CN109213254A - 一种电源管理电路及其芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源管理电路及其芯片：包括预稳压模块、线性稳压模块和偏置电流产生模块；输入电压依次经过预稳压模块、线性稳压模块和偏置电流产生模块分别生成预稳压电压VPR、稳压电压VREG和偏置电流Ibias。芯片中电源管理电路为芯片内模块提供电源电压、电流偏置。本发明的优点是：电路在高输入电压的条件下可产生稳定的电压，用以为电源管理IC中的各模块提供稳定的电源。输出电流稳定，驱动能力大。电源管理电路功耗低，有助于控制芯片的整体功耗。电路结构易于实现，适合工程应用。

Description

一种电源管理电路及其芯片
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种电源管理电路及其芯片。
背景技术
众所周知，电池管理系统中的功能模块所需的供电电压较低，往往在5V以下。但在某些应用下输入的串联电池组的总电压则较高，例如：电动自行车为36V，48V，电动汽车为400V等。因此，如何将电池组较高的电压转换为适合电池管理系统辅助电源所需要低压就是主要系统设计的难点。
电池管理芯片(BMIC)中的模拟、数字、控制逻辑等模块需要在较低的电压下工作，这就需要将上述高电压转化为适用于这些模块工作的电压或电流。而这就需要相应的电源管理电路。
而现有技术中电源管理电路存在以下缺点：
1)在将高压输入降至可供BMIC中的模拟、数字、控制逻辑等模块使用的电源电压的过程中，往往电路设计的复杂度较高，并且会产生较大功耗；
2)高压输入电源的变化往往会对稳压输出的大小产生影响，同时电路在高输入电压下实现过流、过温保护等功能时电路往往较为复杂；
3)环境温度的变化对电路提供的偏置电流大小会产生影响，导致电流偏置大小不准确。
发明内容
为解决上述问题：
根据本发明的第一方面，本发明提出了一种电源管理电路：包括预稳压模块、线性稳压模块和偏置电流产生模块；
预稳压模块对输入电压VPP进行预稳压，得到预稳压电压VPR；预稳压电压VPR相对电压VPP低；
线性稳压模块，通过预稳压电压VPR得到低温度系数的稳压电压VREG；
偏置电流产生模块将稳压电压VREG转化为低温度系数的偏置电流Ibias。
优选的，所述输入电压VPP可达80V或者更高电压。
优选的，所述预稳压模块包括预稳压启动模块和预稳压核心模块。
预稳压启动模块进行电路启动，电路启动后产生启动偏置电流；
预稳压核心模块产生预稳压电压VPR；通过将启动偏置电流经电流镜镜像后通过稳压二极管和电阻产生预稳压电压VPR。
优选的，所述线性稳压模块包括带隙基准启动电路、带隙基准电路和稳压电压生成模块。
带隙基准启动电路启动带隙基准电路；
带隙基准电路生成带隙基准电压VBGR；
稳压电压生成模块将带隙基准电压VBGR通过电阻分压和电压放大产生稳压电压VREG。
为了更好的检测本发明电源管理电路工作状态：
进一步优选的，所述线性稳压模块还包括过流保护模块，过流保护模块检测负载电流是否超过预设限制。
优选的，所述偏置电流产生模块包括ICTAT产生电路、IPTAT产生电路和基准电流生成模块；
ICTAT产生电路产生与绝对温度成反比的电流ICTAT；
IPTAT产生电路产生与绝对温度成正比的电流IPTAT；
基准电流生成模块将ICTAT和IPTAT按合适比例结合生成偏置电流Ibias。
为了更好的检测本发明电源管理电路工作状态：
进一步优选的，所述偏置电流产生模块还包括过温保护模块；过流保护模块检测电源管理电路的温度是否超过限制。
进一步优选的，所述预稳压启动模块包括电阻R1，R2，NMOS晶体管MN1，MN2；
电阻R1的一端接输入电压VPP，电阻R1的另一端接MN1的栅极和MN2的漏极；MN2的源级接地、MN2的栅极接电阻R2的一端和MN1的源极；电阻R2的另一端接地；MN1的漏极作为预稳压启动模块111的输出端连接预稳压核心模块112，输出启动偏置电流Ib。
