[發明專利]一種模擬電路中的高壓轉低壓電路

有效

• 申請號: 201110224809.9
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102931833A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 崔文兵;周平
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;H02M3/158
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及模擬電路領域，特別是涉及一種能將模擬電路中大范圍變化輸入高電壓轉化為穩定輸出低電壓的電路。

背景技術

傳統MOS工藝對應的器件只能應用在較低電壓，一般典型MOS器件柵電壓有5V、3.3V等，MOS電路設計最常用的電源電壓是5V，但有些工業應用標準輸入端電源是12V或24V，就需要把高電壓轉換為低電壓，才能安全使用MOS電路。最簡單和實用的電壓轉化電路一般通過串聯分壓電阻，利用電阻的比例關系實現高電壓轉化為低電壓。當輸入端電壓固定時可實現精確的分壓輸出，但當輸入端電壓變化時，輸出端電壓也隨之變化，所以當輸入端電壓變化范圍較大時，輸出電壓也變化較大。如果需要輸出端電壓穩定，就需要穩壓電路。如果在輸出端增加齊納穩壓管，就可以使輸出電壓鉗位，但此種方法會產生更多的內部功耗。

如圖1所示，傳統串聯電阻分壓，當輸入端Vin電壓從8伏到24伏范圍變化時，要求輸出端Vout電壓為5伏左右，這時分壓電阻R1和R3的比值滿足關系式：當輸入端Vin電壓為8伏時若要輸出端Vout電壓為5伏，則當輸入端Vin電壓為24伏時，若要輸出端Vout電壓為5伏，則但在傳統分壓電路中R1和R3的比值需固定，所以要兼顧輸入端電壓的變化范圍，就只能選取同時要在輸出端與R3并聯一個穩壓值約為5伏的齊納二極管實現穩壓輸出，此種電壓轉化方法輸出端電壓取決于分壓電阻R1和R3的比值和齊納二極管的穩壓值，一般為正溫度系數電壓。

如圖2所示，在MOS模擬電路應用中需要適應輸入端電源電壓變化范圍4.5V到24V，為此專門開發了簡單的電源轉換電路。電源電壓分壓電路由一個電阻、三個柵漏極短接的MOS管和一個基極和集電極接地的PNP晶體管串聯組成，電阻R1一端連電源輸入端節點1，另一端連輸出端節點10，同時與PMOS管T7的源極相連，PMOS管T7的柵漏極連接NMOS管T5的柵漏極形成節點6，NMOS管T5源極與NMOS管T3柵漏極連接形成節點5，NMOS管T3源極與PNP晶體管T1的發射極相連形成節點4，PNP晶體管T1的基極和集電極接地節點2。電阻R1起限流作用，輸出端電壓為三個MOS管的柵源電壓加上一個PNP晶體管T1的發射極基極電壓，當輸入端電壓變化時，由于流過電阻R1電流要變化，所以輸出端電壓也有變化。在一定限流條件下，當輸入端電壓從4.5V到24V變化時，輸出端電壓的變化范圍為3.6V到5.5V，此種電壓轉化方法輸出端電壓不穩定。

傳統模擬電路中的高電壓轉低電壓電路無法將大范圍變化的輸入高電壓轉化為穩定的輸出低電壓的功能，應用于MOS工藝模擬電路中具有一定的局限性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種模擬電路中的高壓轉低壓電路，能將模擬電路中的大范圍變化的輸入高壓(4.5V到24V)轉化為穩定的零溫度系數輸出低壓(小于4.3V)。

傳統MOS工藝的器件只能在低電壓5V下安全工作，有些工業應用標準輸入電源是12V或24V，應用傳統MOS工藝中需要把高電壓(12V、24V)轉換為低電壓，才能安全使用于MOS電路。

在金屬氧化物場效應管(MOS)工藝前提下，在已有的高低電壓轉換結構的基礎上，利用齊納二極管鉗位穩壓保護，先產生變化不大的穩定電壓，再通過電壓轉換為恒定電流，由帶隙基準電路結構產生正溫度系數恒定電流，通過雙極晶體管發射極和基極的電壓在電阻上產生負溫度系數恒定電流，利用比例電流鏡恒定電流在線性電阻上產生電壓實現輸出電壓，然后通過適當的比例合成零溫度系數電流滿足在電阻上產生需要的輸出電壓，最后通過緩沖級實現適合低壓MOS器件的零溫度系數精準電源電壓。

如圖3所示，實現輸入端電壓從大范圍變化的高電壓轉化為輸出端穩定低電壓的轉換原理。

一鉗位保護電路結構20；一正溫度系數的電流(IPTAT)產生電路21；一負溫度系數的電流(ICTAT)產生電路23；一緩沖輸出電路25。

輸入端Vin通過節點1串聯電阻R1到節點3，分別與鉗位電路20、IPTAT產生電路21、ICTAT產生電路23連接，鉗位電路的另一端連接到地節點2，IPTAT產生電路和ICTAT產生電路的另一端連接形成節點10通過電阻R3連接到地節點，與緩沖輸入端連接，緩沖輸出端于節點11輸出精準低壓，緩沖輸出端通過負載26連接地節點。