CN211266767U - 一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，包括二极管D1、误差放大器AMP、调整管T1和电阻R1，所述二极管D1的阳极连接输入信号Vin，二极管D1的阴极连接电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端连接调整管T1的漏极，调整管T1的栅极连接电阻Rc、电容Cc和三极管T2的集电极，三极管T2的基极连接电阻R2的另一端和电阻R3，调整管T1的源极连接二极管D2的阳极，本实用新型带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路结构紧凑，输出电压可以精确配置，并且带有可以自恢复的过压保护功能和可以自恢复的过温保护功能。

Description

一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体是一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路。

背景技术

随着物联网（IoT）的发展，对物联网各个节点的供电要求为在满足电压电流的要求下小型化和低成本化，因此需要开发一种电路简单、功能全面、工作稳定可靠的电源产生电路，用以给其他模块供电。

传统的电源产生电路如图1和图2。两种电路的区别为图1采用功率MOS管T1实现，图2采用功率三极管T2实现。

图1的电路中，Vin是输入电压，Vout是输出电压，功率MOS管T1是调整管，齐纳管Z1是稳压管，功率电阻R1是输出电流的限流电阻，电阻R2是稳压管Z1的限流电阻，电容C1是输出电容，用以降低输出电源的纹波。

输入电压Vin大于输出电压Vout，齐纳管Z1的稳压电压为Vz，MOS管T1的阈值电压为Vth。初始状态Vout趋近于0，齐纳管产生稳压电压Vz，并且满足条件Vz>Vgs，其中Vgs为MOS管的栅源电压，此时MOS管T1导通。当达到电路的输出稳定时，输出电压Vout=Vz-Vth，此时MOS管T1关闭。电路稳定工作时，如果Vout电压降低，则MOS管T1导通，给输出端充电，直到Vout接近于Vout=Vz-Vth时，T1趋向于关闭。

图2所示的电路类似于图1，采用功率调整管NPN的功率三极管T1实现。稳态时，输出电压Vout=Vz-Vbe。通常情况，三极管T1如果采用硅制造工艺时，Vbe在0.7V附近。

图1和图2所示的电路是LDO电路的基本原理，输入输出的最小压降取决于功率管的特性，输出电压Vout由齐纳管Z1的稳压电压决定。

传统的电源产生电路产生的优点是电路简单，成本较低。其缺点是该电路的输出电压精度较差。为解决以上问题，并集成更多的电路功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，包括二极管D1、误差放大器AMP、调整管T1和电阻R1，所述二极管D1的阳极连接输入信号Vin，二极管D1的阴极连接电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端连接调整管T1的漏极，调整管T1的栅极连接电阻Rc、电容Cc和三极管T2的集电极，三极管T2的基极连接电阻R2的另一端和电阻R3，调整管T1的源极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻Rf1、电容C1和输出端Vout，电阻Rf1的另一端连接电阻Rf2和误差放大器AMP的反相输入端，误差放大器AMP的正相输入端连接基准电压Vref，误差放大器AMP的输出端连接电阻Rc的另一端，三极管T2的发射极连接电阻R3的另一端、电容Cc的另一端、电阻Rf2的另一端和地。

作为本实用新型的进一步方案：所述调整管T1可以使用功率MOS或者功率三极管。

作为本实用新型的进一步方案：所述三极管V2为NPN三极管。

作为本实用新型的进一步方案：所述电阻Rc和电容Cc组成频率补偿电路。

作为本实用新型的进一步方案：所述电阻R2和电阻R3具有相同的温度系数。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路结构紧凑，输出电压可以精确配置，并且带有可以自恢复的过压保护功能和可以自恢复的过温保护功能。

附图说明

图1为基于功率MOS的电源电路图。

图2为基于功率三极管的电源电路图。

图3为带过温保护的电源产生电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图3，实施例1：本实用新型实施例中，一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，包括二极管D1、误差放大器AMP、调整管T1和电阻R1，所述二极管D1的阳极连接输入信号Vin，二极管D1的阴极连接电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端连接调整管T1的漏极，调整管T1的栅极连接电阻Rc、电容Cc和三极管T2的集电极，三极管T2的基极连接电阻R2的另一端和电阻R3，调整管T1的源极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻Rf1、电容C1和输出端Vout，电阻Rf1的另一端连接电阻Rf2和误差放大器AMP的反相输入端，误差放大器AMP的正相输入端连接基准电压Vref，误差放大器AMP的输出端连接电阻Rc的另一端，三极管T2的发射极连接电阻R3的另一端、电容Cc的另一端、电阻Rf2的另一端和地。

初始状态Vin有输入，Vout为0，此时反馈电压Vf为0，误差放大器AMP的输出为高，此时MOS管T1导通，Vin通过D1，R1，T1，D2给电容C1和负载充电，Vout电压上升。

当输出电压Vout上升后，Vf也上升。Vf接误差放大器AMP的反相输入端。当Vf电压小于Vref电压时，误差放大器AMP的输出为高电平，调整管T1继续充电，Vout上升。直到输出电压Vout稳定为止，调整管T1关闭。如果输出电压Vout过高，则Vf的电压值比Vref电压值低，此时误差放大器AMP的输出为低，调整管T1关闭，Vout受到负载放电的影响而降低电压。

