其特征在于，所述均流控制单元还包括电阻R25，连接在所述驱动电压调整电路的控制信号输出端和所述线性稳压电路输入端之间。

7.如权利要求4所述的线性稳压电源，其特征在于，所述驱动电压调整电路还包括电容C21，连接在所述第一运算放大器A21的负输入端和输出端之间。

8.如权利要求2所述的线性稳压电源，其特征在于，还包括反相放大电路，用于将输入所述线性稳压电源的模拟控制信号Vctrl反向放大后输出给所述均流控制电路的均流控制电路输入端。

9.如权利要求8所述的线性稳压电源，其特征在于，所述反相放大电路包括第二运算放大器A22、电阻R26、电阻R27和电阻R28；所述电阻R26一端用于所述模拟控制信号Vctrl的输入，另一端与所述第二运算放大器A22的负输入端连接；所述电阻R27的一端与零参考电势点GND连接，另一端与所述第二运算放大器A22的正输入端连接；所述电阻R28串联在所述第二运算放大器A22的负输入端与输出端之间；所述第二运算放大器A22的输出端用于与所述均流控制电路输入端连接。

10.如权利要求2所述的线性稳压电源，其特征在于，所述均流控制电路包括多个所述均流控制单元，每个所述均流控制单元的均流控制单元输入端与所述均流控制电路输入端连接，每个所述均流控制单元的均流控制单元输出端与所述均流控制电路输出端连接。

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