CN112068626A

CN112068626A - 一种家用电器、芯片及电压源电路

Info

Publication number: CN112068626A
Application number: CN202010754166.8A
Authority: CN
Inventors: 刘利书
Original assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea White Goods Technology Innovation Center Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea White Goods Technology Innovation Center Co Ltd
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2040-07-30
Also published as: CN112068626B

Abstract

本申请公开了一种家用电器、芯片和电压源电路，该电压源电路包括：第一开关元件，接收电源电压；带隙基准电路，连接第一开关元件并输出反馈信号至第一开关元件以调整流经第一开关元件的电流；第一电阻，与第一开关元件形成源极跟随结构，以在第一开关元件、带隙基准电路和第一电阻之间的连接节点，输出稳定的工作电压；其中，输出的工作电压不随温度和/或电源电压的变化而变化。本申请通过这种连接方式，能够获得不随温度和/或电源电压的变化而变化的工作电压；同时第一电阻与第一开关元件形成源极跟随结构，有效提高电压源电路的带负载能力。

Description

一种家用电器、芯片及电压源电路

技术领域

本申请涉及半导体器件及芯片领域，特别是涉及一种家用电器、芯片及电压源电路。

背景技术

在半导体器件和芯片领域，通常需要设计外置或者内置的电压源，而判断电源优劣的基本参数包括以下三点：1)电压的稳定性，即输出的电压不随外加电压或者负载变化；2)温度的稳定性，即输出的电压不随外界温度变化而变化；3)工艺的稳定性。其中，温度的稳定性挑战最大。

另一方面，现有技术中，电压源设计的驱动能力较弱，驱动负载能力弱，需要额外设计缓冲电路结构，增加生产成本。

发明内容

本申请至少提供一种家用电器、芯片及电压源电路。

本申请第一方面提供了一种电压源电路，包括：

第一开关元件，接收电源电压；

带隙基准电路，连接第一开关元件并输出反馈信号至第一开关元件以调整流经第一开关元件的电流；

第一电阻，与第一开关元件形成源极跟随结构，以在第一开关元件、带隙基准电路和第一电阻之间的连接节点，输出稳定的工作电压；

其中，输出的工作电压不随温度和/或电源电压的变化而变化。

本申请第二方面提供了一种芯片，包括如上述的电压源电路。

本申请第二方面提供了一种家用电器，包括如上述的芯片。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的电压源电路包括第一开关元件，接收电源电压；带隙基准电路，连接第一开关元件并输出反馈信号至第一开关元件以调整流经第一开关元件的电流；第一电阻，与第一开关元件形成源极跟随结构，以在第一开关元件、带隙基准电路和第一电阻之间的连接节点，输出稳定的工作电压；其中，输出的工作电压不随温度和/或电源电压的变化而变化。本申请通过这种连接方式，能够获得不随温度和/或电源电压的变化而变化的工作电压；同时第一电阻与第一开关元件形成源极跟随结构，有效提高电压源电路的带负载能力，无需设置额外的缓冲电路，简化电路，节省生产成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请电压源电路第一实施例的结构示意图；

图2是本申请电压源电路第二实施例的结构示意图；

图3是本申请带隙基准电路第一实施例的结构示意图；

图4是本申请带隙基准电路第二实施例的结构示意图；

图5是本申请带隙基准电路第三实施例的结构示意图；

图6是本申请芯片一实施例的结构示意图；

图7是本申请家用电器一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的家用电器、芯片及电压源电路做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

请参阅图1，图1是本申请电压源电路第一实施例的结构示意图。电压源电路10包括第一开关元件11、带隙基准电路12以及第一电阻R1。第一开关元件11耦接带隙基准电路12以及第一电阻R1，带隙基准电路12耦接第一电阻R1。第一电阻R1与第一开关元件11形成源极跟随器，能够有效提高电压源电路10的带负载能力。

第一开关元件11接收电源电压VCC，向带隙基准电路12输出电流，带隙基准电路12向第一开关元件11输出反馈信号Reg_out，根据反馈信号Reg_out调整流经第一开关元件11的电流。电压源电路10通过第一开关元件11、带隙基准电路12和第一电阻R1之间的连接节点输出稳定的工作电压Vref，工作电压Vref用于作为负载(图未示)的供电电压。其中，输出的工作电压Vref不随温度和/或电源电压VCC的变化而变化。

