專利名稱：溫度敏感度超低的參考電壓電流電路及應用其的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路(Ultra-lowTemperature Drift Voltage and Current Reference)及應用該電路的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
廣泛應用于消費類電子產(chǎn)品上的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器通常包括兩種形式交流轉(zhuǎn)直流(AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的用戶具有分布地域廣泛、氣溫條件差異大的特點，因此客觀上要求開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部控制電路使用的參考電壓以及參考電流必須能夠抵抗大溫差變化的特性。ー種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路成為內(nèi)部控制電路必然的選擇。傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器常常只能適應較窄溫差范圍(-2(Γ80度)，很難適應高緯度地區(qū)的全年應用。為達到全域全天候應用，近幾年出現(xiàn)的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器都采用了新技術(shù)提升了內(nèi)部參考電壓的溫度抑制能力，國內(nèi)企業(yè)此類產(chǎn)品已經(jīng)能夠適應-25 85攝氏度的溫差變化，但仍然無法給出極寒氣溫下穩(wěn)定工作的產(chǎn)品。這種高性能產(chǎn)品被極少數(shù)國際大廠壟斷，他們的此類產(chǎn)品達到了エ業(yè)級別的-4(Γ85攝氏度的適應能力。傳統(tǒng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器中使用的參考電壓電路集中在傳統(tǒng)帶隙基準電路方法上，如圖I所示，圖I描繪了ー種基于傳統(tǒng)頻率調(diào)變技術(shù)的電源轉(zhuǎn)換器10。ー控制電路20耦接于一回授單元15，以產(chǎn)生ー開關(guān)信號VSff,該開關(guān)信號調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器10的輸出信號V0，該回授単元15耦接于電源轉(zhuǎn)換器10的輸出，以產(chǎn)生一回授信號VFB。其中該開關(guān)信號VSW是依照回授信號VFB而變化。ー變壓器TRl的一開關(guān)電流IS經(jīng)由撿流電阻器RS被轉(zhuǎn)換成電壓信號VS。該信號VS被控制電路20接受且據(jù)此產(chǎn)生開關(guān)信號VSW。圖中，控制電路20包括ー參考電壓電流電路、一脈寬調(diào)制器。該脈沖寬度調(diào)制器耦接至該電壓參考電路響應回授信號VFB及信號VS產(chǎn)生ー頻率開關(guān)信號VSW。如果該參考電壓電流電路提供的參考電壓和參考電流信號溫度漂移大，那么在不同溫度條件下開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的該切換信號VSW的占空比和頻率將出現(xiàn)很大差異，最終導致開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器在不同緯度地區(qū)和季節(jié)帶載能力差異巨大，工作不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的一目的是提供ー種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，可應用于開關(guān)電源等，通過最大限度降低內(nèi)部使用的參考電壓和參考電流對溫度的漂移，實現(xiàn)-5(T120°C寬溫度范圍的穩(wěn)定應用，真正滿足高溫高寒地區(qū)的應用，具備較強的的地域、時域通用性。本實用新型的上述目的是這樣實現(xiàn)的ー種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于，包括一電壓跟隨器；—溫度補償器，其第一輸出端與所述的電壓跟隨器的輸入端連接；以及一電壓基準器，所述的電壓基準器包括[0009]一帯隙基準器，該帶隙基準器的第一輸入端與所述的溫度補償器的第一輸出端連接，該帶隙基準器的第二輸入端與所述溫度補償器的第二輸出端連接；一第一反饋放大器，其第一輸入端與所述帶隙基準器的第一輸出端連接，該第一反饋放大器的第二輸入端與所述帶隙基準器的第二輸出端連接；以及ー啟動器，該啟動器的輸出端與所述帶隙基準器的第一輸入端連接。