CN107562116A

CN107562116A - 一种电源电压产生电路

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Publication number: CN107562116A
Application number: CN201710779688.1A
Authority: CN
Inventors: 李华锋; 陈朝勇
Original assignee: Fujian Fuxin Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Fujian Fuxin Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明提供一种电源电压产生电路，所述电源电压产生电路包括启动电路、电流偏置电路、带隙基准电路、电压钳位电路；所述启动电路用于外接输入电压，输出启动电流；所述电流偏置电路用于接入启动电流，对启动电流进行偏置，并至少输出两个偏置电压；所述带隙基准电路用于接入启动电流，产生带隙基准电压；所述电压钳位电路接入两个偏置电压、接入带隙基准电压，电压钳位电路用于根据两个偏置电压对带隙基准电压进行钳位后输出电源电压。解决现有技术中控制芯片内电源产生电路不够精确的问题。

Description

一种电源电压产生电路

技术领域

本发明涉及电源电路设计领域，尤其涉及一种可以高压输入，转换稳定输出的电源电压产生电路。

背景技术

在AC/DC、DC/DC设计等领域如何建立内部电源电压和基准电压是所有电路的关键技术之一。

现有技术一般为先将输入高压通过启动电路产生一个粗糙且不准确的启动电流，该电流随输入电压变化而变化，将该电流镜像后利用简单的源级跟随电路产生内部电源电压。这样产生的内部电源电压还有时会通过带隙基准电路产生内部带隙基准电压。

这样的技术生成的内部电源电压不仅随输入电压而变化，且随内部电路负载电流而变化。因此内部电源电压值在实际工作中偏差较大，导致对带隙基准电路的电源抑制能力要求较高，在对性能要求较高的电路中，内部电源电压的波动会影响各方面的性能。

本发明要解决传统方案内部基准电压不稳定，影响电路性能的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种新的电源电压产生电路，解决现有技术中任意电源的内部基准电压精准产生的问题。

本发明是这样实现的：一种电源电压产生电路，所述电源电压产生电路包括启动电路、电流偏置电路、带隙基准电路、电压钳位电路；

所述启动电路用于外接输入电压，输出启动电流；

所述电流偏置电路用于接入启动电流，对启动电流进行偏置，并至少输出两个偏置电压；

所述带隙基准电路用于接入启动电流，产生带隙基准电压；

所述电压钳位电路接入两个偏置电压、接入带隙基准电压，电压钳位电路用于根据两个偏置电压对带隙基准电压进行钳位后输出电源电压。

进一步地，所述启动电路包括场效应管P1，P1的源极与输入电压连接，栅极与场效应管N1的漏极连接，N1的栅极与场效应管N2的栅极连接，

输入电压还与场效应管P2、P4的源极连接，P2与P4的栅极连接，P2的漏极与P3的源极连接，P2的漏极还与栅极连接，P4的漏极与P5的源极连接，P3的漏极与栅极连接，P3的漏极还与N2的漏极、P5的栅极连接，N2的源极与N3的漏极和栅极连接，P5的源极输出启动电流。

优选地，所述电流偏置电路的输入端与启动电流连接，第一输出端接第一偏置电压输出，第二输出端接第二偏置电压输出，

电流偏置电路输入端还与场效应管P10的漏极连接，P10的栅极与P9的栅极和漏极连接，P10的源极接输入电压，P10的源极还与P6、P7、P8、P9的源极连接；P6、P7、P8的栅极相互连接，P6的漏极接电流偏置电路的第一输出端，P7的漏极接电流偏置电路的第二输出端；电流偏置电路的输入端还与P11的源极连接，P11的漏极与P12的源极连接、P12的漏极与场效应管N9的漏极和栅极连接，N9的源极与N8的漏极和栅极连接，N8的源极与N10的漏极和栅极连接，N9的源极还与N6和N4的栅极连接；N6的漏极与P9的漏极连接，源极与栅极连接，N6的源极还与N7的漏极连接；N4的漏极与N8的漏极连接，源极与N5的漏极连接；所述N5、N7的栅极还和N10的栅极连接。