如图1所示，第一开关元件11包括控制端、第一通路端和第二通路端，带隙基准电路12包括反馈端、第一端和第二端。第一开关元件11的第一通路端连接电源电压VCC，第一开关元件11的第二通路端连接带隙基准电路12的第一端，第一开关元件11的控制端连接带隙基准电路12的反馈端，带隙基准电路12的第二端接地。

第一电阻R1的第一端连接第一开关元件11的第二通路端和带隙基准电路12的第一端，第一电阻R1的第二端接地。第一电阻R1的第一端、第一开关元件11的第二通路端和带隙基准电路12的第一端之间的连接节点，作为电压源电路10的输出端，以输出工作电压Vref。

可选地，第一开关元件11可为MOS管或三极管等开关元器件。具体地，以第一开关元件11为NMOS管为例，进一步参阅图2，图2是本申请电压源电路第二实施例的结构示意图。如图2所示，第一开关元件11为NMOS管，第一开关元件11的控制端、第一通路端和第二通路端分别为NMOS管的栅极、漏极和源极。

可选地，在其他实施例中，第一开关元件11可为NPN型三极管，第一开关元件11的控制端、第一通路端和第二通路端分别为三极管的基极、集电极和发射极，具体连接方式同上述连接方式，在此不再赘述。

结合图1-2，进一步参阅图3，图3是本申请带隙基准电路第一实施例的结构示意图。带隙基准电路12包括运算放大器OP、第一路径121以及第二路径122。

第一路径121连接在第一开关元件11的第二通路端和地电压之间，用于提供第一反馈电压至运算放大器OP的第一输入端a；第二路径122连接在第一开关元件11的第二通路端和地电压之间，用于提供第二反馈电压至运算放大器OP的第二输入端b；运算放大器OP的输出端作为带隙基准电路12的反馈端，连接至第一开关元件11的控制端。可选地，运算放大器OP的第一输入端a为运算放大器OP的同相输入端，运算放大器OP的第二输入端b为运算放大器OP的反相输入端。

具体地，第一路径121包括第二电阻R2与第二开关元件1211，第二电阻R2的第一端连接第一开关元件11的第二通路端；第二开关元件1211的第一通路端连接地电压，第二开关元件1211的控制端和第二通路端连接在一起，并连接至第二电阻R2的第二端。

第二电阻R2的第二端、第二开关元件1211的控制端和第二通路端之间的连接处作为第一节点，连接至运算放大器OP的第一输入端a，以提供第一反馈电压至运算放大器OP的第一输入端a。

其中，第二开关元件1211为NPN型三极管，第二开关元件1211的控制端、第一通路端和第二通路端分别为三极管的基极、发射极和集电极。

第二路径122包括第三电阻R3、第四电阻R4和第三开关元件1221，第三电阻R3的第一端连接第一开关元件11的第二通路端，第二电阻R2的第一端和第三电阻R3的第一端连接在一起，作为带隙基准电路12的第一端；第三开关元件1221的第一通路端连接地电压，第二开关元件1211的第一通路端和第三开关元件1221的第一通路端连接在一起，作为带隙基准电路12的第二端，第三开关元件1221的控制端和第二通路端连接在一起，并连接至第四电阻R4的第一端；第四电阻R4的第二端连接第三电阻R3的第二端，

第四电阻R4的第二端和第三电阻R3的第二端之间的连接处作为第二节点，连接至运算放大器OP的第二输入端b，以提供第二反馈电压至运算放大器OP的第二输入端b。

可选地，第二开关元件1211与第三开关元件1221的发射区面积之比为1：N，N为正整数。可选地，第二电阻R2与第三电阻R3的阻值相等。

其中，第三开关元件1221为NPN型三极管，第三开关元件1221的控制端、第一通路端和第二通路端分别为三极管的基极、发射极和集电极。

根据运算放大器OP的虚短特性，得到运算放大器OP的第一输入端a与第二输入端b的电位相等，即

V_a＝V_b＝V_be1 (1)

