CN101093956A - 带温度补偿的欠压锁定电路 - Google Patents

Abstract

一种带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于所述电路包括一电压采样电路、一温度补偿电路、一缓冲器电路和一反馈电路。电压采样电路对第一电压源进行采样后提供电压采样信号给温度补偿电路，温度补偿电路的输出信号经缓冲器电路整形后输出欠压锁定电路的输出信号，该温度补偿电路使欠压锁定电路的翻转阈值不受温度影响。缓冲器电路提供一馈电端，反馈电路连接在该馈电端和电压采样电路之间，用于实现电路的迟滞功能。本发明的有益效果在于，引入带隙基准电路，使欠压锁定电路的翻转阈值的温度系数值在理论上为零，有效避免欠压锁定电路的翻转阈值随着温度的变化发生漂移，提高了精确度，大大增强了系统的稳定性和可靠性。

Description

带温度补偿的欠压锁定电路

技术领域

本发明涉及欠压锁定电路，具体涉及一种带温度补偿的欠压锁定电路。

背景技术

欠压锁定电路又称为UVLO(Under Voltage Lock Out)电路，是PWM电源模块中重要的保护电路。欠压锁定电路的作用在于当电源电压VCC大于正向翻转阈值VCC(ON)时，电路才开始工作，输出PWM脉冲；当电源电压VCC低于反向翻转阈值VCC(OFF)时，欠压锁定电路关闭内部其他电路模块，防止电路误动作，保证电源的稳定性和可靠性，提供足够的电压开启外部的功率MOSFET。

现有的欠压锁定电路的正向翻转阈值VCC(ON)和反向翻转阈值VCC(OFF)会随着温度的变化发生漂移，使得欠压锁定电路的翻转阈值稳定性差，系统可靠性不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种翻转阈值不受温度影响的稳定、可靠的带温度补偿的欠压锁定电路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述电路包括一电压采样电路、一温度补偿电路、一缓冲器电路和一反馈电路，所述电压采样电路对第一电压源进行采样后提供电压采样信号给所述温度补偿电路，所述温度补偿电路的输出信号经缓冲器电路整形后输出欠压锁定电路的输出信号，该温度补偿电路使欠压锁定电路的翻转阈值不受温度影响，所述缓冲器电路提供一馈电端，所述反馈电路连接在该馈电端和电压采样电路之间，用于实现电路的迟滞功能。

所述电压采样电路包括串联在第一电压源和接地端之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻，第二电阻和第三电阻之间形成电压采样电路的输出端，提供电压采样信号给所述温度补偿电路。

所述温度补偿电路为带隙基准电路，包括一电流镜电路、第一晶体管、第二晶体管、第四电阻和第五电阻，电流镜电路将取自第二电压源的电流均分到第一晶体管和第二晶体管的集电极，第一晶体管和第二晶体管的基极相连，接收所述电压采样信号，第一晶体管的发射极通过第五电阻接地，第二晶体管的集电极提供温度补偿电路的输出端，其发射极通过第四电阻与第一晶体管的发射极连接。

所述电流镜电路包括第一场效应管和第二场效应管，第一场效应管的栅极和漏极连接在一起，第一场效应管和第二场效应管的源极都与第二电压源连接，栅极连接在一起，第一场效应管和第二场效应管的漏极分别连接第一晶体管和第二晶体管的集电极。

所述缓冲器电路包括一放大器和一反相器，放大器的输入端与温度补偿电路的输出端连接，其输出端接反相器的输入端，反相器的输出端输出欠压锁定电路的输出信号。

所述电压采样电路包括串联在第一电压源和接地端之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述反馈电路由第三场效应管构成，第三场效应管的栅极连接所述馈电端接收反馈信号，其源极连接第一电压源，其漏极与第一电阻和第二电阻之间形成的节点连接。

所述电压采样电路包括串联在第一电压源和接地端之间的第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，每一个场效应管的栅极连接其漏极，第四场效应管的源极连接第一电压源，第四场效应管的漏极连接第五场效应管的源极，第五场效应管的漏极连接第六场效应管的源极形成电压采样电路的输出端，提供电压采样信号给所述温度补偿电路，第六场效应管的漏极与接地端连接。

所述第一晶体管和第二晶体管为NPN管。

本发明一种带温度补偿的欠压锁定电路中，电压采样电路通过第一电阻、第二电阻和第三电阻对第一电源电压进行分压，电压采样信号取自第二电阻和第三电阻之间，输入到带隙基准电路的输入端，该输入端由第一晶体管和第二晶体管的基极连接形成。带隙基准电路的输出端取自第二晶体管的集电极，带隙基准电路的输出信号通过缓冲器电路整形、缓冲得到欠压锁定电路的输出信号。当电压采样信号的电压值与第一晶体管的发射极电压值之差大于晶体管的发射结电压，第一晶体管和第二晶体管导通，欠压锁定电路的输出信号由低变高，电路启动。电压采样电路中第一电阻、第二电阻和第三电阻可以用场效应管代替，场效应管不仅能起到电阻分压的作用，而且可以减小电路的启动电流，降低电路正常工作时的静态功耗。