优选地，所述带隙基准电路输入端与启动电流连接，带隙基准电路的输入端还与场效应管P13、P14、P17的源极连接，P13的栅极和漏极连接，P13的栅极还与P14的栅极连接，P13的漏极还与P15的源极连接，P14的漏极与P16的源极连接；P15、P16的栅极与P15的漏极连接，P15的漏极还与三极管NPN1的集电极连接、P16的漏极还与NPN2的集电极连接，NPN1、NPN2的基极都与带隙基准电路的带隙基准电压输出端连接；

P17的源极还与P19的栅极连接，P19的源极与输入电压连接，栅极与带隙基准电压输出端连接，P17的栅极和漏极与P18的源极连接，P18的栅极与P16的漏极连接，P18的漏极与N11的漏极和栅极连接；N11的源极与N12的栅极和漏极连接。

具体地，所述电压钳位电路的第一偏置电压输入端与N13的漏极和栅极连接，还与N20的栅极和N17的栅极连接；N20的漏极与P20的漏极和栅极连接，源极与N14的漏极连接，N14的栅极与N15的栅极和漏极连接，还与P22的漏极连接；P22的源极与第二偏置电压输入端连接，栅极与电源电压输出端连接；第二偏置电压输入端还与P23的源极连接，P23的栅极与电压钳位电路的带隙基准电压输入端连接，P23的漏极与N16的漏极和栅极连接，N16的栅极还与N18的栅极连接，N18的漏极与N17的源极连接，N17的漏极与N19的栅极连接，N19的源极与电源电压输出端连接，N19的漏极还与P20和P21的源极连接，P20的栅极与P21的栅极连接，P21的漏极还与N19的栅极连接。

本发明具有如下优点：摒弃了现有的通过高压启动电路产生启动电流，启动电流通向带隙基准电路产生内部低压电源电压的做法，本发明通过直接引入高压电源对带隙基准电路供电，再通过电流偏置电路稳定带隙基准电路的输出，最后通过钳位电路调整阈值，达到了简化内部设计，提高基准电压输出精度，以及能够直接接入外部高压电源，方便使用的目的。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所述的启动电路示意图；

图2为本发明具体实施方式所述的带隙基准电路及电流偏置电路图；

图3为本发明具体实施方式所述的电压钳位电路图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明设计一种电源电压产生电路，主要适用于外部输入电压大幅高于内部电源需求的应用场景。比如我们的手机充电器里的控制芯片、机顶盒充电器里的控制芯片，车载充电器的控制芯片等，这些芯片上会外部输入一个十几伏或者几十伏特的电压给芯片，然后芯片把这个电压转化为一个其他低值电压，具体地所述电源电压产生电路包括启动电路、电流偏置电路、带隙基准电路、电压钳位电路；

所述启动电路用于外接输入电压，输出启动电流；一般来说外接的输入电压为高压，输出的启动电流为低值电流，我们的做法是，在输入电压与零电势之间串联若干场效应管为一个支路，其他输入电压与零电势之间的支路串联若干稳压管与电阻以调节场效应管支路的电流，再将场效应管支路的电流通过电流镜镜像出来作为启动电流。

所述电流偏置电路用于接入启动电流，对启动电流进行偏置，并至少输出两个偏置电压；偏置电压可以用于后续电压钳位电路的场效应管的偏置驱动。相应地，所述带隙基准电路用于接入启动电流，产生带隙基准电压；带隙基准电路通过多设计两个支路P11、P12所在支路及P17、P18所在支路进行调节，能够保证基础的带隙基准电路电流不变，因此输出的带隙基准电压具有很高的抑制比。

