專利名稱：一種線性穩壓延時電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電源技術領域，尤其涉及一種實現輸入與輸出延時的線 性穩壓延時電路。
背景技術：
在大型電源系統中，多路電源輸出通常由多個拓樸結構實現，即相 當于由多個單板電源組成，多路輸出的上電時序可以通過控制相應的
PWM (脈寬調制)控制芯片的供電來實現，而這些電路的PWM控制芯 片的供電電壓可能又有所不同。線性電源的實現有多種方式，包括分立 元件實現與三端穩壓器實現。為了從根本上實現輸入與輸出的延時，一 般東用分立元件來實現，其中又分為串聯式線性電源和并聯式線性電 源；因串聯式線性電源比并聯式線性電源的效率高，故常用的是串聯式 線性電源；串聯式線性電源的現有技術有
a、 穩壓二極管并聯調整電源，如圖l所示，即串聯電阻置于電源輸 入端和穩壓二極管之間，用來限制流向負載和二極管的電流，穩壓二極 管補償負載電流的變化，這種穩壓器典型地用在負載小于200mW的局部 電壓調節中；要實現輸入與輸出的延時只能是通過加大輸出電容，使輸
出建立的時間常數變大，從而使輸出電壓建立的時刻后于輸入電壓建立 的時刻。
b、 單晶體管串聯型線性電源，如圖2所示，即將一個晶體管加到基 本二極管穩壓電路，可以利用雙極型晶體管具有增益的優勢，晶體管接成射極跟隨器，可以在穩壓二極管的電流比較小的情況下，向負載提供 很大的電流，此時晶體管基本上是作為一個誤差放大器。當負載電流增 加時，使基極的電壓提高，晶體管的導通程度也增加，因而使電壓回復 到原來的值。該方法可以通過選擇晶體管的容量來滿足負載和調整電壓 損耗的要求，但其仍然是通過增加輸出電容使輸出建立時間長于輸入建 立時間，由此使得輸出滯后于輸入建立。
C、如圖3所示，調整管串聯在輸入電源和負載之間，用電壓誤差放 大器來持續地將輸出電壓和穩定的基準電壓作比較，得出的差值被電壓 誤差放大器放大多倍，放大后的誤差電壓直接控制串聯調整單元的導通 電阻，以維持額定的輸出電壓。如果負載增加，輸出電壓下降，電壓誤
差放大器的輸出將增加，使更多的電流流向負載；如果負載電流減少，
輸出電壓會上升，則電壓誤差放大器的輸出將使調整單元流向負載的電 流減少。其實現延時的方法是在誤差放大器的負輸入端(即輸出電壓經 過分壓電阻后的電壓)并聯一電容，使誤差放大器的負端電壓上升時間 變長，其本質還是在輸出端增加了一大電容，從而實現輸出滯后于輸入 上電。
以上三種4支術方案的上電時序如圖4a所示，由此可見，已有的串聯 式線性電源中，實現輸出延時于輸入上電，其本質都是在輸出端加大電 容，改變輸出上升的斜率，使輸出沒有輸入上電斜率陡，輸出電容越大 充電時間越長，則輸出電壓的上升斜率較輸入的上升斜率越緩，到達額 定輸出的時間越長，但兩者上升的起始點相同，是同時從OV開始上升。 從本質上來i并，并非真正意義上的延時；另外如同C方案里面，延時電 容的放電時間不可調節，只要反饋參數設定和延時時間設定后，放電時 間也就確定下來，對需要頻繁開關輸出的電路來說，實現難度較大
發明內容
本發明首要目的是提供一種線性穩壓延時電路，該電路使輸出電 壓的建立延時于輸入端上電時刻，同時又能實現線性穩壓。
本發明進一步的目的是使得線性穩壓延時電路可控制輸出電壓的 有無，同時，在延時時間已確定的情況下，可調節延時電容的放電時間， 滿足頻繁開關的使用環境。
