一种具有简易结构的低温度系数供电电路的制作方法

1.本发明涉及电池供电技术领域，具体涉及一种具有简易结构的低温度系数供电电路。


背景技术：

2.现有技术中的供电电路通常如图1和图2所示；图1中是一种ldo电路，或称低压差线性稳压电路，是本领域常见的供电电路，该低压差线性稳压电路可作为电池供电电路，利用电池作为电源为负载供电，或者将电池作为供电电路的负载，利用该供电电路为电池充电等；图2是一种常见的带隙基准电源，也是本领域常见的供电电路，该带隙基准电源可作为电源芯片内部的供电电路，为电源芯片内部其他电路模块进行供电。
3.由附图1和附图2可知，现有技术中两种常见的供电电路均包括运算放大器，从而会导致供电电路体积较大，且其控制环路设计难度大，可靠性较低。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种具有简易结构的低温度系数供电电路，无需使用运算放大器即可保证供电电路的输出精度，所述供电电路的结构如下所示。
5.一方面，提供了一种具有简易结构的低温度系数供电电路，所述供电电路的电源电压vin通过第一电流源连接至电压输出端vout；所述电源电压vin还依次通过所述第一电流源i1、第三三极管q3以及第六三极管q6连接至第二节点；所述第二节点通过第一电阻r1连接至第三节点；所述第三节点通过第二电阻r2接地；所述电源电压vin还依次通过所述第一电流源i1以及第三电阻r3连接至第一节点；所述第一节点依次通过第一三极管q1以及第一电流镜的第二支路接地；所述第一节点还依次通过第二三极管q2连接至第四节点；所述第四节点通过第一电流镜的第一支路接地；所述第一三极管q1包括a个并联的目标三极管；所述第二三极管q2为目标三极管集合；所述目标三极管集合由b个并联的目标三极管组成；所述a个并联的目标三极管的基极连接至所述第二节点；所述b个并联的目标三极管的基极连接至所述第三节点；a大于b；b≥1，且a、b均为整数；所述电源电压vin还依次通过所述第一电流源i1、第四三极管q4以及第三开关管m3接地；所述第三开关管m3的控制端连接至所述第四节点；所述第四三极管q4与所述第三三极管q3构成第二电流镜；所述电源电压vin还依次通过第一电流源以及第五三极管接地；所述第五三极管的控制端通过所述第三开关管接地。
6.在一种可能的实现方式中，所述第一电流镜的第一支路包括第一开关管m1；所述
电流镜的第二支路包括第二开关管m2；所述第四节点通过所述第一开关管m1接地；所述第一节点依次通过所述第一三极管q1以及所述第二开关管m2接地。
7.在一种可能的实现方式中，所述第一开关管m1与所述第二开关管m2为nmos管；或者，所述第一开关管m1与所述第二开关管m2为npn三极管。
8.在一种可能的实现方式中，所述第三开关管m3为nmos管；或者所述第三开关管m3为npn三极管。
9.在一种可能的实现方式中，所述第一开关管m1、所述第二开关管m2以及所述第三开关管m3的参数相同。
10.在一种可能的实现方式中，所述第六三极管q6包括至少m个串联的目标三极管集合；其中m≥1。
11.在一种可能的实现方式中，所述第五三极管q5为目标三极管集合。
12.在一种可能的实现方式中，所述供电电路中还包括第七三极管q7、第八三极管q8以及第四开关管m4；所述电源电压vin还依次通过所述第一电流源i1、第四三极管q4、第七三极管q7以及第三开关管m3接地；所述电源电压vin还依次通过第一电流源i1、第八三极管q8、第五三极管q5以及第四开关管m4接地。
13.在一种可能的实现方式中，所述第一开关管m1、所述第二开关管m2、所述第三开关管m3以及所述第四开关管m4为nmos管，且所述第一开关管m1、所述第二开关管m2、所述第三开关管m3以及所述第四开关管m4之间的宽长比为1:1:1:1。
14.在一种可能的实现方式中，所述第五三极管q5、所述第六三极管q6、所述第七三极管q7以及所述第八三极管q8均为目标三极管集合。
15.在一种可能的实现方式中，所述第三三极管q3与所述第四三极管q4为所述目标三极管集合。
16.在一种可能的实现方式中，所述目标三极管为pnp三极管。
