与温度无关的基准电压源设计方法、基准电压源及空调与流程

本发明涉及电源技术领域，具体而言，涉及一种与温度无关的基准电压源设计方法、基准电压源及空调。

背景技术：

模拟电路广泛地包含基准电压和基准电流。这种基准是直流量，它与电源和工艺参数的关系很小，但与温度的关系是确定的。例如，一个差分对的偏置电流就必须根据基准产生，因为它会影响到电路的电压增益和噪声。在像a/d和d/a转换器这样的系统中，也需要基准来确定其输入或输出的全程范围。

产生基准的目的是建立一个与电源和工艺无关、具有确定温度特性的直流电压或电流，然而实际情况却是：产生的直流基准受到电源和工艺及器件本身特性的影响，随温度的变化发生不可控的波动。

与温度无关的基准电压在空调控制器电路中有着很大的应用前景，它使控制器能够摆脱一些工艺因素和环境条件的限制，因此对于这种基准电压的需求也是较为迫切的。

针对相关技术中基准电压受温度变化的影响的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种与温度无关的基准电压源设计方法、基准电压源及空调，以至少解决现有技术中基准电压受温度变化的影响的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基准电压源设计方法，包括：确定基准电压源中正温度系数的电压和负温度系数的电压；根据正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式；根据计算公式确定输出电压与温度系数无关时基准电压源的选型。

进一步地，基准电压源包括：第一双极性晶体管q1、第二双极性晶体管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和运算放大器a1。

进一步地，q1的集电极与r1的第一端连接，q1的基极接地或与q1的集电极连接，q1的发射极接地；r1的第一端与a1的同向输入端连接，r1的第二端与电压基准源的输出端连接；q2的集电极与r3的第一端连接，q2的发射极接地，q2的基极接地或与q2的集电极连接；r2的第一端与r3的第二端连接，r2的第二端与电压基准源的输出端连接；a1的反向输出端与r2的第一端连接，a1的输出端与电压基准源的输出端连接。

进一步地，第一双极性晶体管或第二双极性晶体管的基极发射极电压vbe具有负温度系数，第一双极性晶体管和第二双极性晶体管基极发射极电压的差值vtlnn具有正温度系数；确定基准电压源中正温度系数的电压和负温度系数的电压，包括：确定基准电压源中正温度系数的电压为vbe，确定基准电压源中负温度系数的电压为vtlnn。

进一步地，根据正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，包括：确定正温度系数的电压vbe的温度系数α和负温度系数的电压vtlnn的温度系数β，使得输出电压的温度系数为零；根据正温度系数的电压vbe及其温度系数α和负温度系数的电压vtlnn及其温度系数β构建基准电压源的输出电压vref的第一计算公式；其中，第一计算公式为：vref＝αvbe+β(vtlnn)。

进一步地，根据计算公式确定输出电压与温度系数无关时基准电压源的选型，包括：利用放大器的虚短虚断确定基准电压源的输出电压vref的第二计算公式，其中，第二计算公式为：根据第一计算公式和第二计算公式确定r2和r3的阻值和n值。

进一步地，根据第一计算公式和第二计算公式确定r2和r3的阻值和n值，包括：根据第一计算公式和第二计算公式确定对第一计算公式求取温度的导数，确定确定r2和r3的阻值和n值，使得

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种基准电压源，采用上述的基准电压源设计方法确定基准电压源的选型。

根据本发明实施例的又一方面，提供了一种空调机组，包括如上述的基准电压源。

根据本发明实施例的又一方面，提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的基准电压源设计方法。

在本发明中，通过正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，使输出电压与温度系数无关，确定基准电压源的选型。通过上述方法，使得输出电压显示出零温度系数，即输出电压不随温度变化，有效解决了现有技术中基准电压受温度变化的影响的问题，提高了基准电压源的稳定性。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基准电压源设计方法的一种可选的流程图；

图2是根据本发明实施例的基准电压源的一种可选的电路图；以及

图3是根据本发明实施例的基准电压源的另一种可选的电路图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

在本发明优选的实施例1中提供了一种基准电压源设计方法，该控制方法可以直接应用至基准电压源的设计上，也可以应用至其他电压源的设计上。具体来说，图1示出该方法的一种可选的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤s102-s106：

s102：确定基准电压源中正温度系数的电压和负温度系数的电压；

s104：根据正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式；

s106：根据计算公式确定输出电压与温度系数无关时基准电压源的选型。

在上述实施方式中，通过正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，使输出电压与温度系数无关，确定基准电压源的选型。通过上述方法，使得输出电压显示出零温度系数，即输出电压不随温度变化，有效解决了现有技术中基准电压受温度变化的影响的问题，提高了基准电压源的稳定性。

在本发明中，基准电压源包括：第一双极性晶体管q1、第二双极性晶体管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和运算放大器a1。

其中，q1的集电极与r1的第一端连接，q1的基极接地或与q1的集电极连接，q1的发射极接地；r1的第一端与a1的同向输入端连接，r1的第二端与电压基准源的输出端连接；q2的集电极与r3的第一端连接，q2的发射极接地，q2的基极接地或与q2的集电极连接；r2的第一端与r3的第二端连接，r2的第二端与电压基准源的输出端连接；a1的反向输出端与r2的第一端连接，a1的输出端与电压基准源的输出端连接。

