CN111711351A - 一种适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法 - Google Patents

一种适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法，其中适用于阻容降压的集成控制电路包括集成控制器电路，集成控制器电路包括第一钳位电路、调整电路、第二钳位电路以及钳位控制电路，第一钳位电路连接在集成控制器电路的输入端VIN，用于钳位输入的电压，调整电路连接在第一钳位电路与集成控制器电路的输出端之间，钳位控制电路连接在集成控制器电路的输出端VOUT，用于钳位输出电压，调整电路和钳位控制电路根据负载功率的变化主动调节集成控制器电路的输出端VOUT电压，第二钳位电路并联在调整电路上，用于钳位调整电路两端的电压。本发明的适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法，可实现输出无纹波，保障输出稳定性。

Description

一种适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及稳压电源技术领域，特别涉及一种适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法。
背景技术
随着社会的发展，用电设备越来越丰富，对AC/DC的需求逐年都在增长，其中，传统阻容降压式串联稳压电源因其结构简单，在小电流的AC/DC应用中广泛应用，但其本身的性能缺陷限制了其在更大空间的发挥，图1为传统阻容降压式串联稳压电路，阻容降压体积小，结构简单，成本低，适合小电流的场合使用，但是稳压效果和电流浪涌抑制效果不好。图2传统阻容降压式串联稳压电路内部波形图，当负载功率增大时，VOUT1容易出现小幅降低的情况，输出有较大纹波，仅仅适用在对电源无相当要求的场合。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法，可实现输出无纹波，保障输出稳定性。
为了实现上述发明目的，一方面，本发明提出了一种适用于阻容降压的集成控制电路，其包括集成控制器电路，所述集成控制器电路包括第一钳位电路、调整电路、第二钳位电路以及钳位控制电路，所述第一钳位电路连接在所述集成控制器电路的输入端VIN，用于钳位输入的电压，所述调整电路连接在所述第一钳位电路与所述集成控制器电路的输出端之间，所述钳位控制电路连接在所述集成控制器电路的输出端VOUT，用于钳位输出电压，所述调整电路和钳位控制电路根据负载功率的变化主动调节所述集成控制器电路的输出端VOUT电压，所述第二钳位电路并联在所述调整电路上，用于钳位所述调整电路两端的电压。
进一步的，所述调整电路包括第一运算放大器和第一调整管，所述钳位控制电路包括采样和基准电路，所述第一运算放大器的同相输入端与所述采样和基准电路的基准电压输出端VREF1相连，所述第一运算放大器的反相输入端与所述采样和基准电路的采样电压输出端VS2相连，所述第一运算放大器的输出端与所述第一调整管的栅极相连，所述第一调整管的漏极与所述第一钳位电路以及第二钳位电路的一端相连并接入所述集成控制器电路的输入端VIN，所述第一调整管的源极与所述钳位控制电路以及所述第二钳位电路的另一端相连并接入所述集成控制器电路的输出端VOUT。
进一步的，所述钳位控制电路还包括第二运算放大器和第二调整管，所述第二运算放大器的反相输入端与所述采样和基准电路的基准电压输出端VREF2相连，所述第二运算放大器的同相输入端与所述采样和基准电路的采样电压输出端VS2相连，所述第二运算放大器的输出端与所述第二调整管的栅极相连，所述第二调整管的漏极与所述调整电路相连并接入所述集成控制器电路的输出端VOUT，所述第二调整管的源极接地。
进一步的，所述第二钳位电路包括稳压管D4，所述稳压管D4的正极与所述第一调整管的源极相连，所述稳压管D4的负极与所述第一调整管的漏极相连。
进一步的，所述第一钳位电路包括稳压管D3，所述稳压管D3的正极接地，所述稳压管D3的负极接入所述集成控制器电路的输入端VIN。
进一步的，所述第一钳位电路包括第一采样电路、第三运算放大器以及第三调整管，所述第一采样电路的一端接入所述集成控制器电路的输入端VIN，另一端接地，所述第三运算放大器的同相输入端与所述第一采样电路的采样电压输出端VS1相连，所述第三运算放大器的反相输入端接入基准电压VREF，所述第三运算放大器的输出端与所述第三调整管的栅极相连，所述第三调整管的漏极接入所述集成控制器电路的输入端VIN，所述第三调整管的源极接地。
