CN105549675B - 一种温度调节放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度调节放大电路，包括顺次连接的温度基准模块、跨导模块以及放大模块，其中，温度基准模块具备第一输出端和第二输出端，分别用于输出基准电压和负温度系数电压，跨导模块的第一输入端与第二输入端分别与温度基准模块的第一输出端和第二输出端相连接，跨导模块用于将基准电压和负温度系数电压转化为第一调节电流并输出；放大模块用于当温度低于或等于阈值点时，放大模块正常放大，当温度高于阈值点时，放大模块产生一个随温度变化的失调电压，使放大电压处于平衡值。

Description

一种温度调节放大电路

技术领域

本发明涉及一种温度调节放大电路。

背景技术

众所周知，在电源驱动电路中，需要一个放大电路，将检测输出得到的反馈电压与控制芯片参考电压之间的误差放大，放大后的信号经过环路补偿控制，最终维持电源驱动输出符合设计值。对于传统的电源驱动电路，有些应用需要在系统温度升高的情况下，自动降低系统输出功率，以避免系统温度进一步上升。

现有的技术方案是将控制芯片的参考电压设计成具有随温度变化的特性，当温度超过一个阈值点时，参考电压随温度升高而下降。这种方案会受到几方面的限制，一是芯片参考电压变化会对芯片其他电路模块也会造成影响，二是电路参数的偏差会引起参考电压在温度到达阈值点附近突变，三是温度高于阈值点后参考电压的温度系数不容易控制，因此，现有的开关电源控制电路已越来越不能满足用户的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种温度调节放大电路，包括顺次连接的温度基准模块、跨导模块以及放大模块，其中，

所述温度基准模块具备第一输出端和第二输出端，分别用于输出基准电压和负温度系数电压，第一晶体管的源极连接外部电源，漏极通过第一电阻接地，栅极连接至第一偏置电压；第二晶体管的源极连接外部电源，栅极连接至第一偏置电压，漏极通过正向连接的二极管接地，所述第一晶体管的漏极连接至所述第一输出端，所述第二晶体管的漏极连接至所述第二输出端；

所述跨导模块的第一输入端与第二输入端分别与所述温度基准模块的第一输出端和第二输出端相连接，所述跨导模块用于将所述基准电压和所述负温度系数电压转化为第一调节电流并输出；

所述放大模块具备三个输入端，其中第一输入端用于接受一反馈电压，第二输入端用于接受一参考电压，第三输入端与所述跨导模块的输出端相连接，用于接受所述第一调节电流，所述放大模块包括第十二晶体管，所述第十二晶体管的源极与外部电源相连接，栅极连接第三偏置电压；第十三晶体管的源极与所述第十二晶体管的漏极相连接，栅极作为所述放大模块的第一输入端，漏极作为所述放大模块的第三输入端，第十四晶体管的源极与所述第十二晶体管的漏极相连接，栅极作为所述放大模块的第二输入端，漏极作为所述放大模块的输出端；第十五晶体管的漏极与所述第十三晶体管的漏极相连接，栅极连接第四偏置电压，源极接地；第十六晶体管的漏极与所述第十四晶体管的漏极相连接，栅极连接第四偏置电压，源极接地。

优选的，所述跨导模块具备：

第三晶体管，所述第三晶体管的源极连接外部电源，栅极连接第二偏置电压；

第四晶体管，所述第四晶体管的源极连接外部电源，栅极连接第二偏置电压；

第五晶体管，所述第五晶体管的源极与所述第三晶体管的漏极相连接，栅极作为所述跨导模块的第二输入端；

第六晶体管，所述第六晶体管的的源极与所述第三晶体管的漏极相连接，栅极作为所述跨导模块的第一输入端；

第七晶体管，所述第七晶体管的漏极与所述第五晶体管的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；

第八晶体管，所述第八晶体管的漏极与所述第六晶体管的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；

第九晶体管，所述第九晶体管的漏极与第四晶体管的漏极相连接，栅极与所述第八晶体管的栅极相连接，源极接地；

第十晶体管，所述第十晶体管的漏极与所述第九晶体管的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；

第十一晶体管，所述第十一晶体管的栅极与所述第十晶体管的栅极相连接，源极接地，漏极作为所述跨导模块的输出端。

优选的，所述第一晶体管、第二晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管以及所述第十四晶体管均为PMOS管，所述第十五晶体管、第十六晶体管均为NMOS管。

优选的，所述第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管均为PMOS管，所述第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管均为NMOS管。

本发明的种温度调节放大电路，该电路不需要芯片参考电压随温度变化，避免影响到其他电路模块，通过对放大模块输入一路随温度变化的调节电流，使放大电路的失调电压随温度连续可控地变化，从而随温度来调节系统的反馈电压与控制芯片参考电压之间的误差放大关系，最终实现在环境温度升高的情况下，自动降低系统输出功率的目的。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本发明的温度调节放大电路包括顺次连接的温度基准模块101、跨导模块102以及放大模块103。

