CN112764446B

CN112764446B - 电压调整器及电源芯片

Info

Publication number: CN112764446B
Application number: CN202110370024.6A
Authority: CN
Inventors: 薛晓磊; 袁冰
Original assignee: Shenzhen Tuoer Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Tuoer Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2041-04-07
Also published as: CN112764446A

Abstract

本申请适用于电子电路技术领域，提供了一种电压调整器及电源芯片。电压调整器包括电压调整电路、第一电位触发电路、第二电位触发电路、欠压采样电路和过压采样电路。电压调整电路对输入电压进行调整并输出第一电压和第二电压；欠压采样电路对第一电压进行采样，输出欠压采样电压；当输入电压小于或等于欠压门限电压时，欠压采样电压小于或等于第一电位触发电路的触发电压，第一电位触发电路输出欠压锁定驱动信号；过压采样电路对第二电压进行采样，输出过压采样电压；当输入电压大于或等于过压门限电压时，过压采样电压大于或等于第二电位触发电路的触发电压，第二电位触发电路输出过压保护驱动信号。本申请提供的电压调整器电路结构简单。

Description

电压调整器及电源芯片

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种电压调整器及电源芯片。

背景技术

电源芯片是在电子设备系统中担负对电能的变换、分配、检测及其他电能的职责的芯片。电源芯片包括电压调整器和逻辑电路等。电压调整器可以将不稳定、不适用于芯片内部电源的输入电压转换为稳定且适用于芯片内部工作的电压。例如，电源芯片内部的逻辑电路工作电压为5V，外部输入电压为18V，则通过电压调整器将18V输入电压调整至5V左右为逻辑电路供电。

电源芯片还包括过压保护电路和欠压锁定电路，电压调整器分别与过压保护电路和欠压锁定电路连接。电压调整器工作时，监测外部输入电压，在外部输入电压处于过压时输出过压保护驱动信号，以驱动过压保护电路进行过压保护；在欠压时输出欠压锁定驱动信号，以驱动欠压锁定电路进行欠压锁定。

传统技术中，电压调整器主要通过基准电路和比较器实现。基准电路用于提供判断过压或欠压时的基准电压，比较器根据基准电压进行比较，并根据比较结果输出过压保护驱动信号或欠压锁定驱动信号，结构复杂。

发明内容

本申请提供一种电压调整器及电源芯片，可以解决传统技术中电压调整器的过压欠压保护电路结构复杂的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电压调整器，包括：

一种电压调整器，包括：

电压调整电路，用于对所述电压调整电路的输入电压进行调整，当所述输入电压小于预设电压阈值时输出第一电压，当所述输入电压大于或等于所述预设电压阈值时输出第二电压；

第一电位触发电路和第二电位触发电路；

欠压采样电路，与所述电压调整电路和所述第一电位触发电路分别连接，所述欠压采样电路用于对所述第一电压进行采样，输出欠压采样电压；当所述输入电压小于或等于欠压门限电压时，所述欠压采样电压小于或等于所述第一电位触发电路的触发电压，所述第一电位触发电路输出欠压锁定驱动信号，其中，所述欠压门限电压小于所述预设电压阈值；

过压采样电路，与所述电压调整电路和所述第二电位触发电路分别连接，所述过压采样电路用于对所述第二电压进行采样，输出过压采样电压；当所述输入电压大于或等于过压门限电压时，所述过压采样电压大于或等于所述第二电位触发电路的触发电压，所述第二电位触发电路输出过压保护驱动信号，其中，所述过压门限电压大于所述预设电压阈值。

在其中一个实施例中，所述过压采样电路包括：

降压单元，与所述电压调整电路和所述第二电位触发电路分别连接，所述降压单元用于对所述第二电压进行降压，输出所述过压采样电压；

第一限流单元，与所述降压单元连接，用于限定流经所述降压单元的电流。

在其中一个实施例中，所述降压单元包括N型LDMOS管M1和齐纳二极管D1，所述N型LDMOS管M1的漏极与所述电压调整电路的输入端连接，所述N型LDMOS管M1的栅极与所述电压调整电路的第二输出端连接，其中，所述电压调整电路的第二输出端用于输出所述第二电压；所述齐纳二极管D1的反向端与所述N型LDMOS管M1的源极连接，所述齐纳二极管D1的正向端与所述第二电位触发电路连接。

在其中一个实施例中，所述第一限流单元包括耗尽管M3，所述耗尽管M3的漏极与所述齐纳二极管D1的正向端连接，所述耗尽管M3的栅极与所述耗尽管M3的源极连接并接地。

在其中一个实施例中，所述欠压采样电路包括：

分压单元，与所述电压调整电路和所述第一电位触发电路分别连接，所述分压电压用于对所述第一电压进行采样，输出所述欠压采样电压；

第二限流单元，与所述分压单元连接，用于限定流经所述分压单元的电流。

在其中一个实施例中，所述分压单元包括N型MOS管M13和N型MOS管M15，所述N型MOS管M13的栅极和所述N型MOS管M15的栅极连接，并与所述电压调整电路的第一输出端连接，所述N型MOS管M13的漏极与所述电压调整电路的第一输出端连接，所述N型MOS管M13的源极和所述N型MOS管M15的漏极连接，所述N型MOS管M15的源极与所述第一电位触发电路连接，其中，所述电压调整电路的第一输出端用于输出所述第一电压。

