一种零温度系数电流产生电路的制作方法

1.本发明涉及电源管理领域，尤其涉及一种零温度系数电流产生电路。


背景技术：

2.在电源管理电路中(如各种类型的dc/dc转换器中)，通常需要一种零温度系数电流产生电路得到零温度系数电流。
3.传统获取零温度系数电流的做法是通过缓冲器电路实现，该缓冲器电路的原理是：通过放大器作为缓冲器将通过电流转为零温度系数电流，但这种做法消耗的管子数量较多，使得整个电路功耗较大，且缓冲器电路产生的电流受电阻的温度特性影响。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种零温度系数电流产生电路，以解决传统零温度系数电流获取电路使用管子数量较多，电路功耗较大，且产生的电流受电阻的温度特性影响的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：
6.本发明实施例提供了一种零温度系数电流产生电路，该电路由四个pmos管、两个三极管、三个电阻组成；该零温度系数电流产生电路包括：第一电路，由第一三极管q1、第一电阻r1、第二电阻r2组成，用于产生第一正温电流i1；第二电路，由第二三极管q2，第三电阻r3组成，用于产生第二正温电流i2；第三电路，由第一pmos管m1、第二pmos管m2、第三pmos管m3、第四pmos管m4组成，用于将第一正温电流i1和第二正温电流i2组合成零温度系数电流i。其中，第一电路、第二电路和第三电路两两连接，第三电阻r3采用正温电阻和负温电阻的组合得到，可消除零温度系数电流i受第三电阻r3对温度系数的影响。
7.可选的，在第一电路中：第一三极管q1的基极与固定参考电压v相连；第一三极管q1的集电极依次与第二pmos管m2的漏极、第三pmos管m3的漏极相连，并连接到第三pmos管m3的栅极、第四pmos管m4的栅极；第一三极管q1的发射极与第一电阻r1的一端相连，第一电阻r1的另一端与第二电阻r2相连，第二电阻r2的另一端接地。
8.可选的，在第二电路中：第二三极管q2的基极与第一电阻r1、第二电阻r2的连接处相连，第二三极管q2的集电极与第一pmos管m1的漏极相连并连接至第二pmos管m2的栅极，第二三极管q2的发射极与第三电阻r3相连；第三电阻r3一端与第二三极管q2的发射极相连，另一端接地。
9.可选的，在第三电路中：第一pmos管m1的栅极与第二pmos管m2的栅极相连并连接到第一pmos管m1的漏极，第一pmos管m1的漏极与第二三极管q2的集电极相连并连接到第一pmos管m1的栅极，第一pmos管m1的源极与电源端vdd相连；第二pmos管m2的栅极与第一pmos管m1的栅极相连并连接到第一pmos管m1的漏极，第二pmos管m2的漏极与第一三极管q1的集电极相连并连接到第三pmos管m3的漏极、第三pmos管m3的栅极、第四pmos管m4的栅极，第二pmos管m2的源极与电源端vdd相连；第三pmos管m3的栅极与第四pmos管m4的栅极相连并连接到第二pmos管m2的漏极、第一三极管q1的集电极、第三pmos管m3的漏极，第三pmos管m3的
漏极与第三pmos管m3的栅极相连并连接到第二pmos管m2的漏极、第一三极管q1的集电极、第四pmos管m4的栅极，第三pmos管m3的源极与电源端vdd相连；第四pmos管m4的栅极与第三pmos管m3的栅极相连并连接到第二pmos管m2的漏极、第一三极管q1的集电极、第三pmos管m3的漏极，第四pmos管m4的源极与电源端vdd相连，第四pmos管m4的漏极为输出。
10.可选的，第一电阻r1的阻值r1、第二电阻r2的阻值r2和第三电阻r3的阻值r3，存在如下关系：
11.r1+2r2＝r312.可选的，根据零温度系数电流产生电路，得到零温度系数电流i的计算公式如下：
[0013][0014]
其中，i1为第一电路产生的第一正温电流，i2为第二电路产生的第二正温电流，v为固定参考电压，r3为第三电阻r3的阻值。
[0015]
可选的，第三电阻r3的确定方式如下：
[0016]
r3＝r
p
+rn[0017]rp
＝r
p0
+a(t)
[0018]rn
＝r
n0
+b(t)
[0019]
其中，r
p
为正温度系数的电阻，rn为负温度系数的电阻，r
p0
为正温度系数电阻的固定阻值，r
n0
为负温度系数电阻的固定阻值；a(t)＞0且为与温度t成正比的函数，b(t)＜0且为与温度t成反比的函数，令a(t)+b(t)＝0，得到的第三电阻r3的阻值为零温度系数电阻的阻值。
[0020]
本发明的有益效果：
[0021]
一方面，传统的使用放大器作为缓冲器获取零温度系数电流的方法，往往需要使用至少9个以上的mos管才能实现。本技术提供的电路仅使用4个mos管和2个三极管就可以得到零温度系数电流，减少了电路使用管子的数量，从而降低了整个电路的功耗。
