鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年11月08日
基于UCC3895與PIC單片機的智能充電器
l與溫度無關的基準
與溫度無關的電壓或電流基準在許多模擬電路中是必不可少的。如何產生一個對溫度變化保持恒定的量?假設有正溫度系數的電壓V1和負溫度系數的電壓V2，這兩個量以適當的權重相加，那么結果就會顯示出零溫度系數。選取a和b使得aV1/T+bv2/T=0，可以得到具有零溫度系數的電壓基準，VREF=aV1+bV2。
上述假設提供了一個可行的方法實現與溫度無關的電壓基準，就是分別找到正溫度系數的電壓和負溫度系數的電壓。
1.1負溫度系數電壓
雙極晶體管的基極一發射極電壓VBE或者pn結二極管的正向電壓，具有負溫度系數。根據已推導的VBE溫度系數表達式[1]:
式(1)給出了在給定溫度T下VBE的溫度系數，大小與VBE本身有關。其中VT為熱電壓，Eg為Si的帶隙能量，m為遷移率的溫度指數。根據經驗值，當VBE△750mV，T=300K時，VBE/T△-1.5mV/℃。當然這些參數必須以實際所用的工藝庫為標準。1.2正溫度系數電壓
如果兩個雙極晶體管工作在不相等的電流密度下，那么他們的基極一發射極電壓的差值就與絕對溫度成正比[1]。
假設兩個相同的晶體管(Is1=Is2)，基極和集電極分別短接，發射極接地，偏置的集電極電流分別為Ic1=nI0和Ic2=I0，其中n是晶體管Q2和Q1，的發射極面積比，忽略他們的基極電流，那么：
△VBE表現出正溫度系數：
1.3帶隙基準
利用上述的負溫度系數電壓和正溫度系數電壓，可以設計出一個理想的零溫度系數基準。2常規電路
圖1所示為常規帶隙基準電壓電路。
3改進電路
由于常規電路的溫度系數還不夠理想，而且VREF不可調節，因此改進常規電路。圖2是文獻[2]提到的改進電路。
4曲率補償的帶隙基準電壓電路
在實際情況下，VBF并不是像我們前面分析電路工作時所認為的是與溫度成線性變化的關系。根據文獻[3]提到的經驗公式：
其中η是取決于雙極性結構的參數，約為4，而a，當雙極型晶體管電流與絕對溫度成比例變化時，a為1，當電流與溫度無關時，a為0。
前面兩種電路分析過程都沒有考慮VBE的非線性項引入的誤差，為了得到更好的溫度系數，必須對非線性項進行補償。基本的補償方法是校正非線性項，減去含有恒定電流的結產生的VBE和含有與絕對溫度成比例變化電流的結產生的VBE。從圖2我們看到IQ1與絕對溫度成比例變化，IM2與溫度無關。因此，如果將IM2鏡像并注入到一個與雙極型晶體管相連接的二極管，可以產生帶恒定電流的VBE[2]。完整曲率補償的帶隙基準電路如圖3所示。R6和R7分別從M1和M2獲得額外的電流，該電流與上述兩種不同電流成比例。適當調整R6和R7的阻值可以實現預期的曲率補償。
圖3電路僅用兩個電阻的補償方法，比文獻[4]采用的方法要有效得多，而且比文獻[5，6]采用的方法要簡單得多，因為文獻[5]采用運放，而文獻[6]采用開關電容結構。
通過標識3種帶隙基準電壓電路各個支路的電流，計算3種電路在2.5V下的功耗，分別為0.72lmW，O.799mW和0.859mW。
5運放設計
運放里面包含一個25μA的參考電流源，在文獻[1]所提到的結構，由于電阻的溫度系數比較大，在-25～125℃的溫度掃描中，在大于某一溫度以后運放會不再工作，原因是電阻上電壓的變化，使得該參考電流源中的MOS管不再工作在飽和區，為了解決這個問題，用一個pMOS管M44代替原來的電阻，使得各個管子在-25～125℃的溫度范圍里都工作在飽和區。該參考電流源具有自啟動和自關閉的功能，體現在NMOS管M50上，對其進行0～3V供電電壓進行變量掃描，從流過M50的電流可以看到M50在供電電壓上升到O.25V的時候會自動開啟，有12.81pA的微小電流流過，在2.17V會自動關閉。當電路開始工作，電壓瞬間從0變化到2.5V，M50會有一個開啟和關斷的過程，從后面所用1.2V工作電壓來看，發現M50在這個電壓下一直處于開啟狀態，但是仔細計算功耗，會發現即使M50一直處于開啟狀態，他對整個電路的影響也是微乎其乎，因為增加M50的前提是保證電流源能夠開啟。
通過對3種帶隙基準電路進行仿真，標識電路所有節點的電壓，可以看到運放正常工作，而且在-25～125℃溫度掃描中，兩個輸入端Vin+和Vin-的節點電壓相等，實現運放理想狀態的虛短。
6工作在1.2V的帶隙基準電壓電路
在仿真和分析運放時，運放中的參考電流源在0.25V電壓下就會開啟，通過對圖3電路工作電壓從O～3V進行掃描，我們發現工作電壓大于1V以后圖6電路就可以正常工作，為保證電路穩定工作，工作電壓可以取1.2V。
7結語
