專利名稱：一種用于高壓電源的降壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及集成電路，尤其涉及 一 種用于高壓電源的降壓電路。
背景技術(shù)：
目前市場上存在的高壓芯片 一般都有高、低兩個(gè)電源， 一個(gè)是外加的高壓電源， 主要是對驅(qū)動(dòng)管以及其它相關(guān)部件進(jìn)行供電，另一個(gè)是低壓內(nèi)部電源， 一般是為控 制電路和低壓電路供電。低壓電源一般是由芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)模塊和穩(wěn)壓模塊
(Regulator)組成。為減小功耗和PSRR (優(yōu)化電源抑制比)指標(biāo)，穩(wěn)壓模塊的電 源由外部高壓電源經(jīng)降壓電路初步降壓得到。業(yè)內(nèi)經(jīng)典的降壓電路是結(jié)構(gòu)為LDO
(Low Dropout Regulator,低壓差線性穩(wěn)壓器)的穩(wěn)壓模塊，其拓樸結(jié)構(gòu)如圖1所 示。
圖1中降壓電路是一個(gè)簡單的LDO,包括誤差放大器EA、絕緣柵雙極晶體 管Ml、電壓產(chǎn)生單元l，和多個(gè)電阻，電壓產(chǎn)生單元l'內(nèi)產(chǎn)生較恒定的電壓Vr, 通過電阻R7和電阻R8升壓到電壓Vout，同時(shí)電壓產(chǎn)生單元l，又是由輸出電壓 Vout供電(利于減小工作功耗和關(guān)斷功耗)，因此該電路需要啟動(dòng)電路，適當(dāng)選
取電阻R1的值可以保證電壓產(chǎn)生單元r的正常工作。結(jié)構(gòu)中存在一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，
其作用是增加輸出電壓Vout穩(wěn)定性和改善PSRR等參數(shù)；同時(shí)存在一個(gè)正反饋環(huán) 路，即當(dāng)電壓Vout上升，則電壓Vr上升，絕緣柵雙極晶體管M1的柵源電壓Vg一M 1 下降，最后又導(dǎo)致電壓Vout上升，該正反饋環(huán)路會(huì)使電壓Vout出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象， 另外，設(shè)計(jì)時(shí)還要注意使負(fù)反饋系數(shù)大于正反饋系數(shù)。
上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓比較準(zhǔn)確，精度較高，但一般系統(tǒng)對輸出電壓Vout 沒有那么高的要求，缺點(diǎn)是存在正反饋環(huán)路，增加設(shè)計(jì)難度，并且誤差放大器消耗 一定的功耗。
當(dāng)電路出現(xiàn)異常時(shí)，要求把芯片關(guān)斷即功耗降到最低，使輸出電壓降到零。最 好的方法是采用如圖2所示的方式，該電路包括絕緣柵雙極晶體管Ml和絕緣柵雙極晶體管M2,當(dāng)電路異常時(shí)，對輸出管，即絕緣柵雙極晶體管Ml進(jìn)行關(guān)斷， 這是低壓電路普遍采用的形式。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是對輸出管Ml柵壓進(jìn)行關(guān)斷，關(guān) 斷后幾乎不消耗功耗，輸出電壓Vout等于零。但是這種結(jié)構(gòu)并不能運(yùn)用到高壓電 路中，因?yàn)殛P(guān)斷信號Shutdown為低壓邏輯，在關(guān)斷信號Shutdown為高電平的時(shí) 候絕緣柵雙極晶體管M2仍然導(dǎo)通，而且絕緣柵雙極晶體管M2還有柵源電壓Vgs 過大被擊穿的危險(xiǎn)。
鑒于上述問題，又采用了如圖3所示的方法對輸出管進(jìn)行關(guān)斷，該電路在圖2 所示電路的基礎(chǔ)上，還包括了絕緣柵雙極晶體管M3、 M4，該電路采用CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互^卜金屬IU匕物半導(dǎo)體)反向器7于關(guān) 斷信號Shutdown進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，利用絕緣柵雙極晶體管M4對輸出電壓Vout進(jìn)行關(guān) 斷，能夠使輸出電壓Vout強(qiáng)制拉到零，但隨著電源電壓Vcc的升高，絕緣柵雙極 晶體管M3和絕緣柵雙極晶體管M4同樣存在柵源電壓Vgs過大一冊氧可能被擊穿 的危險(xiǎn)，該電路變得不再適用。
