专利名称：温度敏感度超低的参考电压电流电路及应用其的开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种温度敏感度超低的參考电压电流电路(Ultra-lowTemperature Drift Voltage and Current Reference)及应用该电路的开关电源。
背景技术：
广泛应用于消费类电子产品上的开关电源转换器通常包括两种形式交流转直流(AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。开关电源转换器的用户具有分布地域广泛、气温条件差异大的特点，因此客观上要求开关电源转换器内部控制电路使用的參考电压以及參考电流必须能够抵抗大温差变化的特性。ー种温度敏感度超低的參考电压电流电路成为内部控制电路必然的选择。传统电源转换器常常只能适应较窄温差范围(-2(Γ80度)，很难适应高纬度地区的全年应用。为达到全域全天候应用，近几年出现的开关电源转换器都采用了新技术提升了内部參考电压的温度抑制能力，国内企业此类产品已经能够适应-25 85摄氏度的温差变化，但仍然无法给出极寒气温下稳定工作的产品。这种高性能产品被极少数国际大厂垄断，他们的此类产品达到了エ业级别的-4(Γ85摄氏度的适应能力。传统开关电源转换器中使用的參考电压电路集中在传统带隙基准电路方法上，如图I所示，图I描绘了ー种基于传统频率调变技术的电源转换器10。ー控制电路20耦接于一回授单元15，以产生ー开关信号VSff,该开关信号调节电源转换器10的输出信号V0，该回授単元15耦接于电源转换器10的输出，以产生一回授信号VFB。其中该开关信号VSW是依照回授信号VFB而变化。ー变压器TRl的一开关电流IS经由捡流电阻器RS被转换成电压信号VS。该信号VS被控制电路20接受且据此产生开关信号VSW。图中，控制电路20包括ー參考电压电流电路、一脉宽调制器。该脉冲宽度调制器耦接至该电压參考电路响应回授信号VFB及信号VS产生ー频率开关信号VSW。如果该參考电压电流电路提供的參考电压和參考电流信号温度漂移大，那么在不同温度条件下开关电源转换器的该切换信号VSW的占空比和频率将出现很大差异，最终导致开关电源转换器在不同纬度地区和季节带载能力差异巨大，工作不稳定。
发明内容有鉴于此，本实用新型的一目的是提供ー种温度敏感度超低的參考电压电流电路，可应用于开关电源等，通过最大限度降低内部使用的參考电压和參考电流对温度的漂移，实现-5(T120°C宽温度范围的稳定应用，真正满足高温高寒地区的应用，具备较强的的地域、时域通用性。本实用新型的上述目的是这样实现的ー种温度敏感度超低的參考电压电流电路，其特征在于，包括一电压跟随器；—温度补偿器，其第一输出端与所述的电压跟随器的输入端连接；以及一电压基准器，所述的电压基准器包括[0009]一帯隙基准器，该带隙基准器的第一输入端与所述的温度补偿器的第一输出端连接，该带隙基准器的第二输入端与所述温度补偿器的第二输出端连接；一第一反馈放大器，其第一输入端与所述带隙基准器的第一输出端连接，该第一反馈放大器的第二输入端与所述带隙基准器的第二输出端连接；以及ー启动器，该启动器的输出端与所述带隙基准器的第一输入端连接。在本实用新型一实施例中，所述的带隙基准器包括第一、ニ晶体管以及第一、ニ、三电阻；所述第一晶体管的基极和第二晶体管的基极与所述带隙基准器的第一输入端连接；所述第一晶体管的集电极与所述带隙基准器的第一输出端连接；所述第一晶体管的射极与第一电阻的第二端连接；所述第二晶体管的集电极与所述带隙基准器的第二输出端连接；该第二晶体管的射极与第一、ニ电阻的第一端连接；该第二、三电阻的第二端与所述带 隙基准器的第二输入端连接；该第三电阻第一端接地。在本实用新型一实施例中，所述的启动器包括第三、四、五晶体管以及第四电阻；该第三、四晶体管的基极与该第四晶体管的集电极以及第四电阻的第一端连接；该第三晶体管的集电极、第四电阻的第二端耦接至供电线；该第三晶体管的射极与所述启动器的输出端连接；该第四晶体管的射极与该第五晶体管的基极和集电极连接；该第五晶体管的射极接地。