专利名称：低电流调压电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子调压。
一个调压器可以设计成或为一个正调压器，或为一个负调压器。为了方便起见，本发明将叙述其涉及正调压器，然而对本领域技术人员将很清楚，如何通过适当的电压极性反向以及使用互补三极管型号以把本发明应用到负调压器。
在一个正调压器中，输入电压V IN必须比希望输出电压VOUT大一个称为“电压降”的增量。如果V IN太低，调压器将不能保持V OUT为希望电平。如果V IN其后降低，V OUT必定也降低。例如，在电池供电的设备中，希望在电池电压降低时尽可能长时间保持VOUT为其设计水平，则低电压降非常重要。在现今的低电压降调压器中，电压降能低到500毫伏。
至今，齐纳二极管一直是调压电路的主要元件。齐纳是为总是限定在一个给定电阻电流Iz下的引用电压而设。在这个电流下，其将在规定的容许极限之内，但是在其它电流下它将不同，差别是齐纳斜率电阻Rs的函数。在Iz的某一范围内，Rs可以假定相当线性。然而，在电流减小时，特性接近曲线的弯曲处，并且Rs急剧增大。很少有意义着意在弯曲处操作齐纳。实际弯曲处电流取决于型号及电压，但是很少小于几百μA。实际上，齐纳二极管典型额定电流为毫安级-大多数额定电流为3mA至250mA。因此，齐纳对微功率电路没多大用处。
在某些线路供电的电话装置中，其中电压典型调整到3伏，电流电平可能低到10至25μA，或甚至更小。市场上可买到的最接近满足这个要求的齐纳二极管在50μA下额定2.7V。如本领域技术人员将容易理解那样，设计一个其参考电压如此接近该调整电压的调压器是极为困难且代价昂贵的。
按照本发明，一种用于调整输送到一个在低电流下操作的功率消耗装置的能量的电源包括至少由一个电池所组成的电源，用于产生比期望操作电平大的输出电压。该电源还包括一个由发光二极管(LED)组成的调压器。该发光二极管最好构成为砷化镓二极管，在10至25μA(微安)的电流范围之内以充分恒定的电压操作。结果，在如线路供电的电信装置这样的应用所要求的非常低的电流电平下，与使用齐纳二极管作为有效调压元件的电路比较，能以充分改善的性能构造可靠的和经济的调压电路。
表示本发明特征的各种新颖特点在附加的且构成公开内容一部分的权利要求中详细指出。为了更好理解本发明，其操作优点，以及使用它所实现的专门目的，应该参考附图及说明性内容，其中图解并叙述了本发明的几个实施例。
连同附图阅读下列详细说明，将更为容易地理解本发明的特点和优点。
图1是描绘一个使用在低电流电平下(例如，10至25μA之间)操作的电池调压电路的常规电话/扬声器电话装置的方块图；图2是图1装置中常规使用型号的电池调压电路的原理图，该调整电路使用齐纳二极管作为有效调压元件；
图3是按照本发明使用砷化镓发光二极管的电池调压电路的原理图；图4是描绘在0至100μA之间电流电平下图2齐纳二极管的电压的曲线图；图5是描绘在0至100μA之间电流电平下图3发光二极管的电压的曲线图；以及图6是描绘分别在10μA及25μA电流电平下图3发光二极管的电压的曲线图。
开始，应该注意到，虽然连同说明性电信装置例子详细叙述了按照本发明在调压电路中使用发光二极管作为有效元件，但是预期本发明的教导可以扩展到许多其它应用及装置中，这其中必须在非常低的电流电平下(例如，基本在50μA以下)提供一个稳定电压。
不管怎样，并且开始参考图1，示出了一个例如像常规线路供电的电话那样的说明性电信装置。按已知方式，电信装置10包括由标号12一般标识的常规扬声器电话操作与控制电路。为了保证对电路12的终端Vdd与Vbb提供适当电压，装置10还包括调整电路14，由单个调整支路R1、R2和R3组成。当电信装置10摘机时，调整支路R2直接从电话线(没有示出)接收功率，并且产生一个为希望操作电平Vdd的输出电压。如本领域技术人员将容易清楚那样，尽管线路电压波动，输出电压则保持在基本恒定的电平，说明性为3伏。
假如输出电压降到预定阀值以下，则功率不再从调整支路R2提供，而是通过调整支路R1从第二电源16代替提供。典型地，第二电源由一个或多个电池组成。如本领域技术人员将容易理解那样，随着这种电池放电，电压例如可能从6.5伏降到3.5伏。因此，调整支路R2构成为响应输出电压的减小，以减小输出电压的下降，以及如果可适用的话，响应输出电压的增大，以增大输出电压的下降。
在图1描绘的说明性扬声器电话应用中，必须对扬声器电话电路提供一个较大的电压电平。按众所周知的方式，线路电压的波动是通过调整支路R3利用第二电源而得到补偿。
现在同时参考图2和图3，分别示出了使用齐纳二极管Z3作为有效调压元件而构成的常规低电流稳压电源，以及按照本发明使用砷化镓发光二极管D1作为有效调压元件的低电流稳压电源。
