[发明专利]高压带隙基准电压源及其产生方法、高压固定电源及其应用

说明书

本公开提供了一种高压带隙基准电压源，包括：带隙基准核模块，包括零温度系数电流产生模块，其用于在所述高压带隙基准电压源稳定工作时，产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流，该两路电流以一定比例关系叠加后，以使带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流；高压输出模块，用于根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。本公开还提供了一种高压带隙基准电压源产生方法、高压固定电源及其应用。

技术领域

本公开涉及高压带隙基准电压源技术领域，具体涉及一种高压带隙基准电压源及其产生方法、高压固定电源及其应用。

背景技术

相对于传统传感器，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微型机电系统)传感器具有成本低、尺寸小、重量轻、功耗低等诸多优点，已经在消费电子、医疗健康、汽车电子、工业控制等领域实现了越来越多的应用。相对于压阻式、压电式、电磁式等其他敏感机理，电容式MEMS传感器具有灵敏度高、直流特性稳定、温漂小、功耗低，并且温度系数小等优点，广泛应用于压力、加速度、角速度、流量、湿度等测量中。

电容式MEMS传感器一般采用静电激励、电容检测的换能方式，这就需要较高的DC(Direct Current直流)电压作为极化电压，施加在传感器的质量块上，以增大激励静电力，以及提高输出电压(即输出电流)的大小，从而提高器件的机械信噪比。为了节省功耗，一般采用一个高压DC极化电压和一个低压AC(Alternating Current交流)激励电压对MEMS器件进行能量输入。一般地，高压DC极化电压的电压值要高出MEMS传感器接口电路的电源电压很多，所以需要进行高压电路的设计。另一方面，由于诸多MEMS电容式器件需要高分辨率的可编程DC极化电压，以及考虑到该电压的纹波和噪声会影响器件的输出信号质量，所以还需要设计高精度(即低纹波、低噪声)的高压电源。值得庆幸的是，该高压电源的负载是电容式MEMS器件，即很轻的负载。在设计高精度高压电路时可以充分利用这一点。

在现有技术中，如公开文件CN110071629 A公开的技术方案如图1所示，其虽然面向电池管理技术领域，但是其公开的一种高精度低噪声的电源设计方法，利用DC-DC电源+LDO(Low-Dropout Regulator低压差线性稳压器)组合的电源架构，充分利用DC-DC电源的高效率和LDO低纹波噪声等特点，实现电路效率和性能的有效均衡。具体地，使用商用芯片LM5002SD将输入的9V～31V电源转换成高压33V，然后利用LDO芯片TPS7A33RGW将33V高压进行低纹波和低噪声处理，实现高精度的30V高压输出。经过对比分析，现有技术存在以下缺陷：

(1)采用分立商用芯片实现，无法单片实现，即无法与MEMS传感器的其他处理电路实现单片集成。

(2)参考现有技术的架构进行单片化实现时，发现LDO的功率MOS(Metal OxideSemiconductor，金属氧化物半导体)管始终处于线性区，甚至是深度线性区工作，这主要是因为功率MOS管的栅极驱动电路，即误差放大器，采用低电源电压供电(一般为3.3V或5V)造成的，且处于线性区工作的功率MOS管对DC-DC电源的输出电压的纹波和噪声抑制很弱。

(3)由于采用商用芯片实现，功耗和尺寸都很大。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种高压带隙基准电压源及其产生方法，通过合理设计高压带隙基准电压源结构，实现了低噪声、低纹波及与温度无关的高压电压输出。

本公开的第一个方面提供了一种高压带隙基准电压源，包括：带隙基准核模块，包括零温度系数电流产生模块，其用于在高压带隙基准电压源稳定工作时，产生一与温度成正比的电流和一与温度成反比的电流，该两路电流以一定比例关系叠加后，以使带隙基准核模块输出一零温度系数的带隙基准电流；高压输出模块，用于根据输出电阻R3将零温度系数的带隙基准电流转换为高压带隙基准电压输出。