17.本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：本技术通过第一电流源、第一三极管至第六三极管、第一开关管至第三开关管构建了一种具有简易结构的低温度系数供电电路，在本技术提供的供电电路中，无需使用运算放大器，结构简单，体积较小，控制环路设计难度低，可靠性较高；并且该供电电路输出电压消除了温度系数，从而降低了该供电电路的温度系数，使得该供电电路的输出精度较高；同时，可通过调节第六三极管q6中串联的目标三极管集合的数量，从而实现对输出电压的调节；并且，本技术还在上述供电电路的基础之上，提出了一种特定的电路结构，使得电路中各个支路的电流完全匹配，进一步提高了该供电电路的精度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了一种常见的ldo电路的结构示意图。
20.图2是一种常见的带隙基准电源示意图。
21.图3是根据本技术一个示例性实施例示出的一种具有简易结构的低温度系数供电电路的结构示意图。
22.图4是根据本技术一个示例性实施例示出的一种具有简易结构的低温度系数供电电路的结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.图3是根据本技术一个示例性实施例示出的一种具有简易结构的低温度系数供电电路的结构示意图。
25.该供电电路的电源电压vin通过第一电流源i1连接至电压输出端vout；该电源电压vin还依次通过该第一电流源i1、第三三极管q3以及第六三极管q6连接至第二节点；该第二节点通过第一电阻r1连接至第三节点；该第三节点通过第二电阻r2接地；该电源电压vin还依次通过该第一电流源i1以及第三电阻r3连接至第一节点；该第一节点依次通过第一三极管q1以及第一电流镜的第二支路接地；该第一节点还通过第二三极管q2连接至第四节点；该第四节点通过第一电流镜的第一支路接地；该第一三极管q1包括a个并联的目标三极管；该第二三极管q2为目标三极管集合；所述目标三极管集合由b个并联的目标三极管组成；该a个并联的目标三极管的基极连接至该第二节点；该b个并联的目标三极管的基极连接至该第三节点；a大于b；b≥1，且a、b均为整数；该电源电压vin还依次通过该第一电流源i1、第四三极管q4以及第三开关管m3接地；该第三开关管m3的控制端连接至该第四节点；该第四三极管q4与该第三三极管q3构成第二电流镜；该电源电压vin还依次通过第一电流源i1以及第五三极管q5接地；该第五三极管q5的控制端通过该第三开关管m3接地。
26.在一种可能的实现方式中，该第一电流镜的第一支路包括第一开关管m1；该电流镜的第二支路包括第二开关管m2；该第四节点通过该第一开关管m1接地；该第一节点依次通过该第一三极管q1以及该第二开关管m2接地。
27.在一种可能的实现方式中，该第一开关管m1与该第二开关管m2为nmos管；或者，该第一开关管m1与该第二开关管m2为npn三极管。
28.在一种可能的实现方式中，该第三开关管m3为nmos管；或者该第三开关管m3为npn三极管。
29.在一种可能的实现方式中，该第一开关管m1、该第二开关管m2以及该第三开关管
m3的参数相同。
30.在一种可能的实现方式中，该第六三极管q6包括m个串联的目标三极管集合，其中m≥1。
31.在一种可能的实现方式中，该第五三极管q5为目标三极管集合。
32.在一种可能的实现方式中，该第三三极管q3与第四三极管q4均为目标三极管集合。
33.在本技术实施例中，各个目标三极管均为参数相同的pnp三极管。
34.在如图3所示的供电电路中，第一开关管m1、第二开关管m2以及第三开关管m3可以为nmos管，也可以为npn三极管。以该第一开关管m1、第二开关管m2以及第三开关管m3通过nmos管实现为例，图3所示出的供电电路的工作原理如下：当电路刚上电时，第三三极管q3的基极通过第六三极管q6、第一电阻r1以及第二电阻r2接地，第六三极管q6的基极通过第一电阻r1和第二电阻r2接地；因此，第三三极管q3和第六三极管q6均导通，由第三三极管q3、第六三极管q6、第一电阻r1和第二电阻r2形成的支路产生第一电流；同时，第一三极管q1的基极通过第一电阻r1和第二电阻r2接地，此时第一三极管q1导通，第一开关管m1和第二开关管m2的栅极通过第一三极管q1被拉高，第一开关管m1和第二开关管m2均导通，并且第二三极管q2的基极通过第二电阻r2接地，第二三极管q2导通，因此，由第一三极管q1和第二开关管m2形成的支路产生第二电流，由第二三极管q2和第一开关管m1形成的支路产生第三电流。
