CN117631745B - 一种正温系数可调的电压产生电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源电路技术领域，公开了一种正温系数可调的电压产生电路，包括基准电流产生单元、基准电压产生单元和压降单元和电子开关单元；基准电流产生单元用于产生基准电流；基准电压产生单元与基准电流产生单元电连接，基于基准电流在基准电阻上产生偏置电压，并向压降单元提供第一基准电压；压降单元用于按照预设压降值对第一基准电压进行降压，压降单元的输出端输出第二基准电压；在使用时，本发明输出的第而基准电压与基准电流、基准电阻和压降单元的压降有关，因此通过调整基准电流的大小、基准电阻的阻值和压降单元的压降可以调整第三基准电压的温度系数，从而能根据实际需求调整第三基准电压的正温度系数。

Description

一种正温系数可调的电压产生电路

技术领域

本发明涉及电源电路技术领域，具体涉及一种正温系数可调的电压产生电路。

背景技术

在集成电路设计领域中，经常需要产生一个零温漂电压、负温漂电压或者正温漂电压，其中产生的电压可以用于温度检测或者参考电压。

现有的正温漂电压的产生电路如图1所示，通电流I在电阻R上形成压降来输出正温漂电压VREF，其中电流I为正温度系数，或者电阻R为正温度系数，或者电流I和电阻R均为正温度系数。

对于图1所示电路，其在实际使用时存在以下缺陷：

首先由于电流I和电阻R的正温度系数有限，即使电流I和电阻R的正温度系数相乘，正温漂电压VREF的正温度系数仍然有限；

另外由于电流I和电阻R的正温度系数都是固定值，因此正温漂电压VREF的正温度系数也是固定值，不能根据实际需求灵活调整。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明提供了一种正温系数可调的电压产生电路，所要解决的技术问题是现有正温漂电压产生电路产生的正温漂电压的正温度系数有限，且正温度系数不能根据实际需求灵活调整。

为解决以上技术问题，第一方面，本发明提供了如下技术方案：一种正温系数可调的电压产生电路，包括基准电流产生单元、基准电压产生单元、压降单元、电子开关单元和电压跟随单元；

所述基准电流产生单元用于产生基准电流；所述基准电压产生单元与所述基准电流产生单元电连接，基于所述基准电流在基准电阻上产生偏置电压，并基于所述偏置电压向所述压降单元的输入端提供第一基准电压；

所述压降单元用于按照预设压降值对输入的第一基准电压进行降压，所述压降单元的输出端与所述电子开关单元的输入端电连接，且用于输出第二基准电压，所述电子开关单元的输出端接地，所述电子开关单元的控制端用于输入驱动信号；

所述电压跟随单元的输入端与所述压降单元的输出端电连接，基于所述第二基准电压输出第三基准电压。

在第一方面的某种实施方式中，所述基准电流产生单元包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R2、电阻R3、PMOS管P8和PMOS管P9和启动电路；

所述PMOS管P8的源极和PMOS管P9的源极电连接，用于输入工作电压；PMOS管P8的栅极分别与PMOS管P9的栅极、PMOS管P8的漏极和三极管Q3的集电极电连接，PMOS管P9的漏极分别与三极管Q4的集电极和三极管Q2的集电极电连接，三极管Q3的基极与三极管Q4的基极电连接，三极管Q3的发射极分别与电阻R3一端、电阻R2一端和三极管Q2的发射极电连接，三极管Q4的发射极与电阻R3另一端电连接，电阻R2另一端接地；

三极管Q2的基极分别与三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的集电极用于输入启动电流，三极管Q1的发射极接地；

启动电路与三极管Q3的基极电连接，用于在输入所述驱动信号时向所述三极管Q3的基极提供启动电压。

在第一方面的某种实施方式中，所述驱动信号为高电平信号。

在第一方面的某种实施方式中，所述基准电压产生单元包括第一电流复制单元、第二电流复制单元、NMOS管N5和PMOS管P7；

所述第一电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述电阻R1一端输入第一复制电流，所述电阻R1一端与PMOS管P7的栅极电连接，电阻R1另一端和PMOS管P7的漏极均接地；

所述第二电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述PMOS管P7的源极输入第二复制电流，PMOS管P7的源极与NMOS管N5的栅极电连接，NMOS管N5的漏极用于输入所述工作电压，NMOS管N5的源极与所述压降单元电连接。