进一步的，所述集成控制器电路的输入端VIN接入输入信号，所述集成控制器电路的输入端VIN和接地端GND之间连接有滤波电容C2，所述集成控制器电路的输出端VOUT和接地端GND之间连接有输出电容C3，所述输出电容C3两端连接有第一负载。
进一步的，所述集成控制器电路的输入端VIN接入输入信号，所述集成控制器电路的输出端VOUT和接地端GND之间连接有输出电容C3，所述输出电容C3两端连接有第一负载，所述集成控制器电路的输入端VIN和输出端VOUT之间连接有滤波电容C4,所述滤波电容C4两端连接有第二负载。
进一步的，所述集成控制器电路的输入端VIN接入半波整流阻容降压整流电路或全桥整流阻容降压整流电路。
另一方面，本发明还提出了一种适用于阻容降压的集成控制电路的控制方法，其包括以下步骤：
当负载功率变化时，采样和基准电路采集负载端VOUT的电压,得到电压信号VS2，电压信号VS2与第一基准电压RVEF1的电压经第一运算放大器处理，第一运算放大器根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第一调整管的漏极电流大小；
同时，电压信号VS2与第二基准电压RVEF2经第二运算放大器处理，第二运算放大器根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第二调整管的漏极电流大小；
通过控制第一调整管的漏极电流的大小和第二调整管的漏极电流的大小主动调节所述负载端的电压。
进一步的，第一钳位电路钳位输入的电压的步骤包括：
第一采样电路采集输入电压VIN的电压，得到电压信号VS1，所述电压信号VS1与基准电压VREF经第三运算放大器处理，第三运算放大器根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第三调整管的漏极电流大小，从而控制输入端VIN的电压。
相比于现有技术，本发明优点在于：
本发明采用第一钳位电路钳位了输入端的电压，并在上电瞬间保护调整电路及钳位控制电路，采用第二钳位电路钳位了调整电路两端的电压，集成控制器电路采用调整电路和钳位控制电路根据负载功率变化主动调节电源输出端的电压，保证了无输出纹波，输出更稳定。
进一步的，本发明利用第一运算放大器和第二运算放大器输出的模拟信号，提高了控制变化的稳定性。
进一步的，本发明的稳压管D4可在上电瞬间保护第一调整管漏源电压压降不会太大，导致第一调整管损坏的现象。
进一步的，本发明电路结构简单，可减小滤波电容，集成度高，PCB电路板面积小，生产制造成本低。
附图说明
图1是现有技术中传统阻容降压式串联稳压电源的结构示意图。
图2是图1的内部波形图。
图3是本发明中集成控制器电路的原理示意图。
图4是本发明中集成控制器电路的电路示意图。
图5是本发明一种实施例中第一钳位电路的电路示意图。
图6是本发明适用于阻容降压的集成控制电路的内部波形图。
图7是本发明采用半波整流阻容降压整流电路，并可为两个负载供电的电路示意图。
图8是本发明采用半波整流阻容降压整流电路的电路示意图。
图9是本发明采用全桥整流阻容降压整流电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
如图3所示，对应于本发明的一种适用于阻容降压的集成控制电路，其包括集成控制器电路1，集成控制器电路1包括第一钳位电路11、调整电路12、第二钳位电路13以及钳位控制电路14，第一钳位电路11连接在集成控制器电路1的输入端VIN，用于钳位输入的电压，调整电路12连接在第一钳位电路11与集成控制器电路1的输出端之间，钳位控制电路14连接在集成控制器电路1的输出端VOUT，用于钳位输出电压，调整电路12和钳位控制电路14根据负载功率的变化主动调节集成控制器电路1的输出端VOUT电压，第二钳位电路13并联在调整电路12上，用于钳位调整电路12两端的电压。
如图4所示，调整电路12包括第一运算放大器121和第一调整管122，钳位控制电路14包括采样和基准电路141，采样和基准电路141用于采集负载的电压以及提供基准电压。第一运算放大器121的同相输入端与采样和基准电路141的基准电压输出端VREF1相连，第一运算放大器的反相输入端与采样和基准电路141的采样电压输出端相连，第一运算放大器121的输出端与第一调整管122的栅极相连，第一调整管122的漏极与第一钳位电路11以及第二钳位电路13的一端相连并接入集成控制器电路1的输入端VIN，第一调整管122的源极与钳位控制电路14以及第二钳位电路13的另一端相连并接入集成控制器电路1的输出端VOUT。