為解決上述技術問題，根據本發明的一方面，提供了一種線性穩壓 延時電路，包括一取樣電路， 一串聯在輸入電源和輸出負載之間的調整 管，以及電壓誤差放大器，所述取樣電路并聯在本線性穩壓延時電路的 輸出端，電壓誤差放大器的負輸入端連接取樣電路的分壓點，其陽極通 過驅動電阻R1連接所述調整管的控制端，還包括在本線性穩壓延時電 路的輸入端與所述誤差放大器的陽極之間連接一延時驅動電路，用于控 制所述調整管驅動電壓的建立時間，使所述輸出電壓的建立滯后于所述 輸入電壓。
所述的線性穩壓延時電路，其中所述延時驅動電路包括順序連接 在所述輸入端與地之間的延時電阻和延時電容C2,所述誤差放大器的陽 極連接所述延時電容C2與延時電阻的連接點，所述輸入端上電后，經 所述延時電阻向延時電容充電，直至所述調整管導通，在所述輸出端建 立輸出電壓；還包括一放電電路，所述延時電容C2通過該放電電路放 電。
所述的線性穩壓延時電路，其中所述放電電路為一開關控制電路， 由控制信號控制該開關控制電路呈導通或截止狀態，當該開關電路截止 時，所述輸出端有正常的輸出電壓，當開關電路導通時，誤差放大莽的 陽極被拉到地，所迷輸出端無輸出電壓，且所述延時電容C2通過該開 關控制電路放電。
所述的線性穩壓延時電路，其中所述延時電阻由電阻R3與電阻R2串聯而成，電阻R3—端接所述輸入端，且電阻R2的一端連接所述 延時電容C2;所述開關控制電路包括一開關管，所述開關管的集電極連 接電阻R3和電阻R2的連"l妾點，其發射極接地，且其控制才及通過電阻 R4連接控制信號。
所述的線性穩壓延時電路，其中所述調整管為N溝道場效應管， 所遽控制信號為脈沖信號。
所述的線性穩壓延時電路，其中所述開關控制電路還可以由電阻 R5和雙擲開關K1構成，所述電阻R5的一端以及雙擲開關Kl的一閉 合端均接至所述電阻R2和R3的節點，所述電阻R5的另一端與所述雙 擲開關K1的另一閉合端連接，所述雙擲開關K1的控制端接地。
所述的線性穩壓延時電路，其中所述延時電容C2、電阻R2和 R3的取值滿足以下/>式<formula>formula see original document page 7</formula>
其中tl為輸出電壓延時于輸入電壓的時間；
t2為控制信號高低變化時的最短時間間隔；
Vin為專命入電壓；
Vout為輸出電壓；
VGS (th)為調整管的柵極與源極之間的導通電壓閾值。
上述技術方案中的一個技術方案的有益效果為通過延時驅動電路 控制調整管的驅動來控制調整管導通的時刻，從而有效地控制輸出電壓 建立的時刻，使線性穩壓延時電路的輸出電壓從0V上升的時刻與輸入 上電的時刻不同，從上電初始時刻就體現了延時的功能，可滿足更為苛 刻的延時需求。并且本線性穩壓延時電路不僅具有較高的輸出電壓精 度，而且還可通過開關控制電路控制輸出電壓的有無，使該線性穩壓延時電路能根據需要控制是否輸出電壓，應用天〉古。問町，刁以在延町吋
間已確定的情況下，通過調整電阻R2、 R3的比值，調節延時電容的放 電時間，使;故電時間不受反饋參數和延時時間的限制，滿足頻繁開關的 使用環境。
圖1為現有技術采用穩壓二極管的穩壓電路；
圖2為現有技術采用分立元件的單晶體管串聯型線性電源；
圖3為現有技術采用控制誤差放大器的線性延時電源；
圖4a為現有技術上電時序曲線；
圖4b為本發明上電時序曲線；