在本实用新型一实施例中，所述的第一反馈放大器包括第六、七、八、九、十、十一和十二晶体管；该第六、七晶体管的栅极耦接至第六晶体管的漏极以及所述第一反馈放大器的第一输入端；该第七晶体管的漏极耦接至所述第一反馈放大器的输出端、第十二晶体管的栅极以及第十一晶体管的漏扱；该第八晶体管的栅极和漏极耦接至第九晶体管的栅极以及所述第一反馈放大器的第二输入端；该第九晶体管的漏极耦接至第十晶体管的漏扱、源极以及第十一晶体管的栅极；该第六、七、八、九晶体管的源极耦接至供电线；该第十、十一、十二晶体管的源极以及第十二晶体管的漏极耦接至地。在本实用新型一实施例中，所述的温度补偿器包括第十三、十四、十五、十六晶体管、ー电流镜以及第五、六、七、八电阻；该第十三晶体管的基极与第十四晶体管的基极、集电极以及第十五晶体管的射极连接；该第十三晶体管的集电极与该电流镜的第一输入端连接；该第十三晶体管的射极与第五、六电阻的第一端连接；该第十四晶体管的射极与第五电阻第二端连接；该第六电阻第二端接地；该第十五晶体管的基极与所述温度补偿器的第ー输出端以及第七、八电阻第一端连接；该第十五晶体管的集电极连接供电线；该第十六晶体管的栅极与所述温度补偿器的输入端连接；该第十六晶体管的漏极与第七电阻第二端连接；该第十六晶体管的源极连接供电线；该第八电阻第二端接地；该电流镜的输出端与所述温度补偿器的第二输出端连接；该电流镜的第二输入端接地。在本实用新型一实施例中，所述的电流镜由第十七、十八晶体管和第十九、二十晶体管按预设比例依电性连接组成。在本实用新型一实施例中，所述的电压跟随器包括第二反馈放大器、第二十一、二十ニ、二十三晶体管以及第九、十电阻；该第二反馈放大器的第一端耦接至所述电压跟随器的输入端；该第二反馈放大器的第二端耦接至第九电阻的第二端以及第二十一晶体管的源极；该第二反馈放大器的第三端耦接至第二十一晶体管的栅极；该第九电阻经第十电阻耦接至地；该第二十一晶体管的漏极耦接至第二十二晶体管的漏极；该第二十二晶体管的栅极耦接至地；该第二十二晶体管的漏极耦接至第二十三晶体管的漏极、栅极；该第二十三晶体管源极耦接至供电线。在本实用新型一实施例中，所述的温度敏感度超低的參考电压电流电路是集成于一集成块中。本实用新型另ー目的是提供一种应用上述參考电压电流电路的开关电源，该电源具备极高的温度稳定性和宽温差适应能力。该目的采用以下方案实现ー种应用权利I所述电路的开关电源，包括变压器和ー控制电路，其特征在于所述控制电路耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生ー开关信号调节所述变压器的脉冲宽度，所述的控制电路由所述温度敏感度超低的參考电压电流电路与脉宽调制器耦接组成。 在本实用新型一实施例中，所述的控制电路是一由所述温度敏感度超低的參考电 压电流电路与脉宽调制器耦接组成的集成电路。本实用新型采用模拟电路实现超强的高温差稳定性。电路简単，面积小，而且可设计成集成电路，成本低，具有较好的市场价值。
图I是基于传统參考电压电流电路的电源转换器。图2是本实用新型温度敏感度超低的參考电压电流电路的电路原理框图。图3是本实用新型温度敏感度超低的參考电压电流电路的电路连接示意图。图4是图3中參考电压及參考电流的温度曲线图。图5是基于温度敏感度超低的參考电压电流电路电源转换器的电路原理示意框图。主要组件符号说明20、300:控制电路Qa, Qb, M6"M12, M16"23 :晶体管TRl :变压器Dl :ニ极管Al :反馈放大器I5、104:回授单元Rs、Rl RlO :电阻器Cl 电容器1000 :温度敏感度超低的參考电压电流电路2000 :脉宽调制器FB:回授端VCC:供电电压输入端Vcc:供电电压Sff :切换输出端VFB:回授电压VIN:输入电压[0045]V。输出电压Vs :检流电压Is:切换电流Ikef:參考电流 Vkef:參考电压Iin:输入电流Vsw:开关信号VDDl :供电线电压VBG:带隙电压β Δ EEF :參考电压和參考电流变化百分比。
