CN106959722B - 一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块 - Google Patents

一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及模拟电路技术领域，尤其涉及的是一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块。本发明中的一种带有补偿回路的基准电压电路，包括启动电路和基准电压产生电路。本发明在传统基准电压电路的基础上，通过增加补偿回路，降低了输出电压的温度系数，并且具有较高的电源抑制比。本发明还提供了一种电源模块，可用于将输入的交流电转化为稳定的直流电压输出。

Description

一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块
技术领域
本发明涉及模拟电路技术领域，尤其涉及的是一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块。
背景技术
基准电压产生电路是模拟电路设计、混合信号电路设计以及数字设计中的基本模块单元，它的作用是为系统提供一个不随温度及供电电压变化的基准电压。在基准电压产生电路中，温度系数(TC，Temperature Coefficient)和电源抑制比(PSRR，Power SupplyRejection Ratio)这两个参数对电源性能的好坏起着决定性的作用，高精度、低功耗、高电源抑制比、低温度系数的基准电压产生电路对于整个电路来说至关重要。传统的带隙基准电压通过将两个具有正负温度系数的电压进行线性叠加即可得到零温度系数的基准电压。两个双极型三极管的基极-发射极电压的差值是与绝对温度成正比的，双极晶体管的基极-发射极电压具有负温度系数性质，利用这两种不同性质的电压配以一定的比例得到与温度变化无关的基准电压。由于传统的基准电压产生电路只进行线性补偿，精度差，在温度范围变化较大时，产生的电压通常不太理想，尤其是在一些对电压精度要求比较高的电路中，线性补偿后产生的电压远远不能满足要求。基于此，本发明提供了一种具有更高精度、更高PSRR的低温度系数基准电压产生电路。另外，本发明还提供了一种电源模块，可用于将输入交流电转化为稳定的直流电压输出。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有基准电压产生电路电源抑制比低、温度系数大的问题，提供了一种更高精度、高电源抑制比和低温度系数的基准电压电路及电源模块。
本发明提供了一种带有补偿回路的基准电压电路，包括启动电路和基准电压产生电路；所述启动电路包括：第十二MOS管M12，第十三MOS管M13，第十四MOS管M14，第十五MOS管M15，第十六MOS管M16，第二电容C2，第十七MOS管M17；其中，第十七MOS管M17、第十二MOS管M12的源极连接电压Vdd，第十七MOS管M17的栅极接地，第十七MOS管M17的漏极连接第十三MOS管M13的漏极以及第十五MOS管M15的栅极，第十三MOS管M13的源极接地，第十二MOS管M12的栅极连接第二电容C2的第一端、第十五MOS管M15的漏极以及第十六MOS管M16的栅极，第二电容C2的第二端连接电压Vdd，第十二MOS管M12的漏极连接第十四MOS管M14的漏极并连接第十四MOS管M14的栅极以及第十三MOS管M13的栅极，第十四MOS管M14的源极接地，第十五MOS管M15的源极接地，第十六MOS管M16的源极连接电压Vdd，第十六MOS管M16的漏极作为启动电路的输出。所述基准电压产生电路包括：第一MOS管M1，第二MOS管M2，第三MOS管M3，第四MOS管M4，第五MOS管M5，第六MOS管M6，第七MOS管M7，第八MOS管M8，第九MOS管M9，第十MOS管M10，第十一MOS管M11，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，第一电容C1，第一三极管Q1，第二三极管Q2，第三三极管Q3；其中，第一MOS管M1、第三MOS管M3、第五MOS管M5的源极连接启动电路的输出端即第十六MOS管M16的漏极，第一MOS管M1的栅极连接第一MOS管M1的漏极、第二MOS管M2的源极以及第三MOS管M3和第五MOS管M5的栅极，第二MOS管M2的栅极连接第四MOS管M4、第六MOS管M6的栅极，第三MOS管M3的漏极连接第四MOS管M4的源极，第五MOS管M5的漏极连接第六MOS管M6的源极，第二MOS管M2的漏极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接地，第四MOS管M4的漏极连接第七MOS管M7、第八MOS管M8的源极，第七MOS管M7、第八MOS管M8的漏极分