所述电压钳位电路接入两个偏置电压、接入带隙基准电压，电压钳位电路用于根据两个偏置电压对带隙基准电压进行钳位后输出电源电压。更进一步地保证了输出电压的精准与稳定。

在具体的实施例中，如图1所示，所述启动电路包括场效应管P1，P1的源极与输入电压连接，栅极与场效应管N1的漏极连接，N1的栅极与场效应管N2的栅极连接，

输入电压还与场效应管P2、P4的源极连接，P2与P4的栅极连接，P2的漏极与P3的源极连接，P2的漏极还与栅极连接，P4的漏极与P5的源极连接，P3的漏极与栅极连接，P3的漏极还与N2的漏极、P5的栅极连接，N2的源极与N3的漏极和栅极连接，P5的源极输出启动电流。当输入电压达到所设计的阈值时N1/N2开启，电路开启。首先P2、P3、N2、N3、R6支路随着N2开启产生开启电流，第二启动电流支路P4、P5为P2、P3支路的镜像，通过设定P4、P5尺寸，即是改变P4、P5的宽度和长度参数。类似于改变电阻的参数，可以实现电阻等参数的调整，可以准确设定启动电流与开启电流的比例，简化下一级高压带隙基准电路设计。达到了输出符合要求的启动电流的效果。在具体的实施例中，如图所示，P1的栅极还通过稳压管D3与输入电压连接、N1的漏极还通过电阻R1与输入电压连接，P1的漏极还通过稳压管D2、电阻R3与输入电压连接，N1的栅极还通过电阻R4、稳压管D5与P1的漏极连接，N1的漏极还通过电阻R2与P1的栅极连接，通过上述稳压管和电阻组合，可以更加准确地设计输入电压启动点。

另一些具体的实施例中，如图2所示，所述电流偏置电路的输入端与启动电流连接，第一输出端接第一偏置电压输出，第二输出端接第二偏置电压输出，

电流偏置电路输入端还与场效应管P10的漏极连接，P10的栅极与P9的栅极和漏极连接，P10的源极接输入电压，P10的源极还与P6、P7、P8、P9的源极连接；P6、P7、P8的栅极相互连接，P6的漏极接电流偏置电路的第一输出端，P7的漏极接电流偏置电路的第二输出端；电流偏置电路的输入端还与P11的源极连接，P11的漏极与P12的源极连接、P12的漏极与场效应管N9的漏极和栅极连接，N9的源极与N8的漏极和栅极连接，N8的源极与N10的漏极和栅极连接，N9的源极还与N6和N4的栅极连接；N6的漏极与P9的漏极连接，源极与栅极连接，N6的源极还与N7的漏极连接；N4的漏极与N8的漏极连接，源极与N5的漏极连接；所述N5、N7的栅极还和N10的栅极连接。在图2的左半部分，电流偏置电路通过上述设计，达到了为内部电源电压建立提供电流偏置的技术效果。

在图2所示的实施例中，请看右半部分，为带隙基准电路，为内部电源电压建立提供电压偏置。所述带隙基准电路输入端与启动电流连接，带隙基准电路的输入端还与场效应管P13、P14、P17的源极连接，P13的栅极和漏极连接，P13的栅极还与P14的栅极连接，P13的漏极还与P15的源极连接，P14的漏极与P16的源极连接；P15、P16的栅极与P15的漏极连接，P15的漏极还与三极管NPN1的集电极连接、P16的漏极还与NPN2的集电极连接，NPN1、NPN2的基极都与带隙基准电路的带隙基准电压输出端连接；

P17的源极还与P19的栅极连接，P19的源极与输入电压连接，栅极与带隙基准电压输出端连接，P17的栅极和漏极与P18的源极连接，P18的栅极与P16的漏极连接，P18的漏极与N11的漏极和栅极连接；N11的源极与N12的栅极和漏极连接。这样设置的好处在于，解决了传统带隙基准电路需要内部电源电压建立后工作，同时需要自带带隙基准启动电路的问题。本发明所述高压带隙基准电路的供电端可以由外部高压供电不需要内部电源电压供电，同时可由上一级启动电路提供的启动电流进行启动，省去了传统带隙基准电路自带的启动电路。本发明所述高压带隙基准电路P17、P18支路可以根据启动电流大小调节该支路电流，以保证P11、P12，P13、P14，P15、P16三条支路电流不变，从而保证带隙基准电压VBG稳定性和电源抑制比。该高精度的带隙基准电压VBG。该高精度的带隙基准电压VBG提供下一级内部电源电压钳位电路，从而产生高精度的内部电源电压。