进一步优选的，所述预稳压核心模块包括PMOS晶体管MP1-MP6；NMOS晶体管MN3-MN5；稳压二极管D1和电阻R3；
MP2的栅极、MP2的漏极和MP4的栅极相连接，同时连接预稳压启动模块111的输出端，输入启动偏置电流Ib；MP2的源极、MP1的栅极、MP1的漏极和MP3的栅极相连接；MP1的源级和MP3的源级接输入电压VPP；MP3的漏极和MP4的源极相连接；
MN3的栅极、MN3的漏极和MN5的栅极相连接，同时连接MP4的漏极，并作为第一节点输出电压Vb1；MN3的源极、MN4的栅极、MN4的漏极和MN6的栅极相连接，并作为第二节点输出电压Vb2；MN4的源级和MN6的源级接地；MN6的漏极和MN5的源极相连接；
MP5的栅极、MP5的漏极和MP6的栅极相连接，同时连接MN5的漏极；MP6的漏极连接稳压二极管D1的一端作为输出端输出预稳压电压VPR；二极管D1的另一端连接电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地。
进一步优选的，所述线性稳压模块中预稳压电压VPR通过NMOS晶体管MN9产生线性稳压模块的供电电压VAPR；预稳压电压VPR接MN9的栅极；输入电压VPP接MN9的漏级；MN9的源极接供电电压VAPR。
更进一步优选的，所述带隙基准启动电路包括PMOS晶体管MP8、MP11；NMOS晶体管MN7、MN8；
MP8的源级接供电电压VAPR、MP8的栅极接节点B1和MP11的源级、MP8的漏极接MP11的栅极和MN7的漏极；MP11的漏极接带隙基准电压VBGR；MN7的栅极接第一节点Vb1、MN7的源级接MN8的漏极；MN8的栅极接第二节点Vb2、MN8的源级接地。
更进一步优选的，所述带隙基准电路包括PMOS晶体管MP9、MP 10；NPN三极管Q1、Q2；电阻R6、R7；
MP9和MP10组成电流镜；MP9的源级和MP10的源级接供电电压VAPR；MP9的栅极与MP9的漏极、MP10的栅极和Q1集电极连接在节点B1；MP10的漏极和Q2集电极连接在节点B2；Q1的基极和Q2的基极接带隙基准电压VBGR；Q1的发射极通过R6与Q2的发射极连接在VPTAT；R7的一端接VPTAT、R7的另一端接地。
更进一步优选的，所述稳压电压生成模块包括PMOS晶体管MP13；NMOS晶体管MN10、MN11、MN12；NPN三极管Q3、Q4；电阻R4、R5、RL；电位计RT、电容CL；
MP13的栅极、MP13的漏极接节点B3；MP13的源级接输入电压VPP；MN11的栅极接预稳压电压VPR、MN11的漏极接节点B3、MN11的源极接Q3的集电极；MN12的栅极接预稳压电压VPR、MN12的漏极接输入电压VPP、MN12的源极接Q4的集电极；Q3的集电极流过的电流为IOC；MN10的漏极接供电电压VAPR、MN10的栅极接节点B2、MN10的源级接节点A；R4的一端接节点A、R4的另一端接电位计RT的一端；电位计RT的另一端通过R5接地、电位计RT的调节端接带隙基准电压VBGR；Q3和Q4的基极接节点A、Q3和Q4的发射极输出稳压电压VREG；RL和CL的一端接稳压电压VREG、RL和CL的另一端接地。
更进一步优选的，所述过流保护模块包括PMOS晶体管MP12；NPN三极管Q5-Q7；电阻R8、稳压二极管D4；
MP12的源级接输入电压VPP、MP12的栅极接节点B3、MP12的漏极接节点B；Q5和Q6组成电流镜，Q5的集电极接节点B2；Q5的基极、Q6的基极、Q6的集电极接D4的一端；D4的另一端接节点B；Q5的发射极和Q6的发射极接地；R8的一端接节点B、R8的另一端与Q6的集电极和基极相连；Q7的发射极接地。
