CN102681587A

CN102681587A - 低温漂移基准电压和基准电流产生电路

Info

Publication number: CN102681587A
Application number: CN2012101632457A
Authority: CN
Inventors: 姚素英; 付园园; 徐江涛; 高静; 史再峰; 聂凯明
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明涉及模拟集成电路领域。为提供一种低温漂移的基准电压和基准电流产生电路，本发明采取的技术方案是，低温漂移基准电压和基准电流产生电路，由正温度系数电流产生电路及负温度系数电流产生电路构成，正温度系数电流产生电路设置有三极管Q1、Q2、Q3、Q4，Q5，三极管Q1、Q2基极相连并连接到三极管Q1集电极，三极管Q1的发射极分别连接三极管Q3的基极、三极管Q4的集电极，三极管Q2的发射极分别连接三极管Q4的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q3、Q4发射极经电阻R1相连，三极管Q4发射极接地，三极管Q1、Q2的集电极分别为输入端、输出端。本发明主要应用于制造基准电压和基准电流。

Description

低温漂移基准电压和基准电流产生电路

技术领域

本发明涉及模拟集成电路领域，尤其涉及设计受温度影响很小的基准电压和基准电流产生电路，具体讲，涉及低温漂移基准电压和基准电流产生电路。

背景技术

随着各种类型供电系统技术水平的提高，各种谐波对电网的污染也变得日益严重，PFC技术成为电源管理IC研究的重要方向之一。

基准电压源和基准电流源是PFC中不可或缺的组成部分。PFC芯片中供电电压为12V，需要通过基准电压和基准电流产生用于充当内部电源的低压直流电压。同时基准电压源关系到芯片中比较器的工作状态、输出电压；基准电流源为PFC各个模块提供电流，其性能对比较器、锯齿波的时钟频率、误差放大器等的工作状态有很大的影响。

传统的电压、电流基准电路多采用带隙基准单元，带隙基准单元中的运放不可避免存在失调，且电路结构比较复杂，功耗大。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种低温漂移的基准电压和基准电流产生电路，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，低温漂移基准电压和基准电流产生电路，由正温度系数电流产生电路及负温度系数电流产生电路构成，正温度系数电流产生电路设置有三极管Q1、Q2、Q3、Q4，三极管Q1、Q2基极相连并连接到三极管Q1集电极，三极管Q1的发射极分别连接三极管Q3的基极、三极管Q4的集电极，三极管Q2的发射极分别连接三极管Q4的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q3、Q4发射极经电阻R1相连，三极管Q4发射极接地，三极管Q1、Q2的集电极分别为输入端、输出端；负温度系数电流产生电路结构为：三极管Q5的发射极经电阻R2接地，三极管Q5的基极、集电极分别为输入端、输出端；正负温度系数两种电流叠加实现零温度系数电流。

正负温度系数两种电流是分别各自对应通过宽长比为1∶K₁、1∶K₂的一组镜像的PMOS管后，进行电流叠加实现零温度系数电流。

零温度系数电流经电阻分压实现基准电压输出。

本发明的技术特点及效果：

本发明通过6个三极管实现了PTAT电流的产生，通过一个三极管与电阻生成了负温度系数电流，通过叠加实现零温度系数电流。产生的零温度系数电流通过电阻得到电压值各异的基准电压，以用于PFC各个比较器以及其它模块。本发明提出的基准电压/电流的产生电路成功实现了低温漂移。

附图说明

图1基准电路结构框图。

图2PTAT电流产生电路。

图3负温度系数电流产生电路。

图4基准电流产生电路。

图5基准电压产生电路。

具体实施方式

图1为本发明基准电路的结构框图，通过正负温度系数电流的叠加，实现零温度系数电流，即实现低温度漂移。电路结构简单，实现了低温度漂移。图2为PTAT电流产生电路，本发明通过6个三极管实现PTAT电流的产生。图3为负温度系数电流产生电路，该图通过一个三极管与电阻生成负温度系数电流。图4为零温度系数电流产生电路，该电路通过图2-1、图3产生的正负温度系数两种电流叠加实现零温度系数电流。图5为基准电压产生电路，图4生的零温度系数电流通过电阻得到电压值各异的基准电压，以用于PFC各个比较器以及其它模块。

本发明采用6个三极管实现PTAT电流的产生，通过一个三极管与电阻生成负温度系数电流，通过叠加实现零温度系数电流。产生的零温度系数电流通过电阻得到电压值各异的基准电压，以用于PFC各个比较器以及其它模块。

