專利名稱：一種直流降壓穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電壓變換器，尤其是采用MOS場效應(yīng)管電路的直流電壓變換器。
背景技術(shù)：
直流電壓變換器，最簡單的有采用電阻分壓的，這種方式，用作穩(wěn)壓供電時，對外圍供電要求高且電阻耗費(fèi)的電能多；也有采用振蕩器逆變后再整流穩(wěn)壓的，這種方式，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間尺寸大。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供一種對外圍供電要求低，耗能少且占用空問尺寸小的直流降壓穩(wěn)壓器。
本實(shí)用新型的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的直流降壓穩(wěn)壓器，包括兩只MOS場效應(yīng)管、兩只穩(wěn)壓二極管和兩只電阻組成的降壓及穩(wěn)壓電路；其中，第一只MOS場效應(yīng)管的漏極和第一只電阻的一端接本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端；第一只MOS場效應(yīng)管的源極接第二只MOS場效應(yīng)管的漏極；第一只MOS場效應(yīng)管的柵極和第一只電阻的另一端接第一只穩(wěn)壓二極管的陰極；第一只穩(wěn)壓二極管的陽極接第二只穩(wěn)壓二極管的陰極和第二只MOS場效應(yīng)管的柵極；第二只穩(wěn)壓二極管的陽極接地；第二只MOS場效應(yīng)管的源極接第二只電阻的一端構(gòu)成本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸出端；第二只電阻的另一端接地。
為消除輸出紋波，提高輸出電壓穩(wěn)定性在所述降壓及穩(wěn)壓電路的第二只電阻與地之間還串接有電流采樣反饋電路，該電流采樣反饋電路的輸出連接到第一只MOS場效應(yīng)管的源極。
一種推薦的結(jié)構(gòu)是所述的電流采樣反饋電路由兩只MOS場效應(yīng)管組成的第一電流鏡、兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管組成的第二電流鏡和一只連接這兩個電流鏡的MOS場效應(yīng)管組成；其中，組成第一電流鏡的兩只MOS場效應(yīng)管中，第三只MOS場效應(yīng)管的漏極和柵極及第四只MOS場效應(yīng)管的柵極共同連接第二只電阻的原接地端，而源極接地；第四只MOS場效應(yīng)管的源極接地；組成第二電流鏡的兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管中，第六只場效應(yīng)管的源極和第七只場效應(yīng)管的源極共同連接第一只MOS場效應(yīng)管的源極；第六只場效應(yīng)管的漏極和柵極及第七只場效應(yīng)管的柵極共同連接第五只MOS場效應(yīng)管的漏極；第五只MOS場效應(yīng)管的源極連接到第四只MOS場效應(yīng)管的漏極；第五只MOS場效應(yīng)管的柵極連接到第二只MOS場效應(yīng)管的柵極和第七只場效應(yīng)管的漏極。
為進(jìn)一步消除輸出紋波，提高輸出電壓穩(wěn)定性在所述降壓及穩(wěn)壓電路的第二只穩(wěn)壓二極管的兩端并聯(lián)有第一只電容。及，在所述降壓及穩(wěn)壓電路中還有第二只電容；所述的第二只MOS場效應(yīng)管的源極接第二只電容的一端，第二只電容的另一端接地。
該直流降壓穩(wěn)壓器還可以接受脈動直流電源輸入內(nèi)部主要由兩部分組成，一部分是輸入端穩(wěn)壓電路，另一部分是降壓及穩(wěn)壓電路；輸入端穩(wěn)壓電路并聯(lián)在本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端與地線之間。
一種簡單的輸入端穩(wěn)壓電路包括一只MOS場效應(yīng)管、一只穩(wěn)壓二極管和一只電阻；該MOS場效應(yīng)管的漏極和該穩(wěn)壓二極管的陰極接本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端；該MOS場效應(yīng)管的柵極和該穩(wěn)壓二極管的陽極接該電阻的一端；該MOS場效應(yīng)管的源極和該電阻的另一端接地。
這種直流降壓穩(wěn)壓器，降壓及穩(wěn)壓電路中各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管制造在同一塊集成電路芯片上。
這種直流降壓穩(wěn)壓器也可以是降壓及穩(wěn)壓電路和輸入端穩(wěn)壓電路中各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管制造在同一塊集成電路芯片上。