更进一步优选的，所述ICTAT产生电路包括PMOS晶体管MP31；NPN三极管Q35；电阻R32；
MP31的源级接稳压电压VREG、MP31的栅极和MP31的漏极接节点C1、MP31的漏极接Q35的集电极；MP31的漏极的电流为ICTAT；Q35的基极接节点C2、Q35的发射极通过R32接地。
更进一步优选的，所述IPTAT产生电路包括PMOS晶体管MP32-MP34；NMOS晶体管MN31、MN32；NPN三极管Q31-Q34、Q36；电阻R31；
MP32、MP33和MP34组成电流镜、Q33和Q34组成电流镜、MN31和MN32组成电流镜；
MP32的栅极、MP33的栅极、MP33的漏极和极MP34的栅极连接在节点C3；MP32的源级、MP33的源级和MP34的源级接稳压电压VREG；MP32的漏级与MN32的漏极、MN32的栅极、MN31的栅极相连；MN32的源极和MN31的源极接地；MN31的漏极接Q36的发射极；Q36的基极接节点C3、Q36的集电极接稳压电压VREG；Q33的集电极接节点C3；Q33的基极、Q34的基极和Q34的集电极接节点C2；Q31的基极、Q32的集电极和Q34的发射极相连于节点B；Q32的基极、Q31的集电极和Q33的发射极相连于节点A；Q31的发射极通过R31接地；Q32的发射极接地。
更进一步优选的，所述基准电流生成模块包括PMOS晶体管MP37、MP38；MP37的栅极接节点C3、MP38的栅极接节点C1；MP37的源级和MP38的源级接稳压电压VREG；MP37的漏级和MP38的漏级连接在一起输出偏置电流Ibias。
更进一步优选的，所述过温保护模块包括PMOS晶体管MP35、MP36；NMOS晶体管MN33、；NPN三极管Q37；电阻R33、R34；逻辑电路T31；
MP35的栅极和MP36的栅极接节点C3；MP35的源极和MP36的源极接稳压电压VREG；MP35的漏极接Q37的基极和R33的一端；R33的另一端接R34的一端和MN33的漏极；R34的另一端和MN33的源极接地；Q37的集电极接MP36的漏极和T31的输入；Q37的发射极接地；T31的输出为逻辑信号VOTP；逻辑信号VOTP的状态表明电源管理电路的温度是否超过限制。
本发明的具体技术解决方案如下：
根据本发明的第二方面，本发明提出了应用电源管理电路的芯片，电源管理电路为芯片内模块提供电源电压、电流偏置。
这里，为芯片内模块提供电源电压的既可以是稳压电压VREG，也可以是预稳压电压VPR。
优选的，所述芯片为电池管理芯片。
优选的，电源管理电路为电池管理芯片提供过流保护、过温保护的功能。
优选的，电源管理电路给电池管理芯片中的模拟和数字模块模数转换器、高压多路复用器、数字滤波器、逻辑电路控制电路、通信总线提供电压或电流。
进一步优选的，所述电池管理芯片用于监测多节锂离子电池中各个电池单元的电压和电流，计算电池单元的荷电状态，并对各电池单元进行均衡。
更进一步优选的，所述电池管理芯片通过高压多路复用器监测多节锂离子电池中各个电池单元的电压和电流。
本发明具有以下优点：
1、电路在高输入电压的条件下可产生稳定的电压，用以为电源管理IC中的各模块提供稳定的电源。在输入电压的大范围变化下输出电压变化很小。
尤其是输入电压的8～80V的变化时，输出电压仅变化9.4mV。
2、输出电流稳定，驱动能力大。
3、电源管理电路功耗低，有助于控制芯片的整体功耗。
4、电路结构易于实现，适合工程应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明电源管理电路原理框图。
图2本发明电源管理电路的预稳压模块原理图。
图3本发明电源管理电路的线性稳压模块原理图。
图4本发明电源管理电路的偏置电流产生模块原理图。
图5本发明电源管理电路的应用实施例。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过几个具体的实施例对本发明提供的电源管理电路做详细说明。