在其中一个实施例中，所述第二限流单元包括耗尽管M4，所述耗尽管M4的漏极与N型MOS管M15的源极连接，所述耗尽管M4的栅极与所述耗尽管M4的源极连接并接地。

在其中一个实施例中，所述欠压采样电路还包括P型MOS管M16，所述P型MOS管M16的源极与所述N型MOS管M15的漏极连接，所述P型MOS管M16的漏极与所述第一电位触发电路的输入端连接，所述P型MOS管M16的栅极与所述第一电位触发电路的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述电压调整电路包括：

分压采样单元，与所述过压采样电路连接，所述分压采样单元用于在所述输入电压小于所述预设电压阈值时对所述输入电压进行采样，在所述输入电压大于或等于所述预设电压阈值时对所述输入电压进行分压采样，并输出所述第二电压；

电压调整单元，与所述分压采样单元和所述欠压采样电路分别连接，用于对分压采样单元输出的电压进行调整，输出所述第一电压。

在其中一个实施例中，所述分压采样单元包括第一分压电阻子单元、第二分压电阻子单元和齐纳二极管D0；所述第一分压电阻子单元的第一端与输入电源连接，所述第一分压电阻子单元的第二端与所述第二分压电阻子单元的第一端连接，所述第二分压电阻子单元的第二端与所述齐纳二极管D0的反向端连接，所述齐纳二极管D0的正向端接地；所述第二分压电阻子单元的第一端与所述过压采样电路连接，所述第二分压电阻子单元的第二端与所述电压调整单元连接。

在其中一个实施例中，所述电压调整单元包括N型LDMOS管M2、电阻R4和N型MOS管M5、N型MOS管M6和N型MOS管M7；所述N型LDMOS管M2的栅极与所述齐纳二极管D0的反向端连接，所述N型LDMOS管M2的漏极与所述输入电源连接，所述N型LDMOS管M2的源极与所述欠压采样电路连接，且所述N型LDMOS管M2的源极与所述电阻R4的第一端连接，所述电阻R4的第二端与所述N型MOS管M5的漏极连接，所述N型MOS管M5的栅极与所述N型MOS管M5的漏极连接，所述N型MOS管M6的栅极与所述N型MOS管M6的漏极连接，所述N型MOS管M7的栅极与所述N型MOS管M7的漏极连接，所述N型MOS管M5的源极与所述N型MOS管M6的漏极连接，所述N型MOS管M6的源极与所述N型MOS管M7的漏极连接，所述N型MOS管M7的源极接地GND。

第二方面，本申请实施例提供了一种电源芯片，包括上述第一方面中任一项所述的电压调整器。

本申请提供的电压调整器和电源芯片，电压调整器包括电压调整电路、第一电位触发电路、第二电位触发电路、欠压采样电路和过压采样电路。在电压调整电路的输入电压为欠压场景中，电压调整电路、欠压采样电路和第一电位触发电路工作。当输入电压小于预设电压阈值时，电压调整电路对输入电压进行调整后输出第一电压。欠压采样电路对第一电压进行采样输出欠压采样电压，欠压采样电压小于或等于第一电位触发电路的触发电压时，触发第一电位触发电路输出欠压锁定驱动信号。在本申请中，将第一电平触发电路的触发电压作为参考电压设计欠压采样电路，使得第一电平触发电路的触发电压与欠压门限电压相关，从而使得输入电压小于或等于欠压门限电压时，欠压采样电压能够触发第一电平触发电路工作输出欠压锁定驱动信号，不需要通过基准电路提供基准电压，简化了电路结构。而且，通过欠压采样电压触发第一电位触发电路输出锁定驱动信号，而不需要比较器，进一步简化了电路结构。相似的，在电压调整电路的输入电压为过压场景中，电压调整电路、过压采样电路和第二电位触发电路工作，输出过压保护驱动信号。可见，本申请提供的电压调整器，简化了电路，有效减小了电压调整器的电路面积，实现电子设备的便携化。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统技术中具有过压欠压检测功能的电压调整器的电路原理图；

图2是本申请一实施例提供的电压调整器的电路原理图；

图3是本申请一实施例提供的电压调整电路的原理图；

图4是本申请一实施例提供的过压采样电路的原理图；

图5是本申请一实施例提供的欠压采样电路的原理图；

图6是本申请一实施例提供的电压调整器的电路图。

附图标记说明：

电压调整电路111；过压基准电路112；欠压基准电路113；

第一比较器120；第二比较器130；过压逻辑电路140；欠压逻辑电路150；

电压调整器200；电压调整电路210；分压采样单元211；电压调整单元212；

钳位单元213；滤波单元214；第一电位触发电路220；第二电位触发电路230；

欠压采样电路240；分压单元241；第二限流单元242；过压采样电路250；

降压单元251；第一限流单元252。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

可以理解，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

可以理解，本申请所使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

随着电子电路、通信等技术的发展，越来越多的电子设备参与到日常生活中。同时，半导体技术和产业的进步使电子设备更加趋向于便携和智能。便携式电子设备往往需要更小的面积，既保证设备具有便携的特点又能减少生产成本。另外，低功耗需求在现今的电子设备中也越来越明显。

电源芯片用于将外部输入电压转换为芯片内部电源，应用时需要监测外部输入电压，过压或欠压时要关断电源芯片。电压调整器作为电源芯片的重要组成部分，可以实现将不稳定、不适用于芯片内部电源的输入电压转换为稳定且适用于芯片内部的工作电压。电压调整器可以设置有欠压检测及过压检测电路，实现对过压及欠压的检测。