温度基准模块101具体包括：第一晶体管M1和第二晶体管M2，第一晶体管M1的源极连接至外接电源，栅极连接至第一偏置电压Vb1，漏极通过第一电阻R1接地，第二晶体管M2的源极连接外接电源，漏极通过正向连接的第一二极管D1接地，栅极连接至第一偏置电压Vb1。第一晶体管M1的漏极作为温度基准模块101的第一输出端，用于输出基准电压VR，第二晶体管M2的漏极作为温度基准模块101的第二输出端，用于输出一负温度系数电压VD，第一晶体管M1与第二晶体管M2均为PMOS管。

跨导模块102具体包括：第三晶体管M3，源极连接外部电源，栅极连接第二偏置电压Vb2，第四晶体管M4的源极连接外部电源，栅极连接第二偏置电压Vb2。

第五晶体管M5的源极与第三晶体管M3的漏极相连接，栅极作为跨导模块102的第二输入端，与温度基准模块的第二输出端相连接，用于接受负温度系数电压VD。

第六晶体管M6的源极与第三晶体管M3的漏极相连接，其栅极作为跨导模块102的第一输入端，与温度基准模块的第一输出端相连接，用于接受基准电压VR。

第七晶体管M7的漏极与第五晶体管M5的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；第八晶体管M8的漏极与第六晶体管M6的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地。

第九晶体管M9的漏极与第四晶体管M4的漏极相连接，栅极与第八晶体管M8的栅极相连接，源极接地。

第十晶体管M10的漏极与第九晶体管M9的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地。

第十一晶体管M11的栅极与第十晶体管M10的栅极相连接，源极接地，漏极作为跨导模块102的输出端，输出调节电流Iadj。

第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6均为PMOS管，第七晶体管M7、第八晶体管M8、第九晶体管M9、第十晶体管M10和第十一晶体管M11均为NMOS管。

放大模块103具体包括以下器件：

第十二晶体管M12的源极连接外部电源，栅极连接第三偏置电压Vb3。

第十三晶体管M13的源极与第十二晶体管M12的漏极相连接，栅极作为放大模块103的第一输入端接收反馈电压Vfb，其漏极作为放大模块103的第三输入端接，与跨导模块102的输出端相连接，收调节电流Iadj。

第十四晶体管M14的源极与第十二晶体管M12的漏极相连接，其栅极作为放大模块103的第二输入端接收参考电压Vref，漏极作为放大模块103的输出端，输出放大后的电压Vout。

第十五晶体管M15的漏极与第十三晶体管M13的漏极相连接，栅极连接第四偏置电压Vb4，源极接地。

第十六晶体管M16的源极接地，栅极连接连接第四偏置电压Vb4，漏极与第十四晶体管M14的漏极相连接。

第十二晶体管M12、第十三晶体管M13和第十四晶体管M14均为PMOS管，第十五晶体管M15和第十六晶体管M16均为NMOS管。

以下对本发明的放大电路的工作原理进行说明。

温度基准模块101中，第二晶体管M2的漏极电流流过第一二极管D1，由二极管的电流特性可知，二极管两端正向导通压降具有稳定的负温度系数，因此得到负温度系数电压VD。

第一晶体管M1的漏极电流流过第一电阻R1，得到基准电压VR。第一偏置电压Vb1可以由芯片的带隙基准电路产生，以精确控制基准电压VR的温度系数，基准电压VR可以是零温度系数或正温度系数。

通过设计第一晶体管M1、第二晶体管M2的宽长比，第一电阻R1的阻值，以及第一二极管D1的面积，可以精确控制当温度等于阈值点时，基准电压VR与负温度系数电压VD相等，当温度高于阈值点时，负温度系数电压VD低于基准电压VR。

跨导模块102中，第五晶体管M5和第六晶体管M6构成跨导输入差分对，第三晶体管M3为跨导输入差分对提供偏置电流，第七晶体管M7和第八晶体管M8构成跨导输入差分对的负载。基准电压VR与负温度系数电压VD的差值，乘以第五晶体管M5和第六晶体管M6的跨导，就是第八晶体管M8的电流变化量。第四晶体管M4的电流是跨导输入差分对偏置电流固定比例的放大，也就是第八晶体管M8偏置电流固定比例的放大。而第九晶体管M9的电流是第八晶体管M8电流固定比例的放大，因此，当第八晶体管M8电流的变化量为负值时，第十晶体管M10的电流与第八晶体管M8的电流变化量成固定比例，再通过第十一晶体管M11镜像输出调节电流Iadj。

因此，跨导模块将基准电压VR与负温度系数电压VD的差值转化为调节电流Iadj输出。当温度低于或等于阈值点时，负温度系数电压VD高于基准电压VR，调节电流Iadj为零，不会对后续放大模块103产生任何影响。当温度高于阈值点时，负温度系数电压VD低于基准电压VR，两个电压的差值乘以第五晶体管M5和第六晶体管M6的跨导，再按照固定比例的镜像放大就得到调节电流Iadj输出。

