CN108427467A - 一种高精度、低功耗电源装置的工作方法 - Google Patents

一种高精度、低功耗电源装置的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及模拟电路技术领域，尤其涉及的是一种高精度、低功耗电源装置的工作方法。本发明中的一种低功耗带隙基准源，包括输入稳压电路和基准源产生电路。本发明还提供了一种电源装置。本发明在传统带隙基准电压电路的基础上，通过增加温度补偿支路，降低了输出电压的温度系数，并且具有较低的功耗。

Description

一种高精度、低功耗电源装置的工作方法
技术领域
本发明涉及模拟电路技术领域，尤其涉及的是一种高精度、低功耗电源装置。
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的低功耗带隙基准源。另外，本发明还提供了一种电源装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中带隙基准源温度系数高、功耗高的问题，提供了一种更高精度的低功耗带隙基准源及电源装置。
本发明提供了一种低功耗带隙基准源，包括输入稳压电路和基准源产生电路；所述输入稳压电路包括第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1正向输入端连接输入电压VIN，第一运算放大器OP1的输出端连接第一PMOS管P1的栅极和第一电容C1的一端，第一PMOS管P1的源极连接电压VDD，第一PMOS管P1的漏极连接第一电容C1的另一端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一运算放大器OP1的反向输入端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；所述基准源产生电路包括：第二PMOS管P2，第二PMOS管P2的源极连接第一PMOS管P1的漏极，第二PMOS管P2的栅极连接第二运算放大器OP2的输出端，第二PMOS管P2的漏极连接第一NMOS管N1的漏极和栅极以及第二NMOS管N2的栅极，第一NMOS管N1的源极连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的另一端接地；第四电阻R4的一端连接第一PMOS管P1的漏极，第四电阻R4的另一端连接第三PMOS管P3的源极，第三PMOS管P3的栅极连接第二运算放大器OP2的输出端，第三PMOS管P3的漏极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6、第七电阻R7的一端以及第二NMOS管N2的漏极，第六电阻R6的另一端连接第八电阻R8的一端和第二运算放大器OP2的反向输入端，第八电阻R8的另一端连接第一三极管Q1的发射极，第七电阻R7的另一端连接第二运算放大器OP2的正向输入端和第二三极管Q2的发射极，第一三极管Q1的集电极接地，第一三极管Q1的基极连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接地，第二三极管Q2的集电极接地，第二三极管Q2的基极连接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接地，第三PMOS管P3的漏极即为基准源电路的输出端VOUT。所述第一三极管Q1、第二三极管Q2均为PNP管。
本发明还提供了一种电源装置，所述电源装置包括上述的带隙基准源，还包括电压转换电路，所述电压转换电路用于为带隙基准源提供直流电压。所述电压转换电路包括电压转换芯片，第一电感L1，第十一电阻R11，第十二电阻R12，第二电容C2，二极管D1。其中电压转换芯片包括输入引脚IN，输出引脚SW和反馈引脚FB，输出引脚SW与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接地，第一电感L1的一端与二极管D1的阴极相连，第一电感L1的第二端与第十一电阻R11的一端相连，第十一电阻R11的另一端与第十二电阻R12的一端相连，第十二电阻R12的另一端接地，反馈引脚FB连接在第十一电阻R11和第十二电阻R12之间。第二电容C2的一端连接在第一电感L1和第十一电阻R11之间，另一端接地；输出引脚SW的输出电压作为带隙基准源的输入。
本发明所提供的一种低功耗带隙基准源及电源装置，有效地解决了现有技术中带隙基准源精度差、功耗高的问题，在传统基准电压电路的基础上，通过增加温度补偿支路，降低了输出电压的温度系数，并且具有较低的功耗。
附图说明
图1为本发明提供的一种低功耗带隙基准源示意图；
图2为本发明提供的一种低功耗带隙基准源输出电压的温度特性曲线；
图3为本发明提供的一种电源装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种低功耗带隙基准源及电源装置，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，一种低功耗带隙基准源，包括输入稳压电路和基准源产生电路；所述输入稳压电路包括第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1正向输入端连接输入电压VIN，第一运算放大器OP1的输出端连接第一PMOS管P1的栅极和第一电容C1的一端，第一PMOS管P1的源极连接电压VDD，第一PMOS管P1的漏极连接第一电容C1的另一端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一运算放大器OP1的反向输入端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；所述基准源产生电路包括：第二PMOS管P2，第二PMOS管P2的源极连接第一PMOS管P1的漏极，第二PMOS管P2的栅极连接第二运算放大器OP2的输出端，第二PMOS管P2的漏极连接第一NMOS管N1的漏极和栅极以及第二NMOS管N2的栅极，第一NMOS管N1的源极连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的另一端接地；第四电阻R4的一端连接第一PMOS管P1的漏极，第四电阻R4的另一端连接第三PMOS管P3的源极，第三PMOS管P3的栅极连接第二运算放大器OP2的输出端，第三PMOS管P3的漏极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6、第七电阻R7的一端以及第二NMOS管N2的漏极，第六电阻R6的另一端连接第八电阻R8的一端和第二运算放大器OP2的反向输入端，第八电阻R8的另一端连接第一三极管Q1的发射极，第七电阻R7的另一端连接第二运算放大器OP2的正向输入端和第二三极管Q2的发射极，第一三极管Q1的集电极接地，第一三极管Q1的基极连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接地，第二三极管Q2的集电极接地，第二三极管Q2的基极连接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接地，第三PMOS管P3的漏极即为基准源电路的输出端VOUT。
在上述低功耗带隙基准源电路中，第二PMOS管P2的栅源电压差等于第三PMOS管P3栅源电压差加上电阻R4两端的电压，第三PMOS管P3通过接收第二运算放大器OP2的输出电压来控制流过第一三极管Q1、第二三极管Q2的两条支路电流之和，分别设定第二PMOS管P2、第三PMOS管P3的宽长比，从而获得对应倍数的电流镜像，同理，可以设定第一NMOS管N1、第二NMOS管N2的宽长比来获得对应倍数的电流镜像，从而可以通过控制流过第二NMOS管N2的电流对流过第一三极管Q1、第二三极管Q2的两条支路电流的温度系数进行曲率补偿，并进一步获得更低温度系数的输出电压。
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低的功耗，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装置，所述电源装置包括上述的带隙基准源，还包括电压转换电路，所述电压转换电路用于为带隙基准源提供直流电压。所述电压转换电路包括电压转换芯片，第一电感L1，第十一电阻R11，第十二电阻R12，第二电容C2，二极管D1。其中电压转换芯片包括输入引脚IN，输出引脚SW和反馈引脚FB，输出引脚SW与二极管D1的阴极相连，二极管D1的阳极接地，第一电感L1的一端与二极管D1的阴极相连，第一电感L1的第二端与第十一电阻R11的一端相连，第十一电阻R11的另一端与第十二电阻R12的一端相连，第十二电阻R12的另一端接地，反馈引脚FB连接在第十一电阻R11和第十二电阻R12之间。第二电容C2的一端连接在第一电感L1和第十一电阻R11之间，另一端接地；输出引脚SW的输出电压作为带隙基准源的输入。
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 (1)

