CN112711285A - 一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子技术领域，提供了一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源，所述可编程高电压基准单元电路包括：晶体管的集电极或漏极连接阴极端，晶体管的发射极或源极连接运算放大器的负电源端和内部信号地并连接阳极端，晶体管的基极或栅极连接运算放大器的输出端，运算放大器的正电源端连接辅助电源正端，运算放大器的同相输入端连接外部输入参考端，运算放大器的反向输入端和内部信号地之间连接内部输入参考电压；所述晶体管的集电极或漏极在所述单元电路内部开路。本发明实现了基准电压高于36V至KV级的电压基准源的设计。

Description

一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源。
背景技术
可编程基准是一种精密可调节三端并联稳压单元电路，主要应用于组成基准电压源或开关电源的反馈环路。常用的可编程基准是集成电路TL431。TL431的参考电压Vref约为2.5V，最大工作电压是36V，组成基准电压源或开关电源的反馈环路时，其输出端之间的电压通过外部电阻器设置只能介于Vref和36V之间的任意值。
对于基准电压高于36V的基准电压源，特别是基准电压可调的基准电压源，并没有合适的集成电路或单元电路可供使用；而使用固定电压的齐纳二极管时只有有限的标称值可供选用，最高工作电压不到500V，对于基准电压是齐纳二极管标称值之外或高于500V的基准电压源，已无齐纳二极管可供使用。对于基准电压为500V以上的基准电压源或者最高基准电压为36V以上的基准电压可调的基准电压源，目前并没有集成电路或单元电路可供使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源，旨在解决基准电压为36V以上的基准电压源或者最高基准电压为36V以上的基准电压可调的基准电压源，目前并没有集成电路或单元电路可供使用的问题。
第一方面，本发明提供了一种可编程高电压基准单元电路，包括：晶体管Q1、运算放大器U1、内部信号地F、内部参考电压Vref和外部输入参考端REF、阴极端CATHODE、阳极端ANODE和辅助电源正端VCC；所述晶体管Q1的集电极或漏极在所述单元电路内部开路并连接阴极端CATHODE，晶体管Q1的发射极或源极连接运算放大器U1的负电源端和内部信号地F并连接阳极端ANODE，晶体管Q1的基极或栅极连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的正电源端连接辅助电源正端VCC，运算放大器U1的同相输入端连接外部输入参考端REF，运算放大器U1的反向输入端和内部信号地F之间连接内部输入参考电压Vref；所述晶体管的集电极或漏极在所述单元电路内部开路。
第二方面，本发明提供了一种高压电压基准源，所述高压电压基准源包括所述可编程高电压基准单元电路。
本发明电路中晶体管的耐压高于此使用可编程高电压基准单元电路组成的可调高压电压基准源提供的基准电压，高压电压基准源可实现基准电压高于36V至KV。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种可编程高电压基准单元电路图。
图2是本发明实施例一提供的另一种可编程高电压基准单元电路图。
图3是本发明实施例二提供的一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源的原理图。
图4是本发明实施例二提供的另一种可编程高电压基准单元电路和高压电压基准源的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
请参阅图1，本发明实施例一提供了一种可编程高电压基准单元电路，包括：晶体管Q1、运算放大器U1、内部信号地F、内部参考电压Vref和外部输入参考端REF、阴极端CATHODE、阳极端ANODE和辅助电源正端VCC；所述晶体管Q1的集电极或漏极在所述单元电路内部开路并连接阴极端CATHODE，晶体管Q1的发射极或源极连接运算放大器U1的负电源端2和内部信号地F并连接阳极端ANODE，晶体管Q1的基极或栅极连接运算放大器U1的输出端4，运算放大器U1的正电源端5连接辅助电源正端VCC，运算放大器U1的同相输入端1连接外部输入参考端REF，运算放大器U1的反向输入端3和内部信号地F之间连接内部输入参考电压Vref；所述晶体管的集电极或漏极在所述单元电路内部开路。
在本发明实施例一中，所述晶体管Q1包括双极三极管、结型场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。
在本发明实施例一中，所述运算放大器U1包括轨到轨运算放大器和非轨到轨运算放大器。
在本发明实施例一中，所述阳极端ANODE和阴极端CATHODE分别相当于等效齐纳二极管的阳极和阴极。
在本发明实施例一中，所述可编程高电压基准单元电路还包括积分电路、滤波电路、分压电路和可编程基准集成电路U2，所述积分电路的第一端连接阳极端ANODE，积分电路的第二端连接到晶体管Q1的基极或栅极，积分电路的第三端连接运算放大器U1的输出端4，所述滤波电路的第一端连接内部信号地F，滤波电路的第二端连接运算放大器U1的反向输入端3，滤波电路的第三端连接分压电路的第一端，所述分压电路的第一端连接运算放大器U1的反向输入端3，所述分压电路的第二端连接可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端，分压电路的第三端连接内部信号地F，可编程基准集成电路U2的阳极端连接内部信号地F。
在本发明实施例一中，所述积分电路包括第一电阻R1和第二电容C2，所述第一电阻R1的两端分别连接第一运算放大器U1的输出端和晶体管Q1的基极或栅极，第二电容C2的两端分别连接阳极端ANODE和晶体管Q1的基极或栅极；
所述滤波电路包括第四电容C4和第五电阻R5，分压电路包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第四电容C4的一端连接运算放大器U1的负电源端，另一端分别连接运算放大器U1的反向输入端3和第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端分别连接第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接运算放大器U1的负电源端2，第三电阻R3的另一端连接可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端。
在本发明实施例一中，所述可编程高电压基准单元电路还包括第三电容C3、第二电阻R2和第六电阻R6，第三电容C3的一端和可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端，第三电容的另一端连接运算放大器U1的负电源端2，第二电阻R2的一端连接阳极端ANODE，第二电阻R2的另一端连接晶体管Q1的发射极或源极，第六电阻R6的两端分别连接运算放大器U1的正电源端5和可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端。具体请参阅图2。
