一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器转让专利
申请号 : CN202110365124.X
文献号 : CN112732003B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 袁小云 , 李浩森 , 杨楷
申请人 : 成都蕊源半导体科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,包括启动电路(A)、带隙电路(B)、控制电路(C)和驱动电路(E),所述驱动电路(E)包括第一输出电路和第二输出电路;所述启动电路(A)基于输入电压信号产生启动电流;所述带隙电路(B)在所述输入电压信号为低压时,向所述控制电路(C)传输第一信号,以使所述控制电路(C)控制所述驱动电路(E)的第一输出电路开启;所述带隙电路(B)在所述输入电压信号为高压时,向所述控制电路(C)传输第二信号,以使所述控制电路(C)控制所述驱动电路(E)的第二输出电路开启,第一输出电路关断;
所述带隙电路(B)通过正温度系数电压与负温度系数电压结合抵消温度系数,通过负反馈电路对所述第二输出电路的输出电压进行补偿;所述负反馈电路包括第一电容电路,所述第一电容电路对所述负反馈电路进行主极点补偿。
2.如权利要求1所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述带隙电路(B)包括第一支路和第二支路,所述第一支路和所述第二支路间形成PTAT电流,加载于阻抗元件上,通过所述负反馈电路对所述第二输出电路的输出电压进行补偿。
3.如权利要求2所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述第一支路包括第一三极管级联电路(Q1),所述第二支路包括第二三极管级联电路(Q2),所述第一三极管级联电路(Q1)与所述第二三极管级联电路(Q2)间的电压差实现正温度系数电压,加载于阻抗元件上形成PTAT电流;构成所述第一三极管级联电路(Q1)的三极管(VT)的数量,与构成所述第二三极管级联电路(Q2)的三极管(VT)的数量之比为2:1 到16:1之间。
4.如权利要求1或2所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述控制电路(C)包括第一镜像电路、触发电路和第二镜像电路;所述触发电路连接所述带隙电路(B),以接收所述第一信号或第二信号,所述触发电路在接收所述第一信号时导通,在接收到所述第二信号时关断;所述第一镜像电路连接所述启动电路(A),镜像所述启动电路(A)的启动电流;所述第二镜像电路分别连接所述触发电路和所述第一镜像电路,以镜像所述触发电路的电流,并根据镜像的电流大小对所述第一镜像电路的输出端进行分压;所述第一镜像电路的输出端连接所述第一输出电路。
5.如权利要求4所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述触发电路由至少一个P型场效应管级联而成,所述触发电路在接收到第一信号时,导通各P型场效应管,在接收到第二信号时,关断各P型场效应管。
6.如权利要求4所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述第二镜像电路包括成电流镜像关系的两个场效应管,其中一个场效应管与所述触发电路串联,另一个场效应管连接所述第一镜像电路的输出端,以镜像电流的大小对所述第一镜像电路输出的电流进行分流。
7.如权利要求1所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述第一输出电路的输入端,和/或所述第二输出电路的输入端,连接有相应的钳位电路(D)。
8.如权利要求7所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述钳位电路(D)由稳压电路构成,或者由至少一个场效应管级联而成。