在第一方面的某种实施方式中，所述压降单元包括至少一个压降三极管，每个压降三极管的基极与自身的集电极电连接，当压降三极管的数量大于一时，所有压降三极管依次串联，末端的压降三极管的发射极为压降单元的输出端，输出所述第二基准电压。

在第一方面的某种实施方式中，所述电压跟随单元包括双输入的第一放大单元和单输入的第二放大单元，所述第一放大单元的第一输入端与所述压降单元的输出端电连接，所述第一放大单元的第二输入端与所述第二放大单元的输出端电连接，所述第一放大单元的输出端与所述第二放大单元的输入端电连接，所述第二放大单元的输出端输出所述第三基准电压。

在第一方面的某种实施方式中，所述第一放大单元包括PMOS管P3、PMOS管P4、NMOS管N1和NMOS管N2；

所述PMOS管P3的源极与PMOS管P4的源极电连接，用于输入第一偏置电流，PMOS管P4的栅极为第一放大单元的第一输入端，PMOS管P3的栅极为第一放大单元的第二输入端；PMOS管P4的漏极为第一放大单元的输出端，分别与NMOS管N2的漏极和第二放大单元的输入端电连接；PMOS管P3的漏极分别与NMOS管N1的漏极、NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的栅极电连接，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极均接地。

在第一方面的某种实施方式中，所述第二放大单元包括NMOS管N3，NMOS管N3的栅极为第二放大单元的输入端，NMOS管N3的源极接地，NMOS管N3的漏极为第二放大单元的输出端，用于输入第二偏置电流。

在第一方面的某种实施方式中，所述电压跟随单元还包括第三电流复制单元和第四电流复制单元；

所述第三电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述PMOS管P3的源极输入所述第一偏置电流；

所述第四电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述NMOS管N3的漏极输入所述第二偏置电流。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明最终输出的第三基准电压与基准电流大小、基准电阻的阻值和压降单元的压降有关，因此通过调整基准电流的大小、基准电阻的阻值和压降单元的压降可以调整第三基准电压的温度系数，从而可以根据实际需求调整第三基准电压的正温度系数，进而能使本发明应用于不同的场合，适用性好。

附图说明

图1为现有正温漂电压产生电路的示意图；

图2为实施例中的本发明的结构示意图；

图3为实施例中的基准电流产生单元的电路图；

图4为实施例中的基准电压产生单元的电路图；

图5为实施例中的压降单元和电子开关单元的电路图；

图6为实施例中的电压跟随单元的结构示意图；

图7为实施例中的电压跟随单元的电路图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

对于现有产生正温漂电压的正温漂电压产生电路，由于其只是让电流在电阻上经过来产生正温漂电压，因此正温漂电压的正温度系数有限，且不能灵活调整。

为了提供一种正温度系数可调的正温漂电压，如图2所示，本实施例提供了一种正温系数可调的电压产生电路，包括基准电流产生单元1、基准电压产生单元2、压降单元3、电子开关单元4和电压跟随单元5；

基准电流产生单元1用于产生基准电流；基准电压产生单元2与基准电流产生单元1电连接，基于基准电流在基准电阻R1上产生偏置电压VREF，并基于偏置电压VREF向压降单元3的输入端提供第一基准电压VREF1；

压降单元3用于按照预设压降值对输入的第一基准电压VREF1进行降压，压降单元3的输出端与电子开关单元4的输入端电连接，且用于输出第二基准电压VREF2，电子开关单元4的输出端接地，电子开关单元4的控制端用于输入驱动信号Vb；

电压跟随单元5的输入端与压降单元3的输出端电连接，基于第二基准电压VREF2输出第三基准电压VREF3。

在实际使用时，通过设置电子开关单元4可以控制本发明是否能正常提供第三基准电压VREF3，当电子开关单元4导通时，本发明可以输出第三基准电压VREF3，当电子开关单元4关断时，本发明停止输出第三基准电压VREF3。

在实际使用时，通过电压跟随单元5可以让第三基准电压VREF3和第二基准电压VREF2相等，同时还能提升本发明电路的驱动能力。

对于图2中的结构，本发明最终输出的第三基准电压VREF3与基准电流大小、基准电阻R1的阻值和压降单元3的压降有关，因此通过调整基准电流的大小、基准电阻R1的阻值和压降单元3的压降可以调整第三基准电压VREF3的温度系数，从而可以根据实际需求调整第三基准电压VREF3的正温度系数，进而能使本发明应用于不同的场合，适用性好。