在本发明实施例一中，所述辅助电源正端VCC的电压大于可编程基准集成电路U2的参考电压，大于晶体管Q1的发射结同相电压或栅极电压阈值。
工作原理：
辅助电源正端VCC通过可编程基准集成电路U2与第六电阻R6、第三电容C3产生内部基准电压，内部基准电压经过R3、R4分压和R5、C4滤波后在Vref处产生内部参考电压，运算放大器U1的反向输入端3接内部参考电压，运算放大器U1的同相输入端1通过外部输入参考端REF接外部参考反馈信号，运算放大器U1的输出端4通过积分电路的第一电阻R1、第二电容C2接晶体管Q1的基极或栅极，使阴极端CATHODE和阳极端ANODE之间的阻抗同外部参考反馈信号与内部参考电压之间形成负反馈。
实施例二：
本发明实施例二提供一种高压电压基准源，所述高压电压基准源包括所述可编程高电压基准单元电路。
请参阅图3，所述高压电压基准源包括所述可编程高电压基准单元电路，还包括电压输入端Vi、电压输出端Vo、第五电容C5、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11，所述电压输入端Vi连接第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端分别连接电压输出端Vo和晶体管Q1的集电极或漏极，第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9依次串联两端分别连接电压输出端Vo和运算放大器U1的同相输入端1，第十电阻R10的两端分别连接运算放大器U1的同相输入端1和负电源端2，第五电容C5的两端分别连接电压输出端Vo和运算放大器U1的负电源端2。
输出电压Vo＝Vref*(R7+R8+R9+R10)/R10。
实施例三：
请参阅图4，本发明提供实施例三了一种可调高压电压基准源，与图3相比，所述可编程高电压基准单元电路还包括电位器VR1，所述电位器VR1连接在运算放大器U1的负电源端2和第十电阻R10之间。
输出电压Vo＝Vref*(R7+R8+R9+R10+VR1调节值)/(R10+VR1调节值)
在本发明实施例电路中晶体管的耐压高于此使用可编程高电压基准单元电路组成的可调高压电压基准源提供的最高基准电压，高压电压基准源可实现基准电压高于36V至KV。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可编程高电压基准单元电路，其特征在于，包括：晶体管Q1、运算放大器U1、内部信号地F、内部参考电压Vref和外部输入参考端REF、阴极端CATHODE、阳极端ANODE和辅助电源正端VCC；所述晶体管Q1的集电极或漏极在所述单元电路内部开路并连接阴极端CATHODE，晶体管Q1的发射极或源极连接运算放大器U1的负电源端和内部信号地F并连接阳极端ANODE，晶体管Q1的基极或栅极连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的正电源端连接辅助电源正端VCC，运算放大器U1的同相输入端连接外部输入参考端REF，运算放大器U1的反向输入端和内部信号地F之间连接内部输入参考电压Vref；所述晶体管的集电极或漏极在所述单元电路内部开路。
2.如权利要求1所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述晶体管Q1包括双极三极管、结型场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。
3.如权利要求1所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述运算放大器U1包括轨到轨运算放大器和非轨到轨运算放大器。
4.如权利要求1所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述阳极端ANODE和阴极端CATHODE分别相当于等效齐纳二极管的阳极和阴极。
5.如权利要求1所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述可编程高电压基准单元电路还包括积分电路、滤波电路、分压电路和可编程基准集成电路U2，所述积分电路的第一端连接阳极端ANODE，积分电路的第二端连接到晶体管Q1的基极或栅极，积分电路的第三端连接运算放大器U1的输出端，所述滤波电路的第一端连接内部信号地F，滤波电路的第二端连接运算放大器U1的反向输入端，滤波电路的第三端连接分压电路的第一端，所述分压电路的第一端连接运算放大器U1的反向输入端，所述分压电路的第二端连接可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端，分压电路的第三端连接内部信号地F，可编程基准集成电路U2的阳极端连接内部信号地F。
6.如权利要求5所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述积分电路包括第一电阻R1和第二电容C2，所述第一电阻R1的两端分别连接第一运算放大器U1的输出端和晶体管Q1的基极或栅极，第二电容C2的两端分别连接阳极端ANODE和晶体管Q1的基极或栅极。
7.如权利要求5所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述滤波电路包括第四电容C4和第五电阻R5，分压电路包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第四电容C4的一端连接运算放大器U1的负电源端，另一端分别连接运算放大器U1的反向输入端和第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端分别连接第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接运算放大器U1的负电源端，第三电阻R3的另一端连接可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端。
8.如权利要求6所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述可编程高电压基准单元电路还包括第三电容C3、第二电阻R2和第六电阻R6，第三电容C3的一端和可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端，第三电容的另一端连接运算放大器U1的负电源端，第二电阻R2的一端连接阳极端ANODE，第二电阻R2的另一端连接晶体管Q1的发射极或源极，第六电阻R6的两端分别连接运算放大器U1的正电源端和可编程基准集成电路U2的阴极端和参考端。
9.如权利要求1所述的可编程高电压基准单元电路，其特征在于，所述辅助电源正端VCC的电压大于可编程基准集成电路U2的参考电压，大于晶体管Q1的发射结正向电压或栅极电压阈值。
10.一种高压电压基准源，其特征在于，所述高压电压基准源包括如权利要求1至8任一项所述的可编程高电压基准单元电路。
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