CN102023668B - 一种线性电压调整器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种线性电压调整器电路，属于半导体集成电路领域，对于现有技术中的输入电压过高，输出电压不稳定的问题，本发明提供一种线性电压调整器电路，包括启动、偏置及基准源电路、误差放大器、反馈网络和调整管，所述的调整管为级联结构调整管，所述的级联结构调整管一端与输入电压Vin相连，所述的启动、偏置及基准源电路与误差放大器串联，所述的误差放大器与所述的级联结构调整管和所述的反馈网络相连接，所述的反馈网络与所述的级联结构调整管相连接，所述的反馈网络的一端与输出电压端Vout相连接，应用于高压或超高压输入的调整器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，更具体地说涉及一种线性电压调整器电路。
背景技术
目前，交流/直流(AC/DC)转换器中使用集成电路的情况越来越普遍，集成电路可有效帮助转换器提高效率、减小体积。而在转换器中使用的集成电路，本身功耗很小，所以使用能够承受高压的线性电压调整器为芯片供电就成为了一个节省成本的可行方案。
普通的线性电压调整器包括误差放大器(EA)、调整管和反馈网络。如图1所示，VREF为基准电压，输出电压通过电阻反馈网络与VREF做比较，误差放大器将误差信号放大后通过调整管M1调制输出电压Vout。
在电路中，输入电压Vin可高至400v，而且此线性电压调整器的输出是芯片的正电源，因此调整管通常采用耗尽型NMOS或JFET，以此来确保线性电压调整器上电启动。并且由于误差放大器采用Vout做为供电电源，因此EA最大输出摆幅为0～Vout，如果耗尽型NMOS的阈值电压(Vth)或者JFET的夹断电压(Vpinch)的绝对值小于Vout，此结构可正常工作；如果Vth或Vpinch的绝对值大于Vout，电路设计的复杂度增大，此时EA无法正确控制调整管。
发明内容
为解决上述电路在耗尽型NMOS的阈值电压(Vth)或者JFET的夹断电压(Vpinch)的绝对值大于输出电压时，误差放大器EA无法正确控制调整管的问题，本发明提供了一种可输入高压或超高压的线性调整器电路。
本发明的技术方案是：提供一种线性电压调整器电路，包括启动、偏置及基准源电路、误差放大器、反馈网络和调整管，所述的调整管为级联结构调整管，所述的级联结构调整管一端与输入电压Vin相连，所述的启动、偏置及基准源电路与误差放大器相连，所述的误差放大器与所述的级联结构调整管和所述的反馈网络相连接，所述的反馈网络与所述的级联结构调整管相连接，所述的反馈网络的一端与输出电压端Vout相连接。
所述的级联结构调整管包括两个调节管。
所述的误差放大器分别调制两个调节管的栅极和源极。
所述的级联结构调整管的两个调节管之间串联有一个或多个限流电阻。
所述的级联结构调整管包括调节管J1、调节管MP7和限流电阻R5，所述的调节管J1的漏极与输入电压端Vin相连接，所述调节管J1的栅极与向调节管J1提供偏置的电阻R4相连，所述的调节管J1的源极与限流电阻R5的一端相连，所述的限流电阻R5的另一端与调节管MP7的源极、所述的启动、偏置及基准源电路和所述的误差放大器相连，所述的调节管MP7的栅极与所述的误差放大器相连，所述的调节管MP7的漏极与所述的反馈网络相连。
所述的反馈网络包括电阻R6和电阻R7，所述的电阻R6的一端与级联结构调整管中的调节管MP7的源极相连，所述的电阻R6的另一端与电阻R7和所述的误差放大器相连，所述的电阻R7的另一端接地。
所述的误差放大器包括第一级放大电路、第二级放大电路和补偿电容MNC2，所述的误差放大器的第一级放大电路包括场效应管MN1、场效应管MN2、场效应管MN5，场效应管MP4和场效应管MP5，所述的场效应管MN1的栅极与所述的启动、偏置及基准源电路相连，所述的场效应管MN2的栅极与所述的反馈网络相连接，所述的场效应管MN1和场效应管MN2的源极与所述的场效应管MN5的漏极相连接，所述的场效应管MN5的源极接地，所述的场效应管MP4的源极和所述的场效应管MP5的源极与所述的级联结构调整管相连接，所述场效应管MP4的栅极、所述的场效应管MP5的栅极、场效应管MP5的漏极和所述的场效应管MN2的漏极相连接，所述的场效应管MP4的源极与场效应管MN1的漏极相连接，所述的误差放大器的第二级放大电路包括场效应管M15，所述的场效应管M15的漏极与所述的级联结构调整管相连，所述的场效应管M15的栅极与场效应管MP4的漏极相连，所述的补偿电容MNC2的一端与场效应管M15的栅极相连，所述的补偿电容MNC2的其他端接地。