如图3所示，本实施例中，基准电流产生单元1包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R2、电阻R3、PMOS管P8和PMOS管P9和启动电路10；

PMOS管P8和PMOS管P9组成了电流镜，PMOS管P8的源极和PMOS管P9的源极电连接，用于输入工作电压，工作电压的大小依据实际需求设置，这里并不限制，示例性的，工作电压可以为5V的直流电压；

PMOS管P8的栅极分别与PMOS管P9的栅极、PMOS管P8的漏极和三极管Q3的集电极电连接，PMOS管P9的漏极分别与三极管Q4的集电极和三极管Q2的集电极电连接，三极管Q3的基极与三极管Q4的基极电连接，三极管Q3的发射极分别与电阻R3一端、电阻R2一端和三极管Q2的发射极电连接，三极管Q4的发射极与电阻R3另一端电连接，电阻R2另一端接地；

三极管Q2的基极分别与三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的集电极用于输入启动电流Is，三极管Q1的发射极接地；

启动电路10与三极管Q3的基极电连接，用于在输入驱动信号Vb时向三极管Q3的基极提供启动电压，该启动电压用于控制三极管Q3和三极管Q4工作。

图3所示电路在正常工作时，三极管Q3、三极管Q4和电阻R3用于产生流过PMOS管P8的电流，将流过PMOS管P8的电流记为I，则I的计算公式如下：

I=Vt*lnn1/R3，其中Vt为热阈值电压，n1为三极管Q3和三极管Q4的数量比例。在实际使用时，热阈值电压为具有正温度系数，三极管Q3和三极管Q4的BE结电压VBE为负温度系数，两者互补可以产生一个零温系数的电压；当n1数值大于1时，所有三极管Q4并联，三极管Q4的数量越多时，走过相同电流时，三极管Q4的BE结电压越小。

具体的，在图3中，启动电路10包括PMOS管P10和NMOS管N6，PMOS管P10的源极用于输入工作电压，PMOS管P10的栅极与PMOS管P9的漏极电连接，这样工作电压能通过PMOS管P9来驱动PMOS管P10导通，PMOS管P10的漏极与NMOS管N6的漏极电连接，NMOS管N6的源极接地，NMOS管N6的栅极用于输入驱动信号Vb。

在实际使用时，当NMOS管N6导通时，启动电路10向三极管Q3的基极输入启动电压；另外本实施例中，驱动信号Vb为高电平信号。

在某种实施方式中，可以设置其余结构的开关电路来替代NMOS管N6，通过控制开关电路的通断来控制启动电路10是否向三极管Q3的基极提供启动电压。其中，这些启动电路可以采用PMOS管或者三极管来作为开关器件。

具体地，本实施例中，如图4所示，基准电压产生单元2包括第一电流复制单元20、第二电流复制单元21、NMOS管N5和PMOS管P7；

第一电流复制单元20与基准电流产生单元1电连接，用于复制基准电流，并向电阻R1一端输入第一复制电流，电阻R1一端与PMOS管P7的栅极电连接，电阻R1另一端和PMOS管P7的漏极均接地；

第二电流复制单元21与基准电流产生单元1电连接，用于复制基准电流，并向PMOS管P7的源极输入第二复制电流，PMOS管P7的源极与NMOS管N5的栅极电连接，NMOS管N5的漏极用于输入工作电压，NMOS管N5的源极与压降单元3电连接。

具体地，第一电流复制单元20包括PMOS管P6，第二电流复制单元21包括PMOS管P5，PMOS管P6和PMOS管P5分别与PMOS管P8组成了电流镜，通过控制PMOS管P6和PMOS管P5和PMOS管P8的宽长比的比例可以调整第一电流复制单元20和第二电流复制单元21的电流复制比例，从而能在基准电阻R1上产生不同比例系数的偏置电压VREF。示例性的，第一电流复制单元20和第二电流复制单元21的电流复制比例均为1。

对图4所示电路进行分析，偏置电压VREF的计算公式如下：VREF=I*R1；

第一基准电压VREF1的计算公式如下：VREF1=I*R1+Vth_P7-Vth_N5，其中Vth_P7为PMOS管P7的阈值电压，Vth_N5为NMOS管N5的阈值电压，两种近似相等，可以约掉，因此VREF1=I*R1= (Vt*lnn1/R3) *R1。