具体的，过压及欠压检测时，可以预先设置过压门限电压和欠压门限电压，当输入电压大于过压门限电压，表示输入电压过压；当输入电压小于过压门限电压，则表示输入电压欠压。

图1为传统技术中具有过压欠压检测功能的电压调整器的电路原理图。如图1所示，传统技术中，电压调整器包括电压调整电路111、基准电路112、基准分压单元113、第一比较器120、第二比较器130和电压采样电路140。其中，基准电路112提供基准电压V_REF，基准分压单元113根据基准电压V_REF产生过压基准电压V_{REF_OV}提供给第一比较器120。电压采样电路140对输入电压V_IN进行采样，得到第一采样电压V₁。第一比较器120将第一采样电压V₁与过压基准电压V_{REF_OV}进行比较，通过第一采样电压V₁与过压基准电压V_{REF_OV}的大小关系表征输入电压V_IN和过压门限电压之间的关系。当输入电压V_IN大于过压门限电压时，第一比较器120输出过压保护驱动信号OV。

类似的，基准分压单元113根据基准电压V_REF产生欠压基准电压V_{REF_UV}提供给第二比较器130。电压采样电路140对输入电压V_IN进行采样，得到第二采样电压V₂。第二比较器130将第二采样电压V₂与欠压基准电压V_{REF_UV}进行比较，通过第二采样电压V₂与欠压基准电压V_{REF_UV}的大小关系表征输入电压V_IN和欠压门限电压之间的关系。在输入电压V_IN小于欠压门限电压时，第二比较器130输出欠压锁定驱动信号UV。传统技术中的电压调整器整包括基准电路112、基准分压单元113、第一比较器120和第二比较器130等，且基准电路和比较器本身结构比较复杂，因此传统技术中的电压调整器结构复杂，难以减小其面积和功耗，无法满足芯片小面积、低功耗的要求。本申请实施例提供的电压调整器及电源芯片旨在解决该技术问题。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行详细描述。需要说明，在不冲突的情况下，本申请中不同的技术特征之间可以相互结合。

图2示出了本申请提供的电压调整器的电路原理图。如图2所示，本实施例提供的电压调整器200可以包括：电压调整电路210、第一电位触发电路220、第二电位触发电路230、欠压采样电路240和过压采样电路250。其中，电压调整电路210包括输入端、第一输出端和第二输出端。电压调整电路210的输入端用于连接输入电源（图未示），接收输入电源输入的输入电压V_IN。电压调整电路210的第一输出端与欠压采样电路240的输入端连接，欠压采样电路240的输出端与第一电位触发电路220的输入端连接。过压采样电路250的输入端与电压调整电路210的第二输出端连接，过压采样电路250的输出端与第二电位触发电路230的输入端连接。

电压调整电路210用于对输入电压V_IN进行调整，输出第一电压V_OUT1和第二电压V_OUT2，并分别通过第一输出端和第二输出端输出。具体的，当输入电压V_IN小于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压V_IN调整，并通过电压调整电路210的第一输出端输出第一电压V_OUT1；当输入电压V_IN大于或等于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压V_IN进行分压后采样，并通过电压调整电路210的第二输出端输出第二电压V_OUT2，同时，电压调整电路210对输入电压V_IN进行调整输出需求电压V_PRE。其中，需求电压V_PRE是指电压调整电路210根据电源芯片内部需求电压调整后输出的电压，需求电压V_PRE用于向电源芯片内部其他电路提供工作电压。

可选的，需求电压V_PRE可以通过电压调整电路210的第一输出端输出。可选的，当输入电压V_IN小于预设电压阈值时，第一电压V_OUT1可以为需求电压V_PRE。换句话说，当输入电压V_IN小于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压进行调整V_IN，得到第一电压V_OUT1，第一电压V_OUT1作为需求电压V_PRE通过电压调整电路210的第一输出端输出，以向电源芯片内部其他电路提供工作电压。当输入电压V_IN大于或等于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压V_IN进行分压后采样，得到第二电压V_OUT2，第二电压V_OUT2通过电压调整电路210的第二输出端输出；同时，电压调整电路210对输入电压V_IN进行调整输出需求电压V_PRE，需求电压V_PRE通过电压调整电路210的第一输出端输出，以向电源芯片内部其他电路提供工作电压。以下实施例均以第一电压V_OUT1为需求电压V_PRE，且电压调整电路210的第一输出端输出需求电压V_PRE为例进行说明。

欠压采样电路240用于对第一电压V_OUT1进行采样，输出欠压采样电压。欠压采样电路240是将第一电平触发电路220的触发电压作为参考电压设计得到，当输入电压V_IN小于或等于欠压门限电压时，欠压采样电压小于或等于第一电位触发电路220的触发电压，第一电位触发电路220输出欠压锁定驱动信号。其中，欠压门限电压用于表征输入电压V_IN处于欠压场景的门限值，当输入电压V_IN小于或等于欠压门限电压，表示当前输入电压V_IN欠压。可以根据输入电压V_IN的范围等进行预先设置。本实施例中，欠压门限电压小于预设电压阈值UV_O。