本发明用于电池管理芯片(BMIC Battery Management IC)中具备为电池管理芯片中其他电路模块提供电压、电流及保护的功能。其可为芯片内模拟电路等模块提供电源电压，为其他模块提供电流偏置。同时，本发明还具备过流保护、过温保护的功能。
如图1本发明电源管理电路原理框图所示，电源管理电路包括预稳压模块11、线性稳压模块12和偏置电流产生模块13。输入电压(这里的输入电压VPP为串联电池组的电压，可达80V或者更高电压)以及经过预稳压模块11、线性稳压模块12和偏置电流产生模块13分别生成预稳压电压VPR、稳压电压VREG和偏置电流Ibias。即：输入电压经预稳压模块11后生成预稳压电压VPR；预稳压电压VPR经线性稳压模块12生成稳压电压VREG；稳压电压VREG经偏置电流产生模块13生成偏置电流Ibias。
预稳压模块11的作用是对输入电压进行预稳压，得到一个相对较低的电压VPR；
线性稳压模块12包括带隙基准功能，将预稳压电压VPR转化为低温度系数的稳压电压VREG；
需要说明的是：这里的稳压电压VREG除了提供给偏置电流产生模块13之外，还作为电源电压给电池管理芯片中其他电路模块提供电压，例如为芯片内模拟电路等模块提供电源电压。
偏置电流产生模块13将稳压电压VREG转化为低温度系数的偏置电流Ibias。
偏置电流Ibias给电池管理芯片中其他电路模块提供电流偏置。
下面对各个模块进行介绍说明：
预稳压模块11：
如图2本发明电源管理电路的预稳压模块原理图所示：预稳压模块11包括预稳压启动模块111和预稳压核心模块112。
预稳压启动模块111用于进行电路启动，电路启动后产生启动偏置电流；
预稳压核心模块112用于产生预稳压电压VPR；它是通过将启动偏置电流经电流镜镜像后通过稳压二极管和电阻产生预稳压电压VPR。
具体的：
预稳压启动模块111包括电阻R1，R2，NMOS晶体管MN1，MN2；电阻R1的一端接输入电压VPP，电阻R1的另一端接MN1的栅极和MN2的漏极；MN2的源级接地、MN2的栅极接电阻R2的一端和MN1的源极；电阻R2的另一端接地；MN1的漏极作为预稳压启动模块111的输出端连接预稳压核心模块112，输出启动偏置电流Ib。
当电路启动时，MN1的栅极电压逐渐升高，MN1导通，在电阻R2的作用下，MN2也导通。电路上电稳定后，电流Ist为：
说明：这里的电流Ist为流过电阻R1的电流。
电流Ist的大小与输入电压直接相关，特别的：在设计的电路中选择一个兆欧级别的电阻R1可显著降低电流Ist。
随着输入电压从0V升高至80V，Ist仅升高4uA。而启动偏置电流Ib可由MN2的栅源电压Vgs2和R2计算得出，为Vgs2/R2(Ib＝Vgs2/R2)，为了实现更低的功耗，在电路中将Ib设为200nA。
预稳压核心模块112：
包括PMOS晶体管MP1-MP6；NMOS晶体管MN3-MN5；MP1，MP2，MP3，MP4构成了共源共栅电流镜结构，可实现更精确的电流镜像功能，MN3至MN6同样为共源共栅电流镜结构，MP5和MP6组成普通电流镜。启动偏置电流Ib最终经一系列电流镜得到的镜像电流IPR，并通过稳压二极管D1和电阻R3将电流转换为预稳压电压VPR。
MP2的栅极、MP2的漏极和MP4的栅极相连接，同时连接预稳压启动模块111的输出端，输入启动偏置电流Ib；MP2的源极、MP1的栅极、MP1的漏极和MP3的栅极相连接；MP1的源级和MP3的源级接输入电压VPP；MP3的漏极和MP4的源极相连接；
MN3的栅极、MN3的漏极和MN5的栅极相连接，同时连接MP4的漏极，并作为第一节点输出电压Vb1；MN3的源极、MN4的栅极、MN4的漏极和MN6的栅极相连接，并作为第二节点输出电压Vb2；MN4的源级和MN6的源级接地；MN6的漏极和MN5的源极相连接；
