带隙基准稳压源及改善带隙基准稳压源负载响应特性系统的制作方法

本实用新型涉及稳压源技术领域，特别是涉及一种带隙基准稳压源及改善带隙基准稳压源负载响应特性系统。

背景技术：

带隙基准稳压源在系统设计中应用非常广泛，请参照图1，图1为现有技术中的一种带隙基准稳压源的结构示意图，该带隙基准稳压源包括带隙源核心器件和放大器，带隙源核心器件包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻及三极管负载，三极管负载的第一输出端分别与第一三极管的集电极及误差放大器的反相输入端连接，三极管负载的第二输出端分别与第二三极管的集电极及误差放大器的正相输入端连接，误差放大器的输出端分别与第一三极管的基极及第二三极管的基极连接，连接的公共端作为带隙稳压源的输出端，第一三极管的发射极通过第一电阻分别与第二三极管的发射极及第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端接地，第一三极管与第二三极管的面积之比为n：1。

为了延长系统待机和工作时间，迫切需要减小带隙基准稳压源的静态工作电流。但是减小静态工作电流带来的问题是负载响应变得很差，以至于影响整个系统的正常工作。具体地，稳压源的负载往往是变化的，负载的瞬间变化会引起输出过冲响应，负载电流由大变小，稳压源会输出高脉冲过冲；负载电流由小变大，稳压源会输出低脉冲过冲，过冲的大小与负载电流变化量、负载变化速率及带隙基准稳压源的设计有关，在负载电流变化量和负载变化速率一定的情况下，过冲的大小与带隙基准电压源的静态工作电流近似成反比。静态工作电流越大，输出过冲越小，静态工作电流越小，输出过冲越大。且随着静态工作电流的减小，输出过冲越来越大，过冲大到一定程度会使得系统中其他电路的工作出现异常或者错误，这是无法接受的。在现有的设计中，考虑到系统的安全性和可靠性，在对负载响应特性和系统功耗之间做折中处理时，电路设计中通常采用较大的静态工作电流，也即选择保证安全性和可靠性，但这又必然导致系统的功耗增大。

因此，如何提供一种在降低带隙基准稳压源工作电流的同时，改善带隙基准稳压源的负载响应的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种带隙基准稳压源及改善带隙基准稳压源负载响应特性系统，在降低带隙基准稳压源工作电流的同时，改善了带隙基准稳压源的负载响应，保证低功耗的同时还保证了安全性和可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统，应用于带隙基准稳压源，该系统包括：

输入端分别与所述带隙基准稳压源中的误差放大器的输出端及第二三极管的基极连接、输出端与所述带隙基准稳压源中的第一三极管的基极连接的低通滤波器。

优选地，所述低通滤波器为RC滤波器，所述RC滤波器包括滤波电容和滤波电阻，所述滤波电阻的第一端作为所述低通滤波器的输入端，所述滤波电阻的第二端与所述滤波电容连接，其公共端作为所述低通滤波器的输出端，所述滤波电容的第二端接地。

优选地，该系统还包括：

第一端分别与所述误差放大器的输出端及所述低通滤波器的第一端连接、第二端与所述第二三极管的基极连接的第四电阻。

优选地，所述滤波电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相等。

优选地，该系统还包括第五电阻和第六电阻，其中：

所述第五电阻的第一端与所述误差放大器的输出端连接，所述第五电阻的第二端分别与所述滤波电阻的第一端、所述第四电阻的第一端及所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端接地。

优选地，该系统还包括第五电阻和第六电阻，所述第六电阻设置于所述滤波电容与地之间，还设置于所述带隙基准稳压源中的第二电阻与地之间，其中：

所述第五电阻的第一端分别与所述误差放大器的输出端、所述滤波电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端分别与所述滤波电容的第二端、所述第二电阻的第二端及所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端接地。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带隙稳压源，包括如上述所述的改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统。

本实用新型提供了一种带隙基准稳压源及改善带隙基准稳压源负载响应特性系统，应用于带隙基准稳压源，包括输入端分别与带隙基准稳压源中的误差放大器的输出端及第二三极管的基极连接、输出端与带隙基准稳压源中的第一三极管的基极连接的低通滤波器。

可见，本实用新型在带隙基准稳压源中的误差放大器的输出端及第二三极管的基极连接的公共端与第一三极管的基极之间设置了低通滤波器，不管带隙基准稳压源的输出因负载电流快速变化而出现高脉冲过冲还是低脉冲过冲(均为高频信号)，由于第二三极管的基极处没有设置低通滤波器，第二三极管的基极的电流会在高脉冲过冲或者低脉冲过冲出现的同时而立即变化，同时，由于低通滤波器对高脉冲过冲或者低脉冲过冲的阻碍作用，第一三极管的集电极电流的变化会被衰减，从而导致误差放大器的输入端的差分信号得到显著的负增加(对应高脉冲过冲)或者正增加(对应低脉冲过冲)，经误差放大器进一步放大后相应地使高脉冲过冲或者低脉冲过冲得到显著抑制，在降低带隙基准稳压源工作电流的同时，改善了带隙基准稳压源的负载响应，保证低功耗的同时还保证了安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

