一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種寬電壓輸入范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路。該轉換電路包括用于將交流轉換為直流的全橋整流電路；將直流高壓轉化為直流低壓的耗盡型場效應晶體管(Depletion Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor以下簡稱DMOS)或結型場效應晶體管(Junction Field Effect Transistor以下簡稱JFET)；對直流低壓進行穩(wěn)壓的基準電路和低壓差穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator以下簡稱LDO)以及保證電路正常啟動的啟動電路。有益效果：該轉換電路能夠以極低的成本適應極寬的輸入電壓范圍，有利于降低成本，增加企業(yè)的核心競爭力，具有十分良好的效果。
【專利說明】一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種新型高壓低壓轉換電路，尤其適合輸入電壓有較大范圍時的微功率低成本應用。

【背景技術】
[0002]目前，高壓低壓轉換電路主要有三種方式:線圈變壓器方式、開關電源方式、穩(wěn)壓二極管方式。
[0003]線圈變壓器方式是采用電場磁場相互轉化的方式來改變電壓的。在鐵芯或磁芯上繞有原邊和副邊兩組線圈，當原邊線圈中通有交流電流時，鐵芯或磁芯中便產生交流磁通，使副邊線圈中感應出電壓。理論上，副邊電壓與原邊電壓的比值等于副邊線圈匝數(shù)與原邊線圈匝數(shù)的比值。線圈變壓器方式由于需要昂貴的銅線繞組和笨重的鐵芯或磁芯，其成本很高且重量很大。并且由于其輸出輸入電壓比值取決于繞組匝數(shù)比，當輸入電壓變化時，輸出電壓即等比例變化，因此很難適應輸入出現(xiàn)寬電壓范圍的場合。
[0004]開關電源是由控制單元控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，其具有效率高，功率大等優(yōu)點。相對于線圈變壓器的方式，由于開關電源本身具有反饋環(huán)路控制輸出電壓，對輸入電壓范圍的適應能力較好。但是由于其需要控制單元、開關管以及電感線圈，仍然不適合一些對成本和體積要求很高的場合。
[0005]穩(wěn)壓二極管方式是利用了 PN結在反向擊穿前電阻極大，而反向擊穿后電阻極小的特性設計而成的一種穩(wěn)壓方式。這種方式優(yōu)點在于成本和體積均很低，但是使用時需要電阻提供反向偏置，而電阻的阻值是由輸入輸出電壓和輸出電流三者共同決定的，如需要改變輸入電壓，就必須改變這個電阻的阻值，這就決定了這種方式不具備適應寬輸入電壓的能力。
[0006]從上述技術中可以看出，三種電壓轉換方式中僅開關電源可以適應輸入電壓的變化，但由于控制單元調節(jié)范圍有限，仍無法適應從幾伏到幾百伏這樣極寬的輸入電壓范圍。


【發(fā)明內容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提出一種電壓轉換電路，最大優(yōu)點在于能夠適應極寬的電壓輸入范圍，以極低的成本為一些低功耗電路提供一個較為穩(wěn)定的電源電壓。
[0008]本實用新型專利解決其技術問題所采用的技術方案是:一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，包括用于將交流轉換為直流的全橋整流電路，采用DMOS或JFET將直流高壓直接轉換為直流低壓。其特征在于:高壓直流電壓接入DMOS或者JFET的漏極，DMOS或者JFET的柵極接地，DMOS或者JFET的源極通過電阻和電容濾波后直接輸出低壓直流電壓。
[0009]進一步，當輸入直流紋波較大時，可以在DMOS或者JFET的漏極或者源極增加防回流二極管，實現(xiàn)更好的濾波效果。
[0010]進一步，當需要提升或降低輸出電壓時，可以將DMOS或者JFET的柵極接入直流電壓，實現(xiàn)輸出電壓的提升或降低。
[0011]進一步，當負載有劇烈變化或對電壓精度有較高要求時，可以通過加入濾波電容和低壓差穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator以下簡稱LD0)來獲得更好的供電效果。
[0012]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0013]1.輸入電壓范圍寬。在選擇合適DMOS的前提下，可以實現(xiàn)從幾伏到幾百伏的輸入電壓范圍，而輸出基本保持恒定。
[0014]2.成本低廉、體積小巧。全部電路只需要一顆DM0S、一個基準電壓、一個LDO以及一些濾波的電阻電容即可實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型理論分析原理圖；
[0016]圖2是本實用新型的電路框圖；
[0017]圖3是本實用新型的電路原理圖；
[0018]圖4和圖5是經過簡化后的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。
