基于電流源的高壓開關(guān)控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電流源的高壓開關(guān)控制電路，包括電流源產(chǎn)生電路與開關(guān)電路；其中電流源產(chǎn)生電路包括運(yùn)算放大器、晶體管M1、晶體管M2、晶體管M3、晶體管M4、電阻R1；開關(guān)電路包括晶體管M0、晶體管M5、電阻R2；該基于電流源的高壓開關(guān)控制電路能夠使晶體管M0的源極和柵極之間的壓差不受溫度、工藝變化的影響，使高壓開關(guān)得到精確的控制。
【專利說明】
基于電流源的高壓開關(guān)控制電路
技術(shù)領(lǐng)域
[000? ]本發(fā)明屬于尚壓開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電流源的尚壓開關(guān)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，人們越來越關(guān)注周圍的生活環(huán)境。為了減小汽車 的尾氣排放量，提高人們的生活質(zhì)量，電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、單腳滑行車等越來越受到人 們的關(guān)注。而電池是這些產(chǎn)品的主要組成部分，它的安全性和使用壽命等成為了重點(diǎn)考慮 部分。因此，為了提高鋰電池的使用壽命以及確保電池使用的安全性，電池充放電監(jiān)視、管 理和控制電路已被開發(fā)出來，并且有效地應(yīng)用在不同的產(chǎn)品當(dāng)中。圖1為一個(gè)多節(jié)級聯(lián)電池 組監(jiān)視框圖，在圖1中，通過對開關(guān)電路2的選通，監(jiān)測電路4可以實(shí)現(xiàn)對電池組1中不同電池 電壓的監(jiān)控。在多節(jié)電池級聯(lián)組中，位于電池級聯(lián)組頂端的電池電壓較高；當(dāng)電池電壓較高 時(shí)，與之對應(yīng)的開關(guān)電路為尚壓開關(guān)電路。圖2為典型的尚壓開關(guān)控制電路，為確保晶體管 MOO不被高壓擊穿，所選的晶體管MOO為高壓管，高壓晶體管和低壓晶體管的閾值電壓幾乎 大小相等。二極管D1、D2· · ·?η串聯(lián)在電壓Vll和電壓V13之間，用來保證電壓Vll和電壓 V13之間的壓差大于晶體管MOO的閾值電壓，從而使晶體管MOO正常打開。由于二極管受溫度 影響較大，電壓Vll和電壓V13之間的壓差會(huì)隨溫度的變化而變化，因此該高壓開關(guān)電路精 度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于電流源的尚壓開關(guān)控制電路。
[0004] 為此，本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0005] -種基于電流源的高壓開關(guān)控制電路，包括電流源產(chǎn)生電路與開關(guān)電路；
[0006] 電流源產(chǎn)生電路包括運(yùn)算放大器、晶體管Μ1、晶體管M2、晶體管M3、晶體管Μ4、電阻 Rl;運(yùn)算放大器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓VREF，運(yùn)算放大器的正向輸入端連接到電阻Rl的一 端，電阻Rl的另一端接地；晶體管M1、晶體管M2的源級均連接到電壓VDD，晶體管M1、晶體管 M2的柵極均連接到運(yùn)算放大器的輸出端，晶體管Ml的漏極連接到運(yùn)算放大器的正向輸入 端，晶體管M2的漏極連接到晶體管M3的漏極，晶體管M3的源極接地，晶體管M3的柵極連接到 晶體管M2的漏極；晶體管M4的柵極連接到晶體管M3的柵極，晶體管M4的源極接地，晶體管M4 的漏極與開關(guān)電路中晶體管M5的源極相連；
[0007] 所述的開關(guān)電路包括晶體管M0、晶體管M5、電阻R2;晶體管MO的源極接待測電壓 Vl，晶體管MO的柵極接晶體管M5的漏極，晶體管MO的漏極接輸出電壓V2，；電阻R2的一端接 到待測電壓Vl，另一端接到晶體管MO的柵極；晶體管M5的柵極接到可調(diào)節(jié)電壓Sl，晶體管M5 的源極連接到晶體管M4的漏極。
[0008] 所述的晶體管Ml、晶體管M2為低壓增強(qiáng)型PMOS管；晶體管M3、晶體管M4為低壓增強(qiáng) 型NMOS管；晶體管MO為高壓增強(qiáng)型PMOS管；晶體管M5為高壓增強(qiáng)型NMOS管。
