一種耐高壓電路及耐高壓恒流源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高壓電路，包括耐高壓MOS器件、偏置電路和自舉電路；所述偏置電路連接在耐高壓MOS器件的柵極與源極之間，所述自舉電路連接在耐高壓MOS器件的柵極與接地端之間，所述耐高壓MOS器件的漏極用于接入供電電源電壓、源極用于連接低壓電路的供電端，所述自舉電路通過偏置電路獲得偏置電流而將耐高壓MOS器件的柵極電位抬高，使得所述耐高壓MOS器件的源極輸出適于所述低壓電路工作電壓范圍的電源電壓。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用上述耐高壓電路的耐高壓恒流源電路。
【專利說明】一種耐高壓電路及耐高壓恒流源電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐高壓電路，本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用該耐高壓電路的耐高壓恒流源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]理想恒流源定義為不隨電源電壓和溫度變化的電流，電流值具有零溫度系數(shù)，且所處的工作電壓環(huán)境也是有限的；傳統(tǒng)的具有負(fù)溫度系數(shù)的恒流源對(duì)于自激推挽式變換器的性能提高是很大意義的，如圖1-1所示，圖中I_fu為負(fù)溫度系數(shù)恒流源，它可以解決自激推挽式變換器中因溫度變化帶來的低溫啟動(dòng)難而高溫短路易燒壞的缺點(diǎn)，但是仍然存在一個(gè)問題，就是當(dāng)自激推挽式變換器的輸入電壓非常高時(shí)，由于受到了工藝限制，這樣傳統(tǒng)的負(fù)溫度系數(shù)恒流源無法工作于超高輸入電壓下。
[0003]專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310044913與專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310289994中都提出來了一種能夠解決專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110200894中已公開的采用不易集成熱敏電阻的具有負(fù)溫度系數(shù)恒流源，但是201310044913和201310289994專利申請(qǐng)文件中提出的具有溫度系數(shù)的恒流源會(huì)受到工藝要求限制，即正常的工作電壓范圍是有限制的，如果需要工作于超出工藝限制的電壓環(huán)境下，恒流源就會(huì)受到損壞。目前工業(yè)飛速發(fā)展，電源輸入電壓范圍越來越寬，所處的輸入工作電壓的越來越高，對(duì)于元件的耐壓性能要求也就變得越來越高，而傳統(tǒng)定義具有溫度系數(shù)恒流源由于無法工作于超高電壓，這樣就限制了傳統(tǒng)恒流源的應(yīng)用范圍，圖1-2即為傳統(tǒng)意義上的負(fù)溫度特性恒流源。
[0004]傳統(tǒng)的集成電路耐壓性能一般都是基于工藝固有耐壓特性而設(shè)計(jì)的，即設(shè)計(jì)出來的電路的正常工作電壓無法超過工藝耐壓限度，屬于低壓設(shè)計(jì)。
[0005]另外，現(xiàn)有的高壓線性穩(wěn)壓器(LDO)可以將高壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的低壓，但是一般工藝中能夠耐高壓的器件版圖面積都是非常大，且LDO電路復(fù)雜，所含器件非常多，如果用耐高壓器件來設(shè)計(jì)LDO電路，那么其版圖占用面積會(huì)變得非常大，造成很大的成本浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)存在非常大的固有靜態(tài)功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種耐高壓電路，能夠?qū)⒊吖╇婋娫措妷恨D(zhuǎn)換成適于低壓電路工作電壓范圍的電源電壓，使得電壓電路能夠在具有超寬電壓范圍的供電電源電壓下獲得合適的電壓供電。
