带隙基准装置及带隙基准工作设备的制作方法

1.本技术涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种带隙基准装置及带隙基准工作设备。


背景技术：

2.在电力电子技术领域中，由于部分工作设备需要基于带隙基准电压来工作，因此通常需要使用带隙基准电路来产生带隙基准电压。
3.现有技术中提供的带隙基准电路中，通常是基于三极管运放的虚短虚断原理生成一个电压差，进而基于电压差得到带隙基准电压。
4.然而，在运放的过程中以及生成电压差的过程中都会产生电路中器件的失配，这就导致电路中可能会产生失调电压，导致输出带隙基准电压的准确性较低。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种带隙基准装置及带隙基准工作设备，可以提高输出的带隙基准电压的准确性和稳定性。
6.本技术的实施例是这样实现的：
7.本技术实施例的一方面，提供一种带隙基准装置，包括：电压产生模块以及电压调整模块；
8.电压产生模块与电压调整模块连接，电压产生模块用于给电压调整模块提供第一供电电压和第二供电电压；
9.电压调整模块包括：放大电路以及电容阵列电路；第一供电电压接入放大电路的输入端以及电容阵列电路中，放大电路与电容阵列电路连接，第二供电电压接入电容阵列电路中；
10.电压调整模块用于通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整，并输出带隙基准电压。
11.可选地，放大电路包括：放大器、开关器件；
12.放大器的第一输入端接入第一供电电压以及误差电压，放大器的输出端分别与外接负载以及开关器件的第一端连接，开关器件的第二端分别与电容阵列电路以及放大器的第二输入端连接，放大器用于输出带隙基准电压。
13.可选地，开关器件为时钟受控开关，时钟受控开关用于根据第一时钟信号控制电路通断。
14.可选地，电容阵列电路包括：电容阵列顶级板以及多个电容阵列单元；
15.电容阵列顶级板与放大电路连接，各电容阵列单元分别与电容阵列顶级板连接。
16.可选地，电容阵列单元包括：多个第一电容阵列单元；
17.各第一电容阵列单元包括：第一电容、第一反相器；
18.第一反相器的电源端接入第二供电电压，第一反相器的地端接入预先配置的固定
供电电压；
19.第一反相器的输出端连接第一电容的第一端；第一电容的第二端连接电容阵列顶级板。
20.可选地，第一反相器的控制端接入目标控制信号；各第一反相器用于根据各目标控制信号控制第一反相器的输出。
21.可选地，电容阵列单元包括：第二电容阵列单元；
22.第二电容阵列单元包括：第二电容、第二反相器；
23.第二反相器的电源端接入带隙基准电压，第二反相器的地端接入第一供电电压；
24.第二反相器的输出端连接第二电容的第一端；第二电容的第二端连接电容阵列顶级板。
25.可选地，第二反相器的控制端接入第一时钟信号；第二反相器用于根据第一时钟信号控制第二反相器的输出。
26.可选地，第二供电电压由第二时钟信号控制产生，第二时钟信号与第一时钟信号的相位相差180度。
27.本技术实施例的另一方面，提供一种带隙基准工作设备，包括：带隙基准装置以及外部负载，带隙基准装置与外部负载连接，带隙基准装置用于为外部负载提供带隙基准电压。
28.本技术实施例的有益效果包括：
29.本技术实施例提供的一种带隙基准装置及带隙基准工作设备中，电压产生模块与电压调整模块连接，通过电压产生模块可以给电压调整模块提供第一供电电压和第二供电电压，并且，电压调整模块中可以包括放大电路以及电容阵列电路，第一供电电压接入放大电路的输入端以及电容阵列电路中，放大电路与电容阵列电路连接，第二供电电压接入电容阵列电路中。其中，电压调整模块可以通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整，并输出带隙基准电压。而通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整的过程中，可以对产生失调的电压进行消除处理，从而可以降低电路中存在失调的电压，提高输出的带隙基准的准确性和稳定性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
