CN116009636A - 一种压控恒流源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压控恒流源驱动电路。所述电路包括：比较输出电路，用于根据第一输入信号和第二输入信号的比较结果输出第一脉冲信号；开关电路，用于根据第一脉冲信号的电平导通或截止；电流取样电路，用于根据开关电路导通或截止的频率生成第一电流以及输出第一电压；电压放大电路，用于将第一电压放大后生成第二电压输出；数模转换电路，用于生成模拟电压信号输出；反馈电路，用于生成模拟电压信号和第二电压的差模电压，并对差模电压进行积分处理，生成第二输入信号。本申请提供的压控恒流源驱动电路，提高了误差精度，拓展了输出功率，解决了现有的恒流源电路应用于低压恒流场合时误差较大以及现有的恒流源电路输出的恒定电流小的技术问题。

Description

一种压控恒流源驱动电路

技术领域

本申请属于恒流源电路技术领域，涉及一种压控恒流源驱动电路。

背景技术

现有的恒流源电路通常包括采用晶体管构成的恒流源电路和采用集成运算放大器构成的恒流源电路，其中，现有的采用晶体管构成的恒流源电路因为其晶体管集电极和发射极的极间等效电阻在几十千欧以上，因此当该恒流源电路应用于低压恒流时会造成相对较大的误差；而采用集成运算放大器构成的恒流源电路，受电路中运算放大器的饱和电压电流的限制，使得该恒流源电路的运算放大器回路的形式电流也无法太大，最终也导致了电路输出的恒定电流小。

发明内容

鉴于以上问题，本申请提供一种压控恒流源驱动电路，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本申请的技术方案如下：

本申请提供一种压控恒流源驱动电路，包括：

比较输出电路，用于接收第一输入信号和第二输入信号，根据所述第一输入信号和所述第二输入信号的比较结果输出第一脉冲信号；

开关电路，用于接收所述第一脉冲信号，根据所述第一脉冲信号的电平导通或截止；

电流取样电路，用于根据所述开关电路导通或截止的频率生成第一电流以及输出第一电压；

电压放大电路，用于接收所述第一电压，将所述第一电压放大后生成第二电压输出；

数模转换电路，用于生成模拟电压信号输出，所述模拟电压信号用于控制所述第一电流的大小；

反馈电路，用于接收模拟电压信号和所述第二电压，生成所述模拟电压信号和所述第二电压的差模电压，并对所述差模电压进行积分处理，生成第二输入信号。

进一步地，所述压控恒流源驱动电路还包括隔离式电源模块；

所述隔离式栅极驱动器的输入端所述比较输出电路连接，所述隔离式栅极驱动器的输出端与所述开关电路连接，用于将连接所述比较输出电路的第一电源与连接所述开关电路的第二电源隔离，并根据所述比较输出电路输出的第一脉冲信号驱动所述开关电路导通或截止。

进一步地，所述压控恒流源驱动电路还包括第一芯片和锯齿波发生电路；

所述第一芯片，用于输出设定频率的方波；

所述锯齿波发生电路，用于接收所述方波，输出与所述方波频率相同的所述第一输入信号。

进一步地，所述锯齿波发生电路包括第一三极管、第一电容、第一电阻和钳位二极管；

所述第一三极管的基极与所述第一芯片连接，所述第一三极管的发射极分别与所述第一电容的第一端和所述钳位二极管的阳极连接，所述第一三极管的集电极分别与第一电容的第二端、所述第一电阻的第一端连接、所述钳位二极管的阴极和所述比较输出电路连接，且所述第一电容的第一端还用于接地，所述第一电阻的第二端用于连接第一电源。