[0007]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種耐高壓電路，其特征在于:所述的耐高壓電路包括耐高壓MOS器件、偏置電路和自舉電路；所述偏置電路連接在耐高壓MOS器件的柵極與源極之間，所述自舉電路連接在耐高壓MOS器件的柵極與接地端之間，所述耐高壓MOS器件的漏極用于接入供電電源電壓、源極用于連接低壓電路的供電端，所述自舉電路通過偏置電路獲得偏置電流而將耐高壓MOS器件的柵極電位抬高，使得所述耐高壓MOS器件的源極輸出適于所述低壓電路工作電壓范圍的電源電壓。
[0009]耐高壓MOS器件的漏級(jí)所能承受的最高電壓為高壓工藝的最高極限電壓，本發(fā)明中的耐高壓MOS器件的漏級(jí)最高電壓為700V ;而低壓電路的最高工作電壓為低壓工藝的最高極限電壓，本發(fā)明所述恒流源11的最高工作電壓為40V，因此恒流源11的工作電壓如果由耐高壓電路來提供，那么恒流源11電路就可以間接在幾百伏的電壓下工作；而耐高壓電路的加入對(duì)于恒流源11的最低工作電壓的影響不大，大概相差一個(gè)MOS管的漏源級(jí)電壓，因?yàn)樵撀┰醇?jí)電壓大小與耐高壓MOS器件的導(dǎo)通電阻以及恒流源11的電流大小有關(guān)，等于耐高壓MOS器件的導(dǎo)通電阻阻值與恒流源11消耗的電流值的乘積；
[0010]其工作原理如下(參見圖3):根據(jù)MOS器件N溝道耗盡管的特性，其柵極為零電平時(shí)，隨著耗盡管的漏極電位的逐漸增大，其源極電壓會(huì)要一直上升至耗盡管的閾值電壓絕對(duì)值(所述閾值電壓為負(fù)值)為止，在上升至閾值電壓之前，偏置電路為自舉電路提供偏置電流，以致自舉電路能將耗盡管的柵極抬高，當(dāng)耗盡管的柵極電壓被抬高后，耗盡管源極的電位水平也跟著一起被抬高，這樣就形成了一個(gè)正反饋過程，最終耗盡管源極的最高電位水平為自舉電路最大輸出電位與耗盡管閾值電壓絕對(duì)值之和。
[0011]耐高壓電路中N溝道耗盡管的柵極是沒有驅(qū)動(dòng)能力的，所以自舉電路的工作電流需要由偏置電路提供，自舉電路開始工作后，才能將耗盡管的柵極電位抬高，而最簡(jiǎn)單的偏置電路就是將一個(gè)電阻跨接在耗盡管的柵極和源極之間，如圖4所示，這樣自舉電路就可以從電阻抽取相應(yīng)的工作電流，同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)電阻阻值來控制工作電流，從而達(dá)到控制固有的靜態(tài)功耗的目的。而自舉電路可以通過二極管連接的NMOS管、或者二極管連接的三極管、或者齊納管組成，這樣不僅簡(jiǎn)化了自舉電路的電路結(jié)構(gòu)，還可以減小功耗。
[0012]圖5所示耐高壓模塊中的自舉電路采用齊納管D1031，可以將N溝道耗盡型MOS管MlOl的柵極電壓自舉到齊納管的穩(wěn)壓電位，從而達(dá)到提高N溝道耗盡型MOS管MlOl源端電位值的目的，最終的最大源端電壓為齊納管的穩(wěn)壓值與N溝道耗盡型MOS管MlOl的閾值電壓絕對(duì)值之和。最終的耐高壓電路的實(shí)際組成電路就是由三個(gè)器件組成，分別為一個(gè)N溝道耗盡型MOS管M101、一個(gè)齊納管D1031、以及一個(gè)電阻R1021，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，不僅僅可以利用分立元器件搭建而成，同時(shí)也容易用于集成，且易與低壓電路相兼容。N溝道耗盡型MOS管MlOl的源極提供低壓電壓，為低壓型的負(fù)溫度系數(shù)恒流源提供偏置電壓。
[0013]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的耐高壓MOS器件為N型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管或者N溝道耗盡型MOS管。
[0014]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的偏置電路包括偏置電阻，該偏置電阻連接在耐高壓MOS器件的柵極與源極之間。
