本发明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。本发明另提供应用该参考电压电流电路的开关电源。本发明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。
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1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1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、第四电阻的第二端藕接至供电线;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1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、七晶体管的栅极藕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藕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藕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藕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、九晶体管的源极藕接至供电线;该第十、十一、十二晶体管的源极以及第十二晶体管的漏极藕接至地。
5.根据权利要求1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1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藕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藕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藕接至第二十一晶体管的栅极;该第九电阻经第十电阻藕接至地;该第二十一晶体管的漏极藕接至第二十二晶体管的漏极;该第二十二晶体管的栅极藕接至地;该第二十二晶体管的漏极藕接至第二十三晶体管的漏极、栅极;该第二十三晶体管源极藕接至供电线。
8.根据权利要求1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1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:所述控制电路藕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藕接组成。
10.根据权利要求1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藕接组成的集成电路。技术领域
本发明涉及一种温度敏感度超低的参考电压电流电路(Ultra-lowxa0Temperaturexa0Driftxa0Voltagexa0andxa0Currentxa0Reference)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参考电压以及参考电流必须能够抵抗大温差变化的特性。一种温度敏感度超低的参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(-20~80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参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工业级别的-40~85摄氏度的适应能力。传统开关电源转换器中使用的参考电压电路集中在传统带隙基准电路方法上,如图1所示,图1描绘了一种基于传统频率调变技术的电源转换器10。一控制电路20藕接于一回授单元15,以产生一开关信号VSW,该开关信号调节电源转换器10的输出信号VO,该回授单元15藕接于电源转换器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。一变压器TR1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包括一参考电压电流电路、一脉宽调制器。该脉冲宽度调制器藕接至该电压参考电路响应回授信号VFB及信号VS产生一频率开关信号VSW。如果该参考电压电流电路提供的参考电压和参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,本发明的一目的是提供一种温度敏感度超低的参考电压电流电路,可应用于开关电源等,通过最大限度降低内部使用的参考电压和参考电流对温度的漂移,实现-50~120°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。本发明的上述目的是这样实现的: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。xa0在本发明一实施例中,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。在本发明一实施例中,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、第四电阻的第二端藕接至供电线;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。在本发明一实施例中,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、七晶体管的栅极藕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藕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藕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藕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、九晶体管的源极藕接至供电线;该第十、十一、十二晶体管的源极以及第十二晶体管的漏极藕接至地。在本发明一实施例中,所述的温度补偿器包括第十三、十四、十五、十六晶体管、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。在本发明一实施例中,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。在本发明一实施例中,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藕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藕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藕接至第二十一晶体管的栅极;该第九电阻经第十电阻藕接至地;该第二十一晶体管的漏极藕接至第二十二晶体管的漏极;该第二十二晶体管的栅极藕接至地;该第二十二晶体管的漏极藕接至第二十三晶体管的漏极、栅极;该第二十三晶体管源极藕接至供电线。在本发明一实施例中,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。本发明另一目的是提供一种应用上述参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:一种应用权利1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:所述控制电路藕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藕接组成。在本发明一实施例中,所述的控制电路是一由所述温度敏感度超低的参考电压电流电路与脉宽调制器藕接组成的集成电路。xa0本发明采用模拟电路实现超强的高温差稳定性。电路简单,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。
附图说明
图1是基于传统参考电压电流电路的电源转换器。图2是本发明温度敏感度超低的参考电压电流电路的电路原理框图。图3是本发明温度敏感度超低的参考电压电流电路的电路连接示意图。图4是图3中参考电压及参考电流的温度曲线图。图5是基于温度敏感度超低的参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xa0xa0xa0xa0Q₁~Q₈、Qa、Qb、M6~M12、M16~23:晶体管xa0xa0xa0xa0TR1:变压器D1:二极管A1:反馈放大器15、104:回授单元R_S、R1~R10:电阻器C1:电容器1000:温度敏感度超低的参考电压电流电路2000:脉宽调制器xa0xa0xa0xa0FB:回授端VCC:供电电压输入端V_CC:供电电压SW:切换输出端V_FB:回授电压V_IN:输入电压V_O:输出电压V_S:检流电压I_S:切换电流I_REF:参考电流V_REF:参考电压I_in:输入电流V_SW:开关信号VDD1:供电线电压VBG:带隙电压β_△REF:参考电压和参考电流变化百分比。
具体实施方式
下面结合附图及实施例子对本发明做进一步描述。本发明提供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。具体的,参见图3,图3是本实施例子的温度敏感度超低的参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藕接至温度补偿器的输入端;所述电压基准器的第一、二输入端分别藕接至温度补偿器的第一、二输出端。所述温度补偿器的第一输出端藕接至电压跟随器的输入端。所述的电压基准器包括一带隙基准器、第一反馈放大器、一启动器。该带隙基准器第一、二输出端分别藕接至第一反馈放大器的第一、二输入端;该带隙基准器第一输入端藕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藕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、二晶体管、第一、二、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、二十二和二十三晶体管以及第九、十电阻按电性连接组成。本发明所述的稳定敏感度超低的参考电压电流电路可集成于一集成块中,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发明,下面我们结合电路对本发明的工作原理做进一步的描述:请继续参见图3,温度敏感度超低的参考电压电流电路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、一启动器构成。工作时,在带隙基准器上产生一个带隙基准电压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最终通过电压跟随器跟随产生隔离的稳定的预设参考电压源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参考电流IREF。各模块电路详细工作过程如下:(1)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、M10和M11以及补充电容M12组成)、带隙基准器(晶体管Q1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组成)。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VDD1一个上电周期进行分析:1xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0初始时VDD1电压为0,电路中各个晶体管均处于截止状态;2xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0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Q1和Q2的基极,Q1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M11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Q1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。3xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0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ΔV,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-50~120°C范围内的漂移量小于0.9mV。(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、R10组成的电压跟随器产生与输入完全隔离开的参考电压VREF。参考电压VREF的温漂完全与VBG相等,并通过零温漂电阻R9和R10产生超低温漂的参考电流IREF,该参考电流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显示了该参考电压和参考电流的温漂曲线。图中横坐标t为摄氏温度,纵坐标β_△REF为参考电压或参考电流温漂变化百分比(β_△REF=△t*△REF/REF)。-50~120°C范围内变化幅度小于0.072%,折算后即小于5.23ppm/°C。综上所述可见,由本发明产生的参考电压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,使用本发明的开关电压转换器在市场竞争中更具优势。这里要说明的是本发明尽管以示例方式应用于电源转换器中,但本发明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。请参见图5,图5是基于温度敏感度超低的参考电压电流电路的电源转换器100,包括一控制电路300藕接于一回授单元104,以产生一开关信号V_SW,该开关信号调节电源转换器的输出信号V_O。该回授单元104藕接于电源转换器的输出V_O,以产生一回授信号V_FB。其中,该开关信号V_SW是依照回授信号V_FB而变化。一变压器TR1的一开关电流I_S经由电阻R_S被转换成电压信号V_S。该信号V_S被控制电路300接受且据此产生开关信号V_SW。该控制电路300通过内部温度敏感度超低的参考电压电流电路1000产生超低温漂的参考电压VREF和参考电流IREF信号。VREF、IREF、V_FB、V_S藕接至脉宽调制器2000,经脉宽调制器2000产生非常稳定的超低温漂的开关信号V_SW。虽然本发明以较佳实施例揭露如上,然而其并不应限定本发明,任何熟悉此领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许改动与替换。因此本发明的保护范围当视后附的专利范围所界定者为准。xa0