进一步地，所述比较输出电路包括第一比较器；

所述第一比较器的正相输入端与所述锯齿波发生电路连接，所述第一比较器的反相输入端与所述反馈电路连接，所述第一比较器的输出端与所述隔离式栅极驱动器连接。

进一步地，所述开关电路包括第一MOS管；

所述第一MOS管的栅极与所述隔离式栅极驱动器连接，所述第一MOS管的源极与所述电流取样电路连接，所述第一MOS管的漏极用于连接第二电源。

进一步地，所述电流取样电路包括续流二极管、第一电感、第二电容、第二电阻和取样电阻；

所述续流二极管的阴极分别与所述开关电路和所述第一电感的第一端连接，所述续流二极管的阳极用于接地，所述第一电感的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端和所述第二电阻的第二端均与所述取样电阻的第一端连接，所述取样电阻的第一端还与所述电压放大电路连接，所述取样电阻的第二端用于接地。

进一步地，所述电压放大电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一运算放大器；

所述第三电阻的两端分别与所述第一运算放大器的正相输入端和所述第四电阻的第一端连接，所述第五电阻的两端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第四电阻的第二端连接，且所述第四电阻的第二端还与所述电流取样电路连接；

所述第六电阻的第一端与所述第一运算放大器的正相输入端连接，所述第六电阻的第二端用于接地；

所述第七电阻的两端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的输出端还与所述反馈电路连接。

进一步地，所述反馈电路包括第二运算放大器、第八电阻、第九电阻和第三电容；

所述第二运算放大器的正相输入端与所述电压放大电路连接，所述第二运算放大器的反相输入端分别与所述第八电阻和所述第二电容连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第九电阻连接，且所述第九电阻还与所述第二电容连接，所述第八电阻还用于连接所述数模转换电路。

进一步地，所述数模转换电路包括数模转换器，所述数模转换器与所述反馈电路连接。

相比于现有技术，本申请的有益效果：

本申请提供的压控恒流源驱动电路，通过比较输出电路输出的脉冲信号控制开关电路的导通和截止，当开关电路导通或截止的频率一定时，电流取样电路就据此生成第一电流以及电路中的误差电压，即第一电压，通过电压放大电路将该误差电压放大后生成第二电压输入至反馈电路，反馈电路接收模拟电压信号和第二电压以消除该误差电压，在模拟电压信号与第二电压信号相等时，电路达到平衡状态。本申请提供的压控恒流源驱动电路，提高了电路的误差精度，进一步地，本申请提供的压控恒流源驱动电路设置隔离式栅极驱动器将连接比较输出电路的第一电源和连接开关电路的第二电源隔离，极大地拓展了电流取样电路的输出功率，解决了现有的恒流源电路应用于低压恒流场合时误差较大以及现有的恒流源电路输出的恒定电流小的问题；且本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路从反馈到平衡的建立时间较快，有快速响应功能，输出精度高，在一定区间内输出连续可调，可以适应于多种恒流电路的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路的模块框图。

图2为本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当明确，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

图1为本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路的模块框图，如图1所示，本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路包括比较输出电路101、开关电路102、电流取样电路103、电压放大电路104、数模转换电路108和反馈电路105。

比较输出电路101用于接收第一输入信号和第二输入信号，根据第一输入信号和第二输入信号的比较结果输出第一脉冲信号；其中，第一输入信号为锯齿波，第二输入信号由反馈电路105输出，第一脉冲信号为第一输入信号和第二输入信号发生比较后生成的PWM波(Pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)。

在一些实施例中，如图1所示，本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路还包括第一芯片106和锯齿波发生电路107，第一芯片106用于输出设定频率的方波，即第一芯片106所输出的方波的频率可以根据电路设计人员的需求进行设置，方波的频率即为压控恒流源驱动电路的开关周期；锯齿波发生电路107用于接收方波，输出与方波频率相同的锯齿波，即第一输入信号。

应当明确的是，本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路中，第一输入信号并不仅局限于通过第一芯片106和锯齿波发生电路107产生，还可以通过其他与本申请实施例的第一芯片106和锯齿波发生电路107作用相同的电路替换。