其中，V_be1为第二开关元件1211的基极-发射极电压，V_be1随温度的上升而降低，即V_be1为负温度系数电压。

同时，第四电阻R4上的电压为：

V_R4＝V_b-V_be2＝V_be1-V_be2＝ΔV_be＝V_Tln(N*R3/R2) (2)

其中，V_be2为第三开关元件1221的基极-发射极电压；N为第二开关元件1211与第三开关元件1221发射区面积的比值，N为常数；V_T为热电压，V_T随温度的上升而增加，即V_R4为正温度系数电压。

由公式(2)可知，此时通过第二路径122的电流为：

I₂＝V_R4/R4＝V_Tln(N*R3/R2)/R4 (3)

根据公式(1)可知，第二电阻R2与第三电阻R3的电压相等，因此通过第一路径121的电流为：

I₁＝I₂*R3/R2＝V_Tln(N*R3/R2)/R4*R3/R2 (4)

第一电阻R1的第一端、第一开关元件11的第二通路端和带隙基准电路12的第一端之间的连接节点输出的工作电压Vref为：

Vref＝I₁*R2+V_be1＝V_Tln(N*R3/R2)*R3/R4+V_be1 (5)

由公式(5)可知，工作电压Vref包括第一分量和第二分量，第一分量为V_Tln(N*R₃/R₂)*R₃/R₄，具有正温度系数；第二分量为V_be1，V_be1为负温度系数电压，且第一分量和第二分量与电源电压VCC无关。

对工作电压Vref进行系数调整可得：

由公式(6)可知，工作电压Vref不随温度变化，因此电压源电路10输出稳定的工作电压Vref。

可选地，在其他实施例中，第二开关元件1211以及第三开关元件1221可为NMOS管，其中，第二开关元件1211的控制端、第一通路端和第二通路端分别为NMOS管的栅极、源极和漏极，第三开关元件1221的控制端、第一通路端和第二通路端分别为NMOS管的栅极、源极和漏极，具体连接方式同上述连接方式，工作原理与上述实施例相似，在此不再赘述。

可选地，在其他实施例中，第四电阻R4与第三开关元件1221的位置可以互换，第三开关元件1221的第二通路端连接第三电阻R3的第二端，第三开关元件1221的第二通路端和第三电阻R3的第二端之间的连接处作为第二节点，连接至运算放大器OP的第二输入端b，以提供第二反馈电压至运算放大器OP的第二输入端b；第三开关元件1221的第一通路端连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接地电压。

进一步参阅图4，图4是本申请带隙基准电路第二实施例的结构示意图。与图3不同的是，本实施例中的第二开关元件1211以及第三开关元件1221为PNP型三极管，其中，第二开关元件1211的控制端、第一通路端和第二通路端分别为三极管的基极、集电极和发射极，第三开关元件1221的控制端、第一通路端和第二通路端分别为三极管的基极、集电极和发射极。

如图4所示，第二电阻R2的第一端连接第一开关元件11的第二通路端；第二开关元件1211的第一通路端和控制端连接在一起，并连接地电压，第二开关元件1211的第二通路端连接至第二电阻R2的第二端。

第二电阻R2的第二端和第二开关元件1211的第二通路端之间的连接处作为第一节点，连接至运算放大器OP的第一输入端a，以提供第一反馈电压至运算放大器OP的第一输入端a。

第三电阻R3的第一端连接第一开关元件11的第二通路端，第二电阻R2的第一端和第三电阻R3的第一端连接在一起，作为带隙基准电路12的第一端；第三开关元件1221的第一通路端和控制端连接在一起，并连接地电压，第二开关元件1211的第一通路端和控制端与第三开关元件1221的第一通路端和控制端连接在一起，作为带隙基准电路12的第二端；第三开关元件1221的第二通路端连接至第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第三电阻R3的第二端。

其中，本实施例的具体工作原理与上述实施例相似，在此不再赘述。

进一步参阅图5，图5是本申请带隙基准电路第三实施例的结构示意图。与图3不同的是，本实施例中的第一路径121包括第二电阻R2、第四电阻R4和第二开关元件1211，第二路径122包括第三电阻R3和第三开关元件1221。其中，第二开关元件1211以及第三开关元件1221为NMOS管，第二开关元件1211的控制端、第一通路端和第二通路端分别为NMOS管的栅极、源极和漏极，第三开关元件1221的控制端、第一通路端和第二通路端分别为NMOS管的栅极、源极和漏极。

