專利名稱：高效熱穩(wěn)定穩(wěn)壓器、可調的穩(wěn)壓二極管及調節(jié)輸出的方法
技術領域：
本發(fā)明主題涉及調節(jié)裝置，更具體地涉及高效熱補償穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓二極管電路。
背景技術：
近年來，電力公司已經開始使用“智能”電表監(jiān)控用戶電力。除了在一個地方消耗的總體能量，智能表可監(jiān)控能量品質以及使用能量的具體時間。該信息可用于更精確地給用戶計費。此外，智能表可將能量信息發(fā)送到中央位置，而不需要人力去查看表。在某些實例中，智能表需要8瓦特發(fā)送能量信息。不發(fā)送時，智能表可只使用0.25瓦特的功率。普通電源穩(wěn)壓器可使用48毫瓦(mW)或更多的功率。在非傳輸期間，穩(wěn)壓器可大約使用所述儀表的功率的20%，這就是浪費的能量，該浪費的能量是待機狀態(tài)下其他監(jiān)控情況的裝置的特征，例如用遠程控制可使用的裝置。使用更有效的電源穩(wěn)壓器可明顯節(jié)省能量。

發(fā)明內容
該概述的目的在于提供本專利申請的主題的概述，其目的不在于排他性地或詳盡地解釋本發(fā)明。給出具體的描述，以提供關于本專利申請的進一步的信息。此外，本文檔涉及用于高效熱補償穩(wěn)壓器和穩(wěn)壓二極管電路的設備。在實例中，穩(wěn)壓器可包括具有第一溫度系數(shù)(temperature coefficient)的穩(wěn)壓二極管，將該穩(wěn)壓二極管配置成連接到輸出并提供至少一部分參考電壓；具有第二溫度系數(shù)的晶體管，將晶體管配置成接收參考電壓，接收輸出的表示，并提供反饋信息，該反饋信息通過使用輸出電壓的表示和參考電壓來指示輸出誤差；其中，將所述第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)配置成減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。而且，本發(fā)明還提供一種電源，該電源包括電源控制器；功率電子設備，配置成接收輸入電壓和使用來自該電源控制器的命令信號提供輸出；以及穩(wěn)壓器，配置成接收輸出并將反饋信息提供給該電源控制器，其中，該穩(wěn)壓器包括具有第一溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管配置成連接至輸出并提供至少一部分參考電壓；具有第二溫度系數(shù)的晶體管，該晶體管配置成接收參考電壓、接收輸出的表示、并使用輸出的表示和參考電壓提供反饋信息，該反饋信息指示輸出的誤差；其中，所述第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)配置成減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。另外，本發(fā)明還提供一種用于調節(jié)輸出的方法，該方法包括利用連接至穩(wěn)壓二極管的電源輸出提供至少一部分參考電壓，所述穩(wěn)壓二極管具有第一導熱系數(shù)；在連接至穩(wěn)壓二極管的晶體管處接收參考電壓；在晶體管處接收電源輸出的表示；提供反饋信息，該反饋信息通過使用電源輸出的表示和參考電壓來指示電源輸出的誤差；利用第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。


在不必按規(guī)定比例繪制的圖中，相似的數(shù)字可描述不同視圖中的相似元件。具有不同字母后綴的相似數(shù)字可表示相似元件的不同情況。附圖通常通過實例而非通過限制說明本文檔中所討論的各種實施例。圖1大致示出了包括高效熱穩(wěn)定穩(wěn)壓器的電源；圖2大致示出了反相的、非隔離的高效熱補償?shù)姆€(wěn)壓器的實例；圖3大致示出了隔離的高效熱補償?shù)姆€(wěn)壓器的實例；圖4大致示出了高效熱補償?shù)木芊€(wěn)壓二極管的實例；圖5大致示出了高效熱補償?shù)闹鞣€(wěn)壓器的實例；圖6大致示出了大電流分路穩(wěn)壓器的實例；圖7大致示出了熱補償?shù)木茈娏髟础?br> 具體實施例方式智能表的功率水平在1瓦特(W)到15瓦特之間，非智能表的功率水平大約為1瓦特。在某些實例中，智能表的規(guī)格可允許連續(xù)發(fā)送能量信息，因此需要將電源的尺寸打造成適合于傳輸中所使用的高功率水平。在某些實例中，智能表在用于管理(housekeeping) (大約99%的時間)的傳輸之間可使用大概0.25瓦特。在管理間隔期間，次電源穩(wěn)壓器所使用的功率可明顯影響電源的整體效率。