放大模块103中，第十三晶体管M13和第十四晶体管M14构成放大输入差分对，第十二晶体管M12为放大输入差分对提供偏置电流，第十五晶体管和第十六晶体管作为放大输入差分对的负载。

当温度低于或等于阈值点时，调节电流Iadj为零，放大模块103是完全对称的结构，不存在失调电压，在反馈电压Vfb与参考电压Vref相等时，放大模块103达到平衡状态，放大电压Vout处于平衡值。当温度高于阈值点时，调节电流Iadj随温度升高而增加，Iadj除以第十三晶体管M13的跨导得到一失调电压，使得反馈电压Vfb加上该失调电压之后与参考电压Vref相等时，放大模块103才达到平衡状态，放大电压Vout处于平衡值。最终效果体现为系统输出功率随温度下降。

也就是说，当温度低于或等于阈值点时，放大模块103正常放大，当温度高于阈值点时，放大模块103产生一个随温度变化的失调电压，该失调电压的温度系数由基准电压VR的温度系数、负温度系数电压VD的温度系数，以及跨导模块102中的比例系数设计决定。采用这种方式，就可以灵活控制系统输出功率的温度特性，并且不会在温度阈值点附近造成系统输出功率突变。

本发明一种温度调节放大电路，不需要芯片参考电压随温度变化，通过对放大模块输入一路随温度变化的调节电流，使放大电路的失调电压随温度连续可控地变化，从而随温度调节系统的反馈电压与控制芯片参考电压之间的误差放大关系，最终实现在环境温度升高的情况下，自动降低系统输出功率的目的。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种温度调节放大电路，其特征在于，包括顺次连接的温度基准模块、跨导模块以及放大模块，其中，

所述温度基准模块具备第一输出端和第二输出端，分别用于输出基准电压和负温度系数电压，第一晶体管的源极连接外部电源，漏极通过第一电阻接地，栅极连接至第一偏置电压；第二晶体管的源极连接外部电源，栅极连接至第一偏置电压，漏极通过正向连接的二极管接地，所述第一晶体管的漏极连接至所述第一输出端，所述第二晶体管的漏极连接至所述第二输出端；

所述跨导模块的第一输入端与第二输入端分别与所述温度基准模块的第一输出端和第二输出端相连接，所述跨导模块用于将所述基准电压和所述负温度系数电压转化为第一调节电流并输出；

所述放大模块具备三个输入端，其中第一输入端用于接受一反馈电压，第二输入端用于接受一参考电压，第三输入端与所述跨导模块的输出端相连接，用于接受所述第一调节电流，所述放大模块包括第十二晶体管，所述第十二晶体管的源极与外部电源相连接，栅极连接第三偏置电压；第十三晶体管的源极与所述第十二晶体管的漏极相连接，栅极作为所述放大模块的第一输入端，漏极作为所述放大模块的第三输入端，第十四晶体管的源极与所述第十二晶体管的漏极相连接，栅极作为所述放大模块的第二输入端，漏极作为所述放大模块的输出端；第十五晶体管的漏极与所述第十三晶体管的漏极相连接，栅极连接第四偏置电压，源极接地；第十六晶体管的漏极与所述第十四晶体管的漏极相连接，栅极连接第四偏置电压，源极接地。

2.如权利要求1所述的温度调节放大电路，其特征在于，所述跨导模块具备：

第三晶体管，所述第三晶体管的源极连接外部电源，栅极连接第二偏置电压；

第四晶体管，所述第四晶体管的源极连接外部电源，栅极连接第二偏置电压；

第五晶体管，所述第五晶体管的源极与所述第三晶体管的漏极相连接，栅极作为所述跨导模块的第二输入端；

第六晶体管，所述第六晶体管的源极与所述第三晶体管的漏极相连接，栅极作为所述跨导模块的第一输入端；

第七晶体管，所述第七晶体管的漏极与所述第五晶体管的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；

第八晶体管，所述第八晶体管的漏极与所述第六晶体管的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；

第九晶体管，所述第九晶体管的漏极与第四晶体管的漏极相连接，栅极与所述第八晶体管的栅极相连接，源极接地；

第十晶体管，所述第十晶体管的漏极与所述第九晶体管的漏极相连接，栅极与漏极短接，源极接地；

第十一晶体管，所述第十一晶体管的栅极与所述第十晶体管的栅极相连接，源极接地，漏极作为所述跨导模块的输出端。

3.如权利要求1所述的温度调节放大电路，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第十二晶体管、第十三晶体管、以及所述第十四晶体管均为PMOS管，所述第十五晶体管、第十六晶体管均为NMOS管。

4.如权利要求2所述的温度调节放大电路，其特征在于，所述第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管均为PMOS管，所述第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管均为NMOS管。