9.如权利要求8所述的带温度补偿的全范围输入的电压调节器,其特征在于,所述第一输出电路的输入端连接有第一钳位电路,所述第二输出电路的输入端,连接有第二钳位电路,所述第一钳位电路由4个P型场效应管级联而成,所述第二钳位电路由5个N型场效应管级联而成。
说明书 :
一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器
技术领域
背景技术
发明内容
压信号产生启动电流;所述带隙电路在所述输入电压信号为低压时,向所述控制电路传输
第一信号,以使所述控制电路控制所述驱动电路的第一输出电路开启;所述带隙电路在所
述输入电压信号为高压时,向所述控制电路传输第二信号,以使所述控制电路控制所述驱
动电路的第二输出电路开启,第一输出电路关断;所述带隙电路通过正温度系数电压与负
温度系数电压结合抵消温度系数,通过负反馈电路对所述第二输出电路的输出电压进行补
偿。
电压进行补偿。
系数电压,加载于阻抗元件上形成PTAT电流;构成所述第一三极管级联电路的三极管的数
量,与构成所述第二三极管级联电路的三极管的数量之比为2:1 到16:1之间。
信号时导通,在接收到所述第二信号时关断;所述第一镜像电路连接所述启动电路,镜像所
述启动电路的启动电流;所述第二镜像电路分别连接所述触发电路和所述第一镜像电路,
以镜像所述触发电路的电流,并根据镜像的电流大小对所述第一镜像电路的输出端进行分
压;所述第一镜像电路的输出端连接所述第一输出电路。
流的大小对所述第一镜像电路输出的电流进行分流。
钳位电路由5个N型场效应管级联而成。
附图说明
管,MP5为第五P型场效应管, MP6为第六P型场效应管,MP7为第七P型场效应管,MP8为第八P
型场效应管,MP9为第九P型场效应管,MP10为第十P型场效应管,MP11为第十一P型场效应管,
MP12为第十二P型场效应管,MP13为第十三P型场效应管,MP14为第十四P型场效应管,MN1为第
一N型场效应管,MN2为第二N型场效应管,MN3为第三N型场效应管,MN4为第四N型场效应管,
MN5为第五N型场效应管,MN6为第六N型场效应管,MN7为第七N型场效应管,MN8为第八N型场
效应管,MN9为第九N型场效应管,MN10为第十N型场效应管,MN11为第十一N型场效应管,MN12
为第十二N型场效应管,MN13为第十三N型场效应管,MN14为第十四N型场效应管,R1为第一电
阻,R2为第二电阻,R3为第三电阻,R4为第四电阻,R5为第五电阻,R6为第六电阻,Q1为第一三
极管级联电路,Q2为第二三极管级联电路,VT为三极管,C1为第一电容,C2为第二电容,VM为
输入端,VOUT为电压调节器输出端。
具体实施方式
等效或类似特征中的一个例子而已。
A基于输入电压信号产生启动电流;带隙电路B在输入电压信号为低压时,向控制电路C传输
第一信号,在输入电压信号为高压时,向控制电路C传输第二信号;控制电路C在接收第一信
号时,控制驱动电路E的第一输出电路开启,控制电路C在接收第二信号时,控制驱动电路E
的第二输出电路开启,第一输出电路关断。上述设计,能够保证在高压输入时,第一输出电
路关断,第二输出电路开启,在低压输入时,电压调节器的输出端VOUT输出电压逐渐由第二
输出电路过渡到第一输出电路,从而保证全范围输入电压工作,且减小低压输入时的电压
余度损耗。
零温度系数电压,再通过负反馈电路对第二输出电路的输出电压进行补偿。带隙电路B能够
根据温度的变化自动实现对电压的补偿,从而减小温度漂移给电路输出电压带来的影响。
压视为高压。当然,根据具体的选型,区分界限可以进行相应的调整。
路(对应于第一输出电路)和N型场效应管输出电路(对应于第二输出电路),P型场效应管输
出电路采用第十四P型场效应管MP14,N型场效应管输出电路采用第十三N型场效应管MN13。
在输出端连接有第二电容电路,该第二电容电路防止输出电压发生突变,减缓在输入电压
突变时或者输出电路切换时发生的电压突变情况。在一些实施例中,第二电容电路由电容