[0022]
另一方面，本技术通过第一正温电流i1和第二正温电流i2组合成零温度系数电流i，并将第三电阻r3采用正温电阻和负温电阻的组合，从而消除零温度系数电流获取时，电流受电阻对温度系数的影响。
[0023]
综合上述两方面，本技术的电路不仅通过减少管子的使用得到了零温度系数电流，还由于管子的减少使得整个电路的功耗降低，以及采用正温电阻和负温电阻的组合消除零温度系数电流受电阻对温度系数的影响。
附图说明
[0024]
图1为一种零温度系数电流产生电路示意图。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如a/b表示a或者b。
[0027]
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一三极管和第二三极管等是用于区别不同的三极管，而不是用于描述阈值的特定顺序。
[0028]
在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0029]
本发明实施例提供的一种零温度系数电流产生电路，适用于以下场景中：
[0030]
场景1：电源管理电路中各种类型的dc/dc转换器中。
[0031]
场景2：需要零温度系数电流的过流保护电路、零电流保护电路等保护电路中。
[0032]
场景3：降低芯片热效应的场景中。
[0033]
如图1所示，本发明实施例提供一种零温度系数电流产生电路，该电路由四个pmos管、两个三极管、三个电阻组成；该零温度系数电流产生电路包括：第一电路，由第一三极管q1、第一电阻r1、第二电阻r2组成，用于产生第一正温电流i1；第二电路，由第二三极管q2，第三电阻r3组成，用于产生第二正温电流i2；第三电路，由第一pmos管m1、第二pmos管m2、第三pmos管m3、第四pmos管m4组成，用于将第一正温电流i1和第二正温电流i2组合成零温度系数电流i。
[0034]
其中，第一电路、第二电路和第三电路两两连接，第三电阻r3采用正温电阻和负温电阻的组合得到，可消除零温度系数电流i受第三电阻r3对温度系数的影响。
[0035]
可选的，如图1所示，在第一电路中：第一三极管q1的基极与固定参考电压v相连；第一三极管q1的集电极依次与第二pmos管m2的漏极、第三pmos管m3的漏极相连，并连接到第三pmos管m3的栅极、第四pmos管m4的栅极；第一三极管q1的发射极与第一电阻r1的一端相连，第一电阻r1的另一端与第二电阻r2相连，第二电阻r2的另一端接地。
[0036]
其中，第一电路，用于产生第一正温电流i1，具体计算公式，参见下述实施例中的公式(1)。
[0037]
可选的，如图1所示，在第二电路中：第二三极管q2的基极与第一电阻r1、第二电阻r2的连接处相连，第二三极管q2的集电极与第一pmos管m1的漏极相连并连接至第二pmos管m2的栅极，第二三极管q2的发射极与第三电阻r3相连；第三电阻r3一端与第二三极管q2的发射极相连，另一端接地。
[0038]
其中第二电路，用于产生第二正温电流i2，具体计算公式，参见下述实施例中的公式(3)。
[0039]
可选的，如图1所示，在第三电路中：第一pmos管m1的栅极与第二pmos管m2的栅极相连并连接到第一pmos管m1的漏极，第一pmos管m1的漏极与第二三极管q2的集电极相连并连接到第一pmos管m1的栅极，第一pmos管m1的源极与电源端vdd相连；第二pmos管m2的栅极与第一pmos管m1的栅极相连并连接到第一pmos管m1的漏极，第二pmos管m2的漏极与第一三极管q1的集电极相连并连接到第三pmos管m3的漏极、第三pmos管m3的栅极、第四pmos管m4
的栅极，第二pmos管m2的源极与电源端vdd相连；第三pmos管m3的栅极与第四pmos管m4的栅极相连并连接到第二pmos管m2的漏极、第一三极管q1的集电极、第三pmos管m3的漏极，第三pmos管m3的漏极与第三pmos管m3的栅极相连并连接到第二pmos管m2的漏极、第一三极管q1的集电极、第四pmos管m4的栅极，第三pmos管m3的源极与电源端vdd相连；第四pmos管m4的栅极与第三pmos管m3的栅极相连并连接到第二pmos管m2的漏极、第一三极管q1的集电极、第三pmos管m3的漏极，第四pmos管m4的源极与电源端vdd相连，第四pmos管m4的漏极为输出。
[0040]
其中，第一正温电流i1和第二正温电流i2组合成零温度系数电流i，具体计算公式参见下述实施例中的公式(5)。
[0041]
可选的，如图1所示，电源电压为vdd，输入固定参考电压为v，根据第一电路，得到第一正温电流i1的计算公式为：
