一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器

技术领域

本发明涉及集成电路IC芯片电源管理技术领域，尤其是一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器。

背景技术

随着集成电路的发展，行业内对芯片的性能要求也越来越高，而芯片的性能在很大程度上需要其内部的电源模块提供电压支持，这就对电源模块提出了新的挑战。

对于芯片性能的要求，需要芯片在全范围输入电压下能够保持正常工作，因此，要求电压调节器能够自动实现对输入电压的调节，对应调整驱动电路，实现带载能力。

另外，芯片所采用的的元器件受温度影响较大，目前的电压调节器在高、低温环境下输出电压变化可达1V的程度，对芯片性能影响极大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器，以实现对全范围输入电压的调节，以及自动实现对温度的补偿。

本发明采用的技术方案如下：

一种带温度补偿的全范围输入的电压调节器，包括启动电路、带隙电路、控制电路和驱动电路，所述驱动电路包括第一输出电路和第二输出电路；所述启动电路基于输入电压信号产生启动电流；所述带隙电路在所述输入电压信号为低压时，向所述控制电路传输第一信号，以使所述控制电路控制所述驱动电路的第一输出电路开启；所述带隙电路在所述输入电压信号为高压时，向所述控制电路传输第二信号，以使所述控制电路控制所述驱动电路的第二输出电路开启，第一输出电路关断；所述带隙电路通过正温度系数电压与负温度系数电压结合抵消温度系数，通过负反馈电路对所述第二输出电路的输出电压进行补偿。

进一步的，所述带隙电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路和所述第二支路间形成PTAT电流，加载于阻抗元件上，通过所述负反馈电路对所述第二输出电路的输出电压进行补偿。

进一步的，所述负反馈电路包括第一电容电路，所述第一电容电路对所述负反馈电路进行主极点补偿。

进一步的，所述第一支路包括第一三极管级联电路，所述第二支路包括第二三极管级联电路，所述第一三极管级联电路与所述第二三极管级联电路间的电压差实现正温度系数电压，加载于阻抗元件上形成PTAT电流；构成所述第一三极管级联电路的三极管的数量，与构成所述第二三极管级联电路的三极管的数量之比为2:1 到16:1之间。

进一步的，所述控制电路包括第一镜像电路、触发电路和第二镜像电路；所述触发电路连接所述带隙电路，以接收所述第一信号或第二信号，所述触发电路在接收所述第一信号时导通，在接收到所述第二信号时关断；所述第一镜像电路连接所述启动电路，镜像所述启动电路的启动电流；所述第二镜像电路分别连接所述触发电路和所述第一镜像电路，以镜像所述触发电路的电流，并根据镜像的电流大小对所述第一镜像电路的输出端进行分压；所述第一镜像电路的输出端连接所述第一输出电路。

进一步的，所述触发电路由至少一个P型场效应管级联而成，所述触发电路在接收到第一信号时，导通各P型场效应管，在接收到第二信号时，关断各P型场效应管。

进一步的，所述第二镜像电路包括成电流镜像关系的两个场效应管，其中一个场效应管与所述触发电路串联，另一个场效应管连接所述第一镜像电路的输出端，以镜像电流的大小对所述第一镜像电路输出的电流进行分流。

进一步的，所述第一输出电路的输入端，和/或所述第二输出电路的输入端，连接有相应的钳位电路。

进一步的，所述钳位电路由稳压电路构成，或者由至少一个场效应管级联而成。

进一步的，所述第一输出电路的输入端连接有第一钳位电路，所述第二输出电路的输入端，连接有第二钳位电路，所述第一钳位电路由4个P型场效应管级联而成，所述第二钳位电路由5个N型场效应管级联而成。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明能够在输入电压于高、低压间变化时，自动从第二输出电路过渡到第一输出电路，以实现在全范围输入电压下工作。

2、本发明所设计的带隙电路能够根据温度的变化自动对输出电压进行补偿，从而减小温度漂移对电路的影响，抗干扰能力强，使得电路具备低温度系数的特点。

3、本发明设计钳位电路能够在电压异常时自动对输入电压进行分压，防止高压击穿场效应管或其他元器件，保证电路的安全。

4、本发明能够在输入电压突变时，或者输出电路切换时，减缓输出电压的变化速度，保证负载的正常工作。

5、本发明能够在低压输入时减小电压余度损耗。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明带温度补偿的全范围输入的电压调节器的实施电路示例。