因此，隨著電源電壓Vcc逐漸升高，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了經(jīng)典的帶關(guān)斷控制的 降壓電路，如圖4所示，該電路包括誤差放大器EA、絕緣柵雙極晶體管Ml、 M2、M3、電壓產(chǎn)生單元l，和齊納管Dl,該電路的工作原理是當(dāng)關(guān)斷信號Shutdown 為高電平的時(shí)候，絕緣柵雙極晶體管M3的柵源電壓Vg—M3為低電平，電路正常 工作；當(dāng)關(guān)斷信號Shutdown為低電平的時(shí)候，絕緣柵雙極晶體管M3的柵源電壓 Vg—M3為6V左右，電路處于關(guān)斷狀態(tài)，齊納管Dl的作用是把絕緣柵雙極晶體 管M3的柵源電壓鉗位在6V,避免其發(fā)生柵氧擊穿現(xiàn)象。
但是上述經(jīng)典結(jié)構(gòu)仍然存以下缺點(diǎn)
1、 對關(guān)斷管，即絕緣柵雙極晶體管M3的要求很大，這樣才能把輸出電壓 Vout拉到一個(gè)較低的電平，從而增加了芯片的面積；
2、 驅(qū)動(dòng)管，即絕緣柵雙極晶體管Ml在關(guān)斷模式下仍然會(huì)導(dǎo)通，使得該電路 同樣會(huì)產(chǎn)生功耗。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型旨在提供一種新型的具有 良好關(guān)斷特性和節(jié)省功耗的用于高壓電源的降壓電路。本實(shí)用新型所述的一種用于高壓電源的降壓電路，其特征在于它包括關(guān) 斷模塊、電壓產(chǎn)生模塊、電壓轉(zhuǎn)化模塊和輸出模塊，其中
關(guān)斷模塊用于根據(jù)外界關(guān)斷信號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號；
電壓產(chǎn)生模塊，與所述的關(guān)斷模塊連接，用于根據(jù)從所述關(guān)斷模塊接收到
的啟動(dòng)信號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓信號；
電壓轉(zhuǎn)化模塊，與所述的電壓產(chǎn)生模塊連接，用于將從所述電壓產(chǎn)生模塊 接收到的恒定電壓信號轉(zhuǎn)化為輸出電壓信號；
輸出模塊，與所述的電壓轉(zhuǎn)化模塊連接，用于將從所述電壓轉(zhuǎn)化模塊接收 到的輸出電壓信號輸出。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的關(guān)斷模塊包括一用于接收所 述的關(guān)斷信號的第三絕緣柵雙極晶體管。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的電壓產(chǎn)生模塊包括相互連接 的第四電阻、第五電阻、第一三極管、第六電阻、第二三極管和第七電阻，其 中，所述的第五電阻和第一三極管串聯(lián)，第六電阻、第二三極管和第七電阻串 聯(lián)，第一三極管的基極和第二三極管的基極連接。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的電壓轉(zhuǎn)化模塊包括串聯(lián)連接 的第八電阻、第九電阻、第五絕緣柵雙極晶體管、第十電阻和串聯(lián)連接的第六 絕緣柵雙極晶體管、第十一電阻、第十二電阻，其中，所述第六絕緣柵雙極晶 體管的柵極連接到所述的第八電阻和第九電阻之間。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的輸出模塊包括串聯(lián)連接的第 一電阻和第 一絕緣柵雙極晶體管。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的關(guān)斷模塊與電壓產(chǎn)生模塊間 依次連接有第二絕緣柵雙極晶體管、第三電阻、第二電阻和第四絕緣柵雙極晶 體管，其中，所述的第四絕緣柵雙極晶體管的柵極連接到所述的第二電阻和第 三電阻之間。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的電壓轉(zhuǎn)化模塊與輸出模塊間 連接有第十三電阻。