在一些实施例中，如图1所示，本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路还包括隔离式栅极驱动器108，隔离式栅极驱动器108的输入端和输出端分别与比较输出电路101和开关电路102连接，用于将连接比较输出电路的第一电源VCC与连接开关电路的第二电源VDD隔离，并根据第一脉冲信号驱动开关电路导通或截止，其中，连接比较输出电路的第一电源VCC为控制级的小电源，连接开关电路的第二电源VDD为功率级的大电源。

开关电路102用于接收比较输出电路101输出的第一脉冲信号，根据第一脉冲信号的电平导通或截止；第一脉冲信号为PWM波调制信号，开关电路102102在接收到的第一脉冲信号为高电平时导通，在接收到的第一脉冲信号为低电平时截止；应当明确，本申请实施例中，开关电路102并不仅仅局限于高电平导通，低电平截止，还可以通过对开关电路102的重新设计实现开关电路102的低电平导通，高电平截止。

电流取样电路103用于根据开关电路102导通或截止的频率生成第一电流以及输出第一电压；第一电流即为本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路所提供的恒定电流，第一电压为该电路的误差电压。

电压放大电路104用于接收第一电压，将第一电压放大后生成第二电压输出至反馈电路105。

反馈电路105用于接收模拟电压信号和第二电压，生成模拟电压信号和第二电压的差模电压，并对该差模电压进行积分处理，生成第二输入信号，反馈电路105为PID积分换，用于消除电路中的误差电压，当本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路在初始状态时，反馈电路105只接收模拟电压信号。

其中，模拟电压信号由数模转换电路108生成，电路设计人员或应用人员通过设置模拟电压信号的值以确定所需的恒定电流值。

图2为本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路的结构示意图，如图2所示，在一些实施例中，如图2所示，锯齿波发生电路107包括第一三极管Q1、第一电容C1、第一电阻R1和钳位二极管D1。

第一三极管Q1的基极与第一芯片106连接，第一三极管Q1的发射极分别与第一电容C1的第一端和钳位二极管D1的阳极连接，第一三极管Q1的集电极分别与第一电容C1的第二端、第一电阻R1的第一端连接、钳位二极管D1的阴极和比较输出电路101连接，且第一电容C1的第一端还用于接地，第一电阻R1的第二端用于连接第一电源。

锯齿波发生电路107接收第一芯片106产生的方波信号控制第一三极管Q1的导通和关断，通过第一电阻R1和第一电容C1的充放电形成和方波信号同频率的锯齿波信号；当第一三极管Q1截止时，电源通过第一电阻R1给第一电容C1充电，第一电容C1的电压缓慢抬升，当第一三极管Q1导通时，此时相当于一根导线，第一电容C1的电荷迅速被放掉，其电压接近直线下降，形成锯齿波。

比较输出电路101包括第一比较器A1，第一比较器A1的正相输入端与锯齿波发生电路107连接，用于接收锯齿波发生电路107输出的第一输入信号，第一比较器A1的反相输入端与反馈电路105连接，用于接收反馈电路105输出的第二输入信号，第一比较器A1的输出端与隔离式栅极驱动器108连接，经隔离式栅极驱动器108将第一脉冲信号输出至开关电路102以控制开关电路102导通或截止；应当明确，作为本领域公知常识的是，比较器除包括有正相输入端、反相输入端和输出端外，还包括有正压端和负压端，正压端用于连接正电压，负压端用于连接负电压或接地，本申请实施例中，第一比较器A1的正压端用于连接第一电源VCC，负压端用于接地。

开关电路102包括第一MOS管Q2，第一MOS管Q2的栅极与隔离式栅极驱动器108连接，用于经隔离式栅极驱动器108接收比较输出电路输出的第一脉冲信号，第一MOS管Q2的源极与电流取样电路103连接，第一MOS管Q2的漏极用于连接第二电源VDD；应当明确，本申请实施例设置N沟道MOS管作为电路开关，但通过电路设计，依然可以设置P沟通MOS管作为电路开关。