[0009] 所述的電阻Rl與電阻R2型號(hào)完全相同；晶體管M1、晶體管M2型號(hào)完全相同；晶體管 M3、晶體管M4型號(hào)完全相同。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該基于電流源的高壓開關(guān)控制電路在溫度變化時(shí)，晶體管MO的 源極和柵極之間的壓差不受電阻大小變化的影響，始終保持在穩(wěn)定狀態(tài)，使高壓開關(guān)得到 了更精確的控制。
【附圖說明】
[0011] 圖1為多節(jié)級聯(lián)電池組監(jiān)控框圖。
[0012] 圖2為典型的高壓開關(guān)控制電路。
[0013] 圖3為本發(fā)明的基于電流源的高壓開關(guān)控制電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但下述實(shí)施例絕非對本發(fā) 明有任何限制。
[0015] 如圖3所示，該基于電流源的高壓開關(guān)控制電路包括電流源產(chǎn)生電路與開關(guān)電路；
[0016] 電流源產(chǎn)生電路包括運(yùn)算放大器、晶體管M1、晶體管M2、晶體管M3、晶體管M4、電阻 Rl;運(yùn)算放大器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓V REF，運(yùn)算放大器的正向輸入端連接到電阻Rl的一 端，電阻Rl的另一端接地；晶體管M1、晶體管M2的源級均連接到電壓VDD，晶體管M1、晶體管 M2的柵極均連接到運(yùn)算放大器的輸出端，晶體管Ml的漏極連接到運(yùn)算放大器的正向輸入 端，晶體管M2的漏極連接到晶體管M3的漏極，晶體管M3的源極接地，晶體管M3的柵極連接到 晶體管M2的漏極；晶體管M4的柵極連接到晶體管M3的柵極，晶體管M4的源極接地，晶體管M4 的漏極與開關(guān)電路中晶體管M5的源極相連；
[0017] 所述的開關(guān)電路包括晶體管M0、晶體管M5、電阻R2;晶體管MO的源極接待測電壓 Vl，晶體管MO的柵極接晶體管M5的漏極，晶體管MO的漏極接輸出電壓V2，；電阻R2的一端接 到待測電壓Vl，另一端接到晶體管MO的柵極；晶體管M5的柵極接到可調(diào)節(jié)電壓Sl，晶體管M5 的源極連接到晶體管M4的漏極。
[0018] 所述的晶體管M1、晶體管M2為低壓增強(qiáng)型PMOS管；晶體管M3、晶體管M4為低壓增強(qiáng) 型NMOS管；晶體管MO為高壓增強(qiáng)型PMOS管；晶體管M5為高壓增強(qiáng)型NMOS管。
[0019] 所述的電阻Rl與電阻R2型號(hào)完全相同；晶體管M1、晶體管M2型號(hào)完全相同；晶體管 M3、晶體管M4型號(hào)完全相同。
[0020] 本發(fā)明提供的基于電流源的高壓開關(guān)控制電路的工作過程如下：
[0021] 設(shè)晶體管M5的柵極和源極之間的電壓為Vgs5，晶體管M5的閾值電壓為VT5;
[0022]首先調(diào)整可調(diào)節(jié)電壓Sl的大小，使Vgs5〈VT5，則晶體管M5工作在截止區(qū)，左側(cè)電流 源產(chǎn)生電路與右側(cè)的開關(guān)電路處于斷開狀態(tài);此時(shí)晶體管MO的柵極電壓V3與源極電壓Vl相 等，晶體管MO的柵極和源極之間的差壓為零，電阻R2上沒有電流，晶體管MO工作在截止區(qū)。 [0023]調(diào)整可調(diào)節(jié)電壓Sl的大小，使Vgs5 2 VT5,則晶體管M5打開，右側(cè)的開關(guān)電路與左側(cè) 的電流源產(chǎn)生電路接通，流過電阻R2的電流Ir2與晶體管M4漏極的電流I i大小相等；
[0024]晶體管M5打開后，在左側(cè)的電流源產(chǎn)生電路中，利用虛短虛斷的概念，運(yùn)算放大器 的正向輸入端電壓VR與基準(zhǔn)電壓Vref電壓值相等，則流過電阻Rl的電流1^被確定為
[0025] Iri ^ =j^ (I) Rl R\ R\
[0026] 晶體管Ml、晶體管M2、晶體管M3、晶體管M4均工作在飽和區(qū)，且晶體管Ml、晶體管M2 型號(hào)完全相同，晶體管Ml、晶體管M2的源極均接到電壓VDD，晶體管Ml、晶體管M2的漏極均接 到運(yùn)算放大器的輸出端，則流過晶體管Ml、晶體管M2漏極的電流相同，晶體管Ml的漏極連接 到電阻Rl的一端，因此流過晶體管M1、晶體管M2漏極的電流大小與流過電阻Rl的電流1^的 大小相等；