[0042][0043]
其中，v为固定参考电压，v
beq1
为第一三极管q1的发射极基极电压，r1、r2分别为第一电阻r1的阻值、第二电阻r2的阻值。
[0044]
可选的，如图1所示，第一电路和第二电路连接处x点的电压v
x
计算公式为：
[0045][0046]
可选的，如图1所示，根据第二电路，令v
be
＝v
beq1
＝v
beq2
，故将公式(2)带入简化得到上述公式(3)，得到第二正温电流的计算公式如下：
[0047][0048]
其中，v
beq2
为第二三极管q2的发射极基极电压。
[0049]
可选的，如图1所示，根据第三电路得到组合电流i与第一正温电流i1、第二正温电流i2存在如下关系：
[0050]
i＝i
1-i
2 (4)
[0051]
将公式(1)和公式(3)带入公式(4)得到：
[0052][0053]
由于组合电流i为零温度系数电流，因此，令(r1+2r
2-r3)＝0，从而消除v
be
的影响，进而得到第一电阻r1的阻值、第二电阻r2的阻值和第三电阻r3的阻值，存在如下关系：
[0054]
r1+2r2＝r
3 (6)
[0055]
将上述公式(6)带入公式(5)简化得到：
[0056][0057]
由于固定参考电压为v常数，从上述公式(7)可以看出，零温度系数电流i只与第三电阻r3的阻值相关，故本技术对第三电阻r3采用正温电阻和负温电阻的组合设计，以消除零温度系数电流i受第三电阻r3对温度系数的影响。
[0058]
具体的，第三电阻r3的确定方式如下：
[0059]
r3＝r
p
+r
n (8)
[0060]rp
＝r
p0
+a(t) (9)
[0061]rn
＝r
n0
+b(t) (10)
[0062]
其中，r
p
为正温度系数的电阻，rn为负温度系数的电阻，r
p0
为正温度系数电阻的固定阻值，r
n0
为负温度系数电阻的固定阻值；a(t)＞0且为与温度t成正比的函数，b(t)＜0且为与温度t成反比的函数。
[0063]
将公式(9)和公式(10)带入公式(8)可以得到第三电阻r3由固定阻值(r
p0
+r
n0
)与受温度影响阻值a(t)+b(t)的两部分构成，为了消除电流i受第三电阻r3对温度系数的影响，令a(t)+b(t)＝0，使得第三电阻r3的阻值不再受温度变化的影响，即根据公式(7)得到零温度系数电流i。
[0064]
可以理解的是，本技术根据三极管的负温特性，设计的一种零温度系数电流产生电路，在无需放大器作为缓冲器的情况下，产生两个正温电流相减得到零温度系数电流，并节省mos管数量。由于本技术的电路面积小，设计成本低，无需额外偏置电流，可以用于需要零温度系数电流的任何电路，例如过流保护电路、零电流保护电路等。
[0065]
本技术实施例提供的零温度系数电流产生电路，仅由四个pmos管、两个三极管、三个电阻组成；并根据三极管的负温特性，分别使用两个三极管设计第一电路和第二电路得到第一正温电流i1和第二正温电流i2，再使用四个pmos管设计第三电路，将两个正温电流组合成零温度系数电流i。此外，为了消除零温度系数电流i受第三电阻r3对温度系数的影响，采用正温电阻和负温电阻的组合得到第三电阻r3。通过上述设计，一方面，传统的使用放大器作为缓冲器获取零温度系数电流的方法需要使用至少9个以上的mos管才能实现，本技术提供的电路仅使用4个mos管和2个三极管就可以得到零温度系数电流，减少了电路使用管子的数量，从而降低了整个电路的功耗。另一方面，本技术通过第一正温电流i1和第二正温电流i2组合成零温度系数电流i，并将第三电阻r3采用正温电阻和负温电阻的组合，从而消除零温度系数电流获取时，电流受电阻对温度系数的影响。
[0066]
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种零温度系数电流产生电路，其特征在于，所述电路由四个pmos管、两个三极管、三个电阻组成；所述零温度系数电流产生电路包括：第一电路，由第一三极管q1、第一电阻r1、第二电阻r2组成，用于产生第一正温电流i1；第二电路，由第二三极管q2、第三电阻r3组成，用于产生第二正温电流i2；第三电路，由第一pmos管m1、第二pmos管m2、第三pmos管m3、第四pmos管m4组成，用于将所述第一正温电流i1和所述第二正温电流i2组合成零温度系数电流i；其中，所述第一电路、所述第二电路和所述第三电路两两连接；所述第三电阻r3采用正温电阻和负温电阻的组合得到，可消除所述零温度系数电流i受所述第三电阻r3对温度系数的影响。