第二钳位电路13包括稳压管D4，稳压管D4的正极与第一调整管122的源极相连，稳压管D4的负极与第一调整管122的漏极相连，用于钳位调整电路12两端的电压，保证第一调整管122两端的最大压差。
钳位控制电路14还包括第二运算放大器142和第二调整管143，第二运算放大器142的反相输入端与采样和基准电路141的基准电压输出端VREF2相连，第二运算放大器142的同相输入端与采样和基准电路141的采样电压输出端相连，第二运算放大器142的输出端与第二调整管143的栅极相连，第二调整管143的漏极与调整电路12相连并接入集成控制器电路1的输出端VOUT，第二调整管143的源极接地，第一调整管122以及第二调整管143为双极型晶体管或其他可控的功率器件。
结合图4和6，本发明的集成控制器电路1工作原理为：
当负载功率变化时，采样和基准电路141采集负载端的电压,得到电压信号VS2，电压信号VS2与第一基准电压RVEF1的电压经第一运算放大器121处理，第一运算放大器121根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第一调整管122的漏极电流大小；同时，电压信号VS2与第二基准电压RVEF2经第二运算放大器142处理，第二运算放大器142根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第二调整管143的漏极电流大小；通过控制第一调整管122的漏极电流的大小和第二调整管143的漏极电流的大小主动调节负载端的电压。
具体的，当负载功率减小时，对应的集成控制器电路1的输出端VOUT的电压上升，采样和基准电路141采样的电压信号VS2也相应上升，电压信号VS2与第一基准电压VREF1经第一运算放大器121处理，输出的模拟控制信号VGS1下降，第一调整管122的漏极电流I3下降；同时，电压信号VS2与第二基准电压VREF2经第二运算放大器142处理，输出的模拟控制信号VGS2上升，第二调整管143的漏极电流I4上升，导致集成控制器电路1的输出端VOUT下降，从而使集成控制器电路1的输出端VOUT稳定恒压输出，为负载提供稳定的电压。
同理，当负载功率增大时，对应的集成控制器电路1的输出端VOUT的电压下降，采样和基准电路141采样的电压信号VS2也相应下降，电压信号VS2与第一基准电压VREF1经第一运算放大器121处理，输出的模拟控制信号VGS1上升，第一调整管122的漏极电流I3上升；同时，电压信号VS2与第二基准电压VREF2经第二运算放大器142处理，输出的模拟控制信号VGS2下降，第二调整管143的漏极电流I4下降，导致集成控制器电路1的输出端VOUT上升，从而使集成控制器电路1的输出端VOUT稳定恒压输出，为负载提供稳定的电压。
第一钳位电路11连接在集成控制器电路1的输入端VIN，用于钳位输入的电压，当VIN输入电流大于后级电路和负载所需时，第一钳位电路吸收多余的输入电流，使输入端及后级电路承受的最高电压不大于该钳位电压，保护电路工作的安全。其中，如图3和4所示，第一钳位电路11可以为稳压管D3，稳压管D3的正极接地，稳压管D3的负极接入集成控制器电路1的输入端VIN。
在本实施例中，如图5所示，优选第一钳位电路11包括第一采样电路111、第三运算放大器112以及第三调整管113，第一采样电路111的一端接入集成控制器电路1的输入端VIN，另一端接地，第三运算放大器112的同相输入端与第一采样电路111的采样电压输出端相连，第三运算放大器112的反相输入端接入基准电压VREF，第三运算放大器112的输出端与第三调整管113的栅极相连，第三调整管113的漏极接入集成控制器电路1的输入端VIN，第三调整管113的源极接地，第三调整管113为双极型晶体管或其他可控的功率器件。
结合图6，本实施例优选的第一钳位电路11工作原理为：第一采样电路111采集集成控制器电路1的输入端VIN输入的电压V1，得到电压信号VS1，电压信号VS1与基准电压VREF经第三运算放大器112处理，第三运算放大器112根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第三调整管113的漏极电流I2大小，从而钳位输入的电压V1。具体的，当集成控制器电路1的输入端VIN输入的电压V1突然上升时，电压信号VS1也会相应上升，当电压信号VS1大于基准电压VREF时，则第三运算放大器112输出的模拟控制信号VGS上升，根据调整管的工作特性，当模拟控制信号VGS上升，则第三调整管113下拉，第三调整管113的漏极电流I2上升，导致输入的电压V1下降，直到输入的电压V1接近基准电压VREF，从而到达钳位电压V1的目的。
