用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统以及芯片技术方案

本发明专利技术为一种用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统以及芯片。稳压电源系统包括桥式整流电路、恒压源、恒流源、电流检测电阻以及运算放大器，与电流检测电阻并联且同时与恒流源的电流设定端连接，用于检测电流检测电阻上流过的负载电流，并利用电压反馈的方式来控制并联在电源输入端的恒流源，将桥式整流电路的总输入电流控制为恒定电流。芯片将上述恒压源、恒流源、运算放大器通过低压CMOS工艺制成适用于电容降压的恒流输入型恒压芯片。本发明专利技术的有益效果为：可以获得电容降压技术的低成本小体积优势，又克服了电容降压技术的纹波大的缺点，可以使用个头很小的滤波电容，因而对大量无需隔离的从市电供电的小型无线设备有巨大的经济价值。的经济价值。的经济价值。

【技术实现步骤摘要】
用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统以及芯片


[0001]本专利技术涉及电子设备、电子器件
，特别是一种用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统以及芯片。

技术介绍

[0002]随着电子技术和人工智能的发展，工业、医疗和消费类应用中，普遍使用的基于WiFi、蓝牙和Zigbee等技术的无线传感器。如果不是电池供电的微功耗传感器，都需要从市电取电。为了降低成本，如果直流供电电流小于5mA，可以用硅桥把220V交流整流到峰值311V左右的高压，然后用电阻分压的方式取电，最后使用线性稳压器稳压。用电阻从300V直流获取5mA电流，总功耗300V*0.005A=1.5W。如果直流电流在5mA~50mA范围，就是很尴尬的成本功耗体积决策难题。因为使用开关电源虽然体积小功耗低，但是需要使用耐压值650V以上的开关管，成本不是特别低。如果使用Fly
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back等隔离降压技术，需要隔离变压器和隔离反馈，电路复杂，成本更高。
[0003]电容降压技术可以从交流侧降低供电电压，硅桥整流后的直流电压就比较低，然后可以使用低压CMOS工艺做的线性稳压芯片或者开关稳压芯片（需要一个外部电感），因此电容降压技术体积小成本低。电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流，从而达到降压的目的。中国使用50Hz工频交流供电，欧美某些地区使用60Hz工频交流供电。在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为1/（2*3.14*50*0.000001）=3185欧姆。在220V市电中串入如此高容抗的元件，分压到整流硅桥后端的电压就很低了。电容的电流计算公式是2*3.14*f*C*U，其中f为交流电频率，C为电容容值，U为电压。根据公式计算可知使用1uF电容降压获取电流大约为69mA。因此阻容降压电路只适合于小功率和小电流的负载如电风扇、暖奶器、酸奶机、煮蛋器、拉发器，LED灯泡等等。
[0004]电容降压技术的好处是流经电容的电流和电容的电压相位不同（正交），不消耗有功功率，因而也不会产生额外的功耗。电容降压技术的一个缺点是会降低电网的功率因数（PF值比较低），这在小电流应用是允许的，因为市电上还有马达类感性负载。电容降压技术的另外一个缺点是的负载电流必须保持恒定。如果负载电流不断变化，稳压芯片的输入电压也会不断变化。虽然无线物联网模组等需要纹波很低的低压直流供电，但是无线物联网模组本身电流变化很大，例如分时（TDD）无线通信的收发电流经常有很大的差异，但大部分无线设备是TDD模式工作的。如果使用电容降压，稳压芯片的输入端电压变化很大很快。因为低成本的稳压芯片的电源抑制比（PSRR）指标，稳压输出的纹波就会很大，一般需要很大的滤波电容。大容量的电解电容通常体积很大，不利于模块进一步减小体积，因此需要新技术解决纹波问题。另外一个问题是无线通信模组在不需要收发数据时会进入工作电流仅仅数微安的待机状态，此时电容的容抗几乎不衰减交流电压，负载两端的电压会上升到击穿低成本稳压芯片的程度，因此需要使用钳位二极管来保护电路中有半导体器件。如果稳压芯片是线性稳压，可以使用尽可能低的钳位电压，从而降低总功耗。但是对于开关稳压的情
况，使用很低的钳位电压会增加稳压芯片的输入电流，也就是要使用容抗较低的电容。因为整体电路要按照最低交流输入电压设计，这样在正常交流输入电压下的功耗会增加很多。因此，需要一种新的技术来实现小体积，低成本而功耗适中。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统以及芯片，特别是一种应用于智能家居的小功率稳压电源的集成电路。