在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述的第二絕緣柵雙極晶體管的柵 極連接到所述的輸出模塊和第十三電阻之間。在上述的用于高壓電源的降壓電路中，所述降壓電i^各的 一端與 一 電源電壓 連4妻，另一端4妻地。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本實(shí)用新型從反饋的極性分析整個(gè)電路只存 在一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，由于不存在正反饋環(huán)路，從而降低了設(shè)計(jì)的難度；另外通過該 負(fù)反饋環(huán)路使得輸出電壓穩(wěn)定，且能提高PSRR指標(biāo)，從而取代了以往的誤差放大
器，節(jié)省了功耗；本實(shí)用新型中的關(guān)斷模塊不需要增加額外的支路，正好利用本降
壓電路的負(fù)反饋環(huán)路對整個(gè)電路進(jìn)行關(guān)斷，且關(guān)斷后整個(gè)電路幾乎不產(chǎn)生功耗，關(guān) 斷特性非常好。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中簡單LDO的拓樸結(jié)構(gòu)圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中 一種具有關(guān)斷功能的降壓電路的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中另一種具有關(guān)斷功能的降壓電路的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)典的帶關(guān)斷控制的降壓電路的結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本實(shí)用新型 一種用于高壓電源的降壓電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖5所示，本實(shí)用新型，即一種用于高壓電源的降壓電路，包括關(guān)斷模塊l、 電壓產(chǎn)生模塊2、電壓轉(zhuǎn)化模塊3和輸出模塊4，其中
關(guān)斷模塊1用于根據(jù)外界關(guān)斷信號Shutdown啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號；
電壓產(chǎn)生模塊2，與關(guān)斷模塊1連接，用于根據(jù)從關(guān)斷模塊1接收到的啟動(dòng)信 號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓信號Vr;
電壓轉(zhuǎn)化模塊3，與電壓產(chǎn)生模塊2連接，用于將從電壓產(chǎn)生模塊2接收到的 恒定電壓信號Vr轉(zhuǎn)化為輸出電壓信號Vout;
輸出模塊4，與電壓轉(zhuǎn)化模塊3連接，用于將從電壓轉(zhuǎn)化模塊3接收到的輸出 電壓信號Vout輸出。
關(guān)斷模塊1包括一用于接收關(guān)斷信號Shutdown的第三絕緣柵雙極晶體管M3。
電壓產(chǎn)生模塊2包括第四電阻R4、第五電阻R5、第一三極管Q1、第六電阻 R6、第二三極管Q2和第七電阻R7,其中，串聯(lián)后的第五電阻R5和第一三極管Ql和串聯(lián)后的第六電阻R6、第二三極管Q2、第七電阻R7并聯(lián)，第一三極管Ql 的基極bl和第二三極管Q2的基極b2連接。
電壓轉(zhuǎn)化模塊3包括第八電阻R8、第九電阻R9、第五絕緣柵雙極晶體管M5、 第十電阻RIO、第六絕緣柵雙極晶體管M6、第十一電阻Rll、第十二電阻R12, 其中，串聯(lián)后的第八電阻R8、第九電阻R9、第五絕緣柵雙極晶體管M5、第十電 阻R10和串聯(lián)后的第六絕緣柵雙極晶體管M6、第十一電阻Rll、第十二電阻R12 并聯(lián)，第六絕緣柵雙極晶體管M6的柵極g6連接到所述的第八電阻和第九電阻之 間。
輸出模塊4包括串聯(lián)連接的第一電阻R1和第一絕緣柵雙極晶體管Ml。
關(guān)斷模塊1與電壓產(chǎn)生模塊2間依次連接有第二絕緣柵雙極晶體管M2、第三 電阻R3、第二電阻R2和第四絕緣柵雙極晶體管M4,其中，第四絕緣柵雙極晶體 管M4的柵極g4連接到第二電阻R2和第三電阻R3之間。
電壓轉(zhuǎn)化模塊3與輸出模塊4間連接有第十三電阻Rl3 。