构成,或者由第十四N型场效应管MN14构成,该第十四N型场效应管MN14的源极和漏极并联到
低电位,栅极连接于输出端(P型场效应管输出电路或N型场效应管输出电路的输出端)。
R2所在支路获得电流 :
栅极和源极间电压。进而计算出启动电流IS
则表示第一N型场效应管MN1的宽度和长度比, 则表示第二N型场效
应管MN2的宽度和长度比。
平衡第一P型场效应管MP1的电压损耗,减小电流适配比例。第二N型场效应管MN2镜像第一N
型场效应管MN1的电流,其漏极连接到带隙电路,第二N型场效应管MN2漏极还通过第一电容
C1连接输入端VM,以起到缓冲隔离的作用。在第三P型场效应管MP3和第一N型场效应管MN1之
间,还设置有第三N型场效应管MN3,第三N型场效应管MN3导通后对第三P型场效应管MP3的输
出分压。启动电路A打破简并偏置点以后,带隙电路则开始工作,在整个电压调节器启动完
成后,第三N型场效应管MN3启动,对第三P型场效应管MP3的输出分压,进而拉低第一N型场效
应管MN1和第二N型场效应管MN2的栅极电压,第一N型场效应管MN1、第二N型场效应管MN2关
闭。
路的输出电压进行补偿。在一些实施例中,负反馈电路包括第十二N型场效应管MN12和第五
电阻R5。带隙电路包括由第四P型场效应管MP4和第一三极管级联电路Q1构成的第一支路,以
及由第五P型场效应管MP5和第二三极管级联电路Q2构成的第二支路,第一三极管级联电路
Q1和第二三极管级联电路Q2分别由若干三极管级联而成,级联数量不一定相同,根据补偿需
要分别设计第一三极管级联电路Q1和第二三极管级联电路Q2的三极管数量,4个三极管形
成的级联结构如图2所示,其中VT为单个三极管。第四P型场效应管MP4与第五P型场效应管
MP5维持两条支路电流近似相等,同时与驱动电路E形成负反馈。第四P型场效应管MP4和第五
P型场效应管MP5成电流镜像关系,即第四P型场效应管MP4和第五P型场效应管MP5的源极并
联到输入端VM,第四P型场效应管MP4和第五P型场效应管MP5的栅极并联连接启动电路A,即
第二N型场效应管MN2的漏极,第四P型场效应管MP4的漏极与栅极连接。第四P型场效应管MP4
的漏极连接第一三极管级联电路Q1靠第四P型场效应管MP4端三极管(即直接连接第四P型场
效应管MP4的三极管)的集电极,第五P型场效应管MP5的漏极分别连接第二三极管级联电路
Q2靠第五P型场效应管MP5端三极管(即直接连接第五P型场效应管MP5的三极管)的集电极,
和第十二N型场效应管MN12的栅极,N型场效应管输出电路连接于第十二N型场效应管MN12的
栅极,第十二N型场效应管MN12的源极连接第五电阻R5,第五电阻R5通过第六电阻R6连接低电
位,第一三极管级联电路 Q1和第二三极管级联短路Q2各三极管VT的基极并联于第五电阻R5
和第六电阻R6之间;第一三极管级联电路Q1远离第四P型场效应管MP4端三极管(即第一支路
上离第四P型场效应管MP4最远的三极管)的发射极,和第二三极管级联电路 Q2远离第五P型
场效应管MP5端三极管(即第二支路上离第五P型场效应管MP5最远的三极管)的发射极分别
加载于第三电阻R3两端,第二三极管级联电路Q2远离第五P型场效应管MP5端三极管(即第二
三极管级联电路Q2上直接连接第三电阻R3的三极管)的发射极还通过第四电阻R4连接低电
位。带隙电路通过第一三极管级联电路Q1和第二三极管级联电路Q2的电压差▽VBE加载到第
三电阻R3上,形成PTAT电流,以实现正温度系数电压补偿。第一三极管级联电路Q1和第二三
极管级联电路Q2中三极管数量之比在2:1到16:1之间(含端部值),可以根据实际需要调节
两者的三极管数量之比以提高补偿精度和减小电流失配。此时以2:1举例,带隙基准通过第
一三极管级联电路Q1与第二三极管级联电路Q2的▽VBE差值实现正温度系数电压,并加在第
三电阻R3上,形成PTAT电流:
极的电压的差值(绝对值)。
型场效应管MN13输出的电压。
构成,或者由第十一N型场效应管MN11构成,该第十一N型场效应管MN11的源极和漏极并联到