过压采样电路250用于对第二电压V_OUT2进行采样，输出过压采样电压。过压采样电路250是将第二电平触发电路230的触发电压作为参考电压设计得到，当输入电压V_IN大于或等于过压门限电压时，过压采样电压大于或等于第二电位触发电路230的触发电压，第二电位触发电路230输出过压保护驱动信号OV_O。其中，过压门限电压用于表征输入电压V_IN处于过压场景的门限值，当输入电压V_IN大于或等于过压门限电压，表示当前输入电压V_IN过压。过压门限电压可以根据输入电压V_IN的范围等进行预先设置。本实施例中，过压门限电压大于预设电压阈值。

可选的，第一电位触发电路220和第二电位触发电路230可以包括施密特触发器。在一个具体的实施例中，第一电位触发电路220可以包括施密特触发器SMIT2，施密特触发器SMIT2的输入端与欠压采样电路240的输出端连接。第二电位触发电路230可以包括施密特触发器SMIT1和反相器INV1。施密特触发器SMIT1的输入端与过压采样电路250的输出端连接，施密特触发器SMIT1的输出端与反相器INV1的输入端连接。

具体地，电压调整器200的工作原理如下：

当输入电压V_IN小于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压V_IN调整，并输出第一电压V_OUT1。欠压采样电路240对电压调整电路210的第一输出端输出的第一电压V_OUT1对输入电压V_IN进行采样，得到欠压采样电压。第一电平触发电路220的触发电压等于输入电压V_IN为欠压门限电压时对应的欠压采样电压。具体的，当输入电压V_IN等于欠压门限电压时，欠压采样电压等于第一电平触发电路220的触发电压，当输入电压V_IN小于欠压门限电压时，欠压采样电压小于第一电平触发电路220的触发电压。第一电平触发电路220在其输入电压小于或等于其触发电压时输出锁定欠压锁定驱动信号UV_O。以第一电位触发电路220包括施密特触发器SMIT2为例，欠压采样电路240根据施密特触发器SMIT2的阈值电压进行设计，以使输入电压V_IN小于或等于欠压门限电压时，欠压采样电压240输出的欠压采样电压小于或等于施密特触发器SMIT2的阈值电压，从而使得施密特触发器SMIT2能够输出欠压锁定驱动信号UV_O。

当输入电压大于或等于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压V_IN进行分压后采样，并输出第二电压V_OUT2。过压采样电路250对第二输入端的第二电压V_OUT2进行采样，输出过压采样电压。第二电平触发电路230的触发电压等于输入电压V_IN为过压门限电压时对应的过压采样电压。具体的，当输入电压V_IN等于过压门限电压时，过压采样电压等于第二电平触发电路230的触发电压，当输入电压V_IN大于过压门限电压时，过压采样电压大于第二电平触发电路230的触发电压。第二电平触发电路230在其输入电压大于或等于其触发电压时输出过压保护驱动信号OV_O。以第二电位触发电路230包括施密特触发器SMIT1和反相器INV1为例，过压采样电路250可以根据施密特触发器SMIT1的阈值电压进行设计，以使输入电压V_IN大于或等于过压门限电压时，过压采样电压250输出的过压采样电压大于或等于施密特触发器SMIT1的阈值电压，从而使得反相器INV1输出端输出过压保护驱动信号OV_O。

本实施例提供的电压调整器200包括电压调整电路210、第一电位触发电路220、第二电位触发电路230、欠压采样电路240和过压采样电路250。在电压调整电路210的输入电压V_IN为欠压场景中，电压调整电路210、欠压采样电路240和第一电位触发电路220工作。当输入电压V_IN小于预设电压阈值时，电压调整电路210对输入电压V_IN进行调整后输出第一电压V_OUT1。欠压采样电路240对第一电压进行采样输出欠压采样电压，欠压采样电压小于或等于第一电位触发电路240的触发电压时，触发第一电位触发电路220输出欠压锁定驱动信号。在本申请中，将第一电位触发电路220的触发电压作为参考电压设计欠压采样电路240，使得第一电位触发电路220的触发电压与欠压门限电压相关，从而使得输入电压V_IN小于或等于欠压门限电压时，欠压采样电压能够触发第一电平触发电路220工作输出欠压锁定驱动信号UV_O，不需要通过基准电路提供基准电压，简化了电路结构。而且，通过欠压采样电压触发第一电位触发电路220输出锁定驱动信号，而不需要比较器，简化了电路结构。相似的，在电压调整电路210的输入电压V_IN为过压场景中，电压调整电路210、过压采样电路220和第二电位触发电路230工作，输出过压保护驱动信号。可见，本申请提供的电压调整器，简化了电路，有效减小了电压调整器的电路面积，实现电子设备的便携化。

另外，电压调整电路210在输入电压V_IN小于预设电压阈值时，对输入电压调整后输出第一电压，输入电压V_IN大于预设电压阈值时输出第二电压，且欠压门限电压＜预设电压阈值＜过压门限阈值，因此，当输入电压V_IN小于预设电压时，过压采样电路250及第二电位触发电路230不工作，当输入电压V_IN大于或等于预设电压时，欠压采样电路240及第一电位触发电路220不工作，如此，能够充分降低电路功耗。