第二絕緣柵雙極晶體管M2的柵極g2連接到輸出模塊3和第十三電阻R13之間。
另外，本實(shí)用新型所述的降壓電路的一端與一電源電壓Vcc連接，另一端接地。
本實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)關(guān)斷信號Shutdown信號為高電平時(shí)，第三絕緣 柵雙極晶體管M3導(dǎo)通，第二電阻R2上分壓使第四絕緣柵雙極晶體管M4導(dǎo)通， 電壓產(chǎn)生模塊2開始工作，產(chǎn)生較恒定電壓Vr,第八電阻R8上分壓使得第六絕緣 柵雙極晶體管M6導(dǎo)通，同理第十一電阻Rll和第六絕緣柵雙極晶體管M6上分壓 又使第一絕緣柵雙極晶體管Ml導(dǎo)通，從而產(chǎn)生輸出電壓Vout。整個(gè)電路是個(gè)負(fù) 反饋環(huán)路，即當(dāng)輸出電壓Vout上升，則第四絕緣柵雙極晶體管M4的柵源電壓 Vg—M4上升，恒定電壓Vr下降，第六絕緣4冊雙才及晶體管M6的柵源電壓Vg—M6 下降，第一絕緣柵雙極晶體管Ml的柵源電壓Vg_Ml上升，最后導(dǎo)致輸出電壓Vout 下降，該負(fù)反饋環(huán)路使輸出電壓Vout能夠穩(wěn)定在某個(gè)固定電壓下，并且可以提高 電^各的PSRR指標(biāo)。
當(dāng)關(guān)斷信號Shutdown為低電平的時(shí)候，第三絕緣柵雙極晶體管M3關(guān)斷，必 然使得第二電阻R2上的分壓為零，電壓產(chǎn)生模塊2完全關(guān)斷，不消耗任何功耗，從而使恒定電壓Vr降為零，且第六絕緣柵雙極晶體管M6的柵源電壓Vg—M6變得 更低，此時(shí)，只需適當(dāng)選取第十一電阻Rll和第十二電阻R12的比值，即可以使 第一絕緣柵雙極晶體管Ml的柵源電壓Vgs—Ml低于閾值電壓，第一絕緣柵雙極晶 體管M1完全關(guān)斷，輸出電壓Vout等于零。另外，由于關(guān)斷后功耗僅為第八電阻 R8 第十二電阻R12幾個(gè)大電阻上消耗的功率，因此，為了盡一步降低關(guān)斷功耗， 第八電阻R8 ~第十二電阻R12的阻值應(yīng)取比較大。
綜上所述，本實(shí)用新型采用的改進(jìn)后電路改善了以下幾個(gè)問題 1 、從反饋的極性分析整個(gè)電路只存在一個(gè)負(fù)反饋電路，由于不存在正反饋環(huán) 路，從而降低了設(shè)計(jì)的難度。
2、 相比現(xiàn)有的經(jīng)典電路結(jié)構(gòu)節(jié)省了一個(gè)誤差放大器，節(jié)省了功耗。
3、 關(guān)斷模塊不需要增加額外的支路，正好利用降壓電路的負(fù)反饋環(huán)路對整個(gè) 電路進(jìn)行關(guān)斷。由于關(guān)斷原理實(shí)際上是對驅(qū)動(dòng)管柵壓進(jìn)行關(guān)斷，關(guān)斷后整個(gè)電路幾 乎不產(chǎn)生功耗，關(guān)斷特性很好。
以上結(jié)合附圖實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人 員可根據(jù)上述說明對本實(shí)用新型做出種種變化例。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié) 不應(yīng)構(gòu)成對本實(shí)用新型的限定，本實(shí)用新型將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作 為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于高壓電源的降壓電路，其特征在于它包括關(guān)斷模塊、電壓產(chǎn)生模塊、電壓轉(zhuǎn)化模塊和輸出模塊，其中關(guān)斷模塊用于根據(jù)外界關(guān)斷信號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號；電壓產(chǎn)生模塊，與所述的關(guān)斷模塊連接，用于根據(jù)從所述關(guān)斷模塊接收到的啟動(dòng)信號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓信號；電壓轉(zhuǎn)化模塊，與所述的電壓產(chǎn)生模塊連接，用于將從所述電壓產(chǎn)生模塊接收到的恒定電壓信號轉(zhuǎn)化為輸出電壓信號；輸出模塊，與所述的電壓轉(zhuǎn)化模塊連接，用于將從所述電壓轉(zhuǎn)化模塊接收到的輸出電壓信號輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征在于所述的 