CN101377688B - 一种内部电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内部电源电路，包括输出级电路，其还包括与所述输出级电路连接的稳压补偿电路，其中所述稳压补偿电路包括与所述输出级电路连接的两个或多个并联的齐纳管串联单元以及与所述并联的两个或多个齐纳管串联单元串联、用于温度补偿的二极管串联单元。在现有的内部电源电路中，齐纳管的寄生电阻较大并且具有较大的温度系数，这两个因素都会导致在外部电源电压大范围变化时，输出电压也会有较大的变化。本发明增加了一个由齐纳管串联单元和二极管串联单元串联组成的稳压补偿通路，从而减小了齐纳管寄生电阻对输出电压的影响，同时实现了温度补偿，降低了输出电压对温度的依赖性。

Description

一种内部电源电路

技术领域

本发明涉及电源电路，更具体地说，涉及一种在高压驱动芯片中利用齐纳稳压管产生电源的内部电源电路。

背景技术

随着微电子技术的飞速发展，高压功率集成电路作为一个重要的发展方向越来越得到重视。在汽车电子、工业控制等领域，高压功率集成电路都起着重要的作用。高压功率集成电路的发展趋势是把逻辑控制电路和功率半导体管集成在同一芯片上，提高了芯片的集成度。然而，功率电路内部的逻辑控制电路需要一个电源供电，而内部逻辑控制电路的器件都是没有耐高压能力的普通器件，不能直接工作在高电压下，所以逻辑控制电路不能直接使用外部高压电源，这就需要有一个产生内部电源的电路，将外部高压电源转换为一个较低的内部电源电压。

一个内部电源需要有较强的负载电流能力，并且受外部电源和温度影响小。齐纳管作为一种稳压器件在很多电路中用来产生内部电源，如图1所示的常见的齐纳管内部电源结构，其中：限流电阻101一端接到外部电源节点Vcc上，另一端接到节点41上；齐纳管串联单元206的阴极接到节点41，阳极接到地；三极管207的集电极接到外部电源节点Vcc上，基极接到节点41上，发射极接到内部电源节点Vdd上。

这个结构电路实现简单，也不占用太大的芯片面积。但是齐纳管的一个固有缺陷就是寄生电阻对击穿电压影响较大，尤其是一些半导体工艺中齐纳管的寄生电阻比较大，这个固有缺陷就会导致在外部电源电压大范围变化时，输出电压也会有较大的变化。同时齐纳管的寄生电阻存在较大的温度系数，这样也会导致在工作环境温度变化时，齐纳管的击穿电压也会有一个较大的温度系数，这两个缺点限制了图1的电路在高压电路中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述内部电源电路存在齐纳管寄生电阻对击穿电压影响较大，以及齐纳管的击穿电压存在较大温度系数的缺陷，提供一种在高压驱动芯片中利用齐纳稳压管产生电源的内部电源电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种内部电源电路，包括输出级电路，其还包括与所述输出级电路连接的稳压补偿电路，其中所述稳压补偿电路包括与所述输出级电路连接两个或多个并联的齐纳管串联单元以及与所述并联的两个或多个齐纳管串联单元串联、用于温度补偿的二极管串联单元其中所述齐纳管串联单元包括一个齐纳管或多个串联的齐纳管所述二极管串联单元包括一个二极管或多个串联的二极管。

在本发明所述的内部电源电路中，所述输出级电路包括达林顿输出级，所述达林顿输出级的集电极连接外部电源，基极连接所述稳压补偿电路，发射极连接输出电压。

在本发明所述的内部电源电路中，所述温度补偿通过调节所述二极管串联单元的二极管数量M和所述达林顿输出级的晶体管数量K完成.

在本发明所述的内部电源电路中，所述外部电源与所述稳压补偿电路之间还连接有限流电阻。

在本发明所述的内部电源电路中，所述达林顿输出级的基极与发射极之间还连接有保护二极管。

在本发明所述的内部电源电路中，所述达林顿输出级包括两级或多级发射极串联的晶体管。

在本发明所述的内部电源电路中，所述达林顿输出级包括两级或多级发射极串联的NPN晶体管、PNP晶体或两者的组合。

在本发明所述的内部电源电路中，所述齐纳管串联单元的齐纳管为反向导通，所述二极管串联单元的二极管为正向导通。

实施本发明的内部电源电路，具有以下有益效果：通过增加一个由齐纳管串联单元和二极管串联单元串联组成的稳压补偿通路，从而减小了齐纳管寄生电阻对输出电压的影响，同时实现了温度补偿，降低了输出电压对温度的依赖性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是传统的齐纳管内部电源电路的原理图；

图2是本发明的齐纳管内部电源电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明在现有的内部电源电路的基础上，增加了一个由齐纳管串联单元和二极管串联单元串联组成的稳压补偿通路。其中，两个或多个齐纳管串联单元并联起来，减小了总的齐纳管寄生电阻，从而减小对输出电压的影响。通过调节二极管串联单元的二极管数量来实现温度补偿，降低了输出电压对温度的依赖性。

如图2所示，本发明的内部电源电路包括输出级电路201以及与输出级电路201连接的稳压补偿电路202。其中，稳压补偿电路202包括用于稳压的两个或多个并联的齐纳管串联单元401以及用于温度补偿的二极管串联单元403。两个或多个齐纳管串联单元401并联后与输出级电路201连接，二极管串联单元403与并联的两个或多个齐纳管串联单元401串联。

两个或多个齐纳管串联单元401并联起来，可以想像成两个或多个电阻并联，例如，两个5欧的电阻并联后的电阻为2.5欧，也就是总的齐纳管寄生电阻减小，这样对输出电压的影响也就减小了。另外，在齐纳管串联单元401的齐纳管数量N一定的条件下，可以在一定的范围内调节二极管串联单元403的二极管数量M实现温度补偿，使得输出电压随温度变化很小，这将在下面作更加详细的描述。

因为所示的齐纳管反向导通，二极管正向导通，所以齐纳管串联单元401与二极管串联单元403是反向串联的.其中，齐纳管串联单元401包括一个或多个串联的齐纳管.二极管串联单元403包括一个或多个串联的二极管.