31.图1为本技术实施例提供的带隙基准装置的结构示意图；
32.图2为本技术实施例提供的带隙基准装置中放大电路的结构示意图；
33.图3为本技术实施例提供的带隙基准装置中电容阵列电路的结构示意图；
34.图4为本技术实施例提供的带隙基准装置中电容阵列电路的另一结构示意图；
35.图5为本技术实施例提供的第一时钟信号和第二时钟信号的相位示意图；
36.图6为本技术实施例提供的带隙基准装置的整体结构示意图；
37.图7为本技术实施例提供的带隙基准工作设备的结构示意图。
38.图标：10-带隙基准装置；20-外部负载；100-电压产生模块；200-电压调整模块；210-放大电路；220-电容阵列电路；221-电容阵列顶级板；222-电容阵列单元；u-放大器；s-开关器件；c1-第一电容；c2-第二电容；v1-第一反相器；v2-第二反相器。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.下面来具体解释本技术实施例中提供的带隙基准装置的具体结构以及工作原理。
44.图1为本技术实施例提供的带隙基准装置的结构示意图，请参照图1，带隙基准装置，包括：电压产生模块100以及电压调整模块200。
45.其中，电压产生模块100与电压调整模块200连接，电压产生模块100用于给电压调整模块200提供第一供电电压和第二供电电压；电压调整模块200包括：放大电路210以及电容阵列电路220；第一供电电压接入放大电路210的输入端以及电容阵列电路220中，放大电路210与电容阵列电路220连接，第二供电电压接入电容阵列电路220中；电压调整模块用于通过放大电路210以及电容阵列电路220对第一供电电压进行调整，并输出带隙基准电压。
46.可选地，电压产生模块100具体可以是一种正负温度系数电压产生电路，可以产生的电压可以不受到外界温度高低的影响，可以分别为电压调整模块200提供第一供电电压和第二供电电压。
47.其中，第一供电电压可以是一个固定的电压值，第二供电电压可以是一个随周期变换的电压值，可以包括一个高电压和一个低电压，高低电压之间随着时间变化切换。
48.可选地，电压调整模块200中，放大电路210可以是一个通过放大元件对输入的电压进行放大处理的电路；电容阵列电路220可以是一个由多个电容组成的电路，可以通过对接入电容的调整改变电压，从而通过与放大电路210的配合实现对第一供电电压的调整，进而得到带隙基准电压。
49.本技术实施例提供的一种带隙基准装置中，电压产生模块与电压调整模块连接，通过电压产生模块可以给电压调整模块提供第一供电电压和第二供电电压，并且，电压调整模块中可以包括放大电路以及电容阵列电路，第一供电电压接入放大电路的输入端以及电容阵列电路中，放大电路与电容阵列电路连接，第二供电电压接入电容阵列电路中。其中，电压调整模块可以通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整，并输出
带隙基准电压。而通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整的过程中，可以对产生失调的电压进行消除处理，从而可以降低电路中存在失调的电压，提高输出的带隙基准的准确性和稳定性。
50.下面来具体解释本技术实施例中带隙基准装置中放大电路的具体结构以及连接关系。
51.图2为本技术实施例提供的带隙基准装置中放大电路的结构示意图，请参照图2，放大电路210包括：放大器u、开关器件s。
52.其中，放大器u的第一输入端接入第一供电电压以及误差电压，放大器u的输出端分别与外接负载以及开关器件s的第一端连接，开关器件s的第二端分别与电容阵列电路220以及放大器u的第二输入端连接，放大器u用于输出带隙基准电压。