本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器，內(nèi)部的輸入端穩(wěn)壓電路將外圍輸入電源穩(wěn)壓后變成一個基本穩(wěn)定的直流電壓，此電壓加載到后級降壓及穩(wěn)壓電路，該電路主要由第一MOS場效應(yīng)管和第二MOS場效應(yīng)管與采樣電阻串聯(lián)完成降壓工作，第二穩(wěn)壓二極管限制第二MOS場效應(yīng)管的柵壓，第一穩(wěn)壓二極管限制第一MOS場效應(yīng)管與第二MOS場效應(yīng)管的柵壓差，從而使第一MOS場效應(yīng)管和第二MOS場效應(yīng)管的柵壓工作于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，同時也可以決定第一MOS場效應(yīng)管和第二MOS場效應(yīng)管輸出電壓的高低，降壓及穩(wěn)壓電路的采樣電阻與地之間還串接有電流采樣反饋電路，該電路的輸出連接到第一只MOS場效應(yīng)管的源極，從而達(dá)到微調(diào)精密穩(wěn)定輸出所需電壓的要求。輸入端穩(wěn)壓電路由一只并聯(lián)在電源輸入端的MOS場效應(yīng)管、一只控制該MOS場效應(yīng)管柵極與漏極間電壓的穩(wěn)壓二極管和一只提供該MOS場效應(yīng)管柵極偏置電壓的電阻組成；結(jié)構(gòu)簡單。使本實(shí)用新型可以直接工作于60-70V脈動電壓的情況，對外圍供電要求低；構(gòu)成電路的各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管可制造在一塊集成電路芯片上，耗能少且占用空間尺寸小從而極大的簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)，可有效節(jié)約成本、提高加工速度和可靠性。


圖1是本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器的輸入端穩(wěn)壓電路一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器與外圍電路連接的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，請參見圖1。該直流降壓穩(wěn)壓器，可以直接工作于60-70V脈動電壓作為輸入電源，其內(nèi)部主要由兩部分組成，一部分是輸入端穩(wěn)壓電路1，另一部分是降壓及穩(wěn)壓電路2。
輸入端穩(wěn)壓電路1并聯(lián)在直流電壓輸入端VDD與地線之間。
降壓及穩(wěn)壓電路2包括五只N型溝道MOS場效應(yīng)管MOS1～5、兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管MOS6～7、兩只穩(wěn)壓二極管Z1～2、兩只電阻R1～2和兩只電容C1～2。
在降壓及穩(wěn)壓電路2的主回路21中，第一只MOS場效應(yīng)管MOS1的漏極和第一只電阻R1的一端接本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端VDD；第一只MOS場效應(yīng)管MOS 1的源極接第二只MOS場效應(yīng)管MOS2的漏極；第一只MOS場效應(yīng)管MOS1的柵極和第一只電阻R1的另一端接第一只穩(wěn)壓二極管Z1的陰極；第一只穩(wěn)壓二極管Z1的陽極接第二只穩(wěn)壓二極管Z2的陰極和第二只MOS場效應(yīng)管MOS2的柵極；第二只穩(wěn)壓二極管Z2的陽極接地；第二只穩(wěn)壓二極管Z2的兩端并聯(lián)有第一只電容1。第二只MOS場效應(yīng)管MOS2的源極接第二只電阻R2的一端和第二只電容C2的一端構(gòu)成本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸出端OUT；第二只電容C2的另一端接地。第二只電阻R2的另一端原本應(yīng)該接地。但是本實(shí)施例中，在所述降壓及穩(wěn)壓電路2的主回路21的第二只電阻R2與地之間還串接有電流采樣反饋電路22，該電流采樣反饋電路22的輸出連接到第一只MOS場效應(yīng)管MOS1的源極。
電流采樣反饋電路22由兩只MOS場效應(yīng)管MOS3～4組成的第一電流鏡、兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管MOS6～7組成的第二電流鏡和一只連接這兩個電流鏡的MOS場效應(yīng)管MOS5組成。其中，組成第一電流鏡的兩只MOS場效應(yīng)管MOS3～4中，第三只MOS場效應(yīng)管MOS3的漏極和柵極及第四只MOS場效應(yīng)管MOS4的柵極共同連接第二只電阻R2的原接地端，而源極接地。第四只MOS場效應(yīng)管MOS4的源極接地。組成第二電流鏡的兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管MOS6～7中，第六只場效應(yīng)管MOS6的源極和第七只場效應(yīng)管MOS7的源極共同連接第一只MOS場效應(yīng)管MOS1的源極；第六只場效應(yīng)管MOS6的漏極和柵極及第七只場效應(yīng)管MOS7的柵極共同連接第五只MOS場效應(yīng)管MOS5的漏極；第五只MOS場效應(yīng)管MOS5的源極連接到第四只MOS場效應(yīng)管MOS4的漏極；第五只MOS場效應(yīng)管MOS5的柵極連接到第二只MOS場效應(yīng)管MOS2的柵極和第七只場效應(yīng)管MOS7的漏極。