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器在最壞的情況下保持運作可需要 1mA，加上0. 5mA到ImA用于參考分頻器，如果穩(wěn)壓器是隔離的話，那么還要加上光隔離器所需的任何電流?？偟膩碚f，這相當于48mW。在低功率輸出的電源中，例如250mW的輸出，會有大約19. 2%的功率損失。此外，本發(fā)明人已經論證得出包括熱補償?shù)幕邶R納的范例穩(wěn)壓器能夠以低功率和成本提供高質、熱穩(wěn)定的小電流參考，所述熱補償基于晶體管結點(junction)的熱梯度，如雙極結型晶體管(BJT)的基極-發(fā)射極熱梯度。在某些實例中，范例穩(wěn)壓器可僅僅使用幾毫瓦，并且能夠明顯提高在低功率應用中所使用的電源的整體效率。在某些實例中，高效穩(wěn)壓器可使用少于6. 24mW(在達到250mW的輸出時，大約有 3%的損失)。如果安裝一千萬個使用高效穩(wěn)壓器的智能表，那么可節(jié)省大約500，000瓦特的功率。圖1大致示出了包括范例高效穩(wěn)壓器101的電源100的框圖。電源100可包括電源控制器102、功率電子設備103和穩(wěn)壓器101。在某些實例中，電源控制器102和功率電子設備103可包括反激式拓撲結構(fly back topologies)、降壓拓撲結構、半橋驅動器、 全橋驅動器、功率因數(shù)校正(PFC)控制器、脈寬調制(PWM)控制器、諧振型拓撲結構或其結合。在實例中，電源控制器102可包括脈寬調制的控制器，功率電子設備103可包括一個或多個電源開關、整流器、隔離元件(isolation component)或其組合。電源100能夠在功率電子設備103處接收輸入電壓Vfi5AaN)。電源控制器102能夠提供命令信號以控制功率電子設備103提供需要的輸出電壓或電流。在某些實例中，穩(wěn)壓器101能夠將輸出電壓Vott和參考(圖中未顯示出)并能夠將反饋信息104提供給電源控制器102。電源控制器102能夠調整對功率電子設備103的控制以糾正反饋信息104中所接收的任何輸出電壓或電流誤差。圖2大致示出了反相的、非隔離的高效熱補償?shù)姆€(wěn)壓器201的實例。穩(wěn)壓器201 可包括分壓器205，該分壓器205包括穩(wěn)壓二極管206、第一電阻器207和第二電阻器208。該分壓器205能夠連接至輸出電壓VQUT。分壓器205的偏置節(jié)點209能夠連接到晶體管210 的控制節(jié)點，例如但不限于雙極結型晶體管(BJT)的基極節(jié)點。在某些實例中，晶體管210 可包括大約400的增益。輸出電壓Vqut波動時，晶體管210的電阻抗的變化可與輸出電壓 Vout的變化相反。在實例中，晶體管210能夠提供反饋信息204，并能夠連接至電源控制器的反饋輸入，以關閉電源的環(huán)路。在某些實例中，穩(wěn)壓器201能夠以大約50微安(μΑ)的額定偏置電流進行操作。在某些實例中，可選擇穩(wěn)壓二極管206、第一電阻器207和第二電阻器208用于特定的輸出電壓VOT。下面的表1示出了各種輸出電壓下特定設備的選擇。表 權利要求
1.一種穩(wěn)壓器，其特征在于，該穩(wěn)壓器包括具有第一溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管配置成連接到電源輸出并提供至少一部分參考電壓；具有第二溫度系數(shù)的晶體管，晶體管配置成接收參考電壓、接收電源輸出的表示、并提供反饋信息，該反饋信息通過使用電源輸出的表示和參考電壓指示的電源輸出的誤差；其中，將所述第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)配置成減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。
2.根據權利要求1所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，該穩(wěn)壓器包括 連接到電源輸出的第一電阻器；連接到地的第二電阻器，與第一電阻器串聯(lián)；其中，所述晶體管的控制節(jié)點配置成從連接到第一、第二電阻器的節(jié)點接收至少一部分參考電壓。
3.根據權利要求2所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述穩(wěn)壓二極管連接在晶體管和地之間。
4.根據權利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述電源輸出配置成提供輸出電流。
5.根據權利要求3所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述電源輸出配置成提供輸出電壓。