[0015]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的自舉電路包括齊納管，該齊納管的陰極與耐高壓MOS器件的柵極相連接、陽極連接接地端。
[0016]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的自舉電路還包括第三三極管和第四三極管；所述齊納管的陰極通過該第三三極管和第四三極管與所述耐高壓MOS器件的柵極相連接，其中，所述齊納管的陰極與第四三極管的發(fā)射極相連，第四三極管的基極、集電極與第三三極管的發(fā)射極相連，第三三極管的基極、集電極與所述耐高壓MOS器件的柵極相連。
[0017]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的自舉電路包括基準(zhǔn)電壓模塊和第五三極管，基準(zhǔn)電壓模塊的地端連接所述接地端、基準(zhǔn)電壓輸出端連接第五三極管的發(fā)射極，第五三極管的基極、集電極與所述耐高壓MOS器件的柵極相連。
[0018]本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是:提供一種應(yīng)用上述耐高壓電路的耐高壓恒流源電路，能夠工作于超高壓環(huán)境且輸出的具有溫度系數(shù)恒流值。
[0019]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0020]一種應(yīng)用上述耐高壓電路的耐高壓恒流源電路，包括恒流源，其特征在于:所述的耐高壓恒流源電路還包括上述耐高壓電路，所述耐高壓電路中耐高壓MOS器件的源極連接恒流源的供電端、漏極用于接入供電電源電壓，所述恒流源的地端連接所述接地端。
[0021]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述的恒流源包括第一三極管、第二三極管、第一電阻和第二電阻；所述第一電阻的一端與第一三極管的集電極相連，作為恒流源的供電端與所述耐高壓MOS器件的源極相連接，所述第一電阻的另一端、第一三極管的基極與第二三極管的集電極相連，所述第一三極管的發(fā)射極、第二三極管的基極與第二電阻的一端相連，所述第二電阻的另一端與第二三極管的發(fā)射極相連，作為恒流源的地端連接所述接地端。
[0022]參見圖2，耐高壓電路將高電壓降低為穩(wěn)定的低電壓，以便低壓電路能夠正常工作，為后級(jí)的低壓電路提供工作電流。供電電源電壓VDD被耐高壓電路模塊轉(zhuǎn)換為低壓工作電壓，本發(fā)明中所述的超高壓VDD電壓大小為超出了低壓工作電路的工藝極限電壓值，而經(jīng)過轉(zhuǎn)換的低壓工作電壓必須低于低壓工藝的極限耐壓值。耐高壓電路模塊能夠兼容任何低壓型模塊電路，不需要對(duì)低壓模塊電路進(jìn)行修改，只要加入耐高壓模塊就可以使得低壓型模塊電路間接性工作于超高電壓下。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明的耐高壓電路所需要靜態(tài)功耗低，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)電路只包括了少量的電路元件，易實(shí)現(xiàn)，兼容性強(qiáng)，版圖占用面積小，成本低；
[0025](2)本發(fā)明的耐高壓電路使得低壓電路可以工作于超高電壓下，不會(huì)因?yàn)殡妷哼^高而損壞低耐壓器件，并且，耐高壓電路的加入對(duì)低壓電路的最低工作電壓影響不大，電壓電路在中、低供電電源電壓下仍能正常工作；
[0026](3)本發(fā)明的耐高壓恒流源電路是可以通過集成電路來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了低價(jià)格、體積小、實(shí)用性強(qiáng)等設(shè)計(jì)目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0028]圖1-1為現(xiàn)有使用恒流源提供偏置的自激推挽式變換器電路圖；