众所周知，欠压锁定电路的正向翻转阈值VCC(ON)和反向翻转阈值VCC(OFF)的精度受温度影响，要想提高精度，必须降低温度系数。本发明一种带温度补偿的欠压锁定电路引入带隙基准电路，可以使欠压锁定电路的正向翻转阈值VCC(ON)和反向翻转阈值VCC(OFF)几乎不受温度影响。根据带隙基准电路的工作原理，本发明正是利用热电压的正温度系数和晶体管发射结电压的负温度系数相互补偿，通过设定第四电阻和第五电阻的具体参数，在温度区域内找到一个点，使欠压锁定电路的正向翻转阈值VCC(ON)和反向翻转阈值VCC(OFF)的温度系数值在理论上为零，从而有效避免欠压锁定电路的翻转阈值随着温度的变化发生漂移。

反馈电路用于实现电路的迟滞功能。当反馈信号使第三场效应管导通，电压采样电路中的第一电阻被短路，此时只有第二电阻和第三电阻对第一电压源进行分压。这样欠压锁定电路的反向翻转阈值VCC(OFF)低于正向翻转阈值VCC(ON)，产生迟滞量，避免了电路在阈值附近产生振荡，影响系统的稳定性。

本发明的有益效果在于，引入带隙基准电路，使欠压锁定电路的正向翻转阈值VCC(ON)和反向翻转阈值VCC(OFF)的温度系数值在理论上为零，有效避免欠压锁定电路的翻转阈值随着温度的变化发生漂移，提高了精确度，大大增强了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例1的电路结构图。

图2为本发明实施例2的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1  如图1所示，一种带温度补偿的欠压锁定电路，包括电压采样电路、温度补偿电路、缓冲器电路和反馈电路。电压采样电路包括串联在第一电压源VCC和接地端GND之间的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2和第三电阻R3之间形成电压采样电路的输出端V1，第一电阻R1和第二电阻R2之间形成节点C。

温度补偿电路采用带隙基准电路，包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第四电阻R4和第五电阻R5。第一场效应管M1的栅极和漏极连接在一起。第一场效应管M1和第二场效应管M2的源极都与第二电压源VDD连接，并且栅极连接在一起，形成电流镜电路。第二电压源VDD的电压值在5V左右。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的基极与电压采样电路的输出端V1连接，接收电压采样信号V1。第一晶体管Q1的集电极连接第一场效应管M1的漏极，其发射极通过第五电阻R5与接地端GND连接，该发射极和第五电阻R5连接形成节点V2。第二晶体管Q2的集电极连接第二场效应管M2的漏极形成温度补偿电路的输出端A，其发射极通过第四电阻R4与节点V2连接。第二晶体管Q2的发射极面积M是第一晶体管的n倍。

缓冲器电路包括放大器Av和反向器INV。放大器Av的输入端连接温度补偿电路的输出端A，放大器Av的输出端连接反向器INV的输入端形成馈电端B，反向器INV的输出端输出欠压锁定电路的输出信号SHD。放大器Av对输入信号同时具有放大和反向的作用。

反馈电路由第三场效应管M3构成。第三场效应管M3为高压管。第三场效应管M3的栅极与馈电端B连接，接收反馈信号，其源极与第一电压源VCC连接，其漏极与电压采样电路中第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点C连接。

本实施例中，场效应管均采用PMOS管，晶体管均采用NPN管。

下面结合附图1对电路的工作原理作详细说明。

欠压锁定电路启动前，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2处于截至状态，温度补偿电路的输出端A的电位为低电平，欠压锁定电路的输出信号SHD为低电平。当第一电压源VCC的电压逐渐升高到欠压锁定电路的正向翻转阈值VCC(ON)，使电压采样信号V1与节点V2的电压V2的差大于或等于晶体管的发射结电压Vbe时，即V1-V2≥Vbe时，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2导通，输出端A的电位由低变高，欠压锁定电路的输出信号SHD由低变高，电路启动。

由上所述，可以得到欠压锁定电路启动的临界条件：V1-V2＝Vbe。

电压采样信号V1的表达式为：

$V1=\frac{R3}{R3+R2+R1}\×\mathrm{VCC}\left(\mathrm{ON}\right)$

节点V2的电压表达式为：

$V2=\frac{2\×\mathrm{VT}\×\ln n}{R4}\×R5$

其中，热电压VT具有正温度系数，VT的表达式为： $\mathrm{VT}=\frac{\mathrm{KT}}{q},$ K为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷绝对值。n为第二晶体管Q2的发射极面积与第一晶体管Q1的发射极面积之比。

由此得到晶体管的发射结电压Vbe的表达式：

$\mathrm{Vbe}=\frac{R3}{R3+R2+R1}\×\mathrm{VCC}\left(\mathrm{ON}\right)-\frac{2\×\mathrm{VT}\×\ln n}{R4}\×R5,$