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，在所述第一电路中：所述第一三极管q1的基极与固定参考电压v相连；所述第一三极管q1的集电极依次与所述第二pmos管m2的漏极、所述第三pmos管m3的漏极相连，并连接到所述第三pmos管m3的栅极、所述第四pmos管m4的栅极；所述第一三极管q1的发射极与所述第一电阻r1的一端相连，所述第一电阻r1的另一端与所述第二电阻r2相连，所述第二电阻r2的另一端接地。3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，在所述第二电路中：所述第二三极管q2的基极与所述第一电阻r1、所述第二电阻r2的连接处相连，所述第二三极管q2的集电极与所述第一pmos管m1的漏极相连并连接至所述第二pmos管m2的栅极，所述第二三极管q2的发射极与所述第三电阻r3相连；所述第三电阻r3一端与所述第二三极管q2的发射极相连，另一端接地。4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，在所述第三电路中：所述第一pmos管m1的栅极与所述第二pmos管m2的栅极相连并连接到所述第一pmos管m1的漏极，所述第一pmos管m1的漏极与所述第二三极管q2的集电极相连并连接到所述第一pmos管m1的栅极，所述第一pmos管m1的源极与电源端vdd相连；所述第二pmos管m2的栅极与所述第一pmos管m1的栅极相连并连接到所述第一pmos管m1的漏极，所述第二pmos管m2的漏极与所述第一三极管q1的集电极相连并连接到所述第三pmos管m3的漏极、所述第三pmos管m3的栅极、所述第四pmos管m4的栅极，所述第二pmos管m2的源极与所述电源端vdd相连；所述第三pmos管m3的栅极与所述第四pmos管m4的栅极相连并连接到所述第二pmos管m2的漏极、所述第一三极管q1的集电极、所述第三pmos管m3的漏极，所述第三pmos管m3的漏极与所述第三pmos管m3的栅极相连并连接到所述第二pmos管m2的漏极、所述第一三极管q1的集电极、所述第四pmos管m4的栅极，所述第三pmos管m3的源极与所述电源端vdd相连；所述第四pmos管m4的栅极与所述第三pmos管m3的栅极相连并连接到所述第二pmos管m2的漏极、所述第一三极管q1的集电极、所述第三pmos管m3的漏极，所述第四pmos管m4的源极与所述电源端vdd相连，所述第四pmos管m4的漏极为输出。5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻r1的阻值r1、所述第二电阻r2的阻值r2和所述第三电阻r3的阻值r3，存在如下关系：r1+2r2＝r3。6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，根据所述零温度系数电流产生电路，得到
所述零温度系数电流i的计算公式如下：其中，i1为所述第一电路产生的所述第一正温电流，i2为所述第二电路产生的所述第二正温电流，v为固定参考电压，r3为所述第三电阻r3的阻值。7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三电阻r3的确定方式如下：r3＝r
p
+r
n
r
p
＝r
p0
+a(t)r
n
＝r
n0
+b(t)其中，r
p
为正温度系数的电阻，r
n
为负温度系数的电阻，r
p0
为正温度系数电阻的固定阻值，r
n0
为负温度系数电阻的固定阻值；a(t)＞0且为与温度t成正比的函数，b(t)＜0且为与温度t成反比的函数，令a(t)+b(t)＝0，得到的所述第三电阻r3的阻值为零温度系数电阻的阻值。

技术总结
本发明公开了一种零温度系数电流产生电路，以解决传统零温度系数电流产生电路使用管子数量较多，电路功耗较大，且产生的电流受电阻的温度特性影响的问题。该电路由四个PMOS管、两个三极管、三个电阻组成；该电路包括：第一电路，由第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2组成，用于产生第一正温电流I1；第二电路，由第二三极管Q2、第三电阻R3组成，用于产生第二正温电流I2；第三电路，由第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4组成，用于将第一正温电流I1和第二正温电流I2组合成零温度系数电流I。其中，第一电路、第二电路和第三电路两两连接，第三电阻R3采用正温电阻和负温电阻的组合得到，可消除零温度系数电流I受第三电阻R3对温度系数的影响。受第三电阻R3对温度系数的影响。受第三电阻R3对温度系数的影响。


技术研发人员：王婉 张龙 王玉伟 罗红瑞 任钰狄
受保护的技术使用者：西安航天民芯科技有限公司
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/7/12