所述的误差放大器还包括场效应管MP6、场效应管MN6、晶体管Q3和晶体管Q4、所述的场效应管MP6、场效应管MN6、晶体管Q3、晶体管Q4和场效应管M15组成缓冲电路，所述的场效应管M15的源极与所述的场效应管MN6的漏极和晶体管Q3的基极相连，所述的场效应管MN6的源极和所述的晶体管Q3的集电极相连并接地，所述的晶体管Q3的发射极和晶体管Q4的基极和集电极相连，所述的晶体管Q4的发射极和所述的场效应管MP6的漏极和所述的级联结构调整管中的调节管MP7的栅极相连。
本发明的有益效果在于：第一、本发明提供的线性调整器电路可以确保在高压或者超高压输入时，可有效控制调整管，并确保输出电压的稳定性。
第二、本发明提供的线性调整电路，在误差放大器中设计了缓冲电路，可以将极点分离，这样节点PSF1为低阻抗节点，可将极点推向高频端而不影响环路稳定。
第三、本发明提供的线性调整电路，在级联结构调整管的两个调整管中间串联了限流电阻，以防止上电瞬间有大电流烧毁调整管。
第四、本发明提供的线性调整电路，在耐高压的耗尽型NMOS的阈值电压(Vth)或JFET的夹断电压(Vpinch)的绝对值大于输出电压时，可有效控制调整管，并确保输出电压稳定性。
附图说明
图1是现有技术电路图。
图2是本发明的电路框图。
图3是本发明启动偏置及基准源电路和级联结构调整管的电路图。
图4是本发明的级联调整管、反馈网络、误差放大器的电路图。
图5是本发明的电路图。
图6是本发明的计算机仿真结果图。
具体实施方式
实施例一：
结合图2，为本发明的电路框图，包括启动、偏置及基准源电路3、误差放大器5、反馈网络4和调整管，所述的调整管为级联结构调整管2，所述的级联结构调整管2一端与输入电压Vin相连，所述的启动、偏置及基准源电路3与误差放大器5相连，所述的误差放大器5与所述的级联结构调整管2和所述的反馈网络4相连接，所述的反馈网络4与所述的级联结构调整管2相连接，所述的反馈网络4的一端与输出电压端Vout相连接。
实施例二：
结合图3，为本发明启动偏置及基准源电路和级联结构调整管的电路图，所述的级联结构调整管包括两个调整管，调节管J1和调节管MP7。所述的两个调整管之间串联有一个限流电阻R5，所述的调节管J1的漏极与输入电压端Vin相连接，所述调节管J1的栅极与向调节管J1提供偏置的电阻R4相连，所述的调节管J1的源极与限流电阻R5的一端相连，所述的限流电阻R5的另一端与调节管MP7的源极和所述的启动、偏置及基准源电路3相连。
结合图4，为本发明的级联调整管、反馈网络、误差放大器的电路图，所述的反馈网络包括电阻R6和电阻R7，所述的电阻R6的一端与级联结构调整管中的调节管MP7的漏极相连，所述的电阻R6的另一端与电阻R7和所述的误差放大器5相连，所述的电阻R7的另一端接地。
所述的误差放大器5包括第一级放大电路、第二级放大电路和补偿电容MNC2，所述的误差放大器5的第一级放大电路包括场效应管MN1、场效应管MN2、场效应管MN5，场效应管MP4和场效应管MP5，所述的场效应管MN1的栅极与所述的启动、偏置及基准源电路3相连，所述的场效应管MN2的栅极与所述的反馈网络4相连接，所述的场效应管MN1和场效应管MN2的源极与所述的场效应管MN5的漏极相连接，所述的场效应管MN5的源极接地，所述的场效应管MP4的源极和所述的场效应管MP5的源极与所述的级联结构调整管相连接，所述场效应管MP4的栅极、所述的场效应管MP5的栅极、场效应管MP5的漏极和所述的场效应管MN2的漏极相连接，所述的场效应管MP4的漏极与场效应管MN1的漏极相连接，所述的误差放大器的第二级放大电路包括场效应管M15，所述的场效应管M15的漏极与所述的级联结构调整管相连，所述的场效应管M15的栅极与场效应管MP4的漏极相连，所述的补偿电容MNC2的一端与场效应管M15的栅极相连，所述的补偿电容MNC2的其他端接地。
所述的误差放大器5还包括场效应管MP6、场效应管MN6、晶体管Q3和晶体管Q4、所述的场效应管MP6、场效应管MN6、晶体管Q3、晶体管Q4和场效应管M15组成缓冲电路，所述的场效应管M15的源极与所述的场效应管MN6的漏极和晶体管Q3的基极相连，所述的场效应管MN6的源极和所述的晶体管Q3的集电极相连并接地，所述的晶体管Q3的发射极和晶体管Q4的基极和集电极相连，所述的晶体管Q4的发射极和所述的场效应管MP6的漏极和所述的级联结构调整管中的调节管MP7的栅极相连。
结合图5，为本发明的电路图，通过级联调整管2使误差放大器5得到高于输出电压的电源，并通过调制靠近输入高压电源端的调节管J1的源极，以及调制靠近输出端的调节管MP7的栅极实现稳压输出。解决了受制程限制，耗尽型NMOS的阈值电压(Vth)或者JFET的夹断电压(Vpinch)的绝对值大于输出电压的问题，并能够克服Vth或Vpinch随工艺偏差、温度、输入电压变化的影响。