在本實用新型一實施例中，所述的帶隙基準器包括第一、ニ晶體管以及第一、ニ、三電阻；所述第一晶體管的基極和第二晶體管的基極與所述帶隙基準器的第一輸入端連接；所述第一晶體管的集電極與所述帶隙基準器的第一輸出端連接；所述第一晶體管的射極與第一電阻的第二端連接；所述第二晶體管的集電極與所述帶隙基準器的第二輸出端連接；該第二晶體管的射極與第一、ニ電阻的第一端連接；該第二、三電阻的第二端與所述帶 隙基準器的第二輸入端連接；該第三電阻第一端接地。在本實用新型一實施例中，所述的啟動器包括第三、四、五晶體管以及第四電阻；該第三、四晶體管的基極與該第四晶體管的集電極以及第四電阻的第一端連接；該第三晶體管的集電極、第四電阻的第二端耦接至供電線；該第三晶體管的射極與所述啟動器的輸出端連接；該第四晶體管的射極與該第五晶體管的基極和集電極連接；該第五晶體管的射極接地。在本實用新型一實施例中，所述的第一反饋放大器包括第六、七、八、九、十、十一和十二晶體管；該第六、七晶體管的柵極耦接至第六晶體管的漏極以及所述第一反饋放大器的第一輸入端；該第七晶體管的漏極耦接至所述第一反饋放大器的輸出端、第十二晶體管的柵極以及第十一晶體管的漏扱；該第八晶體管的柵極和漏極耦接至第九晶體管的柵極以及所述第一反饋放大器的第二輸入端；該第九晶體管的漏極耦接至第十晶體管的漏扱、源極以及第十一晶體管的柵極；該第六、七、八、九晶體管的源極耦接至供電線；該第十、十一、十二晶體管的源極以及第十二晶體管的漏極耦接至地。在本實用新型一實施例中，所述的溫度補償器包括第十三、十四、十五、十六晶體管、ー電流鏡以及第五、六、七、八電阻；該第十三晶體管的基極與第十四晶體管的基極、集電極以及第十五晶體管的射極連接；該第十三晶體管的集電極與該電流鏡的第一輸入端連接；該第十三晶體管的射極與第五、六電阻的第一端連接；該第十四晶體管的射極與第五電阻第二端連接；該第六電阻第二端接地；該第十五晶體管的基極與所述溫度補償器的第ー輸出端以及第七、八電阻第一端連接；該第十五晶體管的集電極連接供電線；該第十六晶體管的柵極與所述溫度補償器的輸入端連接；該第十六晶體管的漏極與第七電阻第二端連接；該第十六晶體管的源極連接供電線；該第八電阻第二端接地；該電流鏡的輸出端與所述溫度補償器的第二輸出端連接；該電流鏡的第二輸入端接地。在本實用新型一實施例中，所述的電流鏡由第十七、十八晶體管和第十九、二十晶體管按預設(shè)比例依電性連接組成。在本實用新型一實施例中，所述的電壓跟隨器包括第二反饋放大器、第二十一、二十ニ、二十三晶體管以及第九、十電阻；該第二反饋放大器的第一端耦接至所述電壓跟隨器的輸入端；該第二反饋放大器的第二端耦接至第九電阻的第二端以及第二十一晶體管的源極；該第二反饋放大器的第三端耦接至第二十一晶體管的柵極；該第九電阻經(jīng)第十電阻耦接至地；該第二十一晶體管的漏極耦接至第二十二晶體管的漏極；該第二十二晶體管的柵極耦接至地；該第二十二晶體管的漏極耦接至第二十三晶體管的漏極、柵極；該第二十三晶體管源極耦接至供電線。在本實用新型一實施例中，所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路是集成于一集成塊中。本實用新型另ー目的是提供一種應用上述參考電壓電流電路的開關(guān)電源，該電源具備極高的溫度穩(wěn)定性和寬溫差適應能力。該目的采用以下方案實現(xiàn)ー種應用權(quán)利I所述電路的開關(guān)電源，包括變壓器和ー控制電路，其特征在于所述控制電路耦接一設(shè)于變壓器輸出端的回授單元，以產(chǎn)生ー開關(guān)信號調(diào)節(jié)所述變壓器的脈沖寬度，所述的控制電路由所述溫度敏感度超低的參考電壓電流電路與脈寬調(diào)制器耦接組成。 在本實用新型一實施例中，所述的控制電路是一由所述溫度敏感度超低的參考電 壓電流電路與脈寬調(diào)制器耦接組成的集成電路。本實用新型采用模擬電路實現(xiàn)超強的高溫差穩(wěn)定性。電路簡単，面積小，而且可設(shè)計成集成電路，成本低，具有較好的市場價值。