MP5的栅极、MP5的漏极和MP6的栅极相连接，同时连接MN5的漏极；MP6的漏极连接稳压二极管D1的一端作为输出端输出预稳压电压VPR；二极管D1的另一端连接电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地。
由图2可得出：
VPR＝VD1+a·IbR3
其中a为电流镜的镜像比例系数，IPR＝a·Ib。
线性稳压模块12：
如图3本发明电源管理电路的线性稳压模块原理图所示：线性稳压模块12包括带隙基准启动电路121、带隙基准电路122和稳压电压生成模块123。
带隙基准启动电路121用于启动带隙基准电路122；
带隙基准电路122用于生成带隙基准电压VBGR；
稳压电压生成模块123将带隙基准电压VBGR通过电阻分压和电压放大产生稳压电压VREG。
它的主要工作过程为：在带隙基准启动电路121开始上电后，带隙基准电路122开始工作，上电结束后带隙基准启动电路121关闭；带隙基准电路122的带隙电压VBGR通过稳压电压生成模块123产生稳压电压VREG。
进一步的为了更好的检测本发明电源管理电路工作状态，还包括过流保护模块124。过流保护模块124用于检测负载电流是否超过预设限制。
线性稳压模块12中预稳压电压VPR通过NMOS晶体管MN9产生线性稳压模块的供电电压VAPR；预稳压电压VPR接MN9的栅极；输入电压VPP接MN9的漏级；MN9的源极接供电电压VAPR；
带隙基准启动电路121包括PMOS晶体管MP8、MP11；NMOS晶体管MN7、MN8；MP8的源级接供电电压VAPR、MP8的栅极接节点B1和MP11的源级、MP8的漏极接MP11的栅极和MN7的漏极；MP11的漏极接带隙基准电压VBGR；MN7的栅极接第一节点Vb1、MN7的源级接MN8的漏极；MN8的栅极接第二节点Vb2、MN8的源级接地。
带隙基准电路122包括PMOS晶体管MP9、MP10；NPN三极管Q1、Q2；电阻R6、R7；MP9和MP10组成电流镜；MP9的源级和MP10的源级接供电电压VAPR；MP9的栅极与MP9的漏极、MP10的栅极和Q1集电极连接在节点B1；MP10的漏极和Q2集电极连接在节点B2；Q1的基极和Q2的基极接带隙基准电压VBGR；Q1的发射极通过R6与Q2的发射极连接在VPTAT；R7的一端接VPTAT、R7的另一端接地。
稳压电压生成模块123包括PMOS晶体管MP13；NMOS晶体管MN10、MN11、MN12；NPN三极管Q3、Q4；电阻R4、R5、RL；电位计RT、电容CL；MP13的栅极、MP13的漏极接节点B3；MP13的源级接输入电压VPP；MN11的栅极接预稳压电压VPR、MN11的漏极接节点B3、MN11的源极接Q3的集电极；MN12的栅极接预稳压电压VPR、MN12的漏极接输入电压VPP、MN12的源极接Q4的集电极；Q3的集电极流过的电流为IOC；MN10的漏极接供电电压VAPR、MN10的栅极接节点B2、MN10的源级接节点A；R4的一端接节点A、R4的另一端接电位计RT的一端；电位计RT的另一端通过R5接地、电位计RT的调节端接带隙基准电压VBGR；Q3和Q4的基极接节点A、Q3和Q4的发射极输出稳压电压VREG；RL和CL的一端接稳压电压VREG、RL和CL的另一端接地。
过流保护模块124包括PMOS晶体管MP12；NPN三极管Q5-Q7；电阻R8、稳压二极管D4；MP12的源级接输入电压VPP、MP12的栅极接节点B3、MP12的漏极接节点B；Q5和Q6组成电流镜，Q5的集电极接节点B2；Q5的基极、Q6的基极、Q6的集电极接D4的一端；D4的另一端接节点B；Q5的发射极和Q6的发射极接地；R8的一端接节点B、R8的另一端与Q6的集电极和基极相连；Q7的发射极接地。