图1为现有技术中的一种带隙基准稳压源的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图；

图3为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图；

图4为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图；

图5为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图；

图6为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种带隙基准稳压源及改善带隙基准稳压源负载响应特性系统，在降低带隙基准稳压源工作电流的同时，改善了带隙基准稳压源的负载响应，保证低功耗的同时还保证了安全性和可靠性。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图2，图2为本实用新型提供的一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图，应用于带隙基准稳压源，该系统包括：

输入端分别与带隙基准稳压源中的误差放大器B的输出端及第二三极管 Q2的基极连接、输出端与带隙基准稳压源中的第一三极管Q1的基极连接的低通滤波器。

具体地，该带隙基准稳压源包括带隙源核心器件和放大器，带隙源核心器件包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2及三极管负载，三极管负载的第一输出端分别与第一三极管Q1的集电极及误差放大器B的反相输入端连接，三极管负载的第二输出端分别与第二三极管Q2 的集电极及误差放大器B的正相输入端连接，误差放大器B的输出端分别与第一三极管Q1的基极及第二三极管Q2的基极连接，连接的公共端作为带隙稳压源的输出端，第一三极管Q1的发射极通过第一电阻R1分别与第二三极管Q2的发射极及第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端接地，第一三极管Q1与第二三极管Q2的面积之比为n：1。

另外，这里的三极管负载可以为电阻对，也可以为镜像电流源对。

带隙基准稳压源的输出经过低通滤波器反馈到第一三极管Q1的基极，带隙基准稳压源的输出还直接反馈到第二三极管Q2的基极。带隙源核心器件的输出分别与误差放大器B的正相输入端和反相输入端连接，误差放大器B放大后的信号反馈到带隙源核心器件并作为带隙基准稳压源的输出。

当带隙基准稳压源的负载电流由大变小，稳压源输出高脉冲过冲时，由于第二三极管Q2的基极没有设置低通滤波器，第二三极管Q2的基极处的电流会在高脉冲过冲出现的同时而立即增加，相应地，第二三极管Q2的集电极的电流也会立即增加；由于第一三极管Q1的基极设置有低通滤波器，而高脉冲过冲又为高频信号，则低通滤波器会对高脉冲过冲造成阻碍、滤波作用，第一三极管Q1的集电极电流的变化会被衰减，从而导致误差放大器B的输入端的差分信号得到显著的负增加，经过误差放大器B进一步放大后会使高脉冲过冲得到显著的抑制。

当带隙基准稳压源的负载电流由小变大，稳压源输出低脉冲过冲时，由于第二三极管Q2的基极没有设置低通滤波器，第二三极管Q2的基极处的电流会在低脉冲过冲出现的同时而立即减小，相应地，第二三极管Q2的集电极的电流也会立即减小；由于第一三极管Q1的基极设置有低通滤波器，而低脉冲过冲又为高频信号，则低通滤波器会对低脉冲过冲造成阻碍、滤波作用，第一三极管Q1的集电极电流的变化会被衰减，从而导致误差放大器B的输入端的差分信号得到显著的正增加，经过误差放大器B进一步放大后会使低脉冲过冲得到显著的抑制。

可见，本申请中低通滤波器的加入可以显著抑制带隙基准稳压源输出因负载电流快速变化而引起的过冲，从而提高其负载响应特性。

本实用新型提供了一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统，应用于带隙基准稳压源，包括输入端分别与带隙基准稳压源中的误差放大器的输出端及第二三极管的基极连接、输出端与带隙基准稳压源中的第一三极管的基极连接的低通滤波器。

可见，本实用新型在带隙基准稳压源中的误差放大器的输出端及第二三极管的基极连接的公共端与第一三极管的基极之间设置了低通滤波器，不管带隙基准稳压源的输出因负载电流快速变化而出现高脉冲过冲还是低脉冲过冲(均为高频信号)，由于第二三极管的基极处没有设置低通滤波器，第二三极管的基极的电流会在高脉冲过冲或者低脉冲过冲出现的同时而立即变化，同时，由于低通滤波器对高脉冲过冲或者低脉冲过冲的阻碍作用，第一三极管的集电极电流的变化会被衰减，从而导致误差放大器的输入端的差分信号得到显著的负增加(对应高脉冲过冲)或者正增加(对应低脉冲过冲)，经误差放大器进一步放大后相应地使高脉冲过冲或者低脉冲过冲得到显著抑制，在降低带隙基准稳压源工作电流的同时，改善了带隙基准稳压源的负载响应，保证低功耗的同时还保证了安全性和可靠性。

在上述实施例的技术上：

请参照图3，图3为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图。

作为一种优选地实施例，低通滤波器为RC滤波器，RC滤波器包括滤波电容C1和滤波电阻R3，滤波电阻R3的第一端作为低通滤波器的输入端，滤波电阻R3的第二端与滤波电容C1连接，其公共端作为低通滤波器的输出端，滤波电容C1的第二端接地。