圖I是基于傳統(tǒng)參考電壓電流電路的電源轉(zhuǎn)換器。圖2是本實用新型溫度敏感度超低的參考電壓電流電路的電路原理框圖。圖3是本實用新型溫度敏感度超低的參考電壓電流電路的電路連接示意圖。圖4是圖3中參考電壓及參考電流的溫度曲線圖。圖5是基于溫度敏感度超低的參考電壓電流電路電源轉(zhuǎn)換器的電路原理示意框圖。主要組件符號說明20、300:控制電路Qa, Qb, M6"M12, M16"23 :晶體管TRl :變壓器Dl :ニ極管Al :反饋放大器I5、104:回授單元Rs、Rl RlO :電阻器Cl 電容器1000 :溫度敏感度超低的參考電壓電流電路2000 :脈寬調(diào)制器FB:回授端VCC:供電電壓輸入端Vcc:供電電壓Sff :切換輸出端VFB:回授電壓VIN:輸入電壓[0045]V。輸出電壓Vs :檢流電壓Is:切換電流Ikef:參考電流 Vkef:參考電壓Iin:輸入電流Vsw:開關(guān)信號VDDl :供電線電壓VBG:帶隙電壓β Δ EEF :參考電壓和參考電流變化百分比。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例子對本實用新型做進ー步描述。本實用新型提供ー種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在干由ー電壓基準器、一溫度補償器、一電壓跟隨器依次電性連接組成。具體的，參見圖3，圖3是本實施例子的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路的電路連接示意圖，圖中，所述電壓基準器的輸出端耦接至溫度補償器的輸入端；所述電壓基準器的第一、ニ輸入端分別耦接至溫度補償器的第一、ニ輸出端。所述溫度補償器的第一輸出端耦接至電壓跟隨器的輸入端。所述的電壓基準器包括一帯隙基準器、第一反饋放大器、ー啟動器。該帶隙基準器第一、ニ輸出端分別耦接至第一反饋放大器的第一、ニ輸入端；該帶隙基準器第一輸入端耦接至啟動器的輸出端以及所述電壓基準器的第一輸入端；該帶隙基準器的第二輸入端耦接至所述電壓基準器的第二輸入端。該第一反饋放大器的輸出端與所述電壓基準器的輸出端連接。所述的帶隙基準器由第一、ニ晶體管、第一、ニ、三電阻依照電性連接組成；所述的啟動器由第三、四、五晶體管以及第四電阻依照電性連接組成；所述的第一反饋放大器由第六、七、八、九、十、十一、十二晶體管依次按電性連接組成。所述的溫度補償器由第十三、十四、十五、十六晶體管、一電流鏡、第五、六、七、八電阻依電性連接組成；所述的電流鏡由第十七、十八晶體管以及第十九、二十晶體管按預設(shè)比例依次電性連接組成。所述的電壓跟隨器由第二反饋放大器、第二十一、二十ニ和二十三晶體管以及第九、十電阻按電性連接組成。本實用新型所述的穩(wěn)定敏感度超低的參考電壓電流電路可集成于ー集成塊中，可大大減小電路的體積及成本。為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本實用新型，下面我們結(jié)合電路對本實用新型的工作原理做進ー步的描述請繼續(xù)參見圖3，溫度敏感度超低的參考電壓電流電路1000由一電壓基準器、一溫度補償器、一電壓跟隨器依次電性連接組成。電壓基準器由帶隙基準器、第一反饋放大器、ー啟動器構(gòu)成。工作時，在帶隙基準器上產(chǎn)生ー個帶隙基準電壓VBG，該帶隙基準電壓VBG通過溫度補償單元反饋給帶隙基準器，從而極大地抑制了 VBG的溫度變化。溫漂超低的帶隙基準電壓VBG最終通過電壓跟隨器跟隨產(chǎn)生隔離的穩(wěn)定的預設(shè)參考電壓源VREF，該電壓在零溫度系數(shù)的電阻器(R9+R10)上產(chǎn)生穩(wěn)定的溫漂超低的參考電流IREF。各模塊電路詳細工作過程如下(I)電壓基準器和溫度補償器的工作原理電壓基準器包含第一反饋放大器(電流鏡M6和M7、M8和M9、MlO和Mll以及補充電容M12組成)、帶隙基準器(晶體管Ql和Q2以及電阻R1、R2和R3組成)和啟動器(晶體管Q3、Q4、Q5以及R4組成)。溫度補償器包含電流鏡(M17、M18、M19和M20組成)、晶體管(Q13、Q14、Q15和M16)以及電阻(R5、R6、R7、R8)。針對供電線VDDl —個上電周期進行分析①初始時VDDl電壓為0，電路中各個晶體管均處于截止狀態(tài)；②當供電線電源供電后產(chǎn)生供電電壓VDD1，啟動器立即工作，Q3導通，電流流進Ql和Q2的基板，Ql和Q2導通后產(chǎn)生能隙電流通過由M6 M12構(gòu)成的第一反饋放大器進行誤差放大從晶體管Mll和M7的漏極輸出，送入溫度補償器中，經(jīng)晶體管M16及反饋電阻 器R7、R8反饋到能隙對管Ql和Q2的基極，產(chǎn)生低溫漂的帶隙電壓VBG。VBG穩(wěn)定后由于VBG>Vbe (晶體管結(jié)壓降)，Q3關(guān)斷，啟動結(jié)束。③啟動結(jié)束后，帶隙電壓VBG同時送入溫度補償器中的Q15的基極，在由Q13、Q14電阻器R5、R6組成的溫度補償單元中產(chǎn)生溫度補償電流，通過由M17、M18、M19、M20構(gòu)成的電流鏡按預設(shè)比例反饋輸入到帶隙基準器的比例電阻器R3上，形成額外的獨立溫度補償電壓AV，極大地抑制了基準電壓VBG的溫漂，這樣便產(chǎn)生了超低溫漂的基準電壓VBG。