图2是三极管级联电路的示意图。

图中，A为启动电路，B为带隙电路，C为控制电路，D为钳位电路，E为驱动电路，MP

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的设计思路为：带温度补偿的全范围输入的电压调节器包括启动电路A、带隙电路B、控制电路C和驱动电路E，驱动电路E包括第一输出电路和第二输出电路；启动电路A基于输入电压信号产生启动电流；带隙电路B在输入电压信号为低压时，向控制电路C传输第一信号，在输入电压信号为高压时，向控制电路C传输第二信号；控制电路C在接收第一信号时，控制驱动电路E的第一输出电路开启，控制电路C在接收第二信号时，控制驱动电路E的第二输出电路开启，第一输出电路关断。上述设计，能够保证在高压输入时，第一输出电路关断，第二输出电路开启，在低压输入时，电压调节器的输出端VOUT输出电压逐渐由第二输出电路过渡到第一输出电路，从而保证全范围输入电压工作，且减小低压输入时的电压余度损耗。

本发明的温度补偿是通过以下方式实现的：带隙电路B通过正温度系数电压与负温度系数电压结合抵消温度系数，即通过正温度系数电压与负温度系数电压抵消形成近似零温度系数电压，再通过负反馈电路对第二输出电路的输出电压进行补偿。带隙电路B能够根据温度的变化自动实现对电压的补偿，从而减小温度漂移给电路输出电压带来的影响。

一般说来，栅氧之间的耐压不会高于5V或6V，因此芯片内部CMOS的工作电压一般不会高于5V或6V，通常以6V作为电压界限，将低于6V的输入电压视为低压，高于6V的输入电压视为高压。当然，根据具体的选型，区分界限可以进行相应的调整。

本发明提供以下实施例对本发明的设计思路进行具体说明：

说明：本发明实施例中的“场效应管MP*”指对应的场效应管为P型场效应管，“场效应管MN*”指对应的场效应管为N型场效应管。

如图1所示，本发明的电压调节器包括启动电路A、带隙电路B、控制电路C、钳位电路D和驱动电路E，钳位电路D为保护作用，可以不设计。驱动电路E包括P型场效应管输出电路（对应于第一输出电路）和N型场效应管输出电路（对应于第二输出电路），P型场效应管输出电路采用第十四P型场效应管MP

启动电路A基于输入电压信号产生启动电流。如图1所示，启动电路A包括由第一P型场效应管MP

式中，VM为输入端的电压，VGS表示对应场效应管栅极和源极间电压，例如

其中W、L分别指对应场效应管的宽度和长度，例如

第三P型场效应管MP

带隙电路通过负反馈电路与所述N型场效应管输出电路连接，带隙电路与负反馈电路结合产生PTAT电流，该PTAT电流作用于负反馈电路，负反馈电路对N型场效应管输出电路的输出电压进行补偿。在一些实施例中，负反馈电路包括第十二N型场效应管MN

式中，K表示玻尔兹曼常数，T表示热力学温度，Q表示流过第三电阻R

则第四电阻R

VBE

负反馈电路还包括第一电容电路，第一电容电路连接于第十二N型场效应管MN

控制电路C包括第一镜像电路、触发电路和第二镜像电路；触发电路连接带隙电路以接收第一信号或第二信号，触发电路在接收第一信号时导通，在接收到第二信号时关断；第一镜像电路连接启动电路A，镜像启动电路A的启动电流；第二镜像电路分别连接触发电路和第一镜像电路，以镜像触发电路的电流，并根据镜像的电流大小对第一镜像电路的输出端进行分压；第一镜像电路的输出端连接P型场效应管输出电路。在一些实施例中，第一镜像电路由第八P型场效应管MP

钳位电路D包括第一钳位电路和/或第二钳位电路，钳位电路D作为预防性设计，在正常情况下不会起到作用。第一钳位电路连接在P型场效应管输出电路的输入端，第二钳位电路连接在N型场效应管输出电路的输入端，起到预防高压击穿第十四P型场效应管MP

当从输入端VM输入的电压较高时，第四P型场效应管MP

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。