[0020]如圖1所示，一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，包括用于將交流轉換為直流的全橋整流電路，采用DMOS或JFET將直流高壓直接轉換為直流低壓，其特征在于:高壓直流電壓接入DMOS或者JFET的漏極，DMOS或者JFET的柵極接地，DMOS或者JFET的源極通過電阻和電容濾波后直接輸出低壓直流電壓；當輸入直流紋波較大時，可以在DMOS或者JFET的漏極或者源極增加防回流二極管，實現(xiàn)更好的濾波效果；當需要提升或降低輸出電壓時，可以將DMOS或者JFET的柵極接入直流電壓，實現(xiàn)輸出電壓的提升或降低；當負載有劇烈變化或對電壓精度有較高要求時，可以通過加入濾波電容和低壓差穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator以下簡稱LD0)來獲得更好的供電效果。
[0021]本實用新型的原理如下:
[0022]以DMOS為例，場效應晶體管工作在飽和區(qū)的充要條件為:Vgs>Vth且Vd>Vg_Vth，當滿足這兩個條件時其漏極電流的一階簡化公式如下:
[0023]μ 乘以 Cos 約等于 50 μ A/V2
[0024]公式中μ是電子的遷移率，Cox是柵極單位面積的電容，現(xiàn)代硅半導體工藝中，二者乘積約等于50μΑ/ν2，是晶體管的柵寬和柵長的比值。公式體現(xiàn)出在飽和區(qū)時，DMOS漏極電流具有兩個特點:一是漏極電流和漏極電壓無關；二是漏極電流和柵源電壓Vgs呈平方率關系。
[0025]當漏極電壓低至時，只要負載電流沒有劇烈變化，該電壓轉換電路仍然具有較為穩(wěn)定的輸出，漏極電壓繼續(xù)升高，并不會對輸出電壓造成影響。而漏極電壓的上限只取決于晶體管漏極的耐壓程度和晶體管漏區(qū)所能承受的耗散功率，只要選擇較高耐壓和較大功率的DMOS，完全可以實現(xiàn)輸入從幾伏到幾百伏的電壓轉換電路。當負載有劇烈變化或對電壓精度有較高要求時，可以通過加入濾波電容和低壓差穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator以下簡稱LDO)來獲得更好的供電效果。
[0026]在大多數(shù)情況下，DMOS的Vth較小，在這種情況下，為了獲得較高的輸出電壓，可以在低壓部分加入一個基準源，將基準源的輸出反饋回DMOS的柵極，通過抬高DMOS柵極的電壓來提升DMOS源極輸出電壓。也可以采用DMOS級聯(lián)的方法，將前一級DMOS的源極輸出接入后一級DMOS的柵極，從而抬高后一級DMOS源極的輸出電壓。
[0027]電路框圖如圖2所示，一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，包括用于將交流轉換為直流的整流電路，用于承受高壓的DMOS或JFET，用于穩(wěn)壓的基準電路和LDO以及用于啟動整個系統(tǒng)的啟動電路部分。
[0028]電路原理圖如圖3所示，高壓交流電通過四個二極管Dl?D4組成的整流電路轉變?yōu)橹绷?，經過防回流二極管D6后加在DMOS Md的漏極，Md的源極經過Rx和Cx濾波后輸出低壓，這個低壓電壓略低于DMOS的柵極電壓Vg加上DMOS閾值電壓的絕對值。場效應管Ml?M5，二極管D7、D8，電阻Rl?R4等構成基準電壓產生電路，一方面為DMOS的柵極提供偏壓，另一方面為LDO提供基準輸入。場效應管M6?M12、電容Cl構成LDO電路，將Md的輸出穩(wěn)壓后為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的直流電壓。為了提升Md的輸出電壓，增加了一個由電阻Rs、電容Cs、DMOS Ms、防回流二極管D5以及一個由M13、M14等原件構成的啟動電路，在電源接通的初期，電容Cs上電壓為“0”，M13被導通，M14截止，Md的柵極接入Ms的源極，可以在上電初期將Md的柵極電壓提升至閾值電壓的絕對值隨著基準輸出電壓趨于穩(wěn)定，并且Cs上電壓被Rs充電到一定程度，啟動電路再將M13截止，M14導通，把基準電壓輸出接入Md的柵極，因此只要調節(jié)接入Md柵極的基準電壓，就可以在Md的源極獲得不同的低壓輸出以適應后續(xù)電路對電壓的要求。
[0029]如果不需要調節(jié)DMOS或者JFET的源極輸出電壓，則可以省去啟動電路部分，整體電路可以簡化為圖4。在圖4的基礎上，選用較大Vth的DMOS或者JFET，可以進一步減去Ms，僅用Md產生出低壓供后續(xù)電路使用，如圖5所示。
[0030]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，包括用于將交流轉換為直流的全橋整流電路，采用DMOS或JFET將直流高壓直接轉換為直流低壓，其特征在于:高壓直流電壓接入DMOS或者JFET的漏極，DMOS或者JFET的柵極接地，DMOS或者JFET的源極通過電阻和電容濾波后直接輸出低壓直流電壓。
2.根據權利要求1所述一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，其特征在于:當輸入直流紋波較大時，可以在DMOS或者JFET的漏極或者源極增加防回流二極管，實現(xiàn)更好的濾波效果。
3.根據權利要求1所述一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，其特征在于:當需要提升或降低輸出電壓時，可以將DMOS或者JFET的柵極接入直流電壓，實現(xiàn)輸出電壓的提升或降低。
4.根據權利要求1所述一種寬輸入電壓范圍微功率低成本高壓低壓轉換電路，其特征在于:當負載有劇烈變化或對電壓精度有較高要求時，可以通過加入濾波電容和低壓差穩(wěn)壓器來獲得更好的供電效果。
【文檔編號】H02M7/219GK204156748SQ201420689977
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權日:2014年11月17日
【發(fā)明者】劉穎異 申請人:蘇州朗寬電子技術有限公司