低压电源产生电路和电源集成电路的制作方法

本实用新型属于开关电源技术领域，尤其涉及一种低压电源产生电路和电源集成电路。

背景技术：

为了节约芯片成本，集成电路应用于高压领域时(比如说大于30v)，一般都会采取bcd工艺，在设计电路的时候往往就需要设计一个低压电源，随着电子产品的飞速发展，应用领域越来越宽，在某些领域就会需要用到输入电源电压在很低的工作状态下都能够使整个系统能够正常的运行，目前的方案主要是通过一个电阻直接接到钳位电路，这种方法结构简单，但是带载能力不够且功耗大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低压电源产生电路，旨在解决传统的低压电源产生电路存在的带载能力不够且功耗大的问题。

本实用新型实施例的第一方面提了一种低压电源产生电路，包括电源输入端口、电源输出端口、恒压输出电路、电压采样电路、低压带隙基准电路、开关控制电路和开关电路；

所述电源输入端口、所述电压采样电路的输入端、所述恒压输出电路的输入端、所述开关控制电路的第一信号输入端和所述开关电路的输入端互连，所述电压采样电路的输出端与所述开关控制电路的第二信号输入端连接，所述开关控制电路的第三信号输入端与所述低压带隙基准电路的输出端连接，所述开关控制电路的控制端与所述开关电路的受控端连接，所述恒压输出电路的输出端、所述开关电路的输出端及所述电源输出端口互连；

所述电压采样电路，用于采样所述电源输入端口的输入电压，并输出电压采样信号至所述开关控制电路；

所述低压带隙基准电路，用于输出参考电压至所述开关控制电路；

所述开关控制电路，用于在所述电源输入端口的输入电压小于参考电压时控制所述开关电路导通，以输出所述电源输入端口的输入电压至所述电源输出端口，以及在所述电源输入端口的输入电压大于参考电压时控制所述开关电路关断；

所述恒压输出电路，用于在所述开关电路关断时输出预设电压至所述电源输出端口。

在一个实施例中，所述恒压输出电路包括第一电阻、第一电子开关管和第一钳位电路；

所述第一电阻的第一端、所述第一电子开关管的输入端与所述电源输入端口连接，所述第一电阻的第二端、所述第一钳位电路的第一端及所述第一电子开关管的受控端互连，所述第一钳位电路的第二端接地，所述第一电子开关管的输出端与所述电源输出端口互连。

在一个实施例中，所述开关控制电路包括用于进行电压比较的电压比较电路和进行电平转换的电平转换电路，所述电压比较电路的输入端分别与所述电压采样电路的信号输出端和所述低压带隙基准电路的输出端连接，所述电压比较电路的输出端与所述电平转换电路的信号输入端连接，所述电平转换电路的信号输出端与所述开关电路的受控端连接。

在一个实施例中，所述电压比较电路包括比较器，所述比较器的正相输入端与所述低压带隙基准电路的输出端连接，所述比较器的反相输入端与所述电压采样电路的信号输出端连接，所述比较器的输出端与所述电平转换电路的信号输入端连接。

在一个实施例中，所述电平转换电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二钳位电路、第三钳位电路、第一反相器、第二反相器、第二电子开关管、第三电子开关管、第四电子开关管和第五电子开关管；

所述第二钳位电路的第一端、所述第三电阻的第一端、所述第三电子开关管的输入端及所述第三钳位电路的第一端互连，所述第二钳位电路的第二端、所述第二电阻的第一端及所述第二电子开关管的受控端连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第三电阻的第二端、所述第三电子开关管的受控端及所述第二电子开关管的输入端互连，所述第二电子开关管的输出端与所述第四电子开关管的输入端连接，所述第一反相器的输入端与所述电压比较电路的输出端连接，所述第一反相器的输出端、所述第四电子开关管的受控端及所述第二反相器的输入端互连，所述第四电子开关管的输出端接地，所述第二反相器的输出端与所述第五电子开关管的受控端连接，所述第三电子开关管的输出端、所述第四电阻的第一端、所述第三钳位电路的第二端及所述开关电路的受控端互连，所述第四电阻的第二端与所述第五电子开关管的输入端连接，所述第五电子开关管的输出端接地。

