专利名称：一种用于高压电源的降压电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集成电路，尤其涉及 一 种用于高压电源的降压电路。
背景技术：
目前市场上存在的高压芯片 一般都有高、低两个电源， 一个是外加的高压电源， 主要是对驱动管以及其它相关部件进行供电，另一个是低压内部电源， 一般是为控 制电路和低压电路供电。低压电源一般是由芯片内部的基准模块和稳压模块
(Regulator)组成。为减小功耗和PSRR (优化电源抑制比)指标，稳压模块的电 源由外部高压电源经降压电路初步降压得到。业内经典的降压电路是结构为LDO
(Low Dropout Regulator,低压差线性稳压器)的稳压模块，其拓朴结构如图1所 示。
图1中降压电路是一个简单的LDO,包括误差放大器EA、绝缘栅双极晶体 管Ml、电压产生单元l，和多个电阻，电压产生单元l'内产生较恒定的电压Vr, 通过电阻R7和电阻R8升压到电压Vout，同时电压产生单元l，又是由输出电压 Vout供电(利于减小工作功耗和关断功耗)，因此该电路需要启动电路，适当选
取电阻R1的值可以保证电压产生单元r的正常工作。结构中存在一个负反馈环路，
其作用是增加输出电压Vout稳定性和改善PSRR等参数；同时存在一个正反馈环 路，即当电压Vout上升，则电压Vr上升，绝缘栅双极晶体管M1的栅源电压Vg一M 1 下降，最后又导致电压Vout上升，该正反馈环路会使电压Vout出现不稳定现象， 另外，设计时还要注意使负反馈系数大于正反馈系数。
上述结构的优点是输出电压比较准确，精度较高，但一般系统对输出电压Vout 没有那么高的要求，缺点是存在正反馈环路，增加设计难度，并且误差放大器消耗 一定的功耗。
当电路出现异常时，要求把芯片关断即功耗降到最低，使输出电压降到零。最 好的方法是采用如图2所示的方式，该电路包括绝缘栅双极晶体管Ml和绝缘栅双极晶体管M2,当电路异常时，对输出管，即绝缘栅双极晶体管Ml进行关断， 这是低压电路普遍采用的形式。这种结构的优点是对输出管Ml栅压进行关断，关 断后几乎不消耗功耗，输出电压Vout等于零。但是这种结构并不能运用到高压电 路中，因为关断信号Shutdown为低压逻辑，在关断信号Shutdown为高电平的时 候绝缘栅双极晶体管M2仍然导通，而且绝缘栅双极晶体管M2还有栅源电压Vgs 过大被击穿的危险。
鉴于上述问题，又采用了如图3所示的方法对输出管进行关断，该电路在图2 所示电路的基础上，还包括了绝缘栅双极晶体管M3、 M4，该电路采用CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互^卜金属IU匕物半导体)反向器7于关 断信号Shutdown进行翻转，利用绝缘栅双极晶体管M4对输出电压Vout进行关 断，能够使输出电压Vout强制拉到零，但随着电源电压Vcc的升高，绝缘栅双极 晶体管M3和绝缘栅双极晶体管M4同样存在栅源电压Vgs过大一册氧可能被击穿 的危险，该电路变得不再适用。
因此，随着电源电压Vcc逐渐升高，现有技术中出现了经典的带关断控制的 降压电路，如图4所示，该电路包括误差放大器EA、绝缘栅双极晶体管Ml、 M2、M3、电压产生单元l，和齐纳管Dl,该电路的工作原理是当关断信号Shutdown 为高电平的时候，绝缘栅双极晶体管M3的栅源电压Vg—M3为低电平，电路正常 工作；当关断信号Shutdown为低电平的时候，绝缘栅双极晶体管M3的栅源电压 Vg—M3为6V左右，电路处于关断状态，齐纳管Dl的作用是把绝缘栅双极晶体 管M3的栅源电压钳位在6V,避免其发生栅氧击穿现象。
但是上述经典结构仍然存以下缺点
1、 对关断管，即绝缘栅双极晶体管M3的要求很大，这样才能把输出电压 Vout拉到一个较低的电平，从而增加了芯片的面积；
2、 驱动管，即绝缘栅双极晶体管Ml在关断模式下仍然会导通，使得该电路 同样会产生功耗。
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型旨在提供一种新型的具有 良好关断特性和节省功耗的用于高压电源的降压电路。本实用新型所述的一种用于高压电源的降压电路，其特征在于它包括关 断模块、电压产生模块、电压转化模块和输出模块，其中
关断模块用于根据外界关断信号启动，并产生一个启动信号；
电压产生模块，与所述的关断模块连接，用于根据从所述关断模块接收到
的启动信号启动，并产生一个恒定电压信号；
电压转化模块，与所述的电压产生模块连接，用于将从所述电压产生模块 接收到的恒定电压信号转化为输出电压信号；