53.可选地，放大器u具体可以是一个双输入单输出端口的器件，其中，第一输入端可以是正相输入端，第二输入端可以是负相输入端，第一输入端中可以输入上述第一供电电压，也即是电压产生模块100所提供的第一供电电压。
54.另外，放大器u第一输入端还可以输入误差电压，误差电压为额外输入的电压，用于消除电路中失调电压产生的影响。
55.放大器u的第二输入端可以通过开关器件s和放大器u的输出端连接，可以通过调整开关器件s的开断来实现放大电路210与电容阵列电路220的连接关系的切换。放大器u的输出端可以输出带隙基准电压。
56.具体的，当开关器件s断开时，放大器u的第二输入端接入的是整个电容阵列电路220，输出端所述输出的带隙基准电压不会提供给电容阵列电路220；当开关s闭合时，放大器u的第二输入端和输出端连接，均与整个电容阵列电路220连接。
57.可选地，开关器件s为时钟受控开关，时钟受控开关用于根据第一时钟信号控制电路通断。
58.可选地，第一时钟信号在其工作周期内可以提供高电平信号和低电平信号，当提供高电平信号时，开关器件s导通；当提供低电平信号时，开关器件s断开，需要说明的是，开关器件s具体可以是任意类型的时钟受控开关，例如：开关管等，在此不作具体限制。
59.下面来具体解释本技术实施例中提供的带隙基准装置中电容阵列电路的具体结构以及连接关系。
60.图3为本技术实施例提供的带隙基准装置中电容阵列电路的结构示意图，请参照图3，电容阵列电路220包括：电容阵列顶级板221以及多个电容阵列单元222。
61.其中，电容阵列顶级板221与放大电路210连接，各电容阵列单元222分别与电容阵列顶级板221连接。
62.可选地，电容阵列顶级板221具体可以是用于连接电容阵列单元222的电路板，可以在电容阵列顶级板221上设置多个电容阵列单元222。
63.各电容阵列单元222中可以包括电容，可以用于选择性接入该电容，可以根据实际控制选择其中的一个电容或者多个电容接入电路中。
64.下面来具体解释本技术实施例中提供的电容阵列电路中各个电容阵列单元的具体结构。
65.图4为本技术实施例提供的带隙基准装置中电容阵列电路的另一结构示意图，请
参照图4，电容阵列单元222包括：多个第一电容阵列单元。
66.其中，各第一电容阵列单元包括：第一电容c1、第一反相器v1；第一反相器v1的电源端接入第二供电电压，第一反相器v1的地端接入预先配置的固定供电电压；第一反相器v1的输出端连接第一电容c1的第一端；第一电容c1的第二端连接电容阵列顶级板221。
67.需要说明的是，对于不同的第一电容阵列单元中的第一电容c1的容值可以并不相同，例如：第一个第一电容阵列单元的第一电容c1的容值为c，第二个第一电容阵列单元的第一电容c1的容值为2c，第三个第一电容阵列单元的第一电容c1的容值为4c，第n个第一电容阵列单元的第一电容c1的容值为2nc等，在此不作限制。
68.对于各个第一电容阵列单元的第一反相器v1，其接入的电压可以包括上述第二供电电压vr以及预先配置的固定供电电压vss，第一反相器v1可以根据第二供电电压vr以及固定供电电压vss的电压高低来选择接入电容的电压。
69.可选地，第一反相器v1的控制端接入目标控制信号；各第一反相器v1用于根据各目标控制信号控制第一反相器v1的输出。
70.可选地，目标控制信号即为图4中所示的b信号，对于不同的第一电容阵列单元中的b信号可以不同，可以分别表示为b《0》，b《1》，
…
，b《n》。
71.需要说明的是，目标控制信号具体可以是高低电平信号，对于每个第一电容阵列单元中的第一反相器v1，当目标控制信号为高电平信号时，反相器启动，反相器的作用是将输入信号反转180度；也即是说，当目标控制信号为高电平时，第一反相器v1输出的电压为低电位，而由于第二供电电压vr是可以变化的，当vr为高电平时，vr大于vss，第一反相器v1的输出为低电位，也即是固定供电电压vss；当vr为低电平时，vr小于vss，第一反相器v1的输出为低电位，也即是第二供电电压vr。