35.而又由于第一三极管q1的基极与第二节点连接；第一三极管的q1的发射极与第一节点连接，设第一节点上的电压为va，第二节点上的电压为vb，则第一三极管q1的基极与发射极之间的电压差vbe1=va－vb。
36.而又由于第二三极管q2的基极与第三节点连接，第二三极管q2的发射极与第一节点连接，设第三节点上的电压为vc，因此第二三极管q2的基极与发射极之间的电压差vbe2= va－vc。
37.同时又由于第二节点通过第一电阻r1连接至第三节点，且第一电流是通过第二节点向第三节点传输的，因此vb》vc，从而得出vbe1《vbe2，且由于电路上电初期，电流源的电流i1仅分成了第一电流、第二电流和第三电流，因此，上电初期的各个支路电流较大，故此时第一电阻r1上的压降较大，而由于三极管的电流随着基极与发射极之间的电压差的变化呈指数变化，因此当第一电阻r1上的压降较大（即vbe1与vbe2之间的差值较大时），vbe1和vbe2之间的差值对电流的影响大于第一三极管q1和第二三极管q2的个数比的差值对电流的影响。
38.也就是说，当vbe2显著大于vbe1时，即使第一三极管q1所包含的目标三极管的并联个数a大于第二三极管q2所包含的目标三极管的并联个数b，但由于第二三极管q2所包含的每个目标三极管中流过的电流都更大，因此第一三极管q1的电流小于流过第二三极管q2的电流。
39.而又由于第一开关管m1和第二开关管m2构成1:1的电流镜结构，因此流过第二三极管q2的电流大于流过第一开关管m1的电流，从而使得第二三极管q2的集电极连接的第四节点处的电压vd被拉高。此时由于第四节点处的电压vd被拉高，第三开关管m3导通，故第五三极管q5的基极电压被拉低，第五三极管q5导通，因此在第五三极管q5中产生第四电流。又
由于第四三极管q4的基极通过第六三极管q6、第一电阻r1和第二电阻r2被拉低，因此第四三极管也处于导通状态，故此时，由第四三极管q4和第三开关管m3形成的支路产生第五电流，因此第一电流被第四电流和第五电流进行分流，当第一电流渐渐减小，第一电阻r1上的压降也渐渐减小。
40.当第一电阻r1上的压降渐渐下降到一个较小值，即vbe1和vbe2之间的差值较小时，vbe1和vbe2之间的差值对电流的影响渐渐小于第一三极管q1和第二三极管q2的个数比的差值对电流的影响，故此时，流过第一三极管q1的电流渐渐大于第二三极管q2的电流。而又由于第一开关管m1和第二开关管m2构成1:1的电流镜结构，因此流过第二三极管q2的电流渐渐小于流过第一开关管m1的电流，因此第四节点处的电压vd被渐渐拉低，由于第四节点处的电压vd被渐渐拉低，第三开关管m3渐渐关断，第五三极管q5逐渐关断，第五电流和第四电流逐渐减小，第一电流又逐渐增大，从而进入下一次环路的循环。
41.因此，当电路处于稳态时，第二电流等于第三电流，而三极管电流公式为，即，，其中，为发射结的反向饱和电流，为热电压，因此，可得，，又，，因此，，；n为a与b的比值；同时，由于第六三极管q6是m个目标三极管集合串联而成的；而第三三极管q3为目标三极管集合，且各个目标三极管集合的基极和发射极之间的参数相同，因此，各个目标三极管集合的基极和发射极之间的电压差相等，均记作，故此时，可得输出电压；同时，热电压为正温度系数的参数，其大小为26mv （0.087*（t-300））mv，即当温度t为300k（开尔文温度）时，热电压为26mv，且温度每上升1k，热电压上升0.087mv；基极和发射极电压差为负温度系数参数，其大小为750mv-（1.5*（t-300））mv，即当温度为300k（开尔文温度）时，基极和发射极电压差为750mv，且温度每上升1k，基极和发射极电压差下降1.5mv，故此时，输出电压，因此，只需将设计为等于，即将设计为等于后，得到的输出电压。
42.由上述分析可知，该输出电压与第六三极管q6中串联的目标三极管集合的数量成正比，即当需要该供电电路的输出电压较大时，则可以增加目标三极管集合串联的数量，当需要该供电电路的输出电压较小时，则可以减少目标三极管集合串联的数量；同时，由输出电压的公式可知，该输出电压消除了温度系数，从而降低了该供电电路的温度系数，使得该供电电路的输出精度较高；并且，该供电电路，无需使用运算放大器，结构简单，体积较小，控制环路设计难度低，可靠性较高。