圖5為本發明原理框圖6為本發明一種實施方式的電路圖7為本發明另一種實施方式的電路圖。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進 一 步詳細說明 本發明的線性穩壓延時電路首先滿足線性穩壓和輸出延時于輸入 電壓的功能，其設計原理如圖5所示，包括與現有技術C相同的穩壓部 分包括由電阻Ra和電阻Rb組成的取樣電路，該取樣電路并聯在本線 性穩壓延時電路的輸出端，Rb的一端接地， 一端與Ra相連； 一串聯在 輸入電源和輸出負載之間的調整管Ql,調整管可以采用N溝道場效應 管(MOSFET)，也可以采用NPN型晶體管，設置調整管工作在線性區。 采用N溝道場效應管時，Ql源極(S極)連接本線性穩壓延時電路的 輸出端，漏極(D極)連接本線性穩壓延時電路的輸入端，輸入輸出電 壓共地。還包括一電壓誤差放大器Ul， Ul可用LM431實現。LM431的負輸入端(也稱為基準端或VREF端，為LM431內部放大器的負輸 入端)連接取樣電路的分壓點，即電阻Ra和Rb的接點，輸出電壓經 Ra、 Rb分壓后4妄近LM431的基準電壓，LM431的陽極通過驅動電阻 Rl連接Q1的控制端(柵極(G極))，其陰極接地，且在LM431的陽 極和基準之間加一電容C1補償(該補償為反饋環的補償)。其穩壓原理 與現有技術相同，當負載增加時，輸出電壓會下降，LM431的內部放大 器反向端輸入就減小，這樣》欠大器輸出將增加，即LM431的陽才及電壓 會升高，使MOSFET流向負載的電流增加；當負載減小時，輸出電壓會 升高，LM431內部放大器反向端輸入就升高，這樣放大器輸出將減小， 即LM431的陽極電壓會減小，使MOSFET流向負載的電流減少。電壓 負反饋實現電源輸出電壓的穩定。
與現有技術所不同的是，在本線性穩壓延時電路的輸入端與誤差放 大器LM431的陽極之間連接一延時驅動電路，如圖5所示，該延時驅 動電路用于控制調整管Ql的驅動，即控制該驅動電壓的建立時間，也 就是使MOSFET管導通的柵、源極(G、 S)之間導通電壓閾值的建立 時間，來控制調整管導通的時刻，從而控制輸出電壓建立的時刻，使輸 出電壓的建立滯后于所述輸入電壓一預定時間，該預定時間即為本電路 所需的輸出延時于輸入的延時時間。延時驅動電路可以采取多種電路實 現，圖6所示為本發明采用的一種具體實施電路。
在圖6所示的實施例中，穩壓部分如上所述，在此不再贅述。為了 實現延時的目的，延時驅動電路包括順序連接在輸入端與地之間的延時 電阻和延時電容C2，延時電容C2與延時電阻的連接點接至誤差放大器 的陽極，延時電阻可以采用一個電阻也可以采用2個電阻R2、 R3串聯 實現。LM431的陽極電壓由輸入電壓Vin通過R2、 R3對C2充電來建 立，由此，電容C2控制MOSFET的G、 S電壓建立時間，當LM431 的陽極電壓充到一定值時(該值必須能使MOSFET導通，稱之為G、 S閾值，用VGS(th)表示，由MOSFET的參數決定)，輸出端電壓從0開 始建立并往上升；而此后C2上的電壓仍然由Vin通過R2、R3對其充電， 因此輸出電壓上升的斜率與Ul (LM431)的陽極電壓上升的斜率一致， 當輸出電壓上升到設定的輸出電壓時，LM431的陽極電壓將不再上升， 因此延時時間為C2從0V充到〔Vout + VGS (th )〕的時間，由延時電 容C2和延時電阻R2、 R3的值確定。輸入與輸出電壓的關系如圖4b所 示，由圖4可見，本發明的實施例與現有技術不同，輸出電壓建立的時 刻滯后于輸入電壓上電時刻，二者起始點不同，有效地控制了輸出電壓 初始建立時刻，是真正意義上的延時電i 各。