以下结合实施例对电压调整器200中各个电路的具体结构进行进一步说明：

图3为一个实施例中电压调整电路210的原理图。如图3所示，可选的，电压调整电路210包括分压采样单元211和电压调整单元212。分压采样单元211包括输入端、第一分压输出端和第二分压输出端。其中，分压采样单元211的输入端与输入电源连接，接收输入电压V_IN。分压采样单元211的第一分压输出端与电压调整单元212的输入端连接。分压采样单元211的第二分压输出端作为电压调整电路210的第二输出端，输出电压信号V_OUT2，分压采样单元211的第二分压输出端与过压采样电路250的第二输入端连接。电压调整单元212的输出端作为电压调整电路210的第一输出端，输出电压信号V_PRE，电压调整单元212的输出端与欠压采样电路240的输入端连接。

分压采样单元211用于在输入电压V_IN小于预设电压阈值时对输入电压V_IN进行采样，并通过第一分压输出端将采样得到的电压提供给电压调整单元212。分压采样单元211还用于在输入电压V_IN大于或等于预设电压阈值时对输入电压V_IN进行分压后采样，并通过第二分压输出端提供给过压采样电路250。电压调整单元212用于对第一分压输出端输出的电压进行调整，即用于对分压采样单元211采样得到的电压进行调整。

本实施例中，电压调整电路210包括分压采样单元211和电压调整单元212，分压采样单元211在输入电压小于预设电压阈值时对输入电压进行采样，并通过电压调整单元212调整后由欠压采样电路240进行进一步处理。输入电压小于预设电压阈值时过压采样电路250不工作，能够减小一部分静态功耗，从而满足电压调整电路210、电源芯片及应用该电压调整电路210的电子设备的低功耗要求。

可选的，电压调整电路210还可以包括钳位单元213，钳位单元213的输入端与电压调整单元212的输出端连接，钳位单元213的输出端与欠压采样电路240的输入端连接。钳位单元213用于将电压调整单元212的输出端的电压信号的顶部钳制于预设电压值，并保持电压调整器电路210输出端输出的电压波形形状不变，得到电压信号V_PRE。

可选的，电压调整电路210还可以包括滤波单元214，滤波单元214与电压调整单元212的输出端连接，用于滤除电压调整单元212输出的电压信号中的干扰信号，提高电压调整电路210输出的电压信号V_PRE的准确性。

图4为一个实施例中过压采样电路250的原理图。如图4所示，可选的，过压采样电路250可以包括降压单元251和第一限流单元252。降压单元251包括第一输入端、第二输入端和输出端。降压单元251的第一输入端与输入电源连接，接收输入电压V_IN，降压单元251的第二输入端与电压调整电路210的第二输出端连接，接收电压信号V_OUT2，降压单元251的输出端与第二电位触发电路230的输入端连接。降压单元251用于在输入电压V_IN大于过压门限电压时，对第二输出端输出的电压信号V_OUT2进行降压，以触发第二电位触发电路230。第一限流单元252与降压单元251的输出端连接。第一限流单元252用于限定流经降压单元251的电流。

具体的，降压单元251的第二输入端与分压采样单元211的第二分压输出端连接，在输入电压V_IN大于过压门限电压时，将分压采样单元211分压采样后的电压进行降压，以触发第二电位触发电路230输出过压保护信号OV_O。

本实施例中，过压采样电路250包括降压单元251和第一限流单元252，降压单元251在输入电压V_IN大于过压门限电压时，对电压调整电路210的第二输出端输出的电压进行降压，第一限流单元252对降压单元251支路进行限流，从而触发第二电位触发电路230输出过压保护驱动信号OV_O。本实施例提供的过压采样电路250结构简单可靠。

图5为一个实施例中欠压采样电路240的原理图。如图5所示，可选的，欠压采样电路240包括分压单元241和第二限流单元242。分压单元241的输入端与电压调整电路210的第一输出端连接，接收电压信号V_PRE。分压单元241用于在输入电压V_IN小于欠压门限电压时对电压调整电路210的第一输出端输出的电压信号V_PRE进行分压，以触发第一电位触发电路220。第二限流单元242与分压单元241的输出端连接，用于限定流经分压单元241的电流。

具体的，分压单元241的输入端与电压调整单元212的输出端连接，在输入电压V_IN小于欠压门限电压时，将电压调整单元212调整后的电压进行降压，以触发第一电位触发电路220输出欠压锁定信号UV_O。

本实施例中，欠压采样电路240包括分压单元241和第二限流单元242，分压单元241在输入电压V_IN小于欠压门限电压时，对电压调整电路210的第一输出端输出的电压进行降压，第二限流单元242对分压单元241支路进行限流，从而触发第一电位触发电路220输出过压保护驱动信号OV_O。本实施例提供的欠压采样电路240结构简单可靠。

图6为一个实施例中电压调整器200的电路图。以下结合图6对电压调整器200中各个单元的具体电路进行进一步说明：

需要说明的是，本申请实施例中，电子元器件名称中包含的字母及阿拉伯数字等仅用于对不同的元器件进行区分，并不作为限定。例如，电阻R1与电阻R2中，“R1”和“R2”仅表示用于区分两个电阻，不形成对电阻型号等的任何限定。

另外，本申请图6所示实施例中，所有的N型MOS管管体端接地GND，所有LDMOS管管体端接自身源极。

在一个实施例中，分压采样单元211包括第一分压电阻子单元、第二分压电阻子单元和齐纳二极管D0；第一分压电阻子单元的第一端与输入电源连接，第一分压电阻子单元的第二端与第二分压电阻子单元的第一端连接，第二分压电阻子单元的第二端与齐纳二极管D0的反向端连接，齐纳二极管D0的正向端接地；第二分压电阻子单元的第一端与过压采样电路连接，第二分压电阻子单元的第二端与电压调整单元连接。第一分压电阻子单元和第二分压电阻子单元中可以分别包括一个或多个电阻，当包括多个电阻时，多个电阻可以串联。第一分压电阻子单元和第二分压电阻子单元中的电阻数量及阻值可以根据第一电压和第二电压的具体值确定。