稳态时，输出采样电压Vf的电压值为：

，此时Vf=Vref，则

。

因此，此时输出电压Vout由Vref的值以及反馈电阻Rf1和Rf2确定。通过以上理论分析可知，输出电压Vout的稳态值与调整管T1无关，输出值不受到T1参数的影响。调整管T1可以使用功率MOS或者功率三极管。

另外，Vref可以使用齐纳管作为稳压管以降低成本，也可以采用基准电压源。当Vref采用基准电压源时，基准电压源的特性是输出电压与电源电压以及温度无关。因此，当Vref采用基准电压源时，输出电压Vout也与温度无关。

频率补偿电路由Rc和Cc组成，形成一阶低通滤波器，该低通滤波器的3dB带宽为。

通过调整Rc和Cc的值，可以改变电源电路的环路参数，从而达到稳定性与快速调整响应的平衡。

频率补偿电路也可以采用其他类型的滤波器，从而得到更符合应用需要的环路特性。

防止反向导通的二极管D2，其作用为确保电流只能从输入Vin流到输出Vout，利用二极管的单向导电性保证该支路单向导通。其功能为，当输入Vin正常或者异常关闭，此时输入电压Vin会快速降低，而输出部分Vout由于有C1的存在，有可能Vout的下降速度会更慢，会导致Vin<Vout，此时如果没有二极管D2，会产生从Vout到Vin的反向电压和电流，有可能会导致器件击穿而损坏电路。

整流管D1的作用是使该电源电路不仅支持Vin是直流输入，也支持Vin是交流输入。如果Vin是直流输入，整流管D1可以不加。

电源产生电路的过压和温度保护电路由电阻R2，电阻R3，以及NPN三极管T2组成。其中，三极管T2在该电路中的功能为开关管，工作于截止状态和饱和状态。如果忽略整流管D1，R2和R3的分压电压值为

。

三极管T2的开启电压为Vbe，若该三极管采用硅制作，则Vbe电压值在常温下位于0.7V附近。若三极管选用锗管，则该电压位于0.3V附近。这里采用硅管进行原理分析。

正常状态下，R3的阻值与R2相比小很多，即通常设置为Vb小于Vbe，此时三极管T2处于关闭状态，该电源电路正常工作。

电路的过压保护功能：当输入电压过高，即Vin很高时，此时Vb大于Vbe，此时三极管T2导通，把MOS管T1的栅极电压拉低，从而使MOS管T1关闭，此时输入和输出之间通路关闭，输入的过高电压不会引导到输出Vout端，从而保护了后续电路。当输入电压正常时，Vb小于Vbe，此时三极管T2关闭，电源产生电路正常工作，过压保护功能可自恢复。

电路的过温保护功能：该电路的过温保护功能不需要采用额外的电路或者器件即可实现，并且该过温保护是可自恢复的。其原理如下：

通常电阻具有正温度系数的特性，采用一阶近似电阻的温度系数，电阻阻值可以表达为

其中，RT0为电阻在常温T0下的阻值，TCR为电阻的温度系数，T是电阻的工作温度，RT是电阻在温度T下的阻值。

实施例2：在实施例1的基础上，若电阻R2和R3采用同种工艺和材料制作，则R2和R3具有相同或者接近的温度系数，在温度T下，阻值可以表达为。

R2：

R3：

因此，在温度T下，Vb的表达式为：

Vb:

通过以上的分析，Vb的电压值不受到温度的影响，即Vb的电压值与温度无关。

由半导体理论，三极管输入Vbe是一个PN正偏的二极管，该二极管的正向导通电压Vbe为负温度系数，即Vbe的电压值随着温度的升高而降低。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，包括二极管D1、误差放大器AMP、调整管T1和电阻R1，其特征在于，所述二极管D1的阳极连接输入信号Vin，二极管D1的阴极连接电阻R1和电阻R2，电阻R1的另一端连接调整管T1的漏极，调整管T1的栅极连接电阻Rc、电容Cc和三极管T2的集电极，三极管T2的基极连接电阻R2的另一端和电阻R3，调整管T1的源极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电阻Rf1、电容C1和输出端Vout，电阻Rf1的另一端连接电阻Rf2和误差放大器AMP的反相输入端，误差放大器AMP的正相输入端连接基准电压Vref，误差放大器AMP的输出端连接电阻Rc的另一端，三极管T2的发射极连接电阻R3的另一端、电容Cc的另一端、电阻Rf2的另一端和地。

2.根据权利要求1所述的一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，其特征在于，所述调整管T1可以使用功率MOS或者功率三极管。

3.根据权利要求1所述的一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，其特征在于，所述三极管V2为NPN三极管。

4.根据权利要求3所述的一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，其特征在于，所述电阻Rc和电容Cc组成频率补偿电路。

5.根据权利要求1所述的一种带自恢复过压和过温保护功能的电源产生电路，其特征在于，所述电阻R2和电阻R3具有相同的温度系数。

Images