如图8所示，在一种实施例中，集成控制器电路1的输入端VIN接入电流型AC输入，集成控制器电路1的输入端VIN和接地端GND之间连接有滤波电容C2，集成控制器电路1的输出端VOUT1和接地端GND之间连接有输出电容C3，输出电容C3两端连接有第一负载。在该实施例中，本发明的适用于阻容降压的集成控制电路可为一个负载供电。
进一步的，如图7所示，在另一种实施例中，集成控制器电路1的输入端VIN接入电流型AC输入，集成控制器电路1的输出端VOUT1和接地端GND之间连接有输出电容C3，输出电容C3两端连接有第一负载，集成控制器电路1的输入端VIN和输出端VOUT1之间连接有滤波电容C4,滤波电容C4两端为集成控制器电路1的输出端VOUT2，连接有第二负载。在该实施例中，本发明的适用于阻容降压的集成控制电路同时存在两路输出，可分别为两个负载供电，此时两路输出均只限制了其稳压值，输出电压带有一定纹波，但仍可用于对输出波动要求不高的场合，例如，可给继电器等设备供电。
进一步的，如图8和图9所示，本发明的适用于阻容降压的集成控制电路还包括整流桥电路，其中整流桥电路一端通过将电压转换为电流的第一电容C1，另一端与滤波电容C2相连，可以得到波形平直的直流电。上述整流桥电路可以为半波整流阻容降压整流电路21(如图8所示)或全桥整流阻容降压整流电路22(如图9所示)。
本发明的适用于阻容降压的集成控制电路及其控制方法，采用第一钳位电路钳位了输入端的电压，并在上电瞬间保护调整电路及钳位控制电路，采用第二钳位电路钳位了调整电路两端的电压，集成控制器电路采用调整电路和钳位控制电路根据负载功率变化主动调节电源输出端的电压，保证了无输出纹波，输出更稳定；本发明利用第一运算放大器和第二运算放大器输出的模拟信号，提高了控制变化的稳定性；本发明的稳压管D4可在上电瞬间保护第一调整管漏源电压压降不会太大，导致第一调整管损坏的现象；本发明电路结构简单，可减小滤波电容，集成度高，PCB电路板面积小，生产制造成本低。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：其包括集成控制器电路(1)，所述集成控制器电路(1)包括第一钳位电路(11)、调整电路(12)、第二钳位电路(13)以及钳位控制电路(14)，所述第一钳位电路(11)连接在所述集成控制器电路(1)的输入端VIN，用于钳位输入的电压，所述调整电路(12)连接在所述第一钳位电路(11)与所述集成控制器电路(1)的输出端之间，所述钳位控制电路(14)连接在所述集成控制器电路(1)的输出端VOUT，用于钳位输出电压，所述调整电路(12)和钳位控制电路(14)根据负载功率的变化主动调节所述集成控制器电路(1)的输出端VOUT电压，所述第二钳位电路(13)并联在所述调整电路(12)上，用于钳位所述调整电路(12)两端的电压。
2.根据权利要求1所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述调整电路(12)包括第一运算放大器(121)和第一调整管(122)，所述钳位控制电路(14)包括采样和基准电路(141)，所述第一运算放大器(121)的同相输入端与所述采样和基准电路(141)的基准电压输出端VREF1相连，所述第一运算放大器的反相输入端与所述采样和基准电路(141)的采样电压输出端VS2相连，所述第一运算放大器(121)的输出端与所述第一调整管(122)的栅极相连，所述第一调整管(122)的漏极与所述第一钳位电路(11)以及第二钳位电路(13)的一端相连并接入所述集成控制器电路(1)的输入端VIN，所述第一调整管(122)的源极与所述钳位控制电路(14)以及所述第二钳位电路(13)的另一端相连并接入所述集成控制器电路(1)的输出端VOUT。