下面请看图3，在具体的实施例中，所述电压钳位电路的第一偏置电压输入端与N13的漏极和栅极连接，还与N20的栅极和N17的栅极连接；N20的漏极与P20的漏极和栅极连接，源极与N14的漏极连接，N14的栅极与N15的栅极和漏极连接，还与P22的漏极连接；P22的源极与第二偏置电压输入端连接，栅极与电源电压输出端连接；第二偏置电压输入端还与P23的源极连接，P23的栅极与电压钳位电路的带隙基准电压输入端连接，P23的漏极与N16的漏极和栅极连接，N16的栅极还与N18的栅极连接，N18的漏极与N17的源极连接，N17的漏极与N19的栅极连接，N19的源极与电源电压输出端连接，N19的漏极还与P20和P21的源极连接，P20的栅极与P21的栅极连接，P21的漏极还与N19的栅极连接。具体的设计中，P22的栅极通过电阻R13与电源电压输出端VCC连接，还通过电阻R14与N18的源极连接；场效应管N13、N14、N15、N16、N18的源极相互连接。在图3所示的实施例中，由带隙基准提供偏置电流和偏置电压，由运放的的钳位作用，将内部电源电压VCC钳位到所需要的值，由于带隙基准电压值VBG足够准确且可以进行修调，同时运放也能提供足够的放大倍数，因此内部电源电压VCC不受负载电流和外部高压输入电压等其它参数波动的影响，保证足够的使用精度。从原理上说利用运放的钳位功能使VCC＝(R13+R14)*VBG/R14，使得该电路相比传统电路电路具有以下主要优点：第一、该电路所产生电源电压输出VCC精度高，不受负载和外部输入高压变化而变化；第二、VCC电压大小可以根据需要通过设定R2、R3电阻灵活调节，传统源跟随产生电源电压电路VCC精度低同时大小不易调节。

最后，作为一个整体，本发明的有益效果在于：

1、高压带隙基准电路由输入高压供电，直接产生内部基准电压，不需要先建立内部低压电源电压；内部电源电压相比第二部分所述具有足够高的精确度，不受其它参数波动的影响；

2、内部电源电压可以根据实际需要灵活调节大小；

3、当高压输入电压达到启动电路阈值时，电路启动产生启动电流，启动电路简洁实用，节省面积，启动电流提供高压带隙基准电路可简化高压带隙基准电路的设计；

4、本发明三种电路搭配使用可以产生高精度电源电压与高精度带隙基准电压，大小可灵活调节，整体电路简洁实用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电源电压产生电路，其特征在于，所述电源电压产生电路包括启动电路、电流偏置电路、带隙基准电路、电压钳位电路；

所述启动电路用于外接输入电压，输出启动电流；

所述带隙基准电路用于接入启动电流，产生带隙基准电压；

2.根据权利要求1所述的电源电压产生电路，其特征在碍于，所述启动电路包括场效应管P1，P1的源极与输入电压连接，栅极与场效应管N1的漏极连接，N1的栅极与场效应管N2的栅极连接，

3.根据权利要求1所述的电流偏置电路，其特征在于，所述电流偏置电路的输入端与启动电流连接，第一输出端接第一偏置电压输出，第二输出端接第二偏置电压输出，

4.根据权利要求1所述的电源电压产生电路，其特征在于，所述带隙基准电路输入端与启动电流连接，带隙基准电路的输入端还与场效应管P13、P14、P17的源极连接，P13的栅极和漏极连接，P13的栅极还与P14的栅极连接，P13的漏极还与P15的源极连接，P14的漏极与P16的源极连接；P15、P16的栅极与P15的漏极连接，P15的漏极还与三极管NPN1的集电极连接、P16的漏极还与NPN2的集电极连接，NPN1、NPN2的基极都与带隙基准电路的带隙基准电压输出端连接；

5.根据权利要求1所述的电源电压产生电路，其特征在于，所述电压钳位电路的第一偏置电压输入端与N13的漏极和栅极连接，还与N20的栅极和N17的栅极连接；N20的漏极与P20的漏极和栅极连接，源极与N14的漏极连接，N14的栅极与N15的栅极和漏极连接，还与P22的漏极连接；P22的源极与第二偏置电压输入端连接，栅极与电源电压输出端连接；第二偏置电压输入端还与P23的源极连接，P23的栅极与电压钳位电路的带隙基准电压输入端连接，P23的漏极与N16的漏极和栅极连接，N16的栅极还与N18的栅极连接，N18的漏极与N17的源极连接，N17的漏极与N19的栅极连接，N19的源极与电源电压输出端连接，N19的漏极还与P20和P21的源极连接，P20的栅极与P21的栅极连接，P21的漏极还与N19的栅极连接。