如图6所示，在一个具体的实施例中，第一分压电阻子单元可以包括串联的电阻R1和电阻R2，第二分压电阻子单元包括电阻R3。可选的，电阻R1、电阻R2和电阻R3可以为阱电阻。电阻R1的第一端与输入电源连接，电阻R1的第二端与电阻R2的第一端连接，电阻R3的第一端与电阻R2的第二端连接，电阻R3的第二端作为分压采样单元211的第一分压输出端，电阻R2和电阻R3的公共连接点作为第二分压输出端。齐纳二极管D0的反向端与电阻R3的第二端连接，齐纳二极管D0的正向端接地GND。

本实施例中，通过反向连接的齐纳二极管D0与串联电阻进行分压采样，齐纳二极管D0导通时在其两端产生较大的固定压降，相较于使用很大阻值的电阻，使用齐纳二极管D0能够有效减小电路面积，从而进一步减小电压调整器的体积，实现电子设备便携性。另外，齐纳二极管D0在反向击穿之前未形成电流通路，可以节省一部分静态功耗，有效减小电压调整器的功耗。

可选的，电压调整单元212包括N型横向扩散金属氧化物半导体（laterally-diffused metal-oxide semiconductor，LDMOS）管（以下简称N型LDMOS管）M2、电阻R4和至少两个N型金属氧化物半导体（metal-oxide semiconductor，MOS）（以下简称N型MOS管），其中，上述至少两个N型MOS管之间串联。本实施例中，以电压调整单元212包括三个串联的N型MOS管：N型MOS管M5、N型MOS管M6和N型MOS管M7为例进行说明。N型LDMOS管M2的栅极与齐纳二极管D0的反向端连接，N型LDMOS管M2的漏极接输入电源，接收输入电压V_IN，N型LDMOS管M2的源极与电阻R4的第一端连接。电阻R4的第二端连接N型MOS管M5的漏极。N型MOS管M5、N型MOS管M6和N型MOS管M7均采用二极管接法，各自的栅极和漏极相接，且三个“二极管”串联，N型MOS管M7的源极接地GND，即：N型MOS管M5的源极与N型MOS管M6的漏极连接，N型MOS管M6的源极与N型MOS管M7的漏极连接，N型MOS管M7的源极接地GND。N型LDMOS管M2的源极作为电压调整单元的输出端与欠压采样电路240连接。可以理解，当电压调整单元212包括两个N型MOS管时，两个N型MOS管串联之后与N型LDMOS管M2、电阻R4连接，具体的可以参照上述连接关系。

本实施例中，采用N型LDMOS管M2，沟道宽长比较大，源极输出端能够承受较大电流，从而使得LDMOS管M2的源极作为电压调整器200的输出端为芯片内部电路提供电源时，能够承受几乎所有的芯片电流。同时，LDMOS管能够承受高的栅漏电压，保证高输入电压使D0反向击穿后，不会由于栅漏电压过高损毁器件，例如输入电压V_IN达到60V时，N型LDMOS管M2的栅极电压大致为齐纳二极管D0两端的压降（约5V），此时N型LDMOS管M2的栅漏电压达到55V左右，N型LDMOS管M2能够承受该高电压，保证电路的安全性和稳定性。此外，将N型MOS管M5~M7采用二极管接法形成MOS二极管，MOS二极管导通时能够替代很大阻值的电阻，在其两端产生较大的固定压降，进一步减小电路面积，实现电子设备便携化。

如图6所示，在一种可能的实现方式中，钳位单元213可以包括N型MOS管M9~M12。N型MOS管M9的漏极与N型LDMOS管M2的源极连接，N型MOS管M9~M12均采用二极管接法，各自的栅极与漏极相接，四个“二极管”串联，N型MOS管M12的源极接地GND。具体的，可以参见N型MOS管M5~M7的接法。本实施例中，将N型MOS管M9~M12采用二极管接法形成MOS二极管，MOS二极管导通时能够替代很大阻值的电阻，在其两端产生较大的固定压降，进一步减小电路面积，实现电子设备便携化。需要说明的是钳位单元所包括的N型MOS管的数量大于等于1个，具体数量可根据电路实际所需钳位电压确定。

如图6所示，在一种可能的实现方式中，滤波单元214包括MOS电容M8，MOS电容M8的栅极与电压调整单元212的输出端连接，MOS电容M8的源极与漏极短接，并接地GND。

可选的，分压单元241包括至少两个串联的N型MOS管。以分压单元241包括串联的N型MOS管M13和N型MOS管M15为例，N型MOS管M13的漏极作为分压单元241的输入端与电压调整电路210的第一输出端连接，N型MOS管M15的源极作为分压单元241的输出端与第一电位触发电路220的输入端连接。

在一个实施例中，如图6所示，分压单元241包括三个串联的N型MOS管：N型MOS管M13、N型MOS管M14和N型MOS管M15。N型MOS管M13、M14和M15串联为一个长沟道长倒比管。具体的，N型MOS管M13、M14和M15的栅极均与N型MOS管M9的漏极连接，接收电压信号V_PRE，且N型MOS管M13的漏极与N型MOS管M9的漏极连接，接收电压信号V_PRE。N型MOS管M13的源极与N型MOS管M14的漏极连接，N型MOS管M14的源极与N型MOS管M15的漏极连接。N型MOS管M15的源极与施密特触发器SMIT2的输入端连接。