双极性晶体管可分为npn晶体管和pnp晶体管，在q1和q2为npn晶体管时，如图2所示，q1的基极与q1的集电极连接，q2的基极与q2的集电极连接。在q1和q2为pnp晶体管时，如图3所示，q1的基极接地，q2的基极接地。

由于大多数工艺参数是随着温度变化的，如果一个基准是与温度无关的，那么通常它也是与工艺无关的，因此一个与温度无关的基准电压在应用时，就可以降低工艺的要求，从而使得一些由于工艺原因而产生的问题得以解决。此外，与温度无关的输出电压在许多模拟电路中以及一些特定环境或应用场合下都是必不可少的，从而摆脱了工艺因素和环境条件的限制。

为了使输出电压与温度无关的，首先需要确定具有正温度系数和负温度系数的两种电压。在半导体工艺的各种不同器件参数中，双极性晶体管的特性参数被证实具有最好的重复性，并且具有能够提供正温度系数和负温度系数的、严格定义的量。双极性晶体管的基极发射极电压vbe(pn结二极管的正向电压)具有负温度系数；但当两个双极性晶体管工作在不相等的电流密度下时，它们的基极发射极电压的差值就与绝对温度成正比，即具有正温度系数。因此，第一双极性晶体管或第二双极性晶体管的基极发射极电压vbe具有负温度系数，第一双极性晶体管和第二双极性晶体管基极发射极电压的差值vtlnn具有正温度系数；确定基准电压源中正温度系数的电压和负温度系数的电压，包括：确定基准电压源中正温度系数的电压为vbe，确定基准电压源中负温度系数的电压为vtlnn。

在确定具有正温度系数和负温度系数的两种电压之后，根据正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，包括：确定正温度系数的电压vbe的温度系数α和负温度系数的电压vtlnn的温度系数β，使得输出电压的温度系数为零；根据正温度系数的电压vbe及其温度系数α和负温度系数的电压vtlnn及其温度系数β构建基准电压源的输出电压vref的第一计算公式。根据如附图2、3所示的电路，输出电压vref为两个具有相反温度特性的电压之和，即，第一计算公式为：vref＝αvbe+β(vtinn)。

将这两个具有相反温度系数的量以适当的权重相加，那么结果就会显示出零温度系数，接下来通过对电路的分析及公式推导计算相应的权重：

由于在确定情况下对于和是已知的，因此令α＝1，选择βlnn使

其中，和为vbe和vt与温度的关系系数。

这样就相当于将两个相反温度系数的量以合适的权重相加，从而得出零温度系数的基准电压。

进一步地，根据计算公式确定输出电压与温度系数无关时基准电压源的选型，包括：利用放大器的虚短虚断确定基准电压源的输出电压vref的第二计算公式，其中，第二计算公式为：具体过程为：

结合电路图，利用放大器的虚短虚断则有：

vbe1＝vbe2+vtlnn

因此得到第二计算公式：

在确定第二计算公式后，根据第一计算公式和第二计算公式确定r2和r3的阻值和n值。

由于第一计算公式和第二计算公式都是对于输出电压的计算，基两者相等，因此根据第一计算公式和第二计算公式可以确定并且，第一计算公式中的输出电压与温度无关，对第一计算公式求取温度的导数，可以确定因此，

通过上述关系式选择合适的及n值，使得正负温度系数恰好相互抵消，由此，可以得到与温度无关的vref。

通过上述方式结合具体电路和理论推导结果对器件进行选型，从而得出具有零温度系数的基准电压，即：输出电压与温度无关的电路。举例说明：

在室温下：

则有：

因此，可以选择n＝31、r2/r3＝4。

在具体情况下，可以结合电路计算出n和需要满足的关系，如上述举例计算结果，这样即可选择合理的阻值等参数，满足输出电压的要求。

实施例2

基于上述实施例1中提供的基准电压源设计方法，在本发明优选的实施例2中还提供了一种基准电压源，采用上述的基准电压源设计方法确定基准电压源的选型。

在上述实施方式中，通过正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，使输出电压与温度系数无关，确定基准电压源的选型。通过上述方法，使得输出电压显示出零温度系数，即输出电压不随温度变化，有效解决了现有技术中基准电压受温度变化的影响的问题，提高了基准电压源的稳定性。

实施例3

基于上述实施例2中提供的基准电压源，在本发明优选的实施例3中还提供了一种空调机组，空调机组的控制器包括如上述的基准电压源。

在上述实施方式中，通过正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，使输出电压与温度系数无关，确定基准电压源的选型。通过上述方法，使得输出电压显示出零温度系数，即输出电压不随温度变化，有效解决了现有技术中基准电压受温度变化的影响的问题，提高了基准电压源的稳定性。

实施例4

基于上述实施例1中提供的基准电压源设计方法，在本发明优选的实施例4中还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的基准电压源设计方法。

在上述实施方式中，通过正温度系数的电压和负温度系数的电压构建基准电压源的输出电压的计算公式，使输出电压与温度系数无关，确定基准电压源的选型。通过上述方法，使得输出电压显示出零温度系数，即输出电压不随温度变化，有效解决了现有技术中基准电压受温度变化的影响的问题，提高了基准电压源的稳定性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。