如图5所示，本实施例中，压降单元3包括至少一个压降三极管，每个压降三极管的基极与自身的集电极电连接，当压降三极管的数量大于一时，所有压降三极管依次串联，末端的压降三极管的发射极为压降单元的输出端，输出第二基准电压；其中通过将每个压降三极管的基极与自身的集电极电连接，这样每个压降三极管相当于一个二极管。

其中假设压降单元3具有n2个压降三极管，n2为大于1的正整数，n2个压降三极管按照串联的顺序依次为压降三极管B1至压降三极管Bn2；将每个压降三极管的压降记为Vbe，则压降单元3的总压降为n2*Vbe，这样电路在实际使用时，第二基准电压VREF2的计算公式如下：

VREF2=VREF1-n2*Vbe=(Vt*lnn1/R3) *R1- n2*Vbe，将lnn1*R1/R3记为K1，则VREF2=K1*Vt-n2*Vbe，对该公式对温度进行求导，得到的温度系数的计算公式如下：∂VREF2/∂T=K1*0.085+n2*2；当需要具体的第二基准电压VREF2和对应的正温度系数时，将具体值带入到温度系数的计算公式中，从而可以得到K1和n2的具体值，进而可以得到电阻R1与电阻R3的比例，从而实现第二基准电压VREF2的温度系数可调。

在某种实施方式中，可以将压降单元3中的压降三极管替换为二极管，又或者可以将压降三极管替换为NMOS管，其中替换的NMOS管的栅极与其漏极电连接，这样替换的NMOS管同样等效为二极管。

如图5所示，本实施例中，电子开关单元4包括NMOS管N4，在实际使用时，当NMOS官N4的栅极输入高电平的驱动信号Vb时，NMOS管N4 导通。

具体地，本实施例中，如图6所示，电压跟随单元5包括双输入的第一放大单元50和单输入的第二放大单元51，第一放大单元50的第一输入端与压降单元3的输出端电连接，第一放大单元50的第二输入端与第二放大单元51的输出端电连接，第一放大单元50的输出端与第二放大单元51的输入端电连接，第二放大单元52的输出端输出第三基准电压VREF3。

另外图6所示结构还包括第三电流复制单元52和第四电流复制单元53；

第三电流复制单元52与基准电流产生单元1电连接，用于复制基准电流，并向第一放大单元50输入第一偏置电流；

第四电流复制单元53与基准电流产生单元1电连接，用于复制基准电流，并向第二放大单元51输入第二偏置电流。

本实施例中，电压跟随单元5的电路如图7所示，其中第一放大单元50包括PMOS管P3、PMOS管P4、NMOS管N1和NMOS管N2；

PMOS管P3和PMOS管P4为第一放大单元50的差分输入对管，PMOS管P3的源极与PMOS管P4的源极电连接，用于输入第一偏置电流，PMOS管P4的栅极为第一放大单元50的第一输入端，PMOS管P3的栅极为第一放大单元50的第二输入端；PMOS管P4的漏极为第一放大单元50的输出端，分别与NMOS管N2的漏极和第二放大单元51的输入端电连接；PMOS管P3的漏极分别与NMOS管N1的漏极、NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的栅极电连接，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极均接地，NMOS管N1和NMOS管N2组成了电流镜。

第二放大单元51包括NMOS管N3，NMOS管N3的栅极为第二放大单元51的输入端，NMOS管N3的源极接地，NMOS管N3的漏极为第二放大单元51的输出端，用于输入第二偏置电流。

第三电流复制单元52包括PMOS管P1，第四电流复制单元53包括PMOS管P2，PMOS管P1的源极和PMOS管P2的源极电连接，用于输入工作电压，PMOS管P1的栅极分别与PMOS管P2的栅极和PMOS管P8的栅极电连接，PMOS管P1和PMOS管P2分别与PMOS管P8组成了电流镜；

在实际使用时，通过控制PMOS管P1和PMOS管P2和PMOS管P8的宽长比的比例可以调整第三电流复制单元52和第四电流复制单元53的电流复制比例，这样可以依据实际需求调整输入到第一放大单元50的第一偏置电流大小和输入到第二放大单元51的第二偏置电流的大小，例如当需要增强电路的驱动能力时，就可以增加第二偏置电流的大小。

综上，本发明的电路通过调整基准电阻R1和电阻R3的比例以及调整压降单元3中的压降三极管的数量，可以灵活的设置第三基准电压VREF3的温度系数，满足不同的需求；另外也可以依据需要的第三基准电压VREF3和温度系数的大小来设置基准电阻R1和电阻R3的比例和压降三极管的数量；最后通过电压跟随单元5可以增加本发明的驱动能力，能适用于驱动大负载的应用场合。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，包括基准电流产生单元、基准电压产生单元和压降单元；