图2中，三极管Q2、Q4的尺寸完全相同，Q1、Q3管由两个与Q2、Q4尺寸完全相同的NPN三极管并联而成，共6个三极管；图3中，Q5极管尺寸与Q2、Q4尺寸完全相同。V_BE为三极管的基极-发射极电压，V_BE＝V_Tln(I_c/I_s)。其中热电压V_T＝KT/q∝T，K为玻尔兹曼常数1.380×10^-23J/K，T为温度，q为电子电量1.602×10^-19C，I_c为三极管的集电极电流，I_s为饱和电流，I_s正比于

μ为少数载流子迁移率，

为硅的本征载流子浓度，通过得出V_BE具有负温度系数。V_BE1～V_BE5分别为Q1～Q5的三极管的基极-发射极电压，V_B1～V_B5分别为Q1～Q5管的基极电压，V_E1～V_E5分别为Q1～Q5管的发射极电压。I_o、I₁、I₃分别为Q2、Q3支路，Q1、Q4支路及Q5、R2支路上的电流。

由图2可知，V_BE4-V_BE1＝V_Tln(I₁/I_s)-V_Tln(I₁/2I_s)＝V_Tln2

则V_BE4＝V_B4＝V_E2＝V_Tln2+V_BE1

得出V_BE2＝V_B1-V_B4＝V_B1-V_Tln2-V_BE1＝V_E1-V_Tln2 (1)

又V_BE2-V_BE3＝V_Tln(I₀/I_s)-V_Tln(I₀/2I_s)＝V_Tln2

得出V_BE2＝V_Tln2+V_BE3＝V_Tln2+V_B3-I₀R₁＝V_Tln2+V_E1-I₀R₁ (2)

由(1)(2)得到V_E1-V_Tln2＝V_Tln2+V_E1-I₀R₁

则I₀R₁＝2V_Tln2，I₀＝2V_Tln2/R₁。又V_T＝KT/q，则I₀与温度成正比，实现了PTAT电流的产生。R₁～R₃分别为电阻R1～R3的阻值。

由图2可知，ibias节点处的电压为V_BE4+V_BE2，则图3中，I₃＝(V_BE4+V_BE2-V_BE5)/R₃＝V_BE/R₃，与温度成反比，实现了负温度系数电流的产生。

I₂为I_o通过电流镜像得到的电流，I₄为I₃通过电流镜像得到的电流，I_out为输出电流。设图4中PMOS管P1、P2以及P3、P4的宽长比之比为1∶K₁，P5、P6以及P7、P8的宽长比之比为1∶K₂。则图4中，I₂＝K₁I₀＝K₁2V_Tln2/R₁，I₄＝K₂I₃＝K₂V_BE/R₂，得到I_out＝I₂+I₄＝K₁2V_Tln2/R₁+K₂V_BE/R₂ (3)

式(3)中I_oit前一项具有正温度系数，后一项与温度成反比，通过设置K₁、K₂、R₁、R₂实现零温度系数电流。选择K₁＝K₂＝2。

图5中，通过基准电流与电阻的乘积实现基准电压，得出输出的基准电压V_ref＝I_out(r₁+r₂+...r_n)，通过电阻r1～rn得到的电压值各异的基准电压V_ref1～V_refn分别为：V_ref1＝I_out(r₂+...r_n).......V_refn＝I_out×r_n。r₁～r_n分别为电阻r1～rn的阻值。

通过设置r₁、r₂......r_n实现电压各异的基准电压，以用于PFC各个比较器以及其它模块。

Claims

1.一种低温漂移基准电压和基准电流产生电路，其特征是，由正温度系数电流产生电路及负温度系数电流产生电路构成，正温度系数电流产生电路设置有三极管Q1、Q2、Q3、Q4，三极管Q1、Q2基极相连并连接到三极管Q1集电极，三极管Q1的发射极分别连接三极管Q3的基极、三极管Q4的集电极，三极管Q2的发射极分别连接三极管Q4的基极、三极管Q3的集电极，三极管Q3、Q4发射极经电阻R1相连，三极管Q4发射极接地，三极管Q1、Q2的集电极分别为输入端、输出端；负温度系数电流产生电路结构为：三极管Q5的发射极经电阻R2接地，三极管Q5的基极、集电极分别为输入端、输出端；正负温度系数两种电流叠加实现零温度系数电流。

2.如权利要求1所述的低温漂移基准电压和基准电流产生电路，正负温度系数两种电流是分别各自对应通过宽长比为1∶K₁、1∶K₂的一组镜像的PMOS管后，进行电流叠加实现零温度系数电流。

3.如权利要求1所述的低温漂移基准电压和基准电流产生电路，其特征是，零温度系数电流经电阻分压实现基准电压输出。