具体实施方式
以下结合附图及实施例子对本实用新型做进ー步描述。本实用新型提供ー种温度敏感度超低的參考电压电流电路，其特征在干由ー电压基准器、一温度补偿器、一电压跟随器依次电性连接组成。具体的，參见图3，图3是本实施例子的温度敏感度超低的參考电压电流电路的电路连接示意图，图中，所述电压基准器的输出端耦接至温度补偿器的输入端；所述电压基准器的第一、ニ输入端分别耦接至温度补偿器的第一、ニ输出端。所述温度补偿器的第一输出端耦接至电压跟随器的输入端。所述的电压基准器包括一帯隙基准器、第一反馈放大器、ー启动器。该带隙基准器第一、ニ输出端分别耦接至第一反馈放大器的第一、ニ输入端；该带隙基准器第一输入端耦接至启动器的输出端以及所述电压基准器的第一输入端；该带隙基准器的第二输入端耦接至所述电压基准器的第二输入端。该第一反馈放大器的输出端与所述电压基准器的输出端连接。所述的带隙基准器由第一、ニ晶体管、第一、ニ、三电阻依照电性连接组成；所述的启动器由第三、四、五晶体管以及第四电阻依照电性连接组成；所述的第一反馈放大器由第六、七、八、九、十、十一、十二晶体管依次按电性连接组成。所述的温度补偿器由第十三、十四、十五、十六晶体管、一电流镜、第五、六、七、八电阻依电性连接组成；所述的电流镜由第十七、十八晶体管以及第十九、二十晶体管按预设比例依次电性连接组成。所述的电压跟随器由第二反馈放大器、第二十一、二十ニ和二十三晶体管以及第九、十电阻按电性连接组成。本实用新型所述的稳定敏感度超低的參考电压电流电路可集成于ー集成块中，可大大减小电路的体积及成本。为了让一般技术人员更好的理解本实用新型，下面我们结合电路对本实用新型的工作原理做进ー步的描述请继续參见图3，温度敏感度超低的參考电压电流电路1000由一电压基准器、一温度补偿器、一电压跟随器依次电性连接组成。电压基准器由带隙基准器、第一反馈放大器、ー启动器构成。工作时，在带隙基准器上产生ー个带隙基准电压VBG，该带隙基准电压VBG通过温度补偿单元反馈给带隙基准器，从而极大地抑制了 VBG的温度变化。温漂超低的带隙基准电压VBG最終通过电压跟随器跟随产生隔离的稳定的预设參考电压源VREF，该电压在零温度系数的电阻器(R9+R10)上产生稳定的温漂超低的參考电流IREF。各模块电路详细工作过程如下(I)电压基准器和温度补偿器的工作原理电压基准器包含第一反馈放大器(电流镜M6和M7、M8和M9、MlO和Mll以及补充电容M12组成)、带隙基准器(晶体管Ql和Q2以及电阻R1、R2和R3组成)和启动器(晶体管Q3、Q4、Q5以及R4組成)。温度补偿器包含电流镜(M17、M18、M19和M20组成)、晶体管(Q13、Q14、Q15和M16)以及电阻(R5、R6、R7、R8)。针对供电线VDDl —个上电周期进行分析①初始时VDDl电压为0，电路中各个晶体管均处于截止状态；②当供电线电源供电后产生供电电压VDD1，启动器立即工作，Q3导通，电流流进Ql和Q2的基板，Ql和Q2导通后产生能隙电流通过由M6 M12构成的第一反馈放大器进行误差放大从晶体管Mll和M7的漏极输出，送入温度补偿器中，经晶体管M16及反馈电阻 器R7、R8反馈到能隙对管Ql和Q2的基极，产生低温漂的带隙电压VBG。VBG稳定后由于VBG>Vbe (晶体管结压降)，Q3关断，启动结束。③启动结束后，带隙电压VBG同时送入温度补偿器中的Q15的基极，在由Q13、Q14电阻器R5、R6组成的温度补偿单元中产生温度补偿电流，通过由M17、M18、M19、M20构成的电流镜按预设比例反馈输入到带隙基准器的比例电阻器R3上，形成额外的独立温度补偿电压AV，极大地抑制了基准电压VBG的温漂，这样便产生了超低温漂的基准电压VBG。通过此技术基准电压VBG在温度-5(Tl20°C范围内的漂移量小于O. 9mV。(2)电压跟随器的工作原理由带隙基准和温度补偿器产生的超低温漂带隙电压VBG，通过由第二反馈放大器、晶体管M21和电阻器R9、RlO组成的电压跟随器产生与输入完全隔离开的參考电压VREF。