电流取样电路103包括续流二极管D2、第一电感L1、第二电容C2、第二电阻R2和取样电阻Rm。

续流二极管D2的阴极分别与开关电路102和第一电感L1的第一端连接，续流二极管D2的阳极用于接地，第一电感L1的第二端分别与第二电容C2的第一端和第二电阻R2的第一端连接，第二电容C2的第二端和第二电阻R2的第二端均与取样电阻Rm的第一端连接，取样电阻Rm的第一端还与电压放大电路104连接，取样电阻Rm的第二端用于接地。

本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路，当第一脉冲信号处于低电平时，第一MOS管Q2截止，此时电流取样电路103的第一电感L1通过第二电阻R2和取样电阻Rm后接地，并通过续流二极管D2回流到第一电感L1的第一端，当第一MOS管Q2导通或截止的频率和第一脉冲信号的脉冲宽度设置合适时，电流取样电路103就能输出一恒定的电流值，即第一电路。同时，当第一电流流经取样电阻Rm时候，会在取样电阻Rm的上形成一个取样电压值，即第一电压，第一电压即为误差电压。

电压放大电路104包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第一运算放大器W1。

第三电阻R3的两端分别与第一运算放大器W1的正相输入端和第四电阻R4的第一端连接，第五电阻R5的两端分别与第一运算放大器W1的反相输入端和第四电阻R4的第二端连接，且第四电阻R4的第二端还与电流取样电路103连接。

第六电阻R6的第一端与第一运算放大器W1的正相输入端连接，第六电阻R6的第二端用于接地。

第七电阻R7的两端分别与第一运算放大器W1的反相输入端和第一运算放大器W1的输出端连接，运算放大器的输出端还与反馈电路105连接。

反馈电路105包括第二运算放大器W2、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电容C3。

第二运算放大器W2的正相输入端与电压放大电路104连接，第二运算放大器W2的反相输入端分别与第八电阻R8和第二电容C2连接，第二运算放大器W2的输出端与第九电阻R9连接，且第九电阻R9还与第二电容C2连接，第八电阻R8还用于连接数模转换电路108。

电压放大电路104将第一电压放大后输出至反馈电路105，反馈电路105的反相输入端接收模拟电压信号，与第一电压差模电压，反馈电路105为PID积分环，当第一电压与模拟电压信号相等时，即电路平衡时，反馈电路105输出的第二入信号将是恒定值，同时，当第二输入信号恒定时，其和第一输入信号经比较输出电路101输出的第一脉冲信号也会被确定，此时电路输出的第一电流恒定。

应当明确，作为本领域公知常识的是，运算放大器除包括有正相输入端、反相输入端和输出端外，还包括有正压端和负压端，正压端用于连接正电压，负压端用于连接负电压或接地，本申请实施例中，第一运算放大器W1第二运算放大器W2的正压端用于连接第一电源VCC，负压端用于接地。

其中，模拟电压信号由数模转换电路108生成，数模转换电路108包括数模转换器，将需要转换的数字电压信号转换为模拟电压信号输出至反馈电路105。

本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路，在电流取样电路中设置第一电感平衡存储电流，电路中的误差电压为电流取样电路中第二电阻的低电位与地之间悬浮一个较小电位；即使电流为百安培级别也能通过该较小电位经过电压放大电路后直接与反馈电路连接，解决了运算放大器因饱和电压电流的限制无法输出大电流的问题，拓宽了恒流源驱动电路的输出功率，解决了现有的恒流源电路应用于低压恒流场合时误差较大以及现有的恒流源电路输出的恒定电流小的问题；且本申请实施例提供的压控恒流源驱动电路从反馈到平衡的建立时间较快，有快速响应功能，输出精度高，在一定区间内输出连续可调，可以适应于多种恒流电路的要求。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种压控恒流源驱动电路，其特征在于，包括：