根据本发明，输出级电路201包括达林顿输出级404，达林顿输出级404的集电极连接外部电源Vcc，基极连接稳压补偿电路202(即节点41)，发射极连接输出电压Vdd。外部电源Vcc与稳压补偿电路202之间还连接有限流电阻101。另外，达林顿输出级404的基极与发射极之间还连接有保护二极管120。达林顿输出级404包括两级或多级发射极串联的晶体管，其可以是两级或多级发射极串联的NPN晶体管、PNP晶体或两者的组合。还有，温度补偿通过调节二极管串联单元403的二极管数量M和达林顿输出级404的晶体管数量K完成，这将通过下面的分析作进一步说明。

以下对本发明的内部电源电路的工作原理进行分析：

设r为齐纳管的击穿后的寄生电阻，V_A为节点41的电压，I₁是流过限流电阻101的电流，I₂是通过齐纳管串联单元401的电流，I₃是通过另一齐纳管串联单元401的电流，V_Z是齐纳管击穿电压，V_PN为二极管的正向导通压降，V_BE为晶体管的BE结的电压差，则有如下等式：

$I_1=\frac{V_{\mathrm{CC}}-V_A}{R_{101}}---\left(1\right)$

$I_1=I_2+I_3=\frac{V_A-N*V_Z-M*V_{\mathrm{PN}}}{N*r}+\frac{V_A-N*V_Z-M*V_{\mathrm{PN}}}{N*r}---\left(2\right)$

结合式(1)和式(2)得：

$V_A=\frac{\frac{V_{\mathrm{CC}}}{R_{101}}+2*\frac{V_Z}{r}+2*\frac{M*V_{\mathrm{PN}}}{N*r}}{\frac{1}{R_{101}}+\frac{2}{N*r}}---\left(3\right)$

根据式(3)有：

$\frac{\∂V_A}{\∂V_{\mathrm{CC}}}=\frac{1}{1+\frac{2*R_{101}}{N*r}}---\left(4\right)$

而图1的电路结构有

$\frac{\∂V_A}{\∂V_{\mathrm{CC}}}=\frac{1}{1+\frac{R_{101}}{N*r}}---\left(5\right)$

对比公式(4)和公式(5)，可以看出来其他器件参数一样的情况下，本发明提出的电路结构可以将寄生电阻的影响降低约50％。如果在寄生电阻很大的情况下，可以设置更多的齐纳串联单元401并联在一起。

当齐纳管的击穿电压大于6V时，齐纳管以雪崩击穿为主，并具有正温系数；当齐纳管的击穿电压小于6V时，齐纳管以隧道击穿为主，并具有负温系数。按照图2的电路结构，可以得到

V_DD＝N*V_Z+M*V_pn-K*V_BE    (6)

$\frac{\∂V_{\mathrm{DD}}}{\∂T}=N\frac{\∂V_Z}{\∂T}+M\frac{\∂V_{\mathrm{pn}}}{\∂T}-K\frac{\∂V_{\mathrm{BE}}}{\∂T}---\left(7\right)$

其中，V_PN和V_BE都是负温度系数，在齐纳管串联单元401的齐纳管数量N不变的情况下，可以在一定的范围内调节二极管串联单元403的二极管数量M和达林顿输出级404的晶体管数目K来实现温度补偿，使得输出电压V_dd随温度变化很小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内部电源电路，包括输出级电路(201)，其特征在于，还包括与所述输出级电路(201)连接的稳压补偿电路(202)，其中所述稳压补偿电路(202)包括与所述输出级电路(201)连接的两个或多个并联的齐纳管串联单元(401)以及与所述并联的两个或多个齐纳管串联单元(401)串联、用于温度补偿的二极管串联单元(403)；其中所述齐纳管串联单元(401)包括一个齐纳管或多个串联的齐纳管；所述二极管串联单元(403)包括一个二极管或多个串联的二极管。

2.根据权利要求1所述的内部电源电路，其特征在于，所述输出级电路(201)包括达林顿输出级(404)，所述达林顿输出级(404)的集电极连接外部电源(Vcc)，基极连接所述稳压补偿电路(202)，发射极连接输出电压(Vdd)。

3.根据权利要求2所述的内部电源电路，其特征在于，所述温度补偿通过调节所述二极管串联单元(403)的二极管数量M和所述达林顿输出级(404)的晶体管数量K完成。

4.根据权利要求3所述的内部电源电路，其特征在于，所述外部电源(Vcc)与所述稳压补偿电路(202)之间还连接有限流电阻(101)。

5.根据权利要求4所述的内部电源电路，其特征在于，所述达林顿输出级(404)的基极与发射极之间还连接有保护二极管(120)。

6.根据权利要求5所述的内部电源电路，其特征在于，所述达林顿输出级(404)包括两级或多级发射极串联的晶体管。

7.根据权利要求6所述的内部电源电路，其特征在于，所述达林顿输出级(404)包括两级或多级发射极串联的NPN晶体管、PNP晶体或两者的组合。

8.根据权利要求1至7任一项所述的内部电源电路，其特征在于，所述齐纳管串联单元(401)的齐纳管为反向导通，所述二极管串联单元(403)的二极管为正向导通。

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