6.根據權利要求5所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述輸出電壓Vot由公式Vott= Vkef(1+ / )給出；其中，Vkef為參考電壓，R1為第一電阻器的電阻值，R2為第二電阻器的電阻值。
7.根據權利要求2所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述穩(wěn)壓二極管與第一電阻器和第二電阻器串聯(lián)連接。
8.根據權利要求7所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述電源輸出配置成提供輸出電流。
9.根據權利要求7所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述電源輸出配置成提供輸出電壓。
10.根據權利要求7所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述第一導熱系數(shù)和第二導熱系數(shù)的比率基本上等于所述第一電阻器電阻和第二電阻器電阻的比率。
11.根據權利要求1所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述第一溫度系數(shù)包括隨溫度上升的正電壓變化，所述第二溫度系數(shù)包括隨溫度上升的負電壓變化。
12.根據權利要求1所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述第一溫度系數(shù)包括隨溫度上升的負電壓變化，所述第二溫度系數(shù)包括隨溫度上升的正電壓變化。
13.根據權利要求1所述的穩(wěn)壓器，其特征在于，所述晶體管和穩(wěn)壓二極管包含于集成電路中。
14.一種電源，其特征在于，該電源包括 電源控制器；功率電子設備，配置成接收輸入電壓和使用來自該電源控制器的命令信號提供輸出；以及穩(wěn)壓器，配置成接收輸出并將反饋信息提供給該電源控制器； 其中，該穩(wěn)壓器包括具有第一溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管配置成連接至輸出并提供至少一部分參考電壓；具有第二溫度系數(shù)的晶體管，該晶體管配置成接收參考電壓、接收輸出的表示、并使用輸出的表示和參考電壓提供反饋信息，該反饋信息指示輸出的誤差；其中，所述第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)配置成減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。
15.根據權利要求14所述的電源，其特征在于，所述電源控制器包括脈寬調制控制器， 所述功率電子設備包括功率晶體管。
16.根據權利要求14所述的電源，其特征在于，所述電源控制器包括反激式電源控制ο
17.根據權利要求14所述的電源，其特征在于，所述電源控制器包括半橋驅動器。
18.根據權利要求14所述的電源，其特征在于，所述電源控制器包括全橋驅動器。
19.一種用于調節(jié)輸出的方法，其特征在于，該方法包括利用連接至穩(wěn)壓二極管的電源輸出提供至少一部分參考電壓，所述穩(wěn)壓二極管具有第一導熱系數(shù)；在連接至穩(wěn)壓二極管的晶體管處接收參考電壓； 在晶體管處接收電源輸出的表示；提供反饋信息，該反饋信息通過使用電源輸出的表示和參考電壓來指示電源輸出的誤差；利用第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效熱穩(wěn)定穩(wěn)壓器、可調的穩(wěn)壓二極管及調節(jié)輸出的方法，本文檔還討論了用于高效熱補償穩(wěn)壓器的設備。在實例中，穩(wěn)壓器可包括具有第一溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管配置成連接到輸出并提供至少一部分參考電壓；具有第二溫度系數(shù)的晶體管，該晶體管配置成接收參考電壓、接收輸出的表示、并提供反饋信息，該反饋信息通過使用輸出電壓的表示和參考電壓來指示輸出的誤差；其中，所述第一溫度系數(shù)和第二溫度系數(shù)配置成減少穩(wěn)壓二極管和晶體管的至少一部分溫度漂移效應。
文檔編號G05F1/567GK102541140SQ20111033815
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者理查德·A·度尼佩茨 申請人:快捷半導體(蘇州)有限公司, 快捷半導體公司