關(guān)斷模塊包括一用于接收所述的關(guān)斷信號的第三絕緣柵雙極晶體管(M3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征在于所述的 電壓產(chǎn)生模塊包括相互連接的第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一三極管(Ql)、第六電阻(R6)、第二三極管(Q2)和第七電阻(R7)，其中，所 述的第五電阻和第一三極管串聯(lián)，第六電阻、第二三極管和第七電阻串聯(lián)，第 一三極管的基極和第二三極管的基極連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征在于所述的 電壓轉(zhuǎn)化模塊包括串聯(lián)連接的第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第五絕緣柵 雙極晶體管(M5 )、第十電阻(R10 )和串聯(lián)連接的第六絕緣柵雙極晶體管(M6 )、 第十一電阻(Rll)、第十二電阻(R12)，其中，所述第六絕緣柵雙極晶體管 的柵極連接到所述的第八電阻和第九電阻之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征在于所述的 輸出模塊包括串聯(lián)連接的第一電阻(Rl)和第一絕緣柵雙極晶體管(Ml)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征在于 所述的關(guān)斷模塊與電壓產(chǎn)生模塊間依次連接有第二絕緣柵雙極晶體管(M2)、 第三電阻(R3)、第二電阻(R2)和第四絕緣柵雙極晶體管(M4),其中， 所述的第四絕緣柵雙極晶體管的柵極連接到所述的第二電阻和第三電阻之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l、 4或5所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征在于 所述的電壓轉(zhuǎn)化模塊與輸出模塊間連接有第十三電阻(R13)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的用于高壓電源的降壓電路，其特征 在于所述的第二絕緣柵雙極晶體管的柵極連接到所述的輸出模塊和第十三電 阻之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所迷的用于高壓電源的降壓電路，其特征 在于所述降壓電路的一端與一電源電壓連接，另一端接地。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于高壓電源的降壓電路，它包括關(guān)斷模塊、電壓產(chǎn)生模塊、電壓轉(zhuǎn)化模塊和輸出模塊，其中關(guān)斷模塊用于根據(jù)外界關(guān)斷信號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號；電壓產(chǎn)生模塊，與所述的關(guān)斷模塊連接，用于根據(jù)從所述關(guān)斷模塊接收到的啟動(dòng)信號啟動(dòng)，并產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓信號；電壓轉(zhuǎn)化模塊，與所述的電壓產(chǎn)生模塊連接，用于將從所述電壓產(chǎn)生模塊接收到的恒定電壓信號轉(zhuǎn)化為輸出電壓信號；輸出模塊，與所述的電壓轉(zhuǎn)化模塊連接，用于將從所述電壓轉(zhuǎn)化模塊接收到的輸出電壓信號輸出。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，具有良好關(guān)斷特性以及具有節(jié)省功耗的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M3/156GK201319560SQ20082015665
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者磊 朱, 袁文師 申請人:上海貝嶺股份有限公司