所述基准电流产生单元用于产生基准电流；所述基准电压产生单元与所述基准电流产生单元电连接，基于所述基准电流在基准电阻上产生偏置电压，并基于所述偏置电压向所述压降单元的输入端提供第一基准电压；

所述压降单元用于按照预设压降值对输入的第一基准电压进行降压，所述压降单元的输出端用于输出第二基准电压；

还包括电子开关单元，所述压降单元的输出端与所述电子开关单元的输入端电连接，所述电子开关单元的输出端接地，所述电子开关单元的控制端用于输入驱动信号；

所述基准电流产生单元包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R2、电阻R3、PMOS管P8和PMOS管P9和启动电路；

所述PMOS管P8的源极和PMOS管P9的源极电连接，用于输入工作电压；PMOS管P8的栅极分别与PMOS管P9的栅极、PMOS管P8的漏极和三极管Q3的集电极电连接，PMOS管P9的漏极分别与三极管Q4的集电极和三极管Q2的集电极电连接，三极管Q3的基极与三极管Q4的基极电连接，三极管Q3的发射极分别与电阻R3一端、电阻R2一端和三极管Q2的发射极电连接，三极管Q4的发射极与电阻R3另一端电连接，电阻R2另一端接地；

三极管Q2的基极分别与三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的集电极用于输入启动电流，三极管Q1的发射极接地；

启动电路与三极管Q3的基极电连接，用于在输入所述驱动信号时向所述三极管Q3的基极提供启动电压。

2.根据权利要求1所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，所述基准电压产生单元包括第一电流复制单元、第二电流复制单元、NMOS管N5和PMOS管P7；

所述第一电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向电阻R1一端输入第一复制电流，所述电阻R1一端与PMOS管P7的栅极电连接，电阻R1另一端和PMOS管P7的漏极均接地；

所述第二电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述PMOS管P7的源极输入第二复制电流，PMOS管P7的源极与NMOS管N5的栅极电连接，NMOS管N5的漏极用于输入所述工作电压，NMOS管N5的源极与所述压降单元电连接。

3.根据权利要求1所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，所述压降单元包括至少一个压降三极管，每个压降三极管的基极与自身的集电极电连接，当压降三极管的数量大于一时，所有压降三极管依次串联，末端的压降三极管的发射极为压降单元的输出端，输出所述第二基准电压。

4.根据权利要求1所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，还包括电压跟随单元，所述电压跟随单元的输入端与所述压降单元的输出端电连接，基于所述第二基准电压输出第三基准电压。

5.根据权利要求4所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，所述电压跟随单元包括双输入的第一放大单元和单输入的第二放大单元，所述第一放大单元的第一输入端与所述压降单元的输出端电连接，所述第一放大单元的第二输入端与所述第二放大单元的输出端电连接，所述第一放大单元的输出端与所述第二放大单元的输入端电连接，所述第二放大单元的输出端输出所述第三基准电压。

6.根据权利要求5所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，所述第一放大单元包括PMOS管P3、PMOS管P4、NMOS管N1和NMOS管N2；

所述PMOS管P3的源极与PMOS管P4的源极电连接，用于输入第一偏置电流，PMOS管P4的栅极为第一放大单元的第一输入端，PMOS管P3的栅极为第一放大单元的第二输入端；PMOS管P4的漏极为第一放大单元的输出端，分别与NMOS管N2的漏极和第二放大单元的输入端电连接；PMOS管P3的漏极分别与NMOS管N1的漏极、NMOS管N1的栅极和NMOS管N2的栅极电连接，NMOS管N1的源极和NMOS管N2的源极均接地。

7.根据权利要求6所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，所述第二放大单元包括NMOS管N3，NMOS管N3的栅极为第二放大单元的输入端，NMOS管N3的源极接地，NMOS管N3的漏极为第二放大单元的输出端，用于输入第二偏置电流。

8.根据权利要求7所述的一种正温系数可调的电压产生电路，其特征在于，所述电压跟随单元还包括第三电流复制单元和第四电流复制单元；

所述第三电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述PMOS管P3的源极输入所述第一偏置电流；

所述第四电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流，并向所述NMOS管N3的漏极输入所述第二偏置电流。