如图5所示，第二电阻R2的第一端连接第一开关元件11的第二通路端；第二开关元件1211的第一通路端连接地电压，第二开关元件1211的控制端连接第二电阻R2的第二端和第四电阻R4的第一端，第二开关元件1211的第二通路端连接至第四电阻R4的第二端。

第二电阻R2的第二端、第二开关元件1211的控制端之间的连接处作为第一节点，连接至运算放大器OP的第一输入端a，以提供第一反馈电压至运算放大器OP的第一输入端a。

第三电阻R3的第一端连接第一开关元件11的第二通路端，第二电阻R2的第一端和第三电阻R3的第一端连接在一起，作为带隙基准电路12的第一端。

第三开关元件1221的第一通路端连接地电压，第二开关元件1211的第一通路端与第三开关元件1221的第一通路端连接在一起，作为带隙基准电路12的第二端，第三开关元件1221的第二通路端连接至第三电阻R3的第二端，第三开关元件1221的控制端连接至第四电阻R4的第二端和第二开关元件1211的第二通路端。

第三电阻R3的第二端和第三开关元件1221的第二通路端之间的连接处作为第二节点，连接至运算放大器OP的第二输入端b，以提供第二反馈电压至运算放大器OP的第二输入端b。

结合图1-5可得，当第一电阻R1的阻值较小，且电压源电路10连接的负载功率较大时，工作电压Vref降低，第一开关元件11的栅极-源极电压Vgs增加，以使流经第一开关元件11的电流增加。由于流经第一路径121电流与流经第二路径122的电流大小不变，增加的电流流向负载，工作电压Vref升高，保持工作电压Vref的稳定输出。

当第一电阻R1的阻值较大，且电压源电路10连接的负载功率较小时，工作电压Vref升高，第一开关元件11的栅极-源极电压Vgs减小，以使流经第一开关元件11的电流减少。由于流经第一路径121电流与流经第二路径122的电流大小不变，负载的工作电流减小，工作电压Vref降低，保持工作电压Vref的稳定输出。

由上述分析可知，负载与电压源电路10形成闭环负反馈，保证了工作电压Vref的稳定输出，提高电压源电路10的负载驱动能力。

本申请还提供一种芯片60，请参阅图6，图6是本申请芯片一实施例的结构示意图。芯片60包括电压源电路61，该电压源电路61为上述实施例所揭示的电压源电路10，在此不再赘述。

本申请还提供一种家用电器70，请参阅图6，图7是本申请家用电器一实施例的结构示意图。家用电器70包括芯片71，该芯片71为上述实施例所揭示的芯片60，在此不再赘述。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种电压源电路，其特征在于，包括：

第一开关元件，接收电源电压；

带隙基准电路，连接所述第一开关元件并输出反馈信号至所述第一开关元件以调整流经所述第一开关元件的电流；

第一电阻，与所述第一开关元件形成源极跟随结构，以在所述第一开关元件、所述带隙基准电路和所述第一电阻之间的连接节点，输出稳定的工作电压；

其中，输出的所述工作电压不随温度和/或所述电源电压的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的电压源电路，其特征在于，所述第一开关元件包括控制端、第一通路端和第二通路端；所述带隙基准电路包括反馈端、第一端和第二端；

其中，所述第一开关元件的控制端连接所述带隙基准电路的反馈端，所述第一开关元件的第一通路端连接所述电源电压，所述第一开关元件的第二通路端连接所述带隙基准电路的第一端，所述带隙基准电路的第二端接地；

所述第一电阻的第一端连接所述第一开关元件的第二通路端和所述带隙基准电路的第一端，且所述第一电阻的第一端、所述第一开关元件的第二通路端和所述带隙基准电路的第一端之间的连接节点，作为所述电压源电路的输出端，以输出所述工作电压；所述第一电阻的第二端接地。