具体地，这里的低通滤波器为RC滤波器，包括滤波电阻R3和滤波电容 C1。基于此，带隙源核心器件包括两个反馈环路，一个是由第一电阻R1、第一三极管Q1到误差放大器B的反相输入端的正反馈环路，另一个是由第二三极管Q2到误差放大器B的同相输入端的负反馈环路。低通滤波器被加入到正反馈环路中，减小了正反馈环路高频信号的增益，从而明显提高了带隙源核心器件高频信号下的增益。滤波电容C1和滤波电阻R3的时间常数越大，高频下带隙源核心器件的增益越明显。

低通滤波器除了通过降低其正反馈环路高频信号增益方式提高带隙稳压源高频信号下的增益，从而改善系统性能外，还能够降低零温度系数下带隙基准稳压源的带隙稳压值。

具体地，下面以第一三极管Q1和第二三极管Q2具有相同集电极电流IC为例作介绍：

首先需要说明的是：

基准输出电压

其中，VT为热电压，β第一三极管Q1及第二三极管Q2的电流增益。

因此，

为了得到一个直观的概念，此处假设VT与β具有一次温度系数且具有以下关系：

VT＝VT0×(1+αT×△T)..............................................(4)

β＝β0×(1+αβ×△T)................................................(5)

其中，VT0为当温度为T0时的热电压，αT为热电压VT的温度系数，△T为温度的变化量。

β0为当温度为T0时的电流增益，αβ为电流增益的温度系数，△T为温度的变化量。

因此，式(3)可以近似地表达为：

由式(6)可以看出，由于滤波电阻R3的加入，△VBE的有效值减小了，而其温度系数却提高了，其效果是可以提高带隙基准稳压源的温度系数，将原来是温度系数是负的带隙基准稳压源的温度系数提升至零，从而使得带隙基准稳压源的工作过程不受温度影响，提高了带隙基准稳压源的可靠性，同时，可以将带隙基准稳压源的稳压值稳压在设定值。例如对于那些负温度系数带隙基准稳压源稳压值大于1.25V集成电路制造工艺，可以通过加入滤波电阻R3得到零温度系数、稳压值为1.25V的带隙基准稳压源。

作为一种优选地实施例，该系统还包括：

第一端分别与误差放大器B的输出端及低通滤波器的第一端连接、第二端与第二三极管Q2的基极连接的第四电阻R4。

请参照图4，图4为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图。

在图3所示的系统的基础上，该系统还在第二三极管Q2的基极加入第四电阻R4，这是一种平衡式设计，在第一三极管Q1和第二三极管Q2具有相同集电极电流的假设下，稳态时，三极管的集电极电流为：

此时，

因此，

由式(9)可以看出，△VBE有效值与(R3-R4)有关，如果(R3-R4)为零，则△VBE维持理论值不变，因此这种平衡式电路设计对带隙源稳压值及其温度系数影响很小。实际设计中可以根据需要调整(R3-R4)的数值，以得到合适的系统性能。如果(R3-R4)大于零，其对带隙源的稳压值与图3具有相同的效果；如果(R3-R4)小于零，其对带隙源的稳压值与图3具有相反的效果。

图4给出的这种平衡式低通滤波器设计为实际应用提供了更多的灵活性，适用性更加广泛。

但对于那些零温度系数带隙稳压值等于或接近1.25V的集成电路工艺，采用图3的设计，为了达到良好的负载响应特性必须采用较大的滤波电阻R3，但会造成带隙稳压值偏离1.25V，这种结果在某些情况下是不可接受的。而采用图4供的设计，则可以采用较大的R3值，而保持R3-R4接近于零，也即既可达到良好的负载响应特性，又可使得带隙源稳压值保持在1.25V。

作为一种优选地实施例，滤波电阻R3的阻值与第四电阻R4的阻值相等。

具体地，滤波电阻R3的阻值与第四电阻R4的阻值之间的关系根据实际情况来定，本实用新型在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，该系统还包括第五电阻R5和第六电阻R6，其中：

第五电阻R5的第一端与误差放大器B的输出端连接，第五电阻R5的第二端分别与滤波电阻R3的第一端、第四电阻R4的第一端及第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端接地。

请参照图5，图5为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图。

作为一种优选地实施例，该系统还包括第五电阻R5和第六电阻R6，第六电阻R6设置于滤波电容C1与地之间，还设置于带隙基准稳压源中的第二电阻R2与地之间，其中：

第五电阻R5的第一端分别与误差放大器B的输出端、滤波电阻R3的第一端及第四电阻R4的第一端连接，第五电阻R5的第二端分别与滤波电容C1 的第二端、第二电阻R2的第二端及第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6 的第二端接地。

请参照图6，图6为本实用新型提供的另一种改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统的结构示意图。

具体地，图5和图6的带隙基准稳压源可以通过改变第五电阻R5和第六电阻R5的数值来调整输出电压，更具灵活性。

具体地，上述两种倍压式稳压源方案都采用了低通滤波器的设计，对输出因负载电流快速变化引起的过冲都有抑制作用。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带隙稳压源，包括如上述的改善带隙基准稳压源负载响应特性的系统。

对于本实用新型提供的带隙稳压源的介绍请参照上述实施例，本实用新型在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。