预稳压电压VPR驱动MN9产生线性稳压模块的供电电压VAPR。MP8和MP11作为带隙基准的启动电路，在上电时将VBGR抬高，在上电完成后MP11关闭。Q1、Q2、MP9、MP10、R6和R7共同组成带隙基准电路。Q1和Q2为双极型晶体管，其基极-发射极电压VBE中包含硅的带隙电压，通过Q1和Q2基极-发射极电压的差值ΔVBE在电阻R1与R2间节点处产生正温度系数电压VPTAT，用以补偿Q1的VBE中的负温度系数中的线性项，得到的VBGR为
其中，k为玻尔兹曼常数，q为电荷量，N为Q1和Q2发射结面积之比。
VBGR连接至电位计RT(即：电阻分压网络)，连同功率MOS管MN10和带隙基准在A点实现稳压。之后通过MN11、MN12、Q3、Q4所构成的共源共栅结构进一步稳压，显著提高了输出电压的电源电压抑制比(PSRR)。稳压电压VREG：
VREG＝x·VBGR-VBE3
其中电阻分压网络比例系数x由电阻R4、R5、RT决定。
补偿电容CL和C0(C0一端接节点B2、另一端接地)分别用于对电路主极点和次主极点进行补偿，以确保电路在空载和满载条件下都存在可靠的相位裕度，保证了环路稳定性。RT为一个4位的电阻修调电路，用于避免工艺变化或失配对电路的输出电压大小造成影响。通过调节RT可改变电阻分压网络比例系数x，从而改变稳压电压VREG大小以满足应用要求。
过流保护电路利用负载电流中的支路电流IOC来检测负载电流是否超过预设限制，其通过MP12和MP13镜像连接至B点。当电流过高时，B点电压升高导致Q5、Q6导通，从而将电路关断。过流保护的阈值可通过调节电阻R8来设置。
偏置电流产生模块13：
如图4本发明电源管理电路的偏置电流产生模块原理图所示，偏置电流产生模块13包括ICTAT产生电路131、IPTAT产生电路132和基准电流生成模块133。
说明：PTAT(proportional to absolute temperature与绝对温度成正比)CTAT(complementary to absolute temperature current与绝对温度成反比)
ICTAT产生电路131用于产生与绝对温度成反比的电流ICTAT；
IPTAT产生电路132用于与绝对温度成正比的电流IPTAT；
基准电流生成模块133将ICTAT和IPTAT按合适比例结合生成偏置电流Ibias。
进一步的为了更好的检测本发明电源管理电路工作状态，还包括过温保护模块134。过流保护模块134用于检测电源管理电路的温度是否超过限制。
ICTAT产生电路131包括PMOS晶体管MP31；NPN三极管Q35；电阻R32；MP31的源级接稳压电压VREG、MP31的栅极和MP31的漏极接节点C1、MP31的漏极接Q35的集电极；MP31的漏极的电流为ICTAT；Q35的基极接节点C2、Q35的发射极通过R32接地。
IPTAT产生电路132包括PMOS晶体管MP32-MP34；NMOS晶体管MN31、MN32；NPN三极管Q31-Q34、Q36；电阻R31。
MP32、MP33和MP34组成电流镜、Q33和Q34组成电流镜、MN31和MN32组成电流镜；
MP32的栅极、MP33的栅极、MP33的漏极和极MP34的栅极连接在节点C3；MP32的源级、MP33的源级和MP34的源级接稳压电压VREG；MP32的漏级与MN32的漏极、MN32的栅极、MN31的栅极相连；MN32的源极和MN31的源极接地；MN31的漏极接Q36的发射极；Q36的基极接节点C3、Q36的集电极接稳压电压VREG；Q33的集电极接节点C3；Q33的基极、Q34的基极和Q34的集电极接节点C2；Q31的基极、Q32的集电极和Q34的发射极相连于节点B；Q32的基极、Q31的集电极和Q33的发射极相连于节点A；Q31的发射极通过R31接地；Q32的发射极接地。
基准电流生成模块133包括PMOS晶体管MP37、MP38；MP37的栅极接节点C3、MP38的栅极接节点C1；MP37的源级和MP38的源级接稳压电压VREG；MP37的漏级和MP38的漏级连接在一起输出偏置电流Ibias。
