摘 要:基于BiCMOS工艺下研制一种单片式多功能集成电路汽车电子电压调节器。采用具有温度补偿特性的基准电压源代替稳压二极管来提供交流发电机输出取样电压。调节器设计成单片CMOS集成方式,减小了调节器的体积,使其可以和交流发电机制作在一起,提升了调节器的稳定性,提高了整车供电质量,有效延长了汽车电子设备的使用寿命。Spice仿真结果表明,该芯片完全达到所要求的技术指标。
关键词: BiCMOS工艺; 电压调节; 温度补偿; 基准电压源
中图分类号:TM714 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)09-0164-03
Single-chip Automotive CMOS Regulator
WANG Ji-shi, NING Jiang-hua, DING Zhao
(College of Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)
Abstract: Single-chip multi-function automotive IC voltage regulator is designedbased on BiCMOS technology. It uses a temperature compensated reference voltage regulator to replace the alternator output diodes to provide the sample voltage. The regulator is designed into single-chip CMOS integrated approach, which reduces the volume so that it can be produced together with alternators, enhances stability of the regulator and improves quality of the vehicle power supply, effectively extends the life of automotive electronics. Spice simulation results show that the chip fully meet the required specification.
Key words: BiCMOS technology; voltage regulation; temperature compensation; reference voltage source
0 引 言
在当前汽车电子化程度已成为国际上衡量汽车先进水平的重要标准的前提下,各国都竞
相发展这一行业,不断应用高新技术,提高汽车电气化性能,以求获得更大的市场。正是在这样的环境下刺激和推动了汽车电子这一行业不断向前发展[1]。
众所周知,稳定性差和寿命短是目前汽车电压调节器的通病,调节器的不稳定会导致发电机输出电压的不稳定,从而使整车用电设备的电源电压存在很大的波动,这对整车电路的正常工作是不利的汽车电子调节器,同时也会降低用电设备的寿命。调节器的寿命短不仅会带来经济负担,对发电机输出电压的稳定也是不利的。
将电压调节器设计成单片CMOS集成电路,从而减小了调节器的体积,使其可以和交流发电机制作在一起。这样既提升了调节器的稳定性,提高了整车供电质量,有效延长了汽车电子设备的使用寿命,又适应了当前汽车交流发电机体积小而输出功率大的发展趋势。同时该设计还适应了当前调节器“高性能、多功能、大功率、长寿命”的追求目标。
1 电路原理与结构
汽车电子调节器的原理框图如图1所示。
图1 调节器工作原理框图
当汽车启动加入输入电压后,基准电压源产生基准电压提供给内部电路使用;误差放大器接收输出电压信号;过流保护电路取样功率管的输出电流;热保护电路检查电路的温度;误差放大、过流安全区保护和过热保护电路共同送入功率管,当其中只要有一种异常现象出现,调整管将关断,起到调整电压和保护作用。
2 电路设计
2.1 前端基准源
该设计的芯片电路中的前端基准电压源是为了提供一个对电源电压和温度而言都很稳定的基准电压给后续的差分比较电路,再由差分比较电路将其与取样自发电机输出的电压进行比较来控制发电机的输出,其电路如图2所示。图2中M1,M2,M5组成镜像电流源,使流过三管的电流相等,均为I;M3,M4组成电压钳制电路,使A,B两点的电压保持一致。镜像电流源和电压钳制电路一起组成一个PTAT源[2-3],用它的正温度系数去补偿P-N结的负温度系数,从而得到基本上不随温度变化的基准电压。
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