在一个实施例中，所述第一钳位电路、所述第二钳位电路和所述第三钳位电路均包括一钳位二极管，每一所述钳位二极管的负极为每一钳位电路的第一端，每一所述钳位二极管的正极为每一钳位电路的第二端。

在一个实施例中，所述第一钳位电路、所述第二钳位电路和所述第三钳位电路均包括第六电子开关管、第七电子开关管和第八电子开关管；

所述第六电子开关管的输入端为每一钳位电路的第一端，所述第六电子开关管的受控端、所述第六电子开关管的输出端、所述第七电子开关管的输入端及所述第七电子开关管的受控端互连，所述第七电子开关管的输出端、所述第八电子开关管的受控端及所述第八电子开关管的输入端互连，所述第八电子开关管的输出端接地。

在一个实施例中，所述开关电路包括第九电子开关管，所述第九电子开关管的输入端与所述电源输入端口连接，所述第九电子开关管的输出端与所述电源输出端口连接，所述第九电子开关管的受控端与所述开关控制电路的控制端连接。

在一个实施例中，所述电压采样电路包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的第一端与所述电源输入端口连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第二端连接且连接节点为所述电压采样电路的信号输出端，所述第六电阻的第二端接地。

本实用新型实施例的第二方面提了一种电源集成电路，包括如上所述的低压电源产生电路，所述低压电源产生电路集成设置。

本实用新型通过设置电源输入端口、电源输出端口、恒压输出电路、电压采样电路、低压带隙基准电路、开关控制电路和开关电路组成低压电源产生电路，在输入电压较小时，开关控制电路控制开关电路导通，电源输入端口与电源输出端口直接连接，以使电源输出的电压等于输入电压，不存在阻性元件消耗电能，降低功耗，在输入电压较大时则由恒压输出电路输出一预设电压至电源输出端口，实现宽范围电压输出，提高带载能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的低压电源产生电路的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的低压电源产生电路的波形示意图；

图3为本实用新型实施例提供的低压电源产生电路的第二种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的低压电源产生电路的第三种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的钳位电路的第一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的钳位电路的第二种结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例的第一方面提了一种低压电源产生电路。

如图1所示，低压电源产生电路包括电源输入端口vin、电源输出端口vout、恒压输出电路10、电压采样电路20、低压带隙基准电路30、开关控制电路40和开关电路50；

电源输入端口vin、电压采样电路20的输入端、恒压输出电路10的输入端、开关控制电路40的第一信号输入端和开关电路50的输入端互连，电压采样电路20的输出端与开关控制电路40的第二信号输入端连接，开关控制电路40的第三信号输入端与低压带隙基准电路30的输出端连接，开关控制电路40的控制端与开关电路50的受控端连接，恒压输出电路10的输出端、开关电路50的输出端及电源输出端口vout互连；

电压采样电路20，用于采样电源输入端口vin的输入电压，并输出电压采样信号至开关控制电路40；

低压带隙基准电路30，用于输出参考电压至开关控制电路40；

开关控制电路40，用于在电源输入端口vin的输入电压小于参考电压时控制开关电路50导通，以输出电源输入端口vin的输入电压至电源输出端口vout，以及在电源输入端口vin的输入电压大于参考电压时控制开关电路50关断；

恒压输出电路10，用于在开关电路50关断时输出预设电压至电源输出端口vout。

本实施例中，电压采样电路20将输入电压进行采样并输出对应比例大小的电压采样信号至开关控制电路40，电压采样电路20可采用电压互感器或者电阻分压电路，可根据需求进行选择，为了降低设计成本，在一个实施例中，电压采样电路20包括第五电阻r5和第六电阻r6，第五电阻r5的第一端与电源输入端口vin连接，第五电阻r5的第二端与第六电阻r6的第二端连接且连接节点为电压采样电路20的信号输出端，第六电阻r6的第二端接地。

同时低压带隙基准电路30提供参考电压，低压带隙基准电路30可提供一标准的参考电压，例如1.2v，第五电阻r5和第六电阻r6的阻值大小可根据低压带隙基准电路30的参考电压对应选择，开关控制电路40根据电压采样信号的大小和参考电压的大小控制开关电路50的导通或者关断，进而决定低压电源产生电路的输出电压大小，低压电源产生电路具体工作过程如下：