过温保护模块134包括PMOS晶体管MP35、MP36；NMOS晶体管MN33、；NPN三极管Q37；电阻R33、R34；逻辑电路T31。
MP35的栅极和MP36的栅极接节点C3；MP35的源极和MP36的源极接稳压电压VREG；MP35的漏极接Q37的基极和R33的一端；R33的另一端接R34的一端和MN33的漏极；R34的另一端和MN33的源极接地；Q37的集电极接MP36的漏极和T31的输入；Q37的发射极接地；T31的输出为逻辑信号VOTP；逻辑信号VOTP的状态表明电源管理电路的温度是否超过限制。
偏置电流产生模块13由线性稳压模块12产生的稳压电压VREG供电，能产生对温度变化不敏感的电流偏置。晶体管MP33和MP34的尺寸相同，在MP33、MP34、Q33、Q34的作用下，图中A、B两点电压相等，则通过R31得到正温度系数电流。由于双极型晶体管基极电流的存在，流过Q31和Q32的电流并不完全相等。这里引入补偿结构MP32、MN32、MN31、Q36，通过镜像电流IPTAT并利用Q36的基极电流，对Q33一路流出的基极电流进行补偿，最终得到的正温度系数电流为：
其中Ie为流过Q31的电流，r为电流镜像比例系数，而β为双极型晶体管Q36的电流增益系数。负温度系数电流ICTAT由Q35和R32产生，之后通过MP37、M3P8将镜像得到的IPTAT和ICTAT按合适的比例结合，得到对温度变化不敏感的电流Ibias。
过温保护电路利用正温度系数电流的特性，由MP35、MP36、Q37、R33、R34构成。当温度升高时，IPTAT增大，而镜像得到的电流在R33和R34的作用下将Q7的基极电压升高。当温度超过限制时，Q37导通，则VOPT信号由低电平变为高电平，该信号传送至芯片中数字模块，将芯片电源关闭。
本发明可用于芯片中，尤其是应用于电池管理芯片中，其可为芯片内模拟电路等模块提供电源电压，为其他模块提供电流偏置。这里，为芯片内模块提供电源电压的既可以是稳压电压VREG，也可以是预稳压电压VPR。同时，本发明还具备过流保护、过温保护的功能。如图5本发明电源管理电路的应用实施例所示，本发明电源管理电路给芯片中的模拟和数字模块模数转换器、高压多路复用器、数字滤波器、逻辑电路控制电路(寄存器和控制器)、通信总线提供电压或电流。这里的电池管理芯片用于监测多节锂离子电池中各个电池单元的电压和电流，从而计算电池单元的荷电状态，并对各电池单元进行均衡。具体是通过高压多路复用器监测多节锂离子电池中各个电池单元的电压和电流。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、电路在高输入电压的条件下可产生稳定的电压，用以为电源管理IC中的各模块提供稳定的电源。在输入电压的大范围变化下输出电压变化很小。
尤其是输入电压的8～80V的变化时，输出电压仅变化9.4mV。
2、输出电流稳定，驱动能力大。
3、电源管理电路功耗低，有助于控制芯片的整体功耗。该电路在室温下具有极低的功耗，有助于控制电源管理IC的整体功耗，仿真得到电路的电流消耗在6.01μA至15.78μA的范围内。
4、电路结构易于实现，适合工程应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″纵向″、″横向″、″长度″、″宽度″、″厚度″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″、″顺时针″、″逆时针″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，″多个″的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″、″