通過此技術(shù)基準電壓VBG在溫度-5(Tl20°C范圍內(nèi)的漂移量小于O. 9mV。(2)電壓跟隨器的工作原理由帶隙基準和溫度補償器產(chǎn)生的超低溫漂帶隙電壓VBG，通過由第二反饋放大器、晶體管M21和電阻器R9、RlO組成的電壓跟隨器產(chǎn)生與輸入完全隔離開的參考電壓VREF。參考電壓VREF的溫漂完全與VBG相等，并通過零溫漂電阻R9和RlO產(chǎn)生超低溫漂的參考電流IREF，該參考電流IREF通過晶體管M22和M23鏡像給開關(guān)電源內(nèi)部其他模塊使用。圖4顯示了該參考電壓和參考電流的溫漂曲線。圖中橫坐標t為攝氏溫度，縱坐標β Λ-為參考電壓或參考電流溫漂變化百分比(β ΔΕΕΡ= Λ t* Λ REF/REF)。-5(Tl20°C范圍內(nèi)變化幅度小于O. 072%，折算后即小于5. 23ppm/°C。綜上所述可見，由本發(fā)明產(chǎn)生的參考電壓VREF和IREF具備超低溫漂的電學特性，該特性應用于開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，能夠讓開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器應用于高寒高溫地區(qū)，可適應非常惡略的氣溫條件。同時電路實現(xiàn)簡單，面積小成本低，使用本實用新型的開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器在市場競爭中更具優(yōu)勢。這里要說明的是本實用新型盡管以示例方式應用于電源轉(zhuǎn)換器中，但本實用新型本身具有示例以外的更廣應用范圍。比如電流鏡可以通過除示例以外的其它方法(例如使用雙極晶體管)達到同等信號傳輸?shù)溺R像功效。請參見圖5，圖5是基于溫度敏感度超低的參考電壓電流電路的電源轉(zhuǎn)換器100，包括ー控制電路300耦接于一回授單元104，以產(chǎn)生ー開關(guān)信號Vsw，該開關(guān)信號調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器的輸出信號\。該回授単元104耦接于電源轉(zhuǎn)換器的輸出\，以產(chǎn)生一回授信號VFB。其中，該開關(guān)信號Vsw是依照回授信號Vfb而變化。一變壓器TRl的一開關(guān)電流Is經(jīng)由電阻Rs被轉(zhuǎn)換成電壓信號'。該信號Vs被控制電路300接受且據(jù)此產(chǎn)生開關(guān)信號Vsw。該控制電路300通過內(nèi)部溫度敏感度超低的參考電壓電流電路1000產(chǎn)生超低溫漂的參考電壓VREF和參考電流IREF信號。VREF、I REF, VFB、Vs耦接至脈寬調(diào)制器2000，經(jīng)脈寬調(diào)制器2000產(chǎn)生非常穩(wěn)定的超低溫漂的開關(guān)信號Vsw。雖然本實用新型以較佳實施例揭露如上，然而其并不應限定本實用新型，任何熟悉此領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當可作些許改動與替換。因此 本實用新型的保護范圍當視后附的專利范圍所界定者為準。
權(quán)利要求1.一種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于，包括 一電壓跟隨器； 一溫度補償器，其第一輸出端與所述的電壓跟隨器的輸入端連接；以及 一電壓基準器，所述的電壓基準器包括 一帶隙基準器，該帶隙基準器的第一輸入端與所述的溫度補償器的第一輸出端連接，該帶隙基準器的第二輸入端與所述溫度補償器的第二輸出端連接； 一第一反饋放大器，其第一輸入端與所述帶隙基準器的第一輸出端連接，該第一反饋放大器的第二輸入端與所述帶隙基準器的第二輸出端連接；以及 