[0006]本专利技术通过如下技术方案实现： 用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统，它包括桥式整流电路，电路上设有滤波电容C2，交流电路上串入有电容C1，实现交流电转化为直流电；恒压源，为常规线性稳压或者开关稳压的方式制成的恒压电源；恒流源，连接有分流电阻Rshunt且并联于桥式整流电路的电源输入端Vin；电流检测电阻Rsense，连接于桥式整流电路上；运算放大器，与电流检测电阻Rsense并联且同时与恒流源的电流设定端Iset连接，用于检测电流检测电阻Rsense上流过的负载电流，并利用电压反馈的方式来控制并联在电源输入端Vin的恒流源，将桥式整流电路的总输入电流控制为恒定电流。
[0007]一种用于电容降压的恒流输入型稳压电源芯片，它包括桥式整流电路，电路上设有滤波电容C2，交流电路上串入有电容C1，实现交流电转化为直流电；恒压源，为常规线性稳压或者开关稳压的方式制成的恒压电源；恒流源，连接有分流电阻Rshunt且并联于桥式整流电路的电源输入端Vin；电流检测电阻Rsense，连接于桥式整流电路上；运算放大器，与电流检测电阻Rsense并联且同时与恒流源的电流设定端Iset连接，用于检测电流检测电阻Rsense上流过的负载电流，并利用电压反馈的方式来控制并联在电源输入端Vin的恒流源，将桥式整流电路的总输入电流控制为恒定电流；恒压源、恒流源、运算放大器通过低压CMOS工艺制成适用于电容降压的恒流输入型恒压芯片。
[0008]较之前技术而言，本专利技术的有益效果为：使用本专利技术的恒流输入型稳压电源技术，可以获得电容降压技术的低成本小体积优势，又克服了电容降压技术的纹波大的缺点，可以使用个头很小的滤波电容，因而对大量无需隔离的从市电供电的小型无线设备有巨大的经济价值。即便是需要隔离供电的场景，可以将电感换成隔离变压器，尺寸会有少量增加，仍然具有经济价值。
附图说明
[0009]图1为本专利技术所提的适用于电容降压的恒流输入型稳压电源技术的工作原理示意图。
[0010]图2为电容降压的线性稳压电源案例的工作原理示意图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图说明对本专利技术做详细说明：如图1所示：用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统，其特征在于：桥式整流电路，电路上设有滤波电容C2，交流电路上串入有电容C1，实现交流电转化为直流电；恒压源，为线性稳压或者开关稳压的方式的恒压电源；恒流源，连接有分流电阻Rshunt, 且并联于桥式整流电路的电源输入端Vin取电；电流检测电阻Rsense，连接于桥式整流电路上；运算放大器，与电流检测电阻Rsense并联且同时与恒流源的电流设定端Iset连接，用于检测电流检测电阻Rsense上流过的负载电流，并利用电压反馈的方式来控制并联在电源输入端Vin的恒流源，将桥式整流电路的总输入电流控制为恒定电流；如果稳压输出的负载电阻较小，输出电流较大，流经电流检测电阻Rsense上的电压差增大，通过运算放大器输出的恒流源电流设定端Iset的电位下降，从而减少恒流源的输出电流，恒流源分流电阻Rshunt上的电流减少，从而保持输入端Vin处的输入电流维持不变。反之，如果稳压输出的电流减小，就增加恒流源的输出电流，让电源输入端Vin处的输入电流保持不变。
[0012]一种用于电容降压的恒流输入型稳压电源芯片，它包括桥式整流电路，电路上设有滤波电容C2，交流电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于电容降压的恒流输入型稳压电源系统，其特征在于：它包括桥式整流电路，电路上设有滤波电容C2，交流电路上串入有电容C1，实现交流电转化为直流电；恒压源，为常规线性稳压或者开关稳压的方式制成的恒压电源；恒流源，连接有分流电阻Rshunt且并联于桥式整流电路的电源输入端Vin取电；电流检测电阻Rsense，连接于桥式整流电路上；运算放大器，与电流检测电阻Rsense并联且同时与恒流源的电流设定端Iset连接，用于检测电流检测电阻Rsense上流过的负载电流，并利用电压反馈的方式来控制并联在电源输入端Vin的恒流源，将桥式整流电路的总输入电流控制为恒定电流。2.一种用于电容降压的恒流输入型稳压电源芯片，其特征在于它...

【专利技术属性】
技术研发人员：章新明，牛旭磊，何荣文，
申请(专利权)人：深圳芯盛思技术有限公司，
类型：发明
国别省市：