3.根据权利要求2所述的电压源电路，其特征在于，所述第一开关元件为MOS管或三极管。

4.根据权利要求2所述的电压源电路，其特征在于，所述带隙基准电路包括：

运算放大器；

第一路径，连接在所述第一开关元件的第二通路端和地电压之间，用于提供第一反馈电压至所述运算放大器的第一输入端；

第二路径，连接在所述第一开关元件的第二通路端和所述地电压之间，用于提供第二反馈电压至所述运算放大器的第二输入端；

其中，所述运算放大器的输出端作为所述带隙基准电路的反馈端，连接至所述第一开关元件的控制端。

5.根据权利要求4所述的电压源电路，其特征在于，所述第一路径包括第二电阻和第二开关元件，所述第二路径包括第三电阻、第四电阻和第三开关元件；所述第二开关元件和所述第三开关元件为NPN型三级管；

其中，所述第二电阻的第一端连接所述第一开关元件的第二通路端；

所述第二开关元件的第一通路端连接所述地电压，所述第二开关元件的控制端和第二通路端连接在一起，并连接至所述第二电阻的第二端；所述第二电阻的第二端、所述第二开关元件的控制端和第二通路端之间的连接处作为第一节点，连接至所述运算放大器的第一输入端，以提供所述第一反馈电压至所述运算放大器的第一输入端；

所述第三电阻的第一端连接所述第一开关元件的第二通路端，所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端连接在一起，作为所述带隙基准电路的第一端；

所述第三开关元件的第一通路端连接所述地电压，所述第二开关元件的第一通路端和所述第三开关元件的第一通路端连接在一起，作为所述带隙基准电路的第二端，所述第三开关元件的控制端和第二通路端连接在一起，并连接至所述第四电阻的第一端；

所述第四电阻的第二端连接所述第三电阻的第二端，且所述第四电阻的第二端和所述第三电阻的第二端之间的连接处作为第二节点，连接至所述运算放大器的第二输入端，以提供所述第二反馈电压至所述运算放大器的第二输入端。

6.根据权利要求4所述的电压源电路，其特征在于，所述第一路径包括第二电阻和第二开关元件，所述第二路径包括第三电阻、第四电阻和第三开关元件；所述第二开关元件和所述第三开关元件为PNP型三级管；

所述第二开关元件的第一通路端和控制端连接在一起，并连接所述地电压，所述第二开关元件的第二通路端连接至所述第二电阻的第二端；所述第二电阻的第二端和所述第二开关元件的第二通路端之间的连接处作为第一节点，连接至所述运算放大器的第一输入端，以提供所述第一反馈电压至所述运算放大器的第一输入端；

所述第三开关元件的第一通路端和控制端连接在一起，并连接所述地电压，所述第二开关元件的第一通路端和控制端与所述第三开关元件的第一通路端和控制端连接在一起，作为所述带隙基准电路的第二端，所述第三开关元件的第二通路端连接至所述第四电阻的第一端；

7.根据权利要求4所述的电压源电路，其特征在于，所述第一路径包括第二电阻、第四电阻和第二开关元件，所述第二路径包括第三电阻和第三开关元件；所述第二开关元件和所述第三开关元件为NMOS管；

所述第二开关元件的第一通路端连接所述地电压，所述第二开关元件的控制端连接至所述第二电阻的第二端和所述第四电阻的第一端，所述第二开关元件的第二通路端连接至所述第四电阻的第二端；所述第二电阻的第二端、所述第二开关元件的控制端之间的连接处作为第一节点，连接至所述运算放大器的第一输入端，以提供所述第一反馈电压至所述运算放大器的第一输入端；

所述第三开关元件的第一通路端连接所述地电压，所述第二开关元件的第一通路端与所述第三开关元件的第一通路端连接在一起，作为所述带隙基准电路的第二端，所述第三开关元件的第二通路端连接至所述第三电阻的第二端，所述第三开关元件的控制端连接所述第四电阻的第二端和所述第二开关元件的第二通路端；所述第三电阻的第二端和所述第三开关元件的第二通路端之间的连接处作为第二节点，连接至所述运算放大器的第二输入端，以提供所述第二反馈电压至所述运算放大器的第二输入端。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的电压源电路，其特征在于，所述工作电压包括第一分量和第二分量，所述第一分量具有正温度系数，所述第二分量具有负温度系数，且所述第一分量和所述第二分量与所述电源电压无关。

9.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的电压源电路。

10.一种家用电器，其特征在于，包括如权利要求9所述的芯片。