在10至25μA的说明性电流范围内，如图2常规电路中使用的额定为2.7V的齐纳二极管Z3，以及如图3改进型电路中使用的由Philips公司以Cat.No.LTL16KG提供的市场上可买到的砷化镓发光二极管D1两端之间的输出电压的曲线图示于图4与图5。开始参考图4，容易清楚随操作电流从10μA增加到100μA，齐纳二极管表现显著的电压变化。在这个操作电流范围的上限与下限之间记录了总共0.6伏的变化。然而，如从图5即刻易见，在同样的操作电流范围内，砷化镓二极管表现了非常小的变化。实际上，在10至100μA之间总的电压变化仅是0.15伏。因此，可见砷化镓二极管在低电流应用下提供了优良的调压。
图6表示由四个不同制造厂提供的五种不同砷化镓发光二极管的比较。在10和25μA两种电流电平试验下测量了各型号四个装置两端之间的电压。如图6可见，各型号的重复性结果优良，HLMP-3950二极管在两种试验电流下表现出极好的重复性。因此可见，在如线路供电的电信装置这样的应用所要求的非常低的电流电平下，与使用齐纳二极管作为有效调压元件的电路比较，能以充分改善的性能构造可靠的调压电路。
按照本发明，使用砷化镓二极管作为低电流调压元件除了获得优良性能之外，还应该注意到同时实现了费用的显著降低。这里所评估的2.7伏50μA齐纳二极管现今可以10至11分之间的费用得到。在很大程度上，这个费用反映在各二极管所必须接受的个别试验之后而被废弃的大量(大约三分之二)齐纳二极管上。从另一方面来说，所评估的市场上可买到的砷化镓发光二极管可以3分的费用得到。在工业上按分削减费用被认为是相当大的费用削减，按照本发明使用砷化镓发光二极管作为调压元件所带给的节省相当显著。
从以上所述，应该容易清楚本发明并不局限于上述仅作为例子提供的实施例，而是可能在附加权利要求所限定的预期保护范围内以各种方式更改。
权利要求
1.一种用于调整输送到一个功率消耗装置(12)的能量的电源，所述电源由至少包括一个电池的电源(16)组成，用于产生比希望操作电平大的输出电压，其特征在于在所述电源对功率消耗装置(12)提供功率时，装置(R1)用于调整所述电源(16)，所述功率调整装置由一个发光二极管(LED)(D1)组成。
2.权利要求1的电源，其特征还在于，所述用于调整的装置(R1)操作以把所述输出电压降到所述希望操作电平，并且响应所述输出电压的减小，操作以减小所述输出电压的下降，以及响应所述输出电压的增大，操作以增大所述输出电压的下降。
3.权利要求1的电源，其特征还在于，所述发光二极管为砷化镓发光二极管。
4.权利要求1的电源，其特征还在于，所述用于调整的装置在小于50微安的电流电平下可操作调整所述输出电压。
5.权利要求4的电源，其特征还在于，所述电流电平在10至25微安之间。
6.权利要求1的电源，其特征还在于，所述输出电压在3.5至6.5伏之间。
7.一种包括一个第一电源及一个第二电源(16)型式的电话线供电的电信装置(10)，所述第二电源至少包括一个电池，用于产生比希望操作电平大的输出电压，其特征在于在从所述第一电源接收到的能量降到预定阀值以下时，装置用于从所述第一电源转接到所述第二电源；以及在所述第二电源对所述功率消耗装置提供功率时，装置(R1)用于调整所述第二电源(16)，所述第二功率调整装置由一个砷化镓发光二极管(D1)组成，用于在小于50微安的操作电流电平下把所述输出电压降到所述希望操作电平，并且装置响应所述输出电压的减小用以减小所述输出电压的下降，以及通过所述降低装置响应所述输出电压的增大用以增大所述输出电压的下降。
8.按照权利要求7的电信装置，其特征还在于，所述输出电压在3.5至6.5伏之间。
9.按照权利要求7的电信装置，其特征还在于，所述操作电流电平在10至25微安之间。
10.按照权利要求7的电信装置，其特征还在于，装置(R2)在所述第一电源对所述功率消耗装置提供功率时用于调整所述第一电源。
11.一种用于对一个功率消耗装置调整及输送功率的方法，所述方法的特征在于如下步骤以至少由一个电池所组成的电源(16)产生一个比希望操作电平大的输出电压；以及通过使用一个砷化镓发光二极管(D1)来调整所述电源，以把所述输出电压降到希望操作电平，所述调整步骤包括响应所述输出电压的减小，减小输出电压的所述下降，以及响应所述输出电压的增大，增大所述输出电压的所述下降。
全文摘要
一种用于调整输送到一个在低电流电平下操作的功率消耗装置的能量的电源，包括至少由一个电池所组成的电源，用于产生比希望操作电平大的输出电压。该电源还包括一个由发光二极管所组成的调压电路。该发光二极管最好构成为砷化镓二极管，在10至25微安的电流范围之内以充分恒定的电压操作，结果，在如线路供电的电信装置这样的应用所要求非常低的电流电平下，能以改善的性能构造可靠的和经济的调压电路。
文档编号G05F1/10GK1147165SQ9610879
公开日1997年4月9日 申请日期1996年6月21日 优先权日1995年6月23日
发明者本特·哈里·赫尔曼, 希瑟·玛丽·纽林 申请人:美国电报电话公司