结合图6，为本发明的计算机仿真结果图，以J1为JFET为例，夹断电压为-15v，输入电压为10～450v，输出电压7.5v。通过仿真可以看到输出电压小于JFET夹断电压的绝对值，在整个输入电压范围内，输出电压都保持稳定。
虽然本发明的优选实例被以作为例证的目的进行披露，但本领域的技术人员可以理解各种修改、添加和替换是可能的，只要其不脱离所附权利要求中详述的本发明的精神和范围。
Claims (6)
1.一种线性电压调整器电路，包括启动、偏置及基准源电路(3)、误差放大器(5)、反馈网络(4)和调整管，其特征在于：所述的调整管为级联结构调整管(2)，所述的级联结构调整管(2)一端与输入电压Vin相连，所述的启动、偏置及基准源电路(3)与误差放大器(5)相连，所述的误差放大器(5)与所述的级联结构调整管(2)和所述的反馈网络(4)相连接，所述的反馈网络(4)与所述的级联结构调整管(2)相连接，所述的反馈网络(4)的一端与输出电压端Vout相连接；
所述的级联结构调整管(2)包括两个调节管，所述的误差放大器(5)分别调制靠近输入电压端的调节管J1的源极和调制靠近输出端的调节管MP7的栅极。
2.根据权利要求1所述的线性电压调整器电路，其特征在于：所述的级联结构调整管(2)的两个调节管之间串联有一个或多个限流电阻。
3.根据权利要求2所述的线性电压调整器电路，其特征在于：所述的级联结构调整管(2)包括调节管J1、调节管MP7和限流电阻R5，所述的调节管J1的漏极与输入电压端Vin相连接，所述调节管J1的栅极与向调节管J1提供偏置的电阻R4相连，所述的调节管J1的源极与限流电阻R5的一端相连，所述的限流电阻R5的另一端与调节管MP7的源极、所述的启动、偏置及基准源电路(3)和误差放大器(5)相连，所述的调节管MP7的栅极与所述的误差放大器(5)相连，所述的调节管MP7的漏极与所述的反馈网络(4)相连。
4.根据权利要求3所述的线性电压调整器电路，其特征在于：所述的反馈网络包括电阻R6和电阻R7，所述的电阻R6的一端与级联结构调整管(2)中的调节管MP7的漏极相连，所述的电阻R6的另一端与电阻R7和所述的误差放大器(5)相连，所述的电阻R7的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的线性电压调整器电路，其特征在于：所述的误差放大器(5)包括第一级放大电路、第二级放大电路和补偿电容MNC2，所述的误差放大器(5)的第一级放大电路包括场效应管MN1、场效应管MN2、场效应管MN5，场效应管MP4和场效应管MP5，所述的场效应管MN1的栅极与所述的启动、偏置及基准源电路(3)相连，所述的场效应管MN2的栅极与所述的反馈网络(4)相连接，所述的场效应管MN1和场效应管MN2的源极与所述的场效应管MN5的漏极相连接，所述的场效应管MN5的源极接地，所述的场效应管MP4的源极和所述的场效应管MP5的源极与所述的级联结构调整管(2)的调节管MP7的源极相连接，所述场效应管MP4的栅极、所述的场效应管MP5的栅极和场效应管MP5的漏极和所述的场效应管MN2的漏极相连接，所述的场效应管MP4的漏极与场效应管MN1的漏极相连接，所述的误差放大器(5)的第二级放大电路包括场效应管M15，所述的场效应管M15的漏极与所述的级联结构调整管(2)的调节管MP7的源极相连，所述的场效应管M15的栅极与场效应管MP4的漏极相连，所述的补偿电容MNC2的一端与场效应管M15的栅极相连，所述的补偿电容MNC2的其他端接地。
6.根据权利要求5所述的线性电压调整器电路，其特征在于：所述的误差放大器(5)还包括场效应管MP6、场效应管MN6、晶体管Q3和晶体管Q4、所述的场效应管MP6、场效应管MN6、晶体管Q3、晶体管Q4和场效应管M15组成缓冲电路，所述的场效应管M15的源极与所述的场效应管MN6的漏极和晶体管Q3的基极相连，所述的场效应管MN6的源极和所述的晶体管Q3的集电极相连并接地，所述的晶体管Q3的发射极和晶体管Q4的基极和集电极相连，所述的晶体管Q4的发射极和所述的场效应管MP6的漏极和所述的级联结构调整管(2)中的场效应管MP7的栅极相连，所述的场效应管MP6的源极和所述的级联结构调整管(2)中的场效应管MP7的源极相连，场效应管MP6和场效应管MN6的栅极分别连接启动、偏置及基准源电路(3)。
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