參考电压VREF的温漂完全与VBG相等，并通过零温漂电阻R9和RlO产生超低温漂的參考电流IREF，该參考电流IREF通过晶体管M22和M23镜像给开关电源内部其他模块使用。图4显示了该參考电压和參考电流的温漂曲线。图中横坐标t为摄氏温度，纵坐标β Λ-为參考电压或參考电流温漂变化百分比(β ΔΕΕΡ= Λ t* Λ REF/REF)。-5(Tl20°C范围内变化幅度小于O. 072%，折算后即小于5. 23ppm/°C。综上所述可见，由本发明产生的參考电压VREF和IREF具备超低温漂的电学特性，该特性应用于开关电源转换器，能够让开关电源转换器应用于高寒高温地区，可适应非常恶略的气温条件。同时电路实现简单，面积小成本低，使用本实用新型的开关电压转换器在市场竞争中更具优势。这里要说明的是本实用新型尽管以示例方式应用于电源转换器中，但本实用新型本身具有示例以外的更广应用范围。比如电流镜可以通过除示例以外的其它方法(例如使用双极晶体管)达到同等信号传输的镜像功效。请參见图5，图5是基于温度敏感度超低的參考电压电流电路的电源转换器100，包括ー控制电路300耦接于一回授单元104，以产生ー开关信号Vsw，该开关信号调节电源转换器的输出信号\。该回授単元104耦接于电源转换器的输出\，以产生一回授信号VFB。其中，该开关信号Vsw是依照回授信号Vfb而变化。一变压器TRl的一开关电流Is经由电阻Rs被转换成电压信号'。该信号Vs被控制电路300接受且据此产生开关信号Vsw。该控制电路300通过内部温度敏感度超低的參考电压电流电路1000产生超低温漂的參考电压VREF和參考电流IREF信号。VREF、I REF, VFB、Vs耦接至脉宽调制器2000，经脉宽调制器2000产生非常稳定的超低温漂的开关信号Vsw。虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而其并不应限定本实用新型，任何熟悉此领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许改动与替换。因此 本实用新型的保护范围当视后附的专利范围所界定者为准。
权利要求1.一种温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于，包括 一电压跟随器； 一温度补偿器，其第一输出端与所述的电压跟随器的输入端连接；以及 一电压基准器，所述的电压基准器包括 一带隙基准器，该带隙基准器的第一输入端与所述的温度补偿器的第一输出端连接，该带隙基准器的第二输入端与所述温度补偿器的第二输出端连接； 一第一反馈放大器，其第一输入端与所述带隙基准器的第一输出端连接，该第一反馈放大器的第二输入端与所述带隙基准器的第二输出端连接；以及 一启动器，该启动器的输出端与所述带隙基准器的第一输入端连接。
2.根据权利要求I所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的带隙基准器包括第一、二晶体管以及第一、二、三电阻；所述第一晶体管的基极和第二晶体管的基极与所述带隙基准器的第一输入端连接；所述第一晶体管的集电极与所述带隙基准器的第一输出端连接；所述第一晶体管的射极与第一电阻的第二端连接；所述第二晶体管的集电极与所述带隙基准器的第二输出端连接；该第二晶体管的射极与第一、二电阻的第一端连接；该第二、三电阻的第二端与所述带隙基准器的第二输入端连接；该第三电阻第一端接地。
3.根据权利要求I所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的启动器包括第三、四、五晶体管以及第四电阻；该第三、四晶体管的基极与该第四晶体管的集电极以及第四电阻的第一端连接；该第三晶体管的集电极、第四电阻的第二端耦接至供电线；该第三晶体管的射极与所述启动器的输出端连接；该第四晶体管的射极与该第五晶体管的基极和集电极连接；该第五晶体管的射极接地。