43.综上所述，本技术实施例通过第一电流源、第一三极管至第六三极管、第一开关管至第三开关管构建了一种具有简易结构的低温度系数供电电路，在本技术提供的供电电路中，无需使用运算放大器，结构简单，体积较小，控制环路设计难度低，可靠性较高；并且该供电电路输出电压消除了温度系数，从而降低了该供电电路的温度系数，使得该供电电路的输出精度较高；同时，可通过调节第六三极管q6中串联的目标三极管集合的数量，从而实现对输出电压的调节。
44.图4是根据本技术一个示例性实施例示出的一种具有简易结构的低温度系数供电电路的结构示意图。如图4所示，该供电电路的电源电压vin通过第一电流源i1连接至电压输出端vout；该电源电压vin还依次通过该第一电流源i1、第三三极管q3以及第六三极管q6连接至第二节点；该第二节点通过第一电阻r1连接至第三节点；该第三节点通过第二电阻r2接地；该电源电压vin还依次通过该第一电流源i1以及第三电阻r3连接至第一节点；该第一节点依次通过第一三极管q1以及第一电流镜的第二支路接地；该第一节点还通过第二三极管q2连接至第四节点；该第四节点通过第一电流镜的第一支路接地；该第一三极管q1包括a个并联的目标三极管；该第二三极管q2为目标三极管集合；所述目标三极管集合由b个并联的目标三极管组成；该a个并联的目标三极管的基极连接至该第二节点；该b个并联的目标三极管的基极连接至该第三节点；a大于b；b≥1，且a、b均为整数；该电源电压vin还通过该第一电流源i1、第四三极管q4以及第三开关管m3接地；该第三开关管m3的控制端连接至该第四节点；该第四三极管q4与该第三三极管q3构成第二电流镜；该电源电压vin还通过第一电流源i1以及第五三极管q5接地；该第五三极管q5的控制端通过该第三开关管m3接地。
45.在一种可能的实现方式中，该供电电路中还包括第七三极管q7、第八三极管q8以及第四开关管m4；该电源电压vin还通过该第一电流源i1、第四三极管q4以及第三开关管m3接地，包括：该电源电压vin还依次通过该第一电流源i1、第四三极管q4、第七三极管q7以及第三开关管m3接地；该电源电压vin还通过第一电流源i1以及第五三极管q5接地，包括：该电源电压vin还依次通过第一电流源i1、第八三极管q8、第五三极管q5以及第四开关管m4接地。
46.在一种可能的实现方式中，该第一开关管m1、该第二开关管m2、该第三开关管m3以
及该第四开关管m4为nmos管，且该第一开关管m1、该第二开关管m2、该第三开关管m3以及该第四开关管m4之间的宽长比为1:1:1:1。
47.在一种可能的实现方式中，该第五三极管q5、该第六三极管q6、该第七三极管q7以及该第八三极管q8均为目标三极管集合。
48.在一种可能的实现方式中，该第三三极管q3与该第四三极管q4为该目标三极管集合；在本技术实施例中，各个目标三极管均为参数相同的pnp三极管。
49.在如图4所示的供电电路中，相对于如图3所示的供电电路，第六三极管q6被设计为1个目标三极管集合，且第一开关管m1、第二开关管m2、第三开关管m3和第四开关管m4均不能使用三极管进行替代，图4所示的供电电路的工作原理如下所示：为了进一步提高了该供电电路的精度，必须确保稳态时，流过第一开关管m1的第三电流无限接近流过第二开关管m2的第二电流，即必须确保第一电流镜中第一开关管m1和第二开关管m2的栅源极电压差（即栅极与源极之间的电压差）和漏源极电压差（即漏极与源极之间的电压差）均相等，而由图4的电路结构可知，第一开关管m1和第二开关管m2的栅源极相连，因此第一开关管m1和第二开关管m2的栅源极电压差必然相等，故此时，只需确保第一开关管m1和第二开关管m2的漏极电压相等即可，即只需确保第四节点处的电压vd等于第二开关管m2的漏极电压ve；而第四节点处的电压vd为第三开关管m3的栅源极电压差，ve为第二开关管m2的栅源极电压差，因此，当流过第三开关管m3中的第五电流等于流过第二开关管m2中的第二电流时，第三开关管m3的栅源极电压差即等于第二开关管m2的栅源极电压差，即vd= ve；此时，由于第一电流与第五电流为第三三极管q3和第四三极管q4组成的电流镜中的电流，因此，第一电流等于第五电流，故此时，将第一电流设计为等于第二电流后，即可使得vd=ve；故此时，第一电流=第二电流=第三电流=第五电流=i；首先，为了确保第一电流等于第五电流，需要将由第三三极管q3和第四三极管q4组成的电流镜设计为两路电流匹配，即需要确保第二电流镜中第三三极管q3和第四三极管q4的基极和发射极之间的电压差以及发射极和集电极之间的电压差均相等，而由图4的电路结构可知，第三三极管q3和第四三极管q4的基极和发射极相连，故此时，只需确保第三三极管q3和第四三极管q4的集电极电压相等即可，而由于此时图4中的电路包括一个第六三极管q6（一个目标三极管集合）、一个第七三极管q7和一个第八三极管q8，故第四三极管q4的集电极电压=vf