一种双极欠压锁定保护电路的制作方法

本发明属于集成电路，具体涉及一种双极欠压锁定保护电路。

背景技术：

1、欠压锁定电路是电源管理类和驱动类芯片中不可缺少的一个保护模块。为了确保芯片在电源电压波动情况下依然可以正常工作，需要欠压锁定模块对电源电压进行监控，该模块通过监测芯片电源变化，在电路开始上电时，欠压锁定电路控制后级电路，保证芯片上电后电压较小时电路关断，以保证芯片安全并降低不必要的功耗；电压达到一定值时芯片能进入正常工作状态，若电源电压出现异常，电压低于欠压锁定电路的预设值时，芯片被关断，防止系统崩溃。欠压锁定模块保证电源电压的波动不会对芯片及后级电路的正常工作造成影响，确保电源电压能够正常驱动芯片内部各种数字和模拟电路，提高了整个电源管理驱动芯片的工作可靠性。

2、传统的欠压锁定保护电路结构比较复杂，采用电压比较器电路对电源采样电压和系统基准电压进行比较，当电源采样电压低于系统预设值时欠压锁定电路输出高电平关断芯片系统，防止芯片输出错误逻辑，当电源采样电压高于预设值时欠压锁定电路输出低电平，系统恢复正常工作状态。传统欠压锁定电路通常需要有一个电压基准电路、电阻采样电路、可快速响应的比较器和一个欠压关断电路。具体见图1，图中未画出电压基准电路，vref代表电压基准电路输出电压，电阻r1、r2、r3串联组成电压采样电路，a1模块代表比较器，电源采样电压v1与基准电压vref输入比较器进行电压比较，输出结果控制后级芯片工作或关断，m1和r3控制电路导通与关断时阈值电压。通常为了保证比较器的高速响应，一般需采用较大工作电流，另外电阻采样电路一般会用到多个高阻值电阻，占用芯片面积较大，并在电路正常工作后也会产生较大功耗。采样电阻流过电流、比较器流入电流的比例与欠压锁定阈值电压精度有关，为保证阈值精度一般采样电阻电流设计值在比较器输入电流10倍以上，故传统欠压锁定电路设计时在响应速度、阈值电压精度和功耗电流之间进行折中。综上，传统的双极工艺欠压锁定保护电路结构复杂，同时功耗较大，也占用了很大的芯片面积，增加了制造成本。

技术实现思路

1、本发明提供了一种双极欠压锁定保护电路，不需要电阻采样电路和比较器，具有工艺简单、功耗低、阈值电压精度高、可靠性高的特点。

2、为达到上述目的，本发明所述一种双极欠压锁定保护电路，包括电阻比例电流镜，所述电阻比例电流镜包括lpnp1管、lpnp2管和lpnp3管，所述lpnp1管发射极通过电阻r1与电源vcc连接，所述lpnp2管发射极通过电阻r2与电源vcc连接；所述lpnp2管与lpnp3管共基极，lpnp2管集电极lpnp3管发射极连接，lpnp3集电极通过电阻r3接地；所述lpnp2管集电极与偏置电路以及电流源连接；所述偏置电路和电流源分别与达林顿管的集电极和基极连接，所述达林顿管的发射极与电阻r9第一端连接，所述电阻r9第二端与npn19管的集电极连接，所述npn19管的基极与集电极连接，发射极接地；所述电源vcc与启动电路连接，所述启动电路与npn15管的基极、npn15管的集电极以及npn16管的集电极连接，所述npn15管的发射极与npn16管的基极，所述npn16管的发射极接地。

3、进一步的，电流源包括lpnp7管、lpnp8管和lpnp9管，所述lpnp7管和lpnp8管共基极，所述lpnp7管和lpnp8的集电极分别与lpnp9管的发射极和基极连接，所述lpnp9管的集电极与基极分别与两个放大电路连接。

4、进一步的，lpnp9管的集电极与npn12管的集电极连接，所述npn12管和npn13管共基极，所述npn12管的发射极与电阻r7第一端连接，所述电阻r7第二端和npn13管的发射极接地。

5、进一步的，npn12管和npn13管基极电压vbnpn12-13基极偏置电压由lpnp2管集电极电压v1通过偏置电路提供。

6、进一步的，偏置电路包括npn6管、pnp17管、npn18管、电阻r5、电阻r6和电阻r10，所述npn6管的集电极与其基极以及lpnp2管的集电极以及连接，发射极与npn17管的基极连接，所述npn17管的集电极与电源vcc以及npn18管的集电极连接，所述npn17管的发射极与npn18管的基极连接，所述npn18管的发射极与电阻r5的第一端连接，所述电阻r5的第二端与电阻r6第一端连接，所述电阻r6的第二端与电阻r10第一端连接，所述电阻r10的第二端接地。