当电源输入端口vin上电且输入电压小于参考电压时，开关控制电路40输出第一电平信号至开关电路50，开关电路50导通，电源输入端口vin和电源输出端口vout连通，输出电压等于输入电压，实现低电压输出和低电压带载工作，当电源输入端口vin电压上升且大于参考电压时，开关控制电路40输出第二电平信号至开关电路50，开关电路50关断，此时恒压输出电路10输出预设电压至电源输出端口vout，电源输出端口vout电压从输入电压跳变至预设电压，跳变临界值电压：

vl＝(r5+r6)*vref/r6；

其中，r5和r6为电压采样电路20中的分压电阻，vref为低压带隙基准电路30输出的参考电压，r5和r6如图2所示，当输入电压在0v～vl时，输出电压等于输入电压，当输入电压达到vl时，开关电路50关断，输出电压跳变至预设电压v1，从而实现输入电压宽范围输入和电压钳位输出，保证输出电压在0～vl变化，同时，在低电压时，电源输入端口vin和电源输出端口vout直接连接，中间不存在其他阻性元件消耗电能，降低功耗。

恒压输出电路10可采用稳压电路，或者由钳位电路组成，如图3所示，在一个实施例中，恒压输出电路10包括第一电阻r1、第一电子开关管q1和第一钳位电路11；

第一电阻r1的第一端、第一电子开关管q1的输入端与电源输入端口vin连接，第一电阻r1的第二端、第一钳位电路11的第一端及第一电子开关管q1的受控端互连，第一钳位电路11的第二端接地，第一电子开关管q1的输出端与电源输出端口vout互连。

其中，第一钳位电路11将第一电子开关管q1的受控端的电压钳位至预设钳位电压，例如6v，第一电子开关管q1的输出电压即恒压输出电路10输出的预设电压等于预设钳位电压与第一电子开关管q1的阈值开启电压的差值，在开关电路50导通时，电源输出端口vout的输出电压等于输入电压，在开关电路50关断时，电源输出端口vout的输出电压等于预设钳位电压与第一电子开关管q1的阈值开启电压的差值，第一电子开关管q1可为三极管或者mos管，在一个实施例中，第一电子开关管q1为pmos管。

开关控制电路40用于根据参考电压和输入电压的大小进行对应电平信号的输出，可为开关控制芯片或者由元器件组成的开关控制电路40，可根据实际需求进行选择，在此不做具体限制。

同时，开关电路50根据开关控制电路40输出的电平信号进行对应导通或者关断，开关电路50可为受控型的开关器件或者复合电路，例如开关管、继电器等，具体结构可根据设计需求进行选择。

本实用新型通过设置电源输入端口vin、电源输出端口vout、恒压输出电路10、电压采样电路20、低压带隙基准电路30、开关控制电路40和开关电路50组成低压电源产生电路，在输入电压较小时，开关控制电路40控制开关电路50导通，电源输入端口vin与电源输出端口vout直接连接，以使电源输出的电压等于输入电压，不存在阻性元件消耗电能，降低功耗，在输入电压较大时则由恒压输出电路10输出一预设电压至电源输出端口vout，实现宽范围电压输出，提高带载能力。

如图2所示，在一个实施例中，开关控制电路40包括用于进行电压比较的电压比较电路41和进行电平转换的电平转换电路42，电压比较电路41的输入端分别与电压采样电路20的信号输出端和低压带隙基准电路30的输出端连接，电压比较电路41的输出端与电平转换电路42的信号输入端连接，电平转换电路42的信号输出端与开关电路50的受控端连接。

本实施例中，电压比较电路41对反馈输入电压大小的电压采样信号和参考电压进行比较，当采集到的输入电压小于参考电压时电压比较电路41输出第二电平信号，当采集到的输入电压大于参考电压时电压比较电路41输出第一电平信号，电平信号经电平转换电路42转换后分别对应输出第一电平信号和第二电平信号至开关电路50，以对开关电路50进行导通或者关断控制，如图4所示，在一个实施例中，电压比较电路41包括比较器u1，比较器u1的正相输入端与低压带隙基准电路30的输出端连接，比较器u1的反相输入端与电压采样电路20的信号输出端连接，比较器u1的输出端与电平转换电路42的信号输入端连接，即在输入电压初始上电小于参考电压时，比较器u1输出高电平，经过电平转换电路42输出低电平至开关电路50，以控制开关电路50导通，当输入电压逐渐增大大于参考电压时，比较器u1输出低电平，经过电平转换电路42输出高电平至开关电路50，开关电路50关断，电平转换电路42具备电平翻转作用以及信号隔离作用，在一个实施例中，电平转换电路42包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第二钳位电路42a、第三钳位电路42b、第一反相器u2、第二反相器u3、第二电子开关管q2、第三电子开关管q3、第四电子开关管q4和第五电子开关管q5；