输出模块，与所述的电压转化模块连接，用于将从所述电压转化模块接收 到的输出电压信号输出。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的关断模块包括一用于接收所 述的关断信号的第三绝缘栅双极晶体管。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的电压产生模块包括相互连接 的第四电阻、第五电阻、第一三极管、第六电阻、第二三极管和第七电阻，其 中，所述的第五电阻和第一三极管串联，第六电阻、第二三极管和第七电阻串 联，第一三极管的基极和第二三极管的基极连接。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的电压转化模块包括串联连接 的第八电阻、第九电阻、第五绝缘栅双极晶体管、第十电阻和串联连接的第六 绝缘栅双极晶体管、第十一电阻、第十二电阻，其中，所述第六绝缘栅双极晶 体管的栅极连接到所述的第八电阻和第九电阻之间。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的输出模块包括串联连接的第 一电阻和第 一绝缘栅双极晶体管。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的关断模块与电压产生模块间 依次连接有第二绝缘栅双极晶体管、第三电阻、第二电阻和第四绝缘栅双极晶 体管，其中，所述的第四绝缘栅双极晶体管的栅极连接到所述的第二电阻和第 三电阻之间。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的电压转化模块与输出模块间 连接有第十三电阻。
在上述的用于高压电源的降压电路中，所述的第二绝缘栅双极晶体管的栅 极连接到所述的输出模块和第十三电阻之间。在上述的用于高压电源的降压电路中，所述降压电i^各的 一端与 一 电源电压 连4妻，另一端4妻地。
由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型从反馈的极性分析整个电路只存 在一个负反馈环路，由于不存在正反馈环路，从而降低了设计的难度；另外通过该 负反馈环路使得输出电压稳定，且能提高PSRR指标，从而取代了以往的误差放大
器，节省了功耗；本实用新型中的关断模块不需要增加额外的支路，正好利用本降
压电路的负反馈环路对整个电路进行关断，且关断后整个电路几乎不产生功耗，关 断特性非常好。
图1是现有技术中简单LDO的拓朴结构图； 图2是现有技术中 一种具有关断功能的降压电路的结构图； 图3是现有技术中另一种具有关断功能的降压电路的结构图； 图4是现有技术中经典的带关断控制的降压电路的结构图； 图5是本实用新型 一种用于高压电源的降压电路的结构图。
具体实施方式
如图5所示，本实用新型，即一种用于高压电源的降压电路，包括关断模块l、 电压产生模块2、电压转化模块3和输出模块4，其中
关断模块1用于根据外界关断信号Shutdown启动，并产生一个启动信号；
电压产生模块2，与关断模块1连接，用于根据从关断模块1接收到的启动信 号启动，并产生一个恒定电压信号Vr;
电压转化模块3，与电压产生模块2连接，用于将从电压产生模块2接收到的 恒定电压信号Vr转化为输出电压信号Vout;
输出模块4，与电压转化模块3连接，用于将从电压转化模块3接收到的输出 电压信号Vout输出。
关断模块1包括一用于接收关断信号Shutdown的第三绝缘栅双极晶体管M3。
电压产生模块2包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1、第六电阻 R6、第二三极管Q2和第七电阻R7,其中，串联后的第五电阻R5和第一三极管Ql和串联后的第六电阻R6、第二三极管Q2、第七电阻R7并联，第一三极管Ql 的基极bl和第二三极管Q2的基极b2连接。
电压转化模块3包括第八电阻R8、第九电阻R9、第五绝缘栅双极晶体管M5、 第十电阻RIO、第六绝缘栅双极晶体管M6、第十一电阻Rll、第十二电阻R12, 其中，串联后的第八电阻R8、第九电阻R9、第五绝缘栅双极晶体管M5、第十电 阻R10和串联后的第六绝缘栅双极晶体管M6、第十一电阻Rll、第十二电阻R12 并联，第六绝缘栅双极晶体管M6的栅极g6连接到所述的第八电阻和第九电阻之 间。
输出模块4包括串联连接的第一电阻R1和第一绝缘栅双极晶体管Ml。
关断模块1与电压产生模块2间依次连接有第二绝缘栅双极晶体管M2、第三 电阻R3、第二电阻R2和第四绝缘栅双极晶体管M4,其中，第四绝缘栅双极晶体 管M4的栅极g4连接到第二电阻R2和第三电阻R3之间。
电压转化模块3与输出模块4间连接有第十三电阻Rl3 。
第二绝缘栅双极晶体管M2的栅极g2连接到输出模块3和第十三电阻R13之间。
另外，本实用新型所述的降压电路的一端与一电源电压Vcc连接，另一端接地。
本实用新型的工作原理是当关断信号Shutdown信号为高电平时，第三绝缘 栅双极晶体管M3导通，第二电阻R2上分压使第四绝缘栅双极晶体管M4导通， 电压产生模块2开始工作，产生较恒定电压Vr,第八电阻R8上分压使得第六绝缘 栅双极晶体管M6导通，同理第十一电阻Rll和第六绝缘栅双极晶体管M6上分压 又使第一绝缘栅双极晶体管Ml导通，从而产生输出电压Vout。整个电路是个负 反馈环路，即当输出电压Vout上升，则第四绝缘栅双极晶体管M4的栅源电压 Vg—M4上升，恒定电压Vr下降，第六绝缘4册双才及晶体管M6的栅源电压Vg—M6 下降，第一绝缘栅双极晶体管Ml的栅源电压Vg_Ml上升，最后导致输出电压Vout 下降，该负反馈环路使输出电压Vout能够稳定在某个固定电压下，并且可以提高 电^各的PSRR指标。