[0029]圖1-2傳統(tǒng)負(fù)溫度系數(shù)恒流源電路原理圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述的耐高壓恒流源集成電路框圖；
[0031]圖3為采用N溝道耗盡型MOS作為耐高壓器件的耐高壓恒流源集成電路原理圖；
[0032]圖4電阻型偏置的耐高壓恒流源集成電路原理圖；
[0033]圖5自舉電路為齊納管的耐高壓恒流源集成電路原理圖；
[0034]圖6為本發(fā)明所述耐高壓恒流源集成電路實(shí)施例一電路原理圖；
[0035]圖7低壓負(fù)溫度特性恒流源電路11在不同電源環(huán)境下的掃描曲線圖；
[0036]圖8耐高壓恒流源溫度掃描曲線；
[0037]圖9為本發(fā)明所述耐高壓恒流源集成電路實(shí)施例二電路原理框圖；[0038]圖10為本發(fā)明所述耐高壓恒流源集成電路實(shí)施例三電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]實(shí)施例一
[0040]如圖6所示，本發(fā)明的耐高壓恒流源電路包括恒流源11和耐高壓電路10。恒流源11可選用現(xiàn)有技術(shù)中的任意恒流源，其地端連接接地端GND ;耐高壓電路10包括耐高壓MOS器件MlO1、偏置電路102和自舉電路103 ;偏置電路102連接在耐高壓MOS器件MlOl的柵極與源極之間，自舉電路103連接在耐高壓MOS器件MlOl的柵極與接地端GND之間，耐高壓MOS器件MlOl的漏極用于接入供電電源電壓VDD、源極用于連接低壓電路的供電端，自舉電路103通過偏置電路102獲得偏置電流而將耐高壓MOS器件MlOl的柵極電位抬高，使得耐高壓MOS器件MlOl的源極輸出適于低壓電路工作電壓范圍的電源電壓VCC ;耐高壓MOS器件MlOl的源極連接恒流源的供電端、漏極用于接入供電電源電壓VDD。
[0041]本實(shí)施例一的恒流源11包括第一三極管Q113、第二三極管Q114、第一電阻Rlll和第二電阻R112;第一電阻Rlll的一端與第一三極管Q113的集電極相連，作為恒流源的供電端與耐高壓MOS器件MlOl的源極相連接，第一電阻Rlll的另一端、第一三極管Q113的基極與第二三極管Q114的集電極相連，第一三極管Q113的發(fā)射極、第二三極管Q114的基極與第二電阻R112的一端相連，第二電阻R112的另一端與第二三極管Q114的發(fā)射極相連，作為恒流源的地端連接接地端GND。
[0042]本實(shí)施例一的耐高壓MOS器件MlOl選用N溝道耗盡型MOS管。偏置電路102包括偏置電阻R1021，該偏置電阻R1021連接在耐高壓MOS器件MlOl的柵極與源極之間。自舉電路103包括齊納管D1031，該齊納管D1031的陰極與耐高壓MOS器件MlOl的柵極相連接、陽極連接接地端GND。
[0043]本實(shí)施例一的工作原理如下:
[0044]根據(jù)N溝道耗盡型MOS管MlOl的特性，當(dāng)柵極為零電平時(shí)，隨著耗盡管的漏極電位的逐漸增大，其源極電壓跟著上升，直至耗盡管的閾值電壓的絕對(duì)值為止，此時(shí)源端的電位值就不隨其漏極電壓的上升而提高了 ；但是在其源端電壓上升至閾值電壓絕對(duì)值之前，偏置電阻R1021為齊納管D1031提供偏置電流，通過正反饋?zhàn)饔?，齊納管D1031的陰極電壓會(huì)與耗盡管MlOl源端電壓一起提高，最終耗盡管源極的最高電位水平為自舉電路最大輸出電位與耗盡管閾值電壓絕對(duì)值之和。當(dāng)耗盡管MlOl源端電壓建立起來以后，恒流源11的電源電壓VCC會(huì)一直保持不變，不會(huì)隨著耗盡管MlOl漏極電壓的變化而變化，這樣不僅僅保證低壓負(fù)溫度特性恒流源電路11能夠正常工作，也提高了恒流源電路11的電源電壓漂移系數(shù)(指的是在不同電源電壓情況下，對(duì)低壓恒流源輸出的恒流值電流大小的影響)。
[0045]流過第二電阻Rl 12的電流(未考慮各器件屬性的偏差)為:
【權(quán)利要求】
