【专利解密】天德钰针对半压架构电路提出稳压控制方案 有效降低耗电用量

【爱集微点评】天德钰提出的高低压电路用稳压电路及其控制方案，通过切换电路控制负压产生电路与半压架构电路的通断，将半压架构电路的负电源端在接地与负压产生电路之间切换。因为半压架构电路的负电源端的电压切换，半压架构电路就有足够的电压来解决开启电压变大的问题，且负压产生电路产生的负压不需太低，避免造成过多耗电。

集微网消息，已知应用高低电压稳压电路的产品，例如电子货架标签、电子纸等，其电位分为正电位(VPOS)与负电位(VNEG)，且正电位和负电位是对称变化，电压范围分别是+7V～+22V与‑7V～‑22V。

在成本考量下，普遍制程的MOS晶体管并没有双阱可使用，在现有的技术上就会局限电路的设计难度。目前，高低电压稳压电路大致可分为全压架构和半压架构。由于电路正负电压差距大，会造成全压架构耗电、面积较大与设计上困难，元件的选择上也需特別规格。在半压架构中，稳压电路中的运算放大器包括低压N型晶体管，以及做为保护作用的高压N型晶体管。

由于系统需操作在+‑7V～+‑22V，其中VNEG是晶片基底的最低电位，HV NMOS的本体是接至VNEG，受到了体效应影响，会使得HV NMOS的开启电压变大。故在VPOS电压较低的操作时，HV NMOS的栅极与源极之间的跨压可能不足以克服变大的开启电压，导致电路无法正常操作。

虽然半压架构的电路正负电压差距缩小，可优化全压架构的缺点，但在较低电压操作时，半压架构会因为晶体管的栅极与源极之间的跨压不足而导致电路无法正常操作。

为此，天德钰在2022年4月19日申请了一项名为“一种高低压电路用稳压电路及其控制方法”的发明专利（申请号：202210412099.0），申请人为深圳天德钰科技股份有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项技术方案吧。

如上图，为该专利中公开的高低压电路用LDO稳压电路的模块结构示意图，该高低压电路用稳压电路，包括半压架构电路10、与半压架构电路连接的切换电路20，以及与切换电路连接的负压产生电路30。

半压架构电路包括运算放大器11、驱动晶体管12、以及回授分压电阻13。运算放大器包括正向输入端、反向输入端、驱动输出端、正电源端、负电源端、以及晶片基底端。驱动晶体管包括栅极、源极和漏极。切换电路包括第一输入端、第二输入端、第一输出端以及控制端。

该高低压电路用稳压电路，通过切换电路控制负压产生电路与半压架构电路的通断，将半压架构电路的负电源端在接地与负压产生电路之间切换。因为半压架构电路的负电源端的电压切换，因此能解决晶体管的开启电压变大的问题。具体来说，当稳压电路的工作电压小于一预设阈值时，借助该方案中的电压切换操作，可使运算放大器的高压N型晶体管的栅极与源极之间的跨压变大，也可使运算放大器的高压N型晶体管的源极与本体之间的跨压变小。因此能克服开启电压变大的问题。其次，负压产生电路产生的负压不需太低，避免造成过多耗电。

如上图，为上述高低压电路用LDO稳压电路的电路结构示意图，高低压电路用稳压电路还包括电压侦测电路40，电压侦测电路连接至正电位且连接至切换电路的控制端，电压侦测电路用于侦测正电位并控制切换电路的切换操作。其中，当判断正电位小于预设阈值时，将切换电路的第一输出端切换为连接至第二输入端。当判断正电位大于等于预设阈值时，将切换电路的第一输出端切换为连接至第一输入端。

在该方案中，运算放大器包括低压N型晶体管、以及与低压N型晶体管连接的高压N型晶体管。其中，低压N型晶体管的本体连接至运算放大器的负电源端，且高压N型晶体管的本体连接至运算放大器的晶片基底端。

如上图，为上述高低压电路用LDO稳压电路的控制方法的流程图。首先，设定系统中电压侦测电路的预设阈值。其次，施加正电位、负电位、以及参考电位至高低压电路用稳压电路。最后，根据正电位的电压位准，控制切换电路的切换操作。其中，当判断正电位小于预设阈值时，将切换电路的第一输出端切换为连接至第二输入端；当判断正电位大于等于预设阈值时，将切换电路的第一输出端切换为连接至第一输入端。

以上就是天德钰提出的高低压电路用稳压电路及其控制方案，该方案通过切换电路控制负压产生电路与半压架构电路的通断，将半压架构电路的负电源端在接地与负压产生电路之间切换。因为半压架构电路的负电源端的电压切换，半压架构电路就有足够的电压来解决开启电压变大的问题，且负压产生电路产生的负压不需太低，避免造成过多耗电。

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（校对/赵月）