延時驅動電路還包括一放電電路，給C2 —放電回路，使C2通過該 放電電路放電。放電電路可簡單地在電阻R2、 R3連接點與地之間連接 一放電電阻，該放電電阻與R2組成放電回路，使C2通過電阻R2和放 電電阻進行放電。該放電電阻要滿足輸入電壓在其上面的分壓足夠大， 既能驅動Ql,又要滿足最小開機時間間隔。本發明優選實施方式是放電 電路采用一開關控制電路實現，開關控制電路由控制信號控制其呈導通 或截止狀態，控制信號可以是脈沖信號，也可以是其它信號。當該開關 電路截止時，本線性穩壓延時電路的輸出端有正常的輸出電壓，當開關 電路導通時，通過電阻R2將LM431的陽極電壓拉到地，使本線性穩壓 延時電路的輸出端無輸出電壓，此時，延時電容C2通過該開關控制電 路放電。用開關控制電路作為放電電路既能實現放電回路的功能，又能 控制輸出電壓的有無。具體的開關控制電路如圖6所示，在R2、 R3相 接的節點上增加NPN三極管Q2的集電極，控制信號(POFF信號)通 過一電阻R4接到Q2的基極，且基極到地之間增加一去耦電容C3， Q2 的發射極接到地。當需要輸出電壓Vout時，給出POFF信號為低，Q2 截止，LM431的陽極電壓正常延時上升，電路正常工作；當不需要Vout 輸出時，給出POFF信號為一高電平信號，Q2將導通，LM431的陽極被拉到地，MOSFET無觸發信號，輸出Vout不能建立；同時由于Q2的 導通，給在C2上面存儲的電荷一個放電的通道，C2將通過R2、 Q2放 電，該放電時間常數由C2和R2取值大小決定，而C2和R2取值大小 則由需要的最小開關時間間隔決定。根據前述可知延時時間由延時電容 C2和延時電阻R2、 R3的值確定，由此可見，可以在延時時間已確定的 情況下，通過調整電阻R2、 R3的比值，來調節延時電容C2的放電時 間，使放電時間不受反饋參數和延時時間的限制，滿足頻繁開關的使用 環境。
以下為對本發明電路的定量定性分析，以及各參數的計算
1、計算Ra、 Rb的方法Rb上的電壓接近Ul (LM431)的基準電壓 2.5V，因此
其中tl為需要延時間； Vin為輸入電壓； Vout為llT出電壓；
VGS (th)為MOSFET的柵極與源極之間的導通電壓閾值;
其中，t2為POFF信號高低變化時的最短時間間隔； 3、 POFF控制部分計算
要使Q2在POFF為高電平時處于飽和導通狀態，貝'J
其中，Vpoff為POFF信號為高電平時電壓幅值;
延時部分參數計算:Ib為Q2飽和導通時的最小電流。
本發明另一實施例如圖7所示，該電路與上述圖6所示電路不同之處 在于Ql采用了NPN型晶體管，開關控制電路由電阻R5和雙擲開關 Kl實現，電阻R5的一端接至電阻R2和R3的節點，另一端與開關K1的 一閉合端(2端)連接，開關K1的另一閉合端(l端)也接至電阻R2和 R3的節點，其控制端3接地。當需要輸出電壓Vout時，開關K1擲向2端， 線性穩壓延時電^各的輸出端正常輸出，當不需要Vout輸出時，開關K1擲 向2端，Ql無驅動電壓，輸出Vout不能建立。
本發明經過實驗，并在五分類血液細胞分析儀上使用，實際證明該 方案能實現延時功能，且能可靠運行。本發明的線性穩壓延時電路可以 應用在多路輸出電源中，按順序輸出各組電源，以及在大型電源系統中， 控制各驅動芯片的供電。