一啟動器，該啟動器的輸出端與所述帶隙基準器的第一輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的帶隙基準器包括第一、二晶體管以及第一、二、三電阻；所述第一晶體管的基極和第二晶體管的基極與所述帶隙基準器的第一輸入端連接；所述第一晶體管的集電極與所述帶隙基準器的第一輸出端連接；所述第一晶體管的射極與第一電阻的第二端連接；所述第二晶體管的集電極與所述帶隙基準器的第二輸出端連接；該第二晶體管的射極與第一、二電阻的第一端連接；該第二、三電阻的第二端與所述帶隙基準器的第二輸入端連接；該第三電阻第一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的啟動器包括第三、四、五晶體管以及第四電阻；該第三、四晶體管的基極與該第四晶體管的集電極以及第四電阻的第一端連接；該第三晶體管的集電極、第四電阻的第二端耦接至供電線；該第三晶體管的射極與所述啟動器的輸出端連接；該第四晶體管的射極與該第五晶體管的基極和集電極連接；該第五晶體管的射極接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的第一反饋放大器包括第六、七、八、九、十、十一和十二晶體管；該第六、七晶體管的柵極耦接至第六晶體管的漏極以及所述第一反饋放大器的第一輸入端；該第七晶體管的漏極耦接至所述第一反饋放大器的輸出端、第十二晶體管的柵極以及第十一晶體管的漏極；該第八晶體管的柵極和漏極耦接至第九晶體管的柵極以及所述第一反饋放大器的第二輸入端；該第九晶體管的漏極耦接至第十晶體管的漏極、源極以及第十一晶體管的柵極；該第六、七、八、九晶體管的源極耦接至供電線；該第十、十一、十二晶體管的源極以及第十二晶體管的漏極耦接至地。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的溫度補償器包括第十三、十四、十五、十六晶體管、一電流鏡以及第五、六、七、八電阻；該第十三晶體管的基極與第十四晶體管的基極、集電極以及第十五晶體管的射極連接；該第十三晶體管的集電極與該電流鏡的第一輸入端連接；該第十三晶體管的射極與第五、六電阻的第一端連接；該第十四晶體管的射極與第五電阻第二端連接；該第六電阻第二端接地；該第十五晶體管的基極與所述溫度補償器的第一輸出端以及第七、八電阻第一端連接；該第十五晶體管的集電極連接供電線；該第十六晶體管的柵極與所述溫度補償器的輸入端連接；該第十六晶體管的漏極與第七電阻第二端連接；該第十六晶體管的源極連接供電線；該第八電阻第二端接地；該電流鏡的輸出端與所述溫度補償器的第二輸出端連接；該電流鏡的第二輸入端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求要求5所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的電流鏡由第十七、十八晶體管和第十九、二十晶體管按預設(shè)比例依電性連接組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求要求I所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的電壓跟隨器包括第二反饋放大器、第二十一、二十二、二十三晶體管以及第九、十電阻；該第二反饋放大器的第一端耦接至所述電壓跟隨器的輸入端；該第二反饋放大器的第二端耦接至第九電阻的第二端以及第二十一晶體管的源極；該第二反饋放大器的第三端耦接至第二十一晶體管的柵極；該第九電阻經(jīng)第十電阻耦接至地；該第二十一晶體管的漏極耦接至第二十二晶體管的漏極；該第二十二晶體管的柵極耦接至地；該第二十二晶體管的漏極耦接至第二十三晶體管的漏極、柵極；該第二十三晶體管源極耦接至供電線。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于所述的溫度敏感度超低的參考電壓電流電路是集成于一集成塊中。
9.一種應用權(quán)利I所述電路的開關(guān)電源，包括變壓器和一控制電路，其特征在于所述控制電路耦接一設(shè)于變壓器輸出端的回授單元，以產(chǎn)生一開關(guān)信號調(diào)節(jié)所述變壓器的脈沖寬度，所述的控制電路由所述溫度敏感度超低的參考電壓電流電路與脈寬調(diào)制器耦接組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開關(guān)電源，其特征在于所述的控制電路是一由所述溫度敏感度超低的參考電壓電流電路與脈寬調(diào)制器耦接組成的集成電路。
專利摘要本實用新型涉及一種溫度敏感度超低的參考電壓電流電路，其特征在于由一電壓基準器、一溫度補償器、一電壓跟隨器依次電性連接組成。本實用新型另提供應用該參考電壓電流電路的開關(guān)電源。本實用新型能最大限度降低溫度對開關(guān)電源中參考電壓和參考電流的影響，應用于開關(guān)電源能有效降低對應用環(huán)境溫度的依賴，電路設(shè)計成本低，具有較好的使用價值。
文檔編號H02M1/08GK202634256SQ20122023122
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者高耿輝, 王利, 李鐸 申請人:大連連順電子有限公司, 友順科技股份有限公司, 福建福順微電子有限公司