则正向翻转阈值 $\mathrm{VCC}\left(\mathrm{ON}\right)=(\frac{2\×\mathrm{VT}\×\ln n}{R4}\×R5+\mathrm{Vbe})\×\frac{R3+R2+R1}{R3},$

反向翻转阈值 $\mathrm{VCC}\left(\mathrm{OFF}\right)=(\frac{2\×\mathrm{VT}\×\ln n}{R4}\×R5+\mathrm{Vbe})\×\frac{R3+R2}{R3},$

可见，欠压锁定电路的翻转阈值均受温度影响。但由于热电压VT具有正温度系数，室温下约为0.086mV/℃，晶体管的发射结电压Vbe具有负温度系数，室温下约为-2mV/℃，只要恰当地设定第四电阻R4和第五电阻R5的具体参数，就可以使热电压VT的正温度系数和晶体管的发射结电压Vbe的负温度系数相互补偿，使欠压锁定电路的翻转阈值的温度系数在理论上等于零，从而保证欠压锁定电路翻转阈值不随温度的变化发生漂移，这就是本发明温度补偿的原理。在设定第四电阻R4和第五电阻R5的具体参数时，应注意两个电阻应该同为正温度系数或同为负温度系数。

反馈电路用于实现电路的迟滞功能。欠压锁定电路启动前，馈电端B的电位为高电平，第三场效应管M3处于截止状态。欠压锁定电路启动后，馈电端B的电位由高变低，第三场效应管M3导通，第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点C的电位被拉高到第一电压源VCC，第一电阻R1被短路，此时只有第二电阻R2和第三电阻R3对第一电压源VCC进行分压。这样欠压锁定电路的反向翻转阈值VCC(OFF)低于正向翻转阈值VCC(ON)，产生迟滞量ΔVCC，避免了电路在阈值附近产生振荡，影响系统的稳定性。迟滞量ΔVCC的表达式为：

$\mathrm{\ΔVCC}=(\frac{2\×\mathrm{VT}\×\ln n}{R4}\×R5+\mathrm{Vbe})\×\frac{R1}{R3}.$

实施例2  如图2所示，在本实施例中，实施例1中电压采样电路采用的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3分别用第四场效应管M4、第五场效应管M5和第六场效应管M6代替。场效应管不仅能起到电阻分压的作用，而且可以减小电路的启动电流，降低电路正常工作时的静态功耗。电路的其他结构和温度补偿的原理与实施例1相同，不再累述。

Claims (8)

1.一种带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述电路包括一电压采样电路、一温度补偿电路、一缓冲器电路和一反馈电路，所述电压采样电路对第一电压源进行采样后提供电压采样信号给所述温度补偿电路，所述温度补偿电路的输出信号经缓冲器电路整形后输出欠压锁定电路的输出信号，该温度补偿电路使欠压锁定电路的翻转阈值不受温度影响，所述缓冲器电路提供一馈电端，所述反馈电路连接在该馈电端和电压采样电路之间，用于实现电路的迟滞功能。

2.如权利要求1所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述电压采样电路包括串联在第一电压源和接地端之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻，第二电阻和第三电阻之间形成电压采样电路的输出端，提供电压采样信号给所述温度补偿电路。

3.如权利要求1所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述温度补偿电路为带隙基准电路，包括一电流镜电路、第一晶体管、第二晶体管、第四电阻和第五电阻，电流镜电路将取自第二电压源的电流均分到第一晶体管和第二晶体管的集电极，第一晶体管和第二晶体管的基极相连，接收所述电压采样信号，第一晶体管的发射极通过第五电阻接地，第二晶体管的集电极提供温度补偿电路的输出端，其发射极通过第四电阻与第一晶体管的发射极连接。

4.如权利要求3所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述电流镜电路包括第一场效应管和第二场效应管，第一场效应管的栅极和漏极连接在一起，第一场效应管和第二场效应管的源极都与第二电压源连接，栅极连接在一起，第一场效应管和第二场效应管的漏极分别连接第一晶体管和第二晶体管的集电极。

5.如权利要求1所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述缓冲器电路包括一放大器和一反相器，放大器的输入端与温度补偿电路的输出端连接，其输出端接反相器的输入端，反相器的输出端输出欠压锁定电路的输出信号。

6.如权利要求1所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述电压采样电路包括串联在第一电压源和接地端之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述反馈电路由第三场效应管构成，第三场效应管的栅极连接所述馈电端接收反馈信号，其源极连接第一电压源，其漏极与第一电阻和第二电阻之间形成的节点连接。

7.如权利要求1所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述电压采样电路包括串联在第一电压源和接地端之间的第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，每一个场效应管的栅极连接其漏极，第四场效应管的源极连接第一电压源，第四场效应管的漏极连接第五场效应管的源极，第五场效应管的漏极连接第六场效应管的源极形成电压采样电路的输出端，提供电压采样信号给所述温度补偿电路，第六场效应管的漏极与接地端连接。

8.如权利要求3所述的带温度补偿的欠压锁定电路，其特征在于，所述第一晶体管和第二晶体管为NPN管。

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