别连接第九MOS管M9、第十MOS管M10的漏极，第九MOS管M9、第十MOS管M10的源极接地，第九MOS管M9、第十MOS管M10的栅极相连并连接第九MOS管M9的漏极，第七MOS管M7的栅极连接第二电阻R2的第一端和第六电阻R6的第一端，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端，第三电阻R3的第二端连接第六MOS管M6的漏极和第三三极管Q3的集电极，第四电阻R4的第二端连接第八MOS管M8的栅极和第一三极管Q1的发射极，第一三极管Q1的集电极和基极接地，第六电阻R6的第二端连接第三三极管Q3的基极和第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端连接第二三极管Q2的发射极，第二三极管Q2的集电极和基极接地，第三三极管Q3的发射极连接电阻第八电阻R8的第一端，电阻第八电阻R8的第二端接地，第十一MOS管M11的栅极连接第八MOS管M8的漏极和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端连接第十一MOS管M11的漏极和第六MOS管M6的漏极，第十一MOS管M11的源极接地，第六MOS管M6的漏极电压VREF即为输出电压。所述第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第十七MOS管M17、第十二MOS管M12、第十六MOS管M16为PMOS管，所述第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15为NMOS管。所述第一三极管Q1、第二三极管Q2为PNP管，所述第三三极管Q3为NPN管。
当电路启动时，由于第十一MOS管M11的栅极接地，直接导通，因此第十五MOS管M15的栅极电压升高，从而第十五MOS管M15和第十六MOS管M16导通，电路开始正常工作。这时第十二MOS管M12的栅极电压被拉低至低电平，第十二MOS管M12导通，从而第十三MOS管M13、第十四MOS管M14的栅极电压上升，第十三MOS管M13和第十四MOS管M14导通；由于第十三MOS管M13的分压作用，第十五MOS管M15的栅极电压缓慢下降，通过合理设置两个MOS管的宽长比，控制第十五MOS管M15的栅极稳定时的电压小于第十五MOS管M15的开启电压，从而第十五MOS管M15关断，启动电路关闭，基准电压产生电路正常工作。第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6构成了三路电流镜，第三三极管Q3和第八电阻R8构成补偿回路，第三三极管Q3的基极电压可通过合理配置电阻的比例进行控制。当温度上升时，流过第三三极管Q3的集电极和发射极的电流增大，第八电阻R8上端电压升高使基极电压受第二三极管Q2负温度系数的影响而减小，导致基极电流减小，使得集电极电流随温度升高而增大的部分被基极电流减小的部分抵消，设置第一电容C1可进一步稳定输出电压VREF。
本发明还提供了一种电源模块，所述电源模块包括所述的一种带有补偿回路的基准电压电路，还包括整流电路、滤波器电路，所述整流电路连接滤波器电路，所述滤波器电路连接基准电压电路，所述基准电压电路连接负载，所述整流电路用于将交流电输入转化为直流电，所述滤波器电路用于去除直流电压中的纹波和噪声，从而可以为负载提供更加稳定的输出电压。
本发明所提供的一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块，有效地解决了现有技术中基准电压产生电路精度差、温度系数高的问题，在传统基准电压电路的基础上，通过增加补偿回路，降低了输出电压的温度系数，并且具有较高的电源抑制比。本发明提供的一种电源模块，可用于将输入交流电转化为稳定的直流电压输出。
附图说明
图1为本发明提供的一种带有补偿回路的基准电压电路示意图。
图2为本发明提供的一种带有补偿回路的基准电压电路输出电压的温度特性曲线。
图3为本发明提供的一种电源模块的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种带有补偿回路的基准电压电路及电源模块，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如1图所示，一种带有补偿回路的基准电压电路，包括启动电路和基准电压产生电路；所述启动电路包括：第十二MOS管M12，第十三MOS管M13，第十四MOS管M14，第十五MOS管M15，第十六MOS管M16，第二电容C2，第十七MOS管M17；其中，第十七MOS管M17、第十二MOS管M12的源极连接电压Vdd，第十七MOS管M17的栅极接地，第十七MOS管M17的漏极连接第十三MOS管M13的漏极以及第十五MOS管M15的栅极，第十三MOS管M13的源极接地，第十二MOS管M12的栅极连接第二电容C2的第一端、第十五MOS管M15的漏极以及第十六MOS管M16的栅极，第二电容C2的第二端连接电压Vdd，第十二MOS管M12的漏极连接第十四MOS管M14的漏极并连接第十四MOS管M14的栅极以及第十三MOS管M13的栅极，第十四MOS管M14的源极接地，第十五MOS管M15的源极接地，第十六MOS管M16的源极连接电压Vdd，第十六MOS管M16的漏极作为启动电路的输出。