1.一種耐高壓電路，其特征在于:所述的耐高壓電路(10)包括耐高壓MOS器件(M101)、偏置電路(102)和自舉電路(103);所述偏置電路(102)連接在耐高壓MOS器件(MlOl)的柵極與源極之間，所述自舉電路(103)連接在耐高壓MOS器件(MlOl)的柵極與接地端(GND)之間，所述耐高壓MOS器件(MlOl)的漏極用于接入供電電源電壓(VDD)、源極用于連接低壓電路的供電端，所述自舉電路(103 )通過偏置電路(102 )獲得偏置電流而將耐高壓MOS器件(MlOl)的柵極電位抬高，使得所述耐高壓MOS器件(MlOl)的源極輸出適于所述低壓電路工作電壓范圍的電源電壓(VCC)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓電路，其特征在于:所述的耐高壓MOS器件(MlOl)為N型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管或者N溝道耗盡型MOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高壓電路，其特征在于:所述的偏置電路(102)包括偏置電阻(R1021)，該偏置電阻(R1021)連接在耐高壓MOS器件(MlOl)的柵極與源極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的耐高壓電路，其特征在于:所述的自舉電路(103)包括齊納管(D1031)，該齊納管(D1031)的陰極與耐高壓MOS器件(M101)的柵極相連接、陽極連接接地端(GND)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐高壓電路，其特征在于:所述的自舉電路(103)還包括第三三極管(Q104)和第四三極管(Q105);所述齊納管(D1031)的陰極通過該第三三極管(Q104)和第四三極管(Q105)與所述耐高壓MOS器件(M101)的柵極相連接，其中，所述齊納管(D1031)的陰極與第四三極管(Q105)的發(fā)射極相連，第四三極管(Q105)的基極、集電極與第三三極管(Q104)的發(fā)射極相連，第三三極管(Q104)的基極、集電極與所述耐高壓MOS器件(MlOl)的柵極相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的耐高壓電路，其特征在于:所述的自舉電路(103)包括基準(zhǔn)電壓模塊(105)和第五三極管(Q106)，基準(zhǔn)電壓模塊(105)的地端連接所述接地端(GND)、基準(zhǔn)電壓輸出端連接第五三極管(Q106)的發(fā)射極，第五三極管(Q106)的基極、集電極與所述耐高壓MOS器件(MlOl)的柵極相連。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述耐高壓電路的耐高壓恒流源電路，包括恒流源(11)，其特征在于:所述的耐高壓恒流源電路還包括權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的耐高壓電路(10)，所述耐高壓電路中耐高壓MOS器件(MlOl)的源極連接恒流源的供電端、漏極用于接入供電電源電壓(VDD )，所述恒流源的地端連接所述接地端(GND )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐高壓電路，其特征在于:所述的恒流源(11)包括第一三極管(Q113)、第二三極管(Q114)、第一電阻(Rlll)和第二電阻(R112);所述第一電阻(Rlll)的一端與第一三極管(Q113)的集電極相連，作為恒流源的供電端與所述耐高壓MOS器件(MlOl)的源極相連接，所述第一電阻(Rlll)的另一端、第一三極管(Q113)的基極與第二三極管(Q114)的集電極相連，所述第一三極管(Q113)的發(fā)射極、第二三極管(Q114)的基極與第二電阻(R112)的一端相連，所述第二電阻(R112)的另一端與第二三極管(Q114)的發(fā)射極相連，作為恒流源的地端連接所述接地端(GND)。
【文檔編號(hào)】G05F1/567GK103729012SQ201410004901
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】唐盛斌, 曾正球 申請(qǐng)人:廣州金升陽科技有限公司