降壓及穩(wěn)壓電路2的降壓作用主要是利用MOS管耐高壓及功耗小的特性實(shí)現(xiàn)的，外部電路進(jìn)來的脈動電源電壓經(jīng)過內(nèi)部輸入端穩(wěn)壓電路1穩(wěn)壓后變成一個基本穩(wěn)定的直流60-70V電壓。此電壓加載到后級降壓及穩(wěn)壓電路2，該電路主要由第一只MOS場效應(yīng)管MOS1和第二只MOS場效應(yīng)管MOS2完成降壓工作，其余MOS管起到微調(diào)穩(wěn)定作用。其中第一只MOS場效應(yīng)管MOS1為高壓MOS管，通過兩個穩(wěn)壓二極管Z1和Z2從而使第一只MOS場效應(yīng)管MOS1和第二只MOS場效應(yīng)管MOS2的柵壓工作于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，同時也可以決定第一只MOS場效應(yīng)管MOS1和第二只MOS場效應(yīng)管MOS2輸出電壓的高低，從而達(dá)到輸出芯片內(nèi)部電路所需電源的要求。采樣電阻R2通過對輸出電壓的采樣，將輸出情況送至第三只MOS場效應(yīng)管MOS3，通過第三只MOS場效應(yīng)管MOS3和第四只MOS場效應(yīng)管MOS4組成的電流鏡電路將采樣電流鏡像到第四只MOS場效應(yīng)管MOS4輸出。從而影響到第五只MOS場效應(yīng)管MOS5的源級電壓，由于第五只MOS場效應(yīng)管MOS5的柵壓被穩(wěn)壓二極管Z2穩(wěn)定到一個定值，第五只MOS場效應(yīng)管MOS5源級電壓的改變會影響到通過第五只MOS場效應(yīng)管MOS5的電流的大小，該電流被送至第六只MOS場效應(yīng)管MOS6，通過第六只MOS場效應(yīng)管MOS6和第七只MOS場效應(yīng)管MOS7組成的電流鏡電路將該電流鏡像到第七只MOS場效應(yīng)管MOS7，通過此影響第一只MOS場效應(yīng)管MOS 1源級電流輸出，從而進(jìn)一步影響到輸出電壓的輸出，達(dá)到對輸出電壓精密穩(wěn)定的目的。同時也可以對第一只MOS場效應(yīng)管MOS1達(dá)到一定的保護(hù)作用。此方式是通過反饋電路實(shí)現(xiàn)對各級輸出的微調(diào)，從而達(dá)到輸出穩(wěn)定的目的，降低輸出電源的紋波，達(dá)到后級負(fù)載電路使用的要求。電路中電阻R1的目的是給穩(wěn)壓二極管Z1～2提供電源，電容C1～2是濾波電容，作用是濾除各點(diǎn)可能存在的雜波信號，起到穩(wěn)定各點(diǎn)電壓的作用。
本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器的輸入端穩(wěn)壓電路1的作用僅僅是提供給后級一個相對穩(wěn)定的工作電壓，因此對該部分的電路的要求不高，很多實(shí)際使用的電路都可以達(dá)到此要求。圖2中例示了一種結(jié)構(gòu)簡單又可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的輸入端穩(wěn)壓電路1。輸入端穩(wěn)壓電路包括一只MOS場效應(yīng)管MOS0、一只穩(wěn)壓二極管Z0和一只電阻R0；該MOS場效應(yīng)管MOS0的漏極和穩(wěn)壓二極管Z0的陰極接本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端VDD；該MOS場效應(yīng)管MOS0的柵極和穩(wěn)壓二極管Z0的陽極接該電阻R0的一端；該MOS場效應(yīng)管MOS0的源極和電阻R0的另一端接地。在圖2所示電路中穩(wěn)壓二極管Z0起到穩(wěn)壓作用，MOS場效應(yīng)管MOS0提供電流的泄放回路，從而降低設(shè)計(jì)上對穩(wěn)壓二極管Z0的要求。電阻R0提供MOS場效應(yīng)管MOS0的柵偏置電壓，同時限制通過穩(wěn)壓二極管Z0的電流的大小。
本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器可以用分離元件組裝在線路板上，最好是將降壓及穩(wěn)壓電路和輸入端穩(wěn)壓電路中各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管制造在同一塊集成電路芯片上。
本實(shí)用新型直流降壓穩(wěn)壓器的一個典型應(yīng)用電路如圖3所示。該電路通過外圍電路串接在交流電源中的一只電阻、一只電容和一只整流二極管，將交流電源分壓及經(jīng)過半波整流后提供直流降壓穩(wěn)壓器使用，同時通過外圍電阻輔助直流降壓穩(wěn)壓器內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)降壓作用。由直流降壓穩(wěn)壓器得到的最后輸出電源是一個穩(wěn)定，可用的低壓直流電源，供負(fù)載使用。
權(quán)利要求1.一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是包括兩只MOS場效應(yīng)管、兩只穩(wěn)壓二極管和兩只電阻組成的降壓及穩(wěn)壓電路；其中，第一只MOS場效應(yīng)管的漏極和第一只電阻的一端接本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端；第一只MOS場效應(yīng)管的源極接第二只MOS場效應(yīng)管的漏極；第一只MOS場效應(yīng)管的柵極和第一只電阻的另一端接第一只穩(wěn)壓二極管的陰極；第一只穩(wěn)壓二極管的陽極接第二只穩(wěn)壓二極管的陰極和第二只MOS場效應(yīng)管的柵極；第二只穩(wěn)壓二極管的陽極接地；第二只MOS場效應(yīng)管的源極接第二只電阻的一