[发明专利]一种采用三极管串联结构的高压转低压电源电路

说明书

技术领域

   本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种采用三极管串联结构的高压转低压电源电路。

背景技术

   高压电源供电的集成电路的内部电路可分为高压电路和低压电路两个模块。前者的供电直接由外接电源提供，后者的供电电路需要在芯片内产生，即对外接电源进行变换处理，形成一个恒定的低压电源给内部低压电路部分供电。如何产生这个低压电源是每个高压集成电路都必须面对的问题。

   高压电源供电的集成电路，由于其外接电源的变化范围比较大，一般要求在5V到几十伏的范围内的波动下都能正常工作。对于其内部的低压电路，则一般需要比较稳定的低压电路供电，因此，低压电路供电的稳定性和可靠性对整个系统的稳定工作至关重要。

   目前，高压转低压电源电路的主要控制方法有两种，一种是采用类似LDO的电路形式，采用高压运放以及基准电压产生固定不变的低压电源。这种方法的优点是低压输出电源比较恒定，但由于采用负反馈结构，电源电压变化范围大，低压电源的负载不固定等原因，环路的稳定性比较难以控制，设计不好容易产生振荡，这对低压电源来说是不允许的。另外一种是采用特殊器件如JFET器件，利用其器件特性先把高压电源转换成低压电源，然后再采用一般低压电路的控制方法产生固定不变的低压电源，这种方法的优点是结构简单，采用JFET器件就能很方便的把高压电源转换成相对低的低压电源，但受限于JFET的器件特性，其流电流能力一般不强，需要很多个JFET并联才能满足设计的要求，增大了芯片的面积，且JFET器件工艺控制难以保证。

    鉴于现行的高压转低压电源电路的缺点、电子系统对供电电源越来越高的要求，以及对芯片成本的考虑等因素，需要采用一种新的方法来解决高压转低压电源技术领域的问题。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种稳定可靠的高压转低压电源电路，该电路可以适用于任何一种高压供电的集成电路。它的技术方案如下：

电源电路由比例电流镜电路、比例电阻网络与三极管串联网络三部分组成，其中

比例电流镜电路的输入是一个大小恒定的电流源，此输入电流通过由高压PMOS管组成的电流镜电路产生大小相同的的多路输出电流，提供给比例电阻网络产生基准电压；比例电阻网络的输入是与电流镜电路输出的大小相等的基准电流，由多路比例电阻组成，比例电阻的单位电阻值为R，比例电阻网络的电阻值按照第一路单位电阻值R、第二路2倍单位电阻值R、第三路4倍单位电阻值R的关系设置，以此类推，第N路电阻值是第N-1路电阻值的两倍；三极管串联网络是由N个三极管的发射极和集电极串联组成，第一路三极管的发射极作为三极管串联网络的电压输出端，第一路三极管的集电极连接到第二路三极管的发射极，第二路三极管的集电极连接到第三路三极管的发射极，以此类推，第N-1路三极管的集电极连接到第N路三极管的发射极，第N路三极管的集电极连接到电源电压。

 

关于三极管串联网络中串联三极管的个数，是根据每个三极管集电极和发射极的安全工作的电压差VCE和整个芯片的电源电压VDD来决定的，按照三极管VCE安全工作电压的要求，N的值应该满足N>（VDD/VCE），在电路正常工作的时候每个三极管的VCE电压基本相等，用串联的方式把电源电压平均分配到每个三极管的集电极和发射极之间。

 

    与现有技术相比较，本发明的有益效果是：由于直接采用三极管电路来实现因此不需要外接任何元件，也不需要特殊的器件。对于三极管的集电极和发射极之间的耐压也无特殊要求，只要确认电源电压和工艺上实现的三极管的集电极和发射极的安全耐压，就可以求得需要串联NPN三极管的个数，个数不受限制，因此本发明电路的适用范围很广。

    另外，本发明电路采用高压工艺中最常用的器件来实现高压转低压功能，具体而言，用到了高压PMOS管，电阻，以及三极管，所用器件非常简单。根据电源电压的不同把电源电压N等分，每个三极管承受1./N的电源电压，这样相对于每个三极管来说工作都是安全的，同时，每个三极管的基极的电位也是受控的，控制的方法是第二级的基极电位比第一级高1/N电源电压，第三级的基极电位比第二级高1/N电源电压，以此类推。最终的输出电压为第一级的基极电压减去三极管基极和发射极的正向导通电压VBE，由于第一级的基极电位是固定的，三极管基极和发射极的正向导通电压VBE基本是固定的0.7V左右，所以输出电压是固定的，由于三极管的电流放大倍数较大，所以输出电流驱动能力较强，输出电压稳定，抗干扰能力较强。