当关断信号Shutdown为低电平的时候，第三绝缘栅双极晶体管M3关断，必 然使得第二电阻R2上的分压为零，电压产生模块2完全关断，不消耗任何功耗，从而使恒定电压Vr降为零，且第六绝缘栅双极晶体管M6的栅源电压Vg—M6变得 更低，此时，只需适当选取第十一电阻Rll和第十二电阻R12的比值，即可以使 第一绝缘栅双极晶体管Ml的栅源电压Vgs—Ml低于阈值电压，第一绝缘栅双极晶 体管M1完全关断，输出电压Vout等于零。另外，由于关断后功耗仅为第八电阻 R8 第十二电阻R12几个大电阻上消耗的功率，因此，为了尽一步降低关断功耗， 第八电阻R8 ~第十二电阻R12的阻值应取比较大。
综上所述，本实用新型采用的改进后电路改善了以下几个问题 1 、从反馈的极性分析整个电路只存在一个负反馈电路，由于不存在正反馈环 路，从而降低了设计的难度。
2、 相比现有的经典电路结构节省了一个误差放大器，节省了功耗。
3、 关断模块不需要增加额外的支路，正好利用降压电路的负反馈环路对整个 电路进行关断。由于关断原理实际上是对驱动管栅压进行关断，关断后整个电路几 乎不产生功耗，关断特性很好。
以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人 员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节 不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作 为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种用于高压电源的降压电路，其特征在于它包括关断模块、电压产生模块、电压转化模块和输出模块，其中关断模块用于根据外界关断信号启动，并产生一个启动信号；电压产生模块，与所述的关断模块连接，用于根据从所述关断模块接收到的启动信号启动，并产生一个恒定电压信号；电压转化模块，与所述的电压产生模块连接，用于将从所述电压产生模块接收到的恒定电压信号转化为输出电压信号；输出模块，与所述的电压转化模块连接，用于将从所述电压转化模块接收到的输出电压信号输出。
2. 根据权利要求1所述的用于高压电源的降压电路，其特征在于所述的 关断模块包括一用于接收所述的关断信号的第三绝缘栅双极晶体管(M3)。
3. 根据权利要求1所述的用于高压电源的降压电路，其特征在于所述的 电压产生模块包括相互连接的第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一三极管(Ql)、第六电阻(R6)、第二三极管(Q2)和第七电阻(R7)，其中，所 述的第五电阻和第一三极管串联，第六电阻、第二三极管和第七电阻串联，第 一三极管的基极和第二三极管的基极连接。
4. 根据权利要求1所述的用于高压电源的降压电路，其特征在于所述的 电压转化模块包括串联连接的第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第五绝缘栅 双极晶体管(M5 )、第十电阻(R10 )和串联连接的第六绝缘栅双极晶体管(M6 )、 第十一电阻(Rll)、第十二电阻(R12)，其中，所述第六绝缘栅双极晶体管 的栅极连接到所述的第八电阻和第九电阻之间。
5. 根据权利要求1所述的用于高压电源的降压电路，其特征在于所述的 输出模块包括串联连接的第一电阻(Rl)和第一绝缘栅双极晶体管(Ml)。
6. 根据权利要求l、 2或3所述的用于高压电源的降压电路，其特征在于 所述的关断模块与电压产生模块间依次连接有第二绝缘栅双极晶体管(M2)、 第三电阻(R3)、第二电阻(R2)和第四绝缘栅双极晶体管(M4),其中， 所述的第四绝缘栅双极晶体管的栅极连接到所述的第二电阻和第三电阻之间。
7. 根据权利要求l、 4或5所述的用于高压电源的降压电路，其特征在于 所述的电压转化模块与输出模块间连接有第十三电阻(R13)。
8. 根据权利要求1-5中任意一项所述的用于高压电源的降压电路，其特征 在于所述的第二绝缘栅双极晶体管的栅极连接到所述的输出模块和第十三电 阻之间。
9. 根据权利要求1-5中任意一项所迷的用于高压电源的降压电路，其特征 在于所述降压电路的一端与一电源电压连接，另一端接地。
专利摘要本实用新型涉及一种用于高压电源的降压电路，它包括关断模块、电压产生模块、电压转化模块和输出模块，其中关断模块用于根据外界关断信号启动，并产生一个启动信号；电压产生模块，与所述的关断模块连接，用于根据从所述关断模块接收到的启动信号启动，并产生一个恒定电压信号；电压转化模块，与所述的电压产生模块连接，用于将从所述电压产生模块接收到的恒定电压信号转化为输出电压信号；输出模块，与所述的电压转化模块连接，用于将从所述电压转化模块接收到的输出电压信号输出。本实用新型结构设计简单，具有良好关断特性以及具有节省功耗的优点。
文档编号H02M3/156GK201319560SQ20082015665
公开日2009年9月30日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年12月5日
发明者磊 朱, 袁文师 申请人:上海贝岭股份有限公司