1.一种电源装置的工作方法，所述电源装置包括低功耗带隙基准源、电压转换电路，其特征在于，
电压转换电路为带隙基准源提供直流电压；
所述低功耗带隙基准源，包括输入稳压电路和基准源产生电路；所述输入稳压电路包括第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1正向输入端连接输入电压VIN，第一运算放大器OP1的输出端连接第一PMOS管P1的栅极和第一电容C1的一端，第一PMOS管P1的源极连接电压VDD，第一PMOS管P1的漏极连接第一电容C1的另一端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一运算放大器OP1的反向输入端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；所述基准源产生电路包括：第二PMOS管P2，第二PMOS管P2的源极连接第一PMOS管P1的漏极，第二PMOS管P2的栅极连接第二运算放大器OP2的输出端，第二PMOS管P2的漏极连接第一NMOS管N1的漏极和栅极以及第二NMOS管N2的栅极，第一NMOS管N1的源极连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的另一端接地；第四电阻R4的一端连接第一PMOS管P1的漏极，第四电阻R4的另一端连接第三PMOS管P3的源极，第三PMOS管P3的栅极连接第二运算放大器OP2的输出端，第三PMOS管P3的漏极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6、第七电阻R7的一端以及第二NMOS管N2的漏极，第六电阻R6的另一端连接第八电阻R8的一端和第二运算放大器OP2的反向输入端，第八电阻R8的另一端连接第一三极管Q1的发射极，第七电阻R7的另一端连接第二运算放大器OP2的正向输入端和第二三极管Q2的发射极，第一三极管Q1的集电极接地，第一三极管Q1的基极连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接地，第二三极管Q2的集电极接地，第二三极管Q2的基极连接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端接地，第三PMOS管P3的漏极即为基准源电路的输出端VOUT；
所述的工作方法，包括：第二PMOS管P2的栅源电压差等于第三PMOS管P3栅源电压差加上电阻R4两端的电压，第三PMOS管P3通过接收第二运算放大器OP2的输出电压来控制流过第一三极管Q1、第二三极管Q2的两条支路电流之和，分别设定第二PMOS管P2、第三PMOS管P3的宽长比，从而获得对应倍数的电流镜像；
所述第一三极管Q1、第二三极管Q2均为PNP管。
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