第二钳位电路42a的第一端、第三电阻r3的第一端、第三电子开关管q3的输入端及第三钳位电路42b的第一端互连，第二钳位电路42a的第二端、第二电阻r2的第一端及第二电子开关管q2的受控端连接，第二电阻的第二端接地，第三电阻r3的第二端、第三电子开关管q3的受控端及第二电子开关管q2的输入端互连，第二电子开关管q2的输出端与第四电子开关管q4的输入端连接，第一反相器u2的输入端与电压比较电路41的输出端连接，第一反相器u2的输出端、第四电子开关管q4的受控端及第二反相器u3的输入端互连，第四电子开关管q4的输出端接地，第二反相器u3的输出端与第五电子开关管q5的受控端连接，第三电子开关管q3的输出端、第四电阻r4的第一端、第三钳位电路42b的第二端及开关电路50的受控端互连，第四电阻r4的第二端与第五电子开关管q5的输入端连接，第五电子开关管q5的输出端接地。

电平转换电路42工作原理为：

当vin电源上电时，由于vin的电阻分压电平小于低压带隙基准电路30的参考电压，第一反相器u2输出低电平，第二反相器u3输出高电平，使得第三电子开关管q3的受控端为高电平，开关电路50的受控端的电位为比输入电压电位至多小预设钳位电压的一个电平，第三电子开关管q3关断，开关电路50导通，从而使得输出电压与输入电压相等，当输入电压电位逐步升高，达到输入电压的电阻分压电平大于低压带隙基准电路30的参考电压，第一反相器u2输出高电平，第二反相器u3输出低电平，使得第三电子开关管q3的受控端为低电平，开关电路50的受控端电位与vin电位相等，第三电子开关管q3导通，开关电路50关断，由于第一电子开关管q1的存在，输出电压等于第一电子开关管q1的受控端电压减去第一电子开关管q1的阈值开启电压，第一电子开关管q1工作或开关电路50工作的切换值，由输入电压的分压电阻r5、r6和低压带隙基准电路30的参考电压决定。

其中，如图5所示，在一个实施例中，第一钳位电路11、第二钳位电路42a和第三钳位电路42b均包括一钳位二极管，每一钳位二极管的负极为每一钳位电路的第一端，每一钳位二极管的正极为每一钳位电路的第二端。

在另一个实施例中，第一钳位电路11、第二钳位电路42a和第三钳位电路42b均包括第六电子开关管q6、第七电子开关管q7和第八电子开关管q8；

第六电子开关管q6的输入端为每一钳位电路的第一端，第六电子开关管q6的受控端、第六电子开关管q6的输出端、第七电子开关管q7的输入端及第七电子开关管q7的受控端互连，第七电子开关管q7的输出端、第八电子开关管q8的受控端及第八电子开关管q8的输入端互连，第八电子开关管q8的输出端接地。

如图4所示，在一个实施例中，开关电路50包括第九电子开关管q9，第九电子开关管q9的输入端与电源输入端口vin连接，第九电子开关管q9的输出端与电源输出端口vout连接，第九电子开关管q9的受控端与开关控制电路40的控制端连接。

在一个实施例中，第一电子开关管q1、第四电子开关管q4、第五电子开关管q5、第七电子开关管q7和第八电子开关管q8为nmos管，第二电子开关管q2、第三电子开关管q3、第六电子开关管q6和第九电子开关管q9为pmos管。

本实用新型还提出一种电源集成电路，该电源集成电路包括低压电源产生电路，该低压电源产生电路的具体结构参照上述实施例，由于电源集成电路采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，低压电源产生电路集成设置。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。