比较输出电路，用于接收第一输入信号和第二输入信号，根据所述第一输入信号和所述第二输入信号的比较结果输出第一脉冲信号；

开关电路，用于接收所述第一脉冲信号，根据所述第一脉冲信号的电平导通或截止；

电流取样电路，用于根据所述开关电路导通或截止的频率生成第一电流以及输出第一电压；

电压放大电路，用于接收所述第一电压，将所述第一电压放大后生成第二电压输出；

数模转换电路，用于生成模拟电压信号输出，所述模拟电压信号用于控制所述第一电流的大小；

反馈电路，用于接收模拟电压信号和所述第二电压，生成所述模拟电压信号和所述第二电压的差模电压，并对所述差模电压进行积分处理，生成第二输入信号。

2.如权利要求1所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，还包括隔离式栅极驱动器；

所述隔离式栅极驱动器的输入端所述比较输出电路连接，所述隔离式栅极驱动器的输出端与所述开关电路连接，用于将连接所述比较输出电路的第一电源与连接所述开关电路的第二电源隔离，并根据所述比较输出电路输出的第一脉冲信号驱动所述开关电路导通或截止。

3.如权利要求2所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，还包括第一芯片和锯齿波发生电路；

所述第一芯片，用于输出设定频率的方波；

所述锯齿波发生电路，用于接收所述方波，输出与所述方波频率相同的所述第一输入信号。

4.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述锯齿波发生电路包括第一三极管、第一电容、第一电阻和钳位二极管；

所述第一三极管的基极与所述第一芯片连接，所述第一三极管的发射极分别与所述第一电容的第一端和所述钳位二极管的阳极连接，所述第一三极管的集电极分别与第一电容的第二端、所述第一电阻的第一端连接、所述钳位二极管的阴极和所述比较输出电路连接，且所述第一电容的第一端还用于接地，所述第一电阻的第二端用于连接第一电源。

5.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述比较输出电路包括第一比较器；

所述第一比较器的正相输入端与所述锯齿波发生电路连接，所述第一比较器的反相输入端与所述反馈电路连接，所述第一比较器的输出端与所述隔离式栅极驱动器连接。

6.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括第一MOS管；

所述第一MOS管的栅极与所述隔离式栅极驱动器连接，所述第一MOS管的源极与所述电流取样电路连接，所述第一MOS管的漏极用于连接第二电源。

7.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述电流取样电路包括续流二极管、第一电感、第二电容、第二电阻和取样电阻；

所述续流二极管的阴极分别与所述开关电路和所述第一电感的第一端连接，所述续流二极管的阳极用于接地，所述第一电感的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端和所述第二电阻的第二端均与所述取样电阻的第一端连接，所述取样电阻的第一端还与所述电压放大电路连接，所述取样电阻的第二端用于接地。

8.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述电压放大电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第一运算放大器；

所述第三电阻的两端分别与所述第一运算放大器的正相输入端和所述第四电阻的第一端连接，所述第五电阻的两端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第四电阻的第二端连接，且所述第四电阻的第二端还与所述电流取样电路连接；

所述第六电阻的第一端与所述第一运算放大器的正相输入端连接，所述第六电阻的第二端用于接地；

所述第七电阻的两端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的输出端还与所述反馈电路连接。

9.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述反馈电路包括第二运算放大器、第八电阻、第九电阻和第三电容；

所述第二运算放大器的正相输入端与所述电压放大电路连接，所述第二运算放大器的反相输入端分别与所述第八电阻和所述第二电容连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第九电阻连接，且所述第九电阻还与所述第二电容连接，所述第八电阻还用于连接所述数模转换电路。

10.如权利要求3所述的压控恒流源驱动电路，其特征在于，所述数模转换电路包括数模转换器，所述数模转换器与所述反馈电路连接。

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