可选的，第二限流单元包括耗尽管M4，耗尽管M4的漏极与N型MOS管M15的源极连接，耗尽管M4的栅极与源极短接并接地GND。耗尽管M4为分压单元241提供较小的电流源（例如可以为1uA），使得欠压采样电路240总功耗减少（例如可以控制在3uA以内），无需额外电流源提供偏置电流，从而简化电路，节省电路面积，降低功耗。

如图6所示，可选的，欠压采样电路还包括P型MOS管M16，P型MOS管M16的源极与N型MOS管M15的漏极连接，P型MOS管M16的源极与第一电位触发电路220的输入端连接，P型MOS管M16的栅极与第一电位触发电路220的输出端连接。具体的，P型MOS管M16的源极与施密特触发器SMIT2的输入端连接，P型MOS管M16的栅极与施密特触发器SMIT2的输出端连接。本实施例中，通过设置P型MOS管M16，形成迟滞功能。

如图6所示，可选的，降压单元251包括N型LDMOS管M1和齐纳二极管D1。N型LDMOS管M1的漏极与输入电源连接，接收输入电压V_IN，N型LDMOS管M1的栅极与电压调整电路200的第二输出端连接。具体的，N型LDMOS管M1的栅极与电阻R2、电阻R3的公共连接点连接，N型LDMOS管M1的源极与齐纳二极管D1的反向端连接。齐纳二极管D1的正向端与施密特触发器SMIT1的输入端连接。

本实施例中，通过反向连接的齐纳二极管D1与N型LDMOS管M1进行降压，N型LDMOS管M1能够承受较高的栅漏电压，齐纳二极管D1能够在输入电压V_IN较大时有效保护施密特触发器SMIT1中的N型下拉MOS管，保护其在高输入电压时不会承受过高的栅源电压而导致器件损坏。齐纳二极管D1导通时在其两端产生较大的固定压降，相较于使用多个串联的电阻满足较大电阻要求的方案，使用齐纳二极管D1能够有效减小电路面积，从而进一步减小电压调整器200的体积，实现电子设备便携性。另外，齐纳二极管D1在反向击穿之前未形成电流通路，可以节省一部分静态功耗，有效减小电压调整器200的功耗。

可选的，第一限流单元252包括耗尽管M3，耗尽管M3的漏极与齐纳二极管D1的正向端连接，耗尽管M3的栅极与源极短接并接地GND。耗尽管M3为降压单元251提供较小的电流源（例如可以为1uA），使得过压采样电路250总功耗减少（例如可以控制在3uA以内），无需额外电流源提供偏置电流，从而简化电路，节省电路面积，降低功耗。

以下结合图6，对电压调整器200的电路工作原理进行进一步说明：

在一个实施例中，齐纳二极管D0和齐纳二极管D1的型号相同，二者的反向击穿电压均为V0。假设齐纳二极管D0和齐纳二极管D1两端的反向电压大于或等于V0时，齐纳二极管D0和齐纳二极管D1反向击穿，并在其两端产生V₁的压降。M3为耗尽管，且为倒比管，确定了该支路上的电流，例如为1uA。基于上述条件，不同输入电压V_IN时，电压调整器200的电路对应不同工作状态。具体如下：

1）当V_IN＜V0时，齐纳二极管D0未反向击穿，齐纳二极管D0未导通，N型LDMOS管M1的栅级电压为V_G1，N型LDMOS管M2的栅级电压V_G2，则：

V_G1=V_G2=V_IN

根据N型LDMOS管M2的源跟随状态，

其中，V_TH2为N型LDMOS管M2的阈值电压。对于欠压采样电路240，N型MOS管M13、M14、M15的型号相同，N型MOS管M13、M14和M15的压降相同，记为V_GS。V_GS由该支路上流过的电流决定，而电流取决于耗尽管M4的尺寸，推导关系为：

其中，u_n为电子迁移率，C_OX为单位面积的栅氧化层电容，V_TH4为耗尽管M4的阈值电压，耗尽管M4的尺寸决定了该支路上的电流，例如为1uA。V_TN为N型MOS管M13或M14或M15的阈值电压，

为耗尽管M4的沟道的宽长比，

为N型MOS管M13或M14或M15的沟道的宽长比。

因此，施密特触发器SMIT2的输入电压V_{UV_IN}为：

当V_{UV_IN}恰好使施密特触发器SMIT2输出低电平时，V_{UV_IN}对应的输入电压V_IN即为欠压门限电压V_INUV。施密特触发器SMIT2中下拉N型MOS管的阈值电压为V_TN2，因此，可得到欠压门限电压V_INUV，推导如下：

结合上面的推导，可知：

当V_IN＜V_INUV时，电路输出欠压锁定驱动信号UV_O；当V_IN介于V0和V_INUV之间时，电路处于预调制状态，在预调制状态时，电压调整器200的输出电压信号会比稳定工作时（即V0＜V_IN＜V_INOV时，V_INOV为过压门限电压）输出的电压略低，具体值取决于欠压门限电压V_INUV和齐纳二极管D0的击穿电压V0的大小。