4.根据权利要求I所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的第一反馈放大器包括第六、七、八、九、十、十一和十二晶体管；该第六、七晶体管的栅极耦接至第六晶体管的漏极以及所述第一反馈放大器的第一输入端；该第七晶体管的漏极耦接至所述第一反馈放大器的输出端、第十二晶体管的栅极以及第十一晶体管的漏极；该第八晶体管的栅极和漏极耦接至第九晶体管的栅极以及所述第一反馈放大器的第二输入端；该第九晶体管的漏极耦接至第十晶体管的漏极、源极以及第十一晶体管的栅极；该第六、七、八、九晶体管的源极耦接至供电线；该第十、十一、十二晶体管的源极以及第十二晶体管的漏极耦接至地。
5.根据权利要求I所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的温度补偿器包括第十三、十四、十五、十六晶体管、一电流镜以及第五、六、七、八电阻；该第十三晶体管的基极与第十四晶体管的基极、集电极以及第十五晶体管的射极连接；该第十三晶体管的集电极与该电流镜的第一输入端连接；该第十三晶体管的射极与第五、六电阻的第一端连接；该第十四晶体管的射极与第五电阻第二端连接；该第六电阻第二端接地；该第十五晶体管的基极与所述温度补偿器的第一输出端以及第七、八电阻第一端连接；该第十五晶体管的集电极连接供电线；该第十六晶体管的栅极与所述温度补偿器的输入端连接；该第十六晶体管的漏极与第七电阻第二端连接；该第十六晶体管的源极连接供电线；该第八电阻第二端接地；该电流镜的输出端与所述温度补偿器的第二输出端连接；该电流镜的第二输入端接地。
6.根据权利要求要求5所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的电流镜由第十七、十八晶体管和第十九、二十晶体管按预设比例依电性连接组成。
7.根据权利要求要求I所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的电压跟随器包括第二反馈放大器、第二十一、二十二、二十三晶体管以及第九、十电阻；该第二反馈放大器的第一端耦接至所述电压跟随器的输入端；该第二反馈放大器的第二端耦接至第九电阻的第二端以及第二十一晶体管的源极；该第二反馈放大器的第三端耦接至第二十一晶体管的栅极；该第九电阻经第十电阻耦接至地；该第二十一晶体管的漏极耦接至第二十二晶体管的漏极；该第二十二晶体管的栅极耦接至地；该第二十二晶体管的漏极耦接至第二十三晶体管的漏极、栅极；该第二十三晶体管源极耦接至供电线。
8.根据权利要求I至7任一项所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于所述的温度敏感度超低的参考电压电流电路是集成于一集成块中。
9.一种应用权利I所述电路的开关电源，包括变压器和一控制电路，其特征在于所述控制电路耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度，所述的控制电路由所述温度敏感度超低的参考电压电流电路与脉宽调制器耦接组成。
10.根据权利要求I所述的开关电源，其特征在于所述的控制电路是一由所述温度敏感度超低的参考电压电流电路与脉宽调制器耦接组成的集成电路。
专利摘要本实用新型涉及一种温度敏感度超低的参考电压电流电路，其特征在于由一电压基准器、一温度补偿器、一电压跟随器依次电性连接组成。本实用新型另提供应用该参考电压电流电路的开关电源。本实用新型能最大限度降低温度对开关电源中参考电压和参考电流的影响，应用于开关电源能有效降低对应用环境温度的依赖，电路设计成本低，具有较好的使用价值。
文档编号H02M1/08GK202634256SQ20122023122
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者高耿辉, 王利, 李铎 申请人:大连连顺电子有限公司, 友顺科技股份有限公司, 福建福顺微电子有限公司