低电位,栅极连接于第十二N型场效应管MN12的栅极。
第一镜像电路连接启动电路A,镜像启动电路A的启动电流;第二镜像电路分别连接触发电
路和第一镜像电路,以镜像触发电路的电流,并根据镜像的电流大小对第一镜像电路的输
出端进行分压;第一镜像电路的输出端连接P型场效应管输出电路。在一些实施例中,第一
镜像电路由第八P型场效应管MP8和第九P型场效应管MP9级联而成,第八P型场效应管MP8镜
像第一P型场效应管MP1的电流,第九P型场效应管MP9镜像第二P型场效应管MP2的电流,这样
可以提高电流镜像精度。触发电路由至少一个P型场效应管级联而成,所述触发电路的各所
述P型场效应管的栅极并联到所述第四P型场效应管MP4的漏极,靠所述带隙电路B端的P型
场效应管的源极连接所述第五P型场效应管MP5的漏极,靠所述第二镜像电路端的P型场效
应管的漏极连接所述第二镜像电路。在一个实施例中,触发电路由第六P型场效应管MP6和
第七P型场效应管MP7级联而成,可以根据情况改变场效应管的数量。第六P型场效应管MP6和
第七P型场效应管MP7的栅极并联到第四P型场效应管MP4的漏极,第六P型场效应管MP6的源
极连接第五P型场效应管MP5的漏极,第七P型场效应管MP7的漏极连接第二镜像电路。第二镜
像电路包括成镜像设置的第四N型场效应管MN4和第五N型场效应管MN5,第四N型场效应管
MN4的栅极、第五N型场效应管MN5的栅极以及第四N型场效应管MN4的漏极均连接触发电路的
输出端(即第七P型场效应管MP7的漏极),第四N型场效应管MN4和第五N型场效应管MN5的源
极并联连接低电位,第五N型场效应管MN5的漏极连接第一镜像电路的输出端(即第九P型场
效应管MP9的漏极)。
电路连接在N型场效应管输出电路的输入端,起到预防高压击穿第十四P型场效应管MP14、第
十三N型场效应管MN13的作用。在一些实施例中,第一钳位电路由稳压电路构成,或者由至少
一个场效应管级联而成,同理,第二钳位电路由稳压电路构成,或者由至少一个场效应管级
联而成。本发明优选采用级联场效应管形式的钳位电路,其较二极管或稳压管形式的钳位
电路具有体积更小的优势。结合输出电路中场效应管的额定电压,第一钳位电路设计由第
十P型场效应管MP10、第十一P型场效应管MP11、第十二P型场效应管MP12和第十三P型场效应
管MP13采用二极管接法级联而成,第二钳位电路设计由第六N型场效应管MN6、第七N型场效
应管MN7、第八N型场效应管MN8、第九N型场效应管MN9和第十N型场效应管MN10采用二极管接
法级联而成。
MP6和第七P型场效应管MP7截止,对应于触发电路接收到第二信号的动作。第四N型场效应管
MN4和第五N型场效应管MN5没有电流,则第八P型场效应管MP8和第九P型场效应管MP9将第十
四P型场效应管MP14的栅极电压拉至高电位,第十四P型场效应管MP14截止。对应此种情况,
第五P型场效应管MP5将第十三N型场效应管MN13栅极电压拉至高电位,第十三N型场效应管
MN13处于导通状态,此时由第十三N型场效应管MN13输出电压信号,即此时P型场效应管输出
电路关断,N型场效应管输出电路工作。当输入电压逐渐下降,第五P型场效应管MP5输出电
压不足以提供第十二N型场效应管MN12和第十三N型场效应管MN13的驱动电压时,第五P型场
效应管MP5被压进线性区,此时第六P型场效应管MP6的栅极电压将逐渐低于源极电压并使得
第六P型场效应管MP6、第七P型场效应管MP7打开,对应于触发电路接收到第一信号的动作,
则第四N型场效应管MN4和第五N型场效应管MN5逐渐产生电流,开始拉低第十四P型场效应管
MP14栅极(即MP9漏极)的电位,第十四N型场效应管导通,提供带载能力。此时对负载的驱动
将由N型场效应管输出电路将逐渐切换至P型场效应管输出电路,第十三N型场效应管MN13的
VGS电压余度损耗也将逐渐消失,使得输出电压近似与输入电压相等,实现等压输出。第十
四P型场效应管MP14的基级与输入端VM之间,通过第二电容C2进行缓冲隔离。