2）当V_IN≥V0时，齐纳二极管D0反向击穿，开始导通，分压采样单元211进行分压后采样。N型LDMOS管M2的栅极电压等于齐纳二极管D0两端的电压V₁，N型LDMOS管M1的栅极电压V_G1与电阻R1、电阻R2和电阻R3阻值的比值有关，即：

根据N型LDMOS管M1和N型LDMOS管M2源跟随的工作方式，N型LDMOS管M1的源极电压V_S1为：

其中，V_TH1为N型LDMOS管M1的阈值电压。N型LDMOS管M2的源极电压即为电压调整器200的输出电压

：

N型MOS管M9~M12在V_IN过高导致V_PRE过高时，将V_PRE钳位至4个二极管压降左右。若V_S1＞V0，齐纳二极管D1反向击穿并在其两端产生压降V₁，因此，施密特触发器SMIT1的输入端的电压V_{OV_IN}为：

当V_{OV_IN}恰好使施密特触发器SMIT1输出低电平时，V_{OV_IN}对应的输入电压V_IN即为过压门限电压V_INOV。输入电压V_IN等于过压门限电压V_INOV时，施密特触发器SMIT1触发：

其中，V_TN1为施密特触发器SMIT1中下拉N型MOS管的阈值电压。

结合上式求得过压门限电压V_INOV为：

当V_IN介于V0和V_INOV时，电压调整器200对输入电压进行正常调整，稳定工作，输出基本恒定的电压信号V_PRE；当V_IN＞V_INOV时，电压调整器200输出过压保护驱动信号OV_O。

本申请实施例还提供了一种电源芯片，该电源芯片包括如上任一实施例中的电压调整器200。电源芯片包括上述电压调整器200，因此具有电压调整器200相同或相似的有益效果，在此不再赘述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种电压调整器，其特征在于，包括：

第一电位触发电路和第二电位触发电路；

2.根据权利要求1所述的电压调整器，其特征在于，所述过压采样电路包括：

3.根据权利要求2所述的电压调整器，其特征在于，所述降压单元包括N型LDMOS管M1和齐纳二极管D1，所述N型LDMOS管M1的漏极与所述电压调整电路的输入端连接，所述N型LDMOS管M1的栅极与所述电压调整电路的第二输出端连接，其中，所述电压调整电路的第二输出端用于输出所述第二电压；齐纳二极管D1的反向端与所述N型LDMOS管M1的源极连接，所述齐纳二极管D1的正向端与所述第二电位触发电路连接；

所述第一限流单元包括耗尽管M3，所述耗尽管M3的漏极与所述齐纳二极管D1的正向端连接，所述耗尽管M3的栅极与所述耗尽管M3的源极连接并接地。

4.根据权利要求1所述的电压调整器，其特征在于，所述欠压采样电路包括：

5.根据权利要求4所述的电压调整器，其特征在于，所述分压单元包括N型MOS管M13和N型MOS管M15，所述N型MOS管M13的栅极和所述N型MOS管M15的栅极连接，并与所述电压调整电路的第一输出端连接，所述N型MOS管M13的漏极与所述电压调整电路的第一输出端连接，所述N型MOS管M13的源极和所述N型MOS管M15的漏极连接，所述N型MOS管M15的源极与所述第一电位触发电路连接，其中，所述电压调整电路的第一输出端用于输出所述第一电压；

所述第二限流单元包括耗尽管M4，所述耗尽管M4的漏极与所述N型MOS管M15的源极连接，所述耗尽管M4的栅极与所述耗尽管M4的源极连接并接地。

6.根据权利要求5所述的电压调整器，其特征在于，所述欠压采样电路还包括P型MOS管M16，所述P型MOS管M16的源极与所述N型MOS管M15的漏极连接，所述P型MOS管M16的漏极与所述第一电位触发电路的输入端连接，所述P型MOS管M16的栅极与所述第一电位触发电路的输出端连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电压调整器，其特征在于，所述电压调整电路包括：

8.根据权利要求7所述的电压调整器，其特征在于，所述分压采样单元包括第一分压电阻子单元、第二分压电阻子单元和齐纳二极管D0；所述第一分压电阻子单元的第一端与输入电源连接，所述第一分压电阻子单元的第二端与所述第二分压电阻子单元的第一端连接，所述第二分压电阻子单元的第二端与所述齐纳二极管D0的反向端连接，所述齐纳二极管D0的正向端接地；所述第二分压电阻子单元的第一端与所述过压采样电路连接，所述第二分压电阻子单元的第二端与所述电压调整单元连接。

9.根据权利要求8所述的电压调整器，其特征在于，所述电压调整单元包括N型LDMOS管M2、电阻R4和N型MOS管M5和N型MOS管M7；所述N型LDMOS管M2的栅极与所述齐纳二极管D0的反向端连接，所述N型LDMOS管M2的漏极与所述输入电源连接，所述N型LDMOS管M2的源极与所述欠压采样电路连接，且所述N型LDMOS管M2的源极与所述电阻R4的第一端连接，所述电阻R4的第二端与所述N型MOS管M5的漏极连接，所述N型MOS管M5的栅极与所述N型MOS管M5的漏极连接，所述N型MOS管M7的栅极与所述N型MOS管M7的漏极连接，所述N型MOS管M5的源极与所述N型MOS管M7的漏极连接，所述N型MOS管M7的源极接地GND。

10.一种电源芯片，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电压调整器。