端構(gòu)成本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸出端；第二只電阻的另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是在所述降壓及穩(wěn)壓電路的第二只電阻與地之間還串接有電流采樣反饋電路，該電流采樣反饋電路的輸出連接到第一只MOS場效應(yīng)管的源極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是所述的電流采樣反饋電路由兩只MOS場效應(yīng)管組成的第一電流鏡、兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管組成的第二電流鏡和一只連接這兩個電流鏡的MOS場效應(yīng)管組成；其中，組成第一電流鏡的兩只MOS場效應(yīng)管中，第三只MOS場效應(yīng)管的漏極和柵極及第四只MOS場效應(yīng)管的柵極共同連接第二只電阻的原接地端，而源極接地；第四只MOS場效應(yīng)管的源極接地；組成第二電流鏡的兩只P型溝道MOS場效應(yīng)管中，第六只場效應(yīng)管的源極和第七只場效應(yīng)管的源極共同連接第一只MOS場效應(yīng)管的源極；第六只場效應(yīng)管的漏極和柵極及第七只場效應(yīng)管的柵極共同連接第五只MOS場效應(yīng)管的漏極；第五只MOS場效應(yīng)管的源極連接到第四只MOS場效應(yīng)管的漏極；第五只MOS場效應(yīng)管的柵極連接到第二只MOS場效應(yīng)管的柵極和第七只場效應(yīng)管的漏極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是在所述降壓及穩(wěn)壓電路的第二只穩(wěn)壓二極管的兩端并聯(lián)有第一只電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是在所述降壓及穩(wěn)壓電路中還有第二只電容；所述的第二只MOS場效應(yīng)管的源極接第二只電容的一端，第二只電容的另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是內(nèi)部主要由兩部分組成，一部分是輸入端穩(wěn)壓電路，另一部分是降壓及穩(wěn)壓電路；輸入端穩(wěn)壓電路并聯(lián)在本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端與地線之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是所述的輸入端穩(wěn)壓電路包括一只MOS場效應(yīng)管、一只穩(wěn)壓二極管和一只電阻；該MOS場效應(yīng)管的漏極和該穩(wěn)壓二極管的陰極接本直流降壓穩(wěn)壓器直流電壓輸入端；該MOS場效應(yīng)管的柵極和該穩(wěn)壓二極管的陽極接該電阻的一端；該MOS場效應(yīng)管的源極和該電阻的另一端接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是所述的降壓及穩(wěn)壓電路中各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管制造在同一塊集成電路芯片上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是所述的降壓及穩(wěn)壓電路和輸入端穩(wěn)壓電路中各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管制造在同一塊集成電路芯片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種直流降壓穩(wěn)壓器，其特征是所述的降壓及穩(wěn)壓電路和輸入端穩(wěn)壓電路中各MOS場效應(yīng)管和穩(wěn)壓二極管制造在同一塊集成電路芯片上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及直流電壓變換器，尤其是采用MOS場效應(yīng)管電路的直流電壓變換器。它可由外圍電路將交流電源經(jīng)過半波整流后并用電阻降壓得到60－70V輸入電壓。它內(nèi)部主要由兩部分組成，一部分是穩(wěn)壓電路，另一部分是降壓及穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是將經(jīng)過外圍簡單處理的電源進(jìn)行穩(wěn)壓，從而給后級電路提供一個穩(wěn)定的電源。另一部分是對經(jīng)過穩(wěn)壓的電源進(jìn)行降壓，從而得到負(fù)載電路需要的低壓電源。在進(jìn)行降壓的同時對輸出電壓進(jìn)行高精度穩(wěn)壓，保證得到的最后輸出低壓電源是一個穩(wěn)定，可用的電源。從而極大的簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)，達(dá)到有效節(jié)約成本、提高加工速度和可靠性的目的。
文檔編號H02M3/04GK2672956SQ20032012145
公開日2005年1月19日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者刑建力, 柴智, 楊叔仲, 陳新昊, 魏肅, 劉雙春 申請人:廈門市芯陽科技有限公司