固定″等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之″上″或之″下″可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征″之上″、″上方″和″上面″包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征″之下″、″下方″和″下面″包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种电源管理电路，包括：
预稳压模块、
线性稳压模块
和
偏置电流产生模块；
输入电压依次经过预稳压模块、线性稳压模块和偏置电流产生模块分别生成预稳压电压VPR、稳压电压VREG和偏置电流Ibias；
预稳压模块对输入电压VPP进行预稳压，得到预稳压电压VPR；预稳压电压VPR相对电压VPP低；
线性稳压模块通过预稳压电压VPR得到低温度系数的稳压电压VREG；
偏置电流产生模块将稳压电压VREG转化为低温度系数的偏置电流Ibias。
2.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
所述输入电压VPP可达80V或者更高电压。
3.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
所述预稳压模块包括预稳压启动模块和预稳压核心模块；
预稳压启动模块进行电路启动，电路启动后产生启动偏置电流；
预稳压核心模块产生预稳压电压VPR；通过将启动偏置电流经电流镜镜像后通过稳压二极管和电阻产生预稳压电压VPR。
4.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
所述线性稳压模块包括带隙基准启动电路、带隙基准电路和稳压电压生成模块；
带隙基准启动电路启动带隙基准电路；
带隙基准电路生成带隙基准电压VBGR；
稳压电压生成模块将带隙基准电压VBGR通过电阻分压和电压放大产生稳压电压VREG。
5.如权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于：
所述线性稳压模块还包括过流保护模块，过流保护模块检测负载电流是否超过预设限制。
6.如权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
所述偏置电流产生模块包括ICTAT产生电路、IPTAT产生电路和基准电流生成模块；
ICTAT产生电路产生与绝对温度成反比的电流ICTAT；
IPTAT产生电路产生与绝对温度成正比的电流IPTAT；
基准电流生成模块将ICTAT和IPTAT按合适比例结合生成所述偏置电流Ibias。
7.如权利要求6所述的电源管理电路，其特征在于：
所述偏置电流产生模块还包括过温保护模块；过流保护模块检测电源管理电路的温度是否超过限制。
8.如权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于：
所述预稳压启动模块包括电阻R1，R2，NMOS晶体管MN1，MN2；
电阻R1的一端接输入电压VPP，电阻R1的另一端接MN1的栅极和MN2的漏极；MN2的源级接地、MN2的栅极接电阻R2的一端和MN1的源极；电阻R2的另一端接地；MN1的漏极作为预稳压启动模块111的输出端连接预稳压核心模块112，输出启动偏置电流Ib。
9.一种应用电源管理电路的芯片，其特征在于：
电源管理电路为芯片内的模块提供电源电压、电流偏置；所述芯片为电池管理芯片。
10.如权利要求9所述的芯片，其特征在于：
所述电源管理电路为电池管理芯片提供过流保护、过温保护的功能。
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