所述基准电压产生电路包括：第一MOS管M1，第二MOS管M2，第三MOS管M3，第四MOS管M4，第五MOS管M5，第六MOS管M6，第七MOS管M7，第八MOS管M8，第九MOS管M9，第十MOS管M10，第十一MOS管M11，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，第一电容C1，第一三极管Q1，第二三极管Q2，第三三极管Q3；其中，第一MOS管M1、第三MOS管M3、第五MOS管M5的源极连接启动电路的输出端即第十六MOS管M16的漏极，第一MOS管M1的栅极连接第一MOS管M1的漏极、第二MOS管M2的源极以及第三MOS管M3和第五MOS管M5的栅极，第二MOS管M2的栅极连接第四MOS管M4、第六MOS管M6的栅极，第三MOS管M3的漏极连接第四MOS管M4的源极，第五MOS管M5的漏极连接第六MOS管M6的源极，第二MOS管M2的漏极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接地，第四MOS管M4的漏极连接第七MOS管M7、第八MOS管M8的源极，第七MOS管M7、第八MOS管M8的漏极分别连接第九MOS管M9、第十MOS管M10的漏极，第九MOS管M9、第十MOS管M10的源极接地，第九MOS管M9、第十MOS管M10的栅极相连并连接第九MOS管M9的漏极，第七MOS管M7的栅极连接第二电阻R2的第一端和第六电阻R6的第一端，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端，第三电阻R3的第二端连接第六MOS管M6的漏极和第三三极管Q3的集电极，第四电阻R4的第二端连接第八MOS管M8的栅极和第一三极管Q1的发射极，第一三极管Q1的集电极和基极接地，第六电阻R6的第二端连接第三三极管Q3的基极和第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端连接第二三极管Q2的发射极，第二三极管Q2的集电极和基极接地，第三三极管Q3的发射极连接电阻第八电阻R8的第一端，电阻第八电阻R8的第二端接地，第十一MOS管M11的栅极连接第八MOS管M8的漏极和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端连接第十一MOS管M11的漏极和第六MOS管M6的漏极，第十一MOS管M11的源极接地，第六MOS管M6的漏极电压VREF即为输出电压。所述第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第十七MOS管M17、第十二MOS管M12、第十六MOS管M16为PMOS管，所述第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15为NMOS管。所述第一三极管Q1、第二三极管Q2为PNP管，所述第三三极管Q3为NPN管。
当电路启动时，由于第十一MOS管M11的栅极接地，直接导通，因此第十五MOS管M15的栅极电压升高，从而第十五MOS管M15和第十六MOS管M16导通，电路开始正常工作。这时第十二MOS管M12的栅极电压被拉低至低电平，第十二MOS管M12导通，从而第十三MOS管M13、第十四MOS管M14的栅极电压上升，第十三MOS管M13和第十四MOS管M14导通；由于第十三MOS管M13的分压作用，第十五MOS管M15的栅极电压缓慢下降，通过合理设置两个MOS管的宽长比，控制第十五MOS管M15的栅极稳定时的电压小于第十五MOS管M15的开启电压，从而第十五MOS管M15关断，启动电路关闭，基准电压产生电路正常工作。第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6构成了三路电流镜，第三三极管Q3和第八电阻R8构成补偿回路，第三三极管Q3的基极电压可通过合理配置电阻的比例进行控制。当温度上升时，流过第三三极管Q3的集电极和发射极的电流增大，第八电阻R8上端电压升高使基极电压受第二三极管Q2负温度系数的影响而减小，导致基极电流减小，使得集电极电流随温度升高而增大的部分被基极电流减小的部分抵消，设置第一电容C1可进一步稳定输出电压VREF。
仿真结果显示，本发明的基准电压产生电路具有更低的温度系数和更高的电源抑制比，其中，输出电压的温度特性曲线如图2所示。