3.根据权利要求2所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述钳位控制电路(14)还包括第二运算放大器(142)和第二调整管(143)，所述第二运算放大器(142)的反相输入端与所述采样和基准电路(141)的基准电压输出端VREF2相连，所述第二运算放大器(142)的同相输入端与所述采样和基准电路(141)的采样电压输出端VS2相连，所述第二运算放大器(142)的输出端与所述第二调整管(143)的栅极相连，所述第二调整管(143)的漏极与所述调整电路(12)相连并接入所述集成控制器电路(1)的输出端VOUT，所述第二调整管(143)的源极接地。
4.根据权利要求2所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述第二钳位电路(13)包括稳压管D4，所述稳压管D4的正极与所述第一调整管(122)的源极相连，所述稳压管D4的负极与所述第一调整管(122)的漏极相连。
5.根据权利要求1至4任一项所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述第一钳位电路(11)包括稳压管D3，所述稳压管D3的正极接地，所述稳压管D3的负极接入所述集成控制器电路(1)的输入端VIN。
6.根据权利要求1至4任一项所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述第一钳位电路(11)包括第一采样电路(111)、第三运算放大器(112)以及第三调整管(113)，所述第一采样电路(111)的一端接入所述集成控制器电路(1)的输入端VIN，另一端接地，所述第三运算放大器(112)的同相输入端与所述第一采样电路(111)的采样电压输出端VS1相连，所述第三运算放大器(112)的反相输入端接入基准电压VREF，所述第三运算放大器(112)的输出端与所述第三调整管(113)的栅极相连，所述第三调整管(113)的漏极接入所述集成控制器电路(1)的输入端VIN，所述第三调整管(113)的源极接地。
7.根据权利要求1至4任一项所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述集成控制器电路(1)的输入端VIN接入输入信号，所述集成控制器电路(1)的输入端VIN和接地端GND之间连接有滤波电容C2，所述集成控制器电路(1)的输出端VOUT和接地端GND之间连接有输出电容C3，所述输出电容C3两端连接有第一负载。
8.根据权利要求1至4任一项所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述集成控制器电路(1)的输入端VIN接入输入信号，所述集成控制器电路(1)的输出端VOUT和接地端GND之间连接有输出电容C3，所述输出电容C3两端连接有第一负载，所述集成控制器电路(1)的输入端VIN和输出端VOUT之间连接有滤波电容C4,所述滤波电容C4两端连接有第二负载。
9.根据权利要求1至4任一项所述的适用于阻容降压的集成控制电路，其特征在于：所述集成控制器电路(1)的输入端VIN接入半波整流阻容降压整流电路(21)或全桥整流阻容降压整流电路(22)。
10.一种适用于阻容降压的集成控制电路的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
当负载功率变化时，采样和基准电路(141)采集负载端VOUT的电压,得到电压信号VS2，电压信号VS2与第一基准电压RVEF1的电压经第一运算放大器(121)处理，第一运算放大器(121)根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第一调整管(122)的漏极电流大小；
同时，电压信号VS2与第二基准电压RVEF2经第二运算放大器(142)处理，第二运算放大器(142)根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第二调整管(143)的漏极电流大小；
通过控制第一调整管(122)的漏极电流的大小和第二调整管(143)的漏极电流的大小主动调节所述负载端的电压。
11.根据权利要求10所述的适用于阻容降压的集成控制电路的控制方法，其特征在于，第一钳位电路(11)钳位输入的电压的步骤包括：
第一采样电路(111)采集输入电压VIN的电压，得到电压信号VS1，所述电压信号VS1与基准电压VREF经第三运算放大器(112)处理，第三运算放大器(112)根据两者差值输出相应的模拟控制信号来控制第三调整管(113)的漏极电流大小，从而控制输入端VIN的电压。
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