[0027]晶體管M3、晶體管M4組成鏡像電流源，則流過晶體管M3的漏極電流與流過晶體管 M4漏極的電流I1大小相等；因此得到：
[0028] Iri = I1 = Ir2 (2)
[0029] 當(dāng)溫度、工藝變化之前，設(shè)流經(jīng)電阻R2的電流為IR2,流經(jīng)電阻Rl的電流為Ir1，當(dāng)溫 度工藝變化之后，設(shè)變化后的電阻Rl的阻值為R1'，設(shè)變化后的電阻R2的阻值為R2'，變化后 流經(jīng)電阻R2的電流為I R2'，變化后流經(jīng)電阻Rl的電流為IR1'；電阻Rl與電阻R2型號(hào)完全相 同，則當(dāng)工藝、溫度變化后，電阻Rl與電阻R2產(chǎn)生相同的變化，即：
[0030] R1，=R2' (3)
[0031] 晶體管M5處于打開狀態(tài)，則溫度、工藝變化后流經(jīng)電阻Rl與電阻R2的電流大小相 等，即
[0032] IR1，=IR2， (4)
[0033]由公式(3)與公式(4)可知：
[0034] Rl'Iri-=R2'Ir2- (5)
[0035] 已知Rl兩端的電壓恒定，恒為基準(zhǔn)電壓Vref，即
[0036] RijIri-=VR = Vref (6)
[0037] 由公式(5)與公式(6)可知，電阻R2兩端的電壓恒定，恒為基準(zhǔn)電壓Vref，即
[0038] R2'Ir2-=VR = Vref (7)
[0039]由公式(7)可知，本發(fā)明提供的基于電流源的高壓開關(guān)控制電路中的晶體管MO源 極和柵極兩端的壓差由運(yùn)算放大器反向輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref決定，不會(huì)因溫度、工藝的改 變而產(chǎn)生變化，從而使晶體管MO得到精確地控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電流源的高壓開關(guān)控制電路，其特征在于，所述的基于電流源的高壓開關(guān) 控制電路包括電流源產(chǎn)生電路與開關(guān)電路； 電流源產(chǎn)生電路包括運(yùn)算放大器、晶體管M1、晶體管M2、晶體管M3、晶體管M4、電阻R1; 運(yùn)算放大器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓VREF，運(yùn)算放大器的正向輸入端連接到電阻R1的一端， 電阻R1的另一端接地;晶體管Ml、晶體管M2的源級均連接到電壓VDD，晶體管Ml、晶體管M2的 柵極均連接到運(yùn)算放大器的輸出端，晶體管Ml的漏極連接到運(yùn)算放大器的正向輸入端，晶 體管M2的漏極連接到晶體管M3的漏極，晶體管M3的源極接地，晶體管M3的柵極連接到晶體 管M2的漏極;晶體管M4的柵極連接到晶體管M3的柵極，晶體管M4的源極接地，晶體管M4的漏 極與開關(guān)電路中晶體管M5的源極相連； 開關(guān)電路包括晶體管M0、晶體管M5、電阻R2;晶體管M0的源極接待測電壓VI，晶體管M0 的柵極接晶體管M5的漏極，晶體管M0的漏極接輸出電壓V2，；電阻R2的一端接到待測電壓 VI，另一端接到晶體管M0的柵極;晶體管M5的柵極接到可調(diào)節(jié)電壓S1，晶體管M5的源極連接 到晶體管M4的漏極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電流源的高壓開關(guān)控制電路，其特征在于，所述的晶體管 Ml、晶體管M2為低壓增強(qiáng)型PMOS管；晶體管M3、晶體管M4為低壓增強(qiáng)型匪0S管；晶體管M0為 高壓增強(qiáng)型PMOS管；晶體管M5為高壓增強(qiáng)型NMOS管。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電流源的高壓開關(guān)控制電路，其特征在于，所述的電阻R1 與電阻R2型號(hào)完全相同；晶體管M1、晶體管M2型號(hào)完全相同；晶體管M3、晶體管M4型號(hào)完全 相同。
【文檔編號(hào)】G05F1/46GK105843309SQ201610176185
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】黃勝明, 段權(quán)珍, 蘇林, 劉慧敏
【申請人】天津理工大學(xué)