72.可选地，电容阵列单元222还可以包括：第二电容阵列单元；第二电容阵列单元包括：第二电容c2、第二反相器v2；第二反相器v2的电源端接入带隙基准电压，第二反相器v2的地端接入第一供电电压；第二反相器v2的输出端连接第二电容c2的第一端；第二电容c2的第二端连接电容阵列顶级板221。
73.可选地，区别于第一电容阵列单元，第二电容阵列单元可以设置一个，其中，第二电容c2的容值不作具体限制，第二电容阵列单元中第二反相器v2接入的电压可以包括上述第一供电电压v
be1
以及放大器u输出的带隙基准电压v
out
，第二反相器v2可以根据第一供电电压v
be1
以及带隙基准电压v
out
的电压高低来选择接入电容的电压。
74.可选地，第二反相器v2的控制端接入第一时钟信号；第二反相器v2用于根据第一时钟信号控制第二反相器的输出。
75.可选地，第一时钟信号ckb可以是按照一定周期提供高电平和低电平的信号，对于第二电容阵列单元中，第一供电电压v
be1
小于带隙基准电压v
out
，当第一时钟信号ckb为高电平时，第二反相器v2的输出为低电位，也即是第一供电电压v
be1
；当第一时钟信号为低电平时，第二反相器v2的输出为高电位，也即是带隙基准电压v
out
。
76.图5为本技术实施例提供的第一时钟信号和第二时钟信号的相位示意图，请参照图5，第二供电电压vr由第二时钟信号控制产生，第二时钟信号与第一时钟信号ckb的相位相差180度。
77.也即是说，当第二供电电压为高电平时，第一时钟信号ckb为低电平；相反的，当第
二供电电压为低电平时，第一时钟信号ckb为高电平。
78.另外，由于开关器件s以及第二反相器v2的控制端均受第一时钟信号ckb控制，二者在受控的过程中保持输入信号的一致。
79.下面来具体解释本技术实施例提供的带隙基准装置的整体结构关系以及工作原理。
80.图6为本技术实施例提供的带隙基准装置的整体结构示意图，请参照图6，其中，放大器u的第一输入端接入第一供电电压以及误差电压，放大器u的输出端分别与外接负载以及开关器件s的第一端连接，开关器件s的第二端分别与电容阵列电路220以及放大器u的第二输入端连接，放大器u用于输出带隙基准电压。各第一电容阵列单元包括：第一电容c1、第一反相器v1；第一反相器v1的电源端接入第二供电电压，第一反相器v1的地端接入预先配置的固定供电电压；第一反相器v1的输出端连接第一电容c1的第一端；第一电容c1的第二端连接电容阵列顶级板221。第二电容阵列单元包括：第二电容c2、第二反相器v2；第二反相器v2的电源端接入带隙基准电压，第二反相器v2的地端接入第一供电电压；第二反相器v2的输出端连接第二电容c2的第一端；第二电容c2的第二端连接电容阵列顶级板221。
81.具体的，当第一时钟信号ckb为高电平时，开关器件s导通，整个电压调整模块200为闭环形式；当第一时钟信号ckb为低电平时，开关器件s断开，整个电压调整模块200为开关形式，放大器u的第二输入端接入的电压为v
sum
，其中，v
sum
具体为电容阵列顶级板221的电压。该电压相当于电容阵列顶级板221上的电荷平均在所有连接的第一电容c1以及第二电容c2之后共同产生电压的一个结果。
82.例如：在所有电容中有i个不同的电容被打开充电，电容的上下极板上的电荷有ci·vi
，所有被选中的电容产生的电荷为所有电荷的求和，即为对于电容阵列顶级板221所连接的电容阵列两端的电压来讲，电容所接的反相器的选择状态是不会发生变化的，而第二供电电压vr是会随着时钟信号不断上下摆动的电压信号，当vr为高电压时输出的电压值为vbe2’，当vr为低电压时输出的电压值为vbe2，两者之间的压差即为
△vbe
，也即是说，可以利用第二供电电压vr的高低电压的不同来产生
△vbe
。因此，电容阵列所有的第一电容c1电荷平均到输出端所连接的电容上会对应第一求和电压为：
[0083][0084]
其中，v