可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技 術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應 屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種線性穩壓延時電路，包括一取樣電路，一串聯在輸入電源和輸出負載之間的調整管，以及電壓誤差放大器，所述取樣電路并聯在本線性穩壓延時電路的輸出端，電壓誤差放大器的負輸入端連接取樣電路的分壓點，其陽極通過驅動電阻R1連接所述調整管的控制端，其特征在于在本線性穩壓延時電路的輸入端與所述誤差放大器的陽極之間連接一延時驅動電路，用于控制所述調整管驅動電壓的建立時間，使所述輸出電壓的建立滯后于所述輸入電壓。
2、根據權利要求1所述的線性穩壓延時電路，其特征在于所迷 延時驅動電路包括順序連接在所述輸入端與地之間的延時電阻和延時 電容C2，所述誤差放大器的陽極連接所述延時電容C2與延時電阻的連 接點，所述輸入端上電后，經所述延時電阻向延時電容充電，直至所述 調整管導通，在所述輸出端建立輸出電壓；還包括一放電電路，所述延 時電容C2通過該放電電路放電。
3、 根據權利要求2所述的線性穩壓延時電路，其特征在于所述 放電電路為一開關控制電路，由控制信號控制該開關控制電路呈導通或 截止狀態，當該開關電路截止時，所述輸出端有正常的輸出電壓；當開 關電路導通時，誤差放大器的陽極被拉到地，所述輸出端無輸出電壓， 且所述延時電容C2通過該開關控制電路放電。
4、 根據權利要求3所述的線性穩壓延時電路，其特征在于所述 延時電阻由電阻R3與電阻R2串聯而成，電阻R3 —端接所述輸入端， 且電阻R2的一端連接所述延時電容C2;所述開關控制電路包括一開關 管，所述開關管的集電極連接電阻R3和電阻R2的連接點，其發射極接地，且其控制極通過電阻R4連接控制信號。
5、 根據權利要求4所述的線性穩壓延時電路，其特征在于所述 調整管為N溝道場效應管，所述控制信號為脈沖信號。
6、 根據權利要求3所述的線性穩壓延時電路，其特征在于所述延 時電阻由電阻R3與電阻R2串聯而成，電阻R3 —端接所述輸入端，且 電阻R2的一端連接所述延時電容C2;所述開關控制電路由電阻R5和 雙擲開關K1構成，所述電阻R5的一端以及雙擲開關Kl的一閉合端 均接至所述電阻R2和R3的節點，所述電阻R5的另一端與所述雙擲開 關K1的另一閉合端連接，所述雙擲開關K1的控制端接地。
7、 根據權利要求4至6任一權利要求所述的線性穩壓延時電路， 其特征在于所述延時電容C2、電阻R2和R3的取值滿足以下公式其中tl為輸出電壓延時于輸入電壓的時間；t2為控制信號高低變化時的最短時間間隔；Vin為輸入電壓；Vout為llT出電壓；VGS (th)為調整管的柵極與源極之間的導通電壓閾值。
全文摘要
一種線性穩壓延時電路，應用于電源技術領域，包括一取樣電路，一串聯在輸入電源和輸出負載之間的調整管，以及電壓誤差放大器，取樣電路并聯在本線性穩壓延時電路的輸出端，電壓誤差放大器的負輸入端連接取樣電路的分壓點，其陽極通過驅動電阻R1連接所述調整管的控制端，在本線性穩壓延時電路的輸入端與所述誤差放大器的陽極之間連接一延時驅動電路，用于控制所述調整管驅動電壓的建立時間，使所述輸出電壓的建立滯后于所述輸入電壓。本發明電路不僅具有較高的輸出電壓精度，還可以滿足更為苛刻的延時需求。同時還可控制輸出電壓的有無。
文檔編號H03K17/28GK101414815SQ200710124069
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月19日 優先權日2007年10月19日
發明者王安山, 駱春敏 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司