7、进一步的，电阻r5接在npn14管be结之间。

8、进一步的，电阻r7第二端和npn13管通过电阻r8接地。

9、进一步的，启动电路包括njfet管、npn5管和电阻r4，所述njfet管的漏极与电源vcc连接，栅极接地，源极与npn5管的基极连接，npn5管的集电极与lpnp1管的集电极连接，npn5管的发射极通过电阻r4接地。

10、进一步的，lpnp1管的集电极与npn4管的集电极连接，所述npn4管的发射极与npn5管的发射极连接，基极通过电阻接地。

11、进一步的，双极欠压锁定保护电路由纯双极工艺形成。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

13、本发明提出的采用双极工艺实现的欠压锁定保护电路，不需要传统欠压锁定电路的电阻采样结构和比较器，简化了线路结构，降低了电路功耗并节约了芯片面积，提高了电源管理芯片的可靠性。节约了制造成本，可广泛应用在各种双极工艺或bicmos工艺电源类管理和驱动类芯片中。

14、本发明的核心一是lpnp2和lpnp3两个lpnp管各电极巧妙连接，lpnp2管和lpnp3管共基极，lpnp2管集电极连接lpnp3发射极；通过后级电路控制lpnp2管工作于放大区或饱和区，来控制lpnp3管开通或关断。lpnp3管开通时，输出out为高，可控制电路各模块工作状态，电路欠压锁定功能开启；lpnp3管关断时，输出out为低，不影响电路各模块工作状态，电路欠压锁定功能关断。

15、本发明的另一个核心是用高精度电流源作为负载，利用带发射极反馈放大结构和简单放大结构跨导不同，在三极管基极电压变化时驱动npn10、npn11组成的达林顿三极管导通或关断。npn12和电阻r7组成带发射极反馈的共射放大结构，npn13为简单共射放大结构，两种放大结构共基极，采用高精度的威尔逊电流镜为负载；利用上述两种放大结构跨导不同，输入电压变化时集电极输出电流变量不同，输出电流差值控制达林顿管npn10-11基极电流，导致达林顿管导通或关断，从而控制lpnp2管工作于放大区或饱和区。共射放大结构和高精度负载决定了关断阈值电压具有较高精度。

16、受电源电压影响基极电压上升时，由于跨导不同npn12管电流增加量小于npn13管电流增加量，负载电流镜提供的电流相同，npn12管一端多余电流流入达林顿管npn10-11基极，npn10-11管导通，lpnp2管退出饱和进入放大区；

17、受电源电压影响基极电压降低时，同样是由于跨导不同，npn12管电流减小量小于npn13管电流减小量，负载电流镜提供的电流相同，即npn12管导通电流大于npn13管，达林顿管npn10-11基极无电流输入，npn10-11关断，lpnp2管从放大区进入饱和区。

18、本发明第三个关键点是达林顿管npn10-11导通与关断状态不同，npn12管和npn13管基极电压(vbnpn12-13)、lpnp2管集电极电压v1与电源电压(vcc)相关性不同，从而形成阈值电压滞回特性。

19、当npn10-11管关断时，v1电压随vcc电压同步升高或降低，vbnpn12-13与v1电压正相关，即vbnpn12-13随v1同步升高或同步降低；

20、当达林顿管npn10-11导通后，vbnpn12-13对v1电压形成负反馈，v1和vbnpn12-13电压达到稳定值，且此时v1电压不受vcc电压变化的影响。

21、电路中通过设置电阻大小控制vcc上升和下降过程欠压锁定阈值vth1和vth2值大小，通过调整电阻r7大小控制两管跨导差值大小，来控制欠压锁定迟滞电压(vth1-vth2)。

22、本发明的启动电路采用等效阻值较大、器件面积较小的njfet管，在减小面积的基础上降低不必要的功耗。电路正常工作后启动电路与内部电路连接管关断，减小启动电路对电路工作状态的影响，而由稳定后vbnpn12-13通过npn4管为电流镜提供偏置电流，进一步稳定电路工作状态。

23、本发明中设有npn14管be结间接电阻r5的过电流保护结构，防止电流过大烧毁器件。