如图3所示，本发明还提供了一种电源模块，所述电源模块包括所述的一种带有补偿回路的基准电压电路，还包括整流电路、滤波器电路，所述整流电路连接滤波器电路，所述滤波器电路连接基准电压电路，所述基准电压电路连接负载，所述整流电路用于将交流电输入转化为直流电，所述滤波器电路用于去除直流电压中的纹波和噪声，从而可以为负载提供更加稳定的输出电压。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种带有补偿回路的基准电压电路，包括启动电路和基准电压产生电路；其特征在于，所述启动电路包括：第十二MOS管M12，第十三MOS管M13，第十四MOS管M14，第十五MOS管M15，第十六MOS管M16，第二电容C2，第十七MOS管M17；其中，第十七MOS管M17、第十二MOS管M12的源极连接电压Vdd，第十七MOS管M17的栅极接地，第十七MOS管M17的漏极连接第十三MOS管M13的漏极以及第十五MOS管M15的栅极，第十三MOS管M13的源极接地，第十二MOS管M12的栅极连接第二电容C2的第一端、第十五MOS管M15的漏极以及第十六MOS管M16的栅极，第二电容C2的第二端连接电压Vdd，第十二MOS管M12的漏极连接第十四MOS管M14的漏极并连接第十四MOS管M14的栅极以及第十三MOS管M13的栅极，第十四MOS管M14的源极接地，第十五MOS管M15的源极接地，第十六MOS管M16的源极连接电压Vdd，第十六MOS管M16的漏极作为启动电路的输出；所述基准电压产生电路包括：第一MOS管M1，第二MOS管M2，第三MOS管M3，第四MOS管M4，第五MOS管M5，第六MOS管M6，第七MOS管M7，第八MOS管M8，第九MOS管M9，第十MOS管M10，第十一MOS管M11，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，第一电容C1，第一三极管Q1，第二三极管Q2，第三三极管Q3；其中，第一MOS管M1、第三MOS管M3、第五MOS管M5的源极连接启动电路的输出端即第十六MOS管M16的漏极，第一MOS管M1的栅极连接第一MOS管M1的漏极、第二MOS管M2的源极以及第三MOS管M3和第五MOS管M5的栅极，第二MOS管M2的栅极连接第四MOS管M4、第六MOS管M6的栅极，第三MOS管M3的漏极连接第四MOS管M4的源极，第五MOS管M5的漏极连接第六MOS管M6的源极，第二MOS管M2的漏极连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接地，第四MOS管M4的漏极连接第七MOS管M7、第八MOS管M8的源极，第七MOS管M7、第八MOS管M8的漏极分别连接第九MOS管M9、第十MOS管M10的漏极，第九MOS管M9、第十MOS管M10的源极接地，第九MOS管M9、第十MOS管M10的栅极相连并连接第九MOS管M9的漏极，第七MOS管M7的栅极连接第二电阻R2的第一端和第六电阻R6的第一端，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端，第三电阻R3的第二端连接第六MOS管M6的漏极和第三三极管Q3的集电极，第四电阻R4的第二端连接第八MOS管M8的栅极和第一三极管Q1的发射极，第一三极管Q1的集电极和基极接地，第六电阻R6的第二端连接第三三极管Q3的基极和第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端连接第二三极管Q2的发射极，第二三极管Q2的集电极和基极接地，第三三极管Q3的发射极连接电阻第八电阻R8的第一端，电阻第八电阻R8的第二端接地，第十一MOS管M11的栅极连接第八MOS管M8的漏极和第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端连接第十一MOS管M11的漏极和第六MOS管M6的漏极，第十一MOS管M11的源极接地，第六MOS管M6的漏极电压VREF即为输出电压。
2.如权利要求1所述的一种带有补偿回路的基准电压电路，其特征在于，所述第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第十七MOS管M17、第十二MOS管M12、第十六MOS管M16为PMOS管，所述第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15为NMOS管。
3.如权利要求1所述的一种带有补偿回路的基准电压电路，其特征在于，所述第一三极管Q1、第二三极管Q2为PNP管，所述第三三极管Q3为NPN管。
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