vbe7=vout-vbe8-vbe5 vbe7，第三三极管q3的集电极电压=vout-vbe3；其中，vf为第三开关管的漏极电压，vbe7为第七开关管基极与发射极之间的电压差，vbe8为第八开关管基极与发射极之间的电压差，vbe5为第五开关管基极与发射极之间的电压差，vbe3为第三开关管基极与发射极之间的电压差。
50.同时，由于第一电流等于第五电流，因此，vbe3=vbe7，因此，为了确保第三三极管q3和第四三极管q4的集电极电压相等，则必须使得vbe8和vbe5等于vbe7等于vbe3，而若流过两个参数相同的三极管或者三极管集合的电流相等，则两个三极管或者三极管集合的vbe也相等，故需要将稳态时，流过第八三极管q8和第五三极管q5的电流也设计为i，故此时，需要将电流源i1的电流设计为5i，此时，即可保证第一电流=第二电流=第三电流=第四电流=第五电流=i，同时，第八三极管q8的集电极和发射极之间的电压差=第七三极管q7的
集电极和发射极之间的电压差=第三三极管q3的集电极和发射极之间的电压差=0.75v，第五三极管q5的集电极和发射极之间的电压差=2.4-0.75-0.9=0.75v（第四开关管m4在此电流下正常导通时，其栅源极电压为0.9v），即第八三极管q8、第七三极管q7、第三三极管q3以及第五三极管q5的集电极和发射极之间的电压差相等，且第八三极管q8、第七三极管q7、第三三极管q3以及第五三极管q5流过的电流也相等，因此，可得vbe5、vbe8、vbe7和vbe3完全相等，此时，即得出第三三极管q3和第四三极管q4的集电极电压相等，从而提高了第一电流与第四电流的匹配度；其次，为了实现第一电流等于第二电流，做如下设计：由附图4的电路结构可知，，此时，由于第三电流等于第一电流，因此，，故可得，变形可得：，再变形可得：；同时，根据供电电路的静态电流需求对i进行选值，之后，选取合适的n值（优选为8或者24），从而得到第一电阻r1的阻值，此时即可根据最后变形得到的公式，设计得到第三电阻r3的阻值，并且，将第一电阻r1设计为零温漂的电阻，而第三电阻r3的温度系数根据最后变形得到的公式进行设计；因此，选取合适的电流i、第一电阻r1、第三电阻r3和n值，即可实现第一电流等于第二电流；此外，由对图3的分析可知，图4中的输出电压，而当电路输出电压为固定值2.4v时，电压vf为2.4-0.75-0.75=0.9v，并且各个nmos管在此电流下正常导通时，其栅源极电压也为0.9v，因此，vd=ve=0.9v，故此时，可得第一开关管m1、第二开关管m2、第三开关管m3的漏源电压也相等，从而进一步提高了各个支路电流的匹配度；通过上述设计，确保了第二电流等于第五电流，此时即可确保第三开关管m3的栅源极电压差即等于第二开关管m2的栅源极电压差，即确保了vd=ve，从而使得稳态时，流过第一开关管m1的第三电流无限接近流过第二开关管m2的第二电流，提高了供电电路的精度；上述供电电路除了可以作为电池供电电路使用，也可作为集成电路芯片中的带隙基准电压源使用。
51.综上所述，本技术实施例通过第一电流源、第一三极管至第六三极管、第一开关管至第三开关管构建了一种具有简易结构的低温度系数供电电路，在本技术提供的供电电路中，无需使用运算放大器，结构简单，体积较小，控制环路设计难度低，可靠性较高；并且该供电电路输出电压消除了温度系数，从而降低了该供电电路的温度系数，使得该供电电路的输出精度较高；并且在上述电路的基础之上，通过对第六三极管的个数进行限制，并增加第七三极管、第八三极管以及第四开关管等结构，构成了一种特定的电路结构，使得电路中各个支路的电流完全匹配，进一步提高了该供电电路的精度。
52.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
53.应当理解的是，本技术并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本技术的范围仅由所附的权利要求来限制。