sum1
即为第一求和电压，δv
be
为上述压差，i指被打开充电的第一电容c1的数量，n指第一电容c1的总数，c为第一个第一电容c1的容值(第n个第一电容的容值为2nc)，c2为第二电容c2的容值，ci·vi
为i个打开充电的第一电容进行充电时电容阵列顶级板上的电荷大小之和。
[0085]
同理，电容阵列中第二电容c2电荷分配到顶级板产生的第二求和电压为：
[0086][0087]
其中，v
sum2
即为第二求和电压，v
out
即为带隙基准电压，v
be1
即为第一供电电压。
[0088]
将上述第一求和电压与第二求和电压之和可以作为电容阵列顶级板221的电压，也即是上述v
sum
。
[0089]
需要说明的是，压差δv
be
、第一供电电压v
be1
均可以是温度系数电压，其中，第一供
电电压v
be1
为正温度系数电压，压差δv
be
为负温度系数电压。可以通过对两种电压的系数进行调整后进行叠加，从而可以消除温度对电路中电压值的影响，也即是可以输出一个不随温度变化的电压。
[0090]
当开关器件s导通时，对于放大器u输出的带隙基准电压具体可以表示为：
[0091][0092]
其中，v
os
为上述误差电压，av为放大器u的放大系数。
[0093]
当开关器件s断开时，对于放大器u输出的带隙基准电压具体可以表示为：
[0094]vout
＝(v
be1
v
os-v
sum
)av；
[0095]
其中，v
sum
即为前述v
sum1
和v
sum2
之和，具体可以是开关器件s导通时的输出电压，可以表示为：
[0096][0097]
将v
sum
带入上述v
out
的计算公式中，可以得到：
[0098][0099]
其中，公式中的bi指的是第i个第一反相器的输入，具体可以是温度系数修调码，也即是图5中所示的b《i》。
[0100]
其中，v
out
所输出的误差电压由原来的v
os
降低为：
[0101][0102]
可以得到，电路的误差在输出端口被降低到很小，也即是说采用上述电路对第一供电电压进行处理后，可以有效地降低放大器的失调对带隙基准电压的影响，也即是可以输出更加准确的带隙基准电压。
[0103]
下面来具体解释本技术实施例中提供的带隙基准工作设备的具体结构以及其连接关系。
[0104]
图7为本技术实施例提供的带隙基准工作设备的结构示意图，请参照图7，带隙基准工作设备，包括：带隙基准装置10以及外部负载20，带隙基准装置10与外部负载20连接，带隙基准装置10用于为外部负载20提供带隙基准电压。
[0105]
其中，外部负载20可以是任意类型的用电设备，具体可以是使用带隙基准电压进行工作的设备，外部负载20可以通过与带隙基准装置10获取带隙基准装置10所输出的带隙基准电压，进而可以基于带隙基准电压进行工作。
[0106]
本技术实施例提供的一种带隙基准工作设备中，带隙基准装置与外部负载连接，其中，带隙基准装置用于为外部负载提供带隙基准电压，而带隙基准装置中，电压产生模块与电压调整模块连接，通过电压产生模块可以给电压调整模块提供第一供电电压和第二供
电电压，并且，电压调整模块中可以包括放大电路以及电容阵列电路，第一供电电压接入放大电路的输入端以及电容阵列电路中，放大电路与电容阵列电路连接，第二供电电压接入电容阵列电路中。其中，电压调整模块可以通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整，并输出带隙基准电压。而通过放大电路以及电容阵列电路对第一供电电压进行调整的过程中，可以对产生失调的电压进行消除处理，从而可以降低电路中存在失调的电压，提高输出的带隙基准的准确性和稳定性，进而可以提高外部负载工作的准确性和稳定性。
[0107]
上仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
[0108]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。