一種恒定功耗的線性恒流電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種恒定功耗的線性恒流電源。本發(fā)明的電路包括電壓采樣模塊、補償電流產(chǎn)生模塊和恒流模塊；其中電壓采樣模塊采樣功率管漏端電壓，輸出與輸入成比例的電壓V1并產(chǎn)生開關(guān)控制信號S1。V1經(jīng)過除法器模塊進行求倒輸出1/V1電壓輸出減法器模塊輸出(V3?1/V1)電壓再經(jīng)電壓?電流轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生補償電流Ic＝(V3?1/V1)/R1，補償電流通過開關(guān)S1流過補償電阻RF來調(diào)節(jié)RS上電壓，調(diào)節(jié)輸出電流Iout使得功率恒定。當(dāng)功率管NM1漏端電壓上升，補償電流模塊產(chǎn)生隨電壓增大而增大的補償電流；當(dāng)電壓上升到一定程度時，open信號控制開關(guān)S1打開，補償流過電阻RF，降低RS上的電壓，降低芯片輸出電流，維持芯片上的功率恒定。
【專利說明】
-種恒定功耗的線性恒流電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種恒定功耗的線性恒流電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓線性恒流電源由于其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，紋波小等優(yōu)點得到廣泛的應(yīng)用，特別 是在L邸驅(qū)動方面;然而線性電源的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低，因此發(fā) 熱問題嚴重。對于傳統(tǒng)帶過溫關(guān)斷模塊的驅(qū)動，當(dāng)輸入電壓過大，忍片上功率過大，容易引 起閃爍(壓閃）。
[0003] 因此，對于恒流線性驅(qū)動而言，具有恒定功耗的電路可W很好地調(diào)節(jié)忍片內(nèi)部功 率管的功耗，從而使得忍片內(nèi)部功耗恒定，且具有很好的電壓自適應(yīng)功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的，就是針對上述問題，提出可W根據(jù)電壓變化對負載的功率實施預(yù) 設(shè)好的調(diào)節(jié)的一種恒定功耗的線性恒流電源。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案:一種恒定功耗的線性恒流電源，其特征在于，包括電壓采樣模 塊、補償電流產(chǎn)生模塊和恒流模塊；其中，恒流模塊由第一運算放大器AMP1、第一NMOS管 醒1，第一電阻RS和第二電阻RF構(gòu)成;第一運算放大器AMPl同相輸入端連接參考電壓化ef， 反相輸入端通過第二電阻RF后接第二電阻RS和第一醒OS管醒1源極的連接點；第一醒OS管 醒1的源極通過第一電阻RS后接地;第一運算放大器AMPl輸出端連接第一 NMOS管醒1的柵 端；電壓采樣模塊采樣第一NMOS管醒1漏極電壓VD，電壓采樣模塊輸出采樣電壓Vl和開關(guān)信 號open;補償電流產(chǎn)生模塊包括除法器模塊、減法器模塊、第二運算放大器AMP2、第一 PMOS 管PMl、第二PMOS管PM2、第二NMOS管醒2、第S電阻Rl和開關(guān)Sl;其中，除法器模塊輸入電壓 采樣模塊輸出的采樣電壓Vl和一個IV電壓，輸出1/V1電壓信號，所述除法器模塊用于對采 樣的電壓進行求倒運算；減法器模塊輸入電壓V3和1/V1，減法器模塊輸出的電壓信號為： V3-1/V1;第二運算放大器AMP2同相輸入端連接減法器輸出的電壓信號，第二運算放大器 AMP2反相輸入端連接第S電阻Rl與第二醒OS管醒2源極的連接點，第二運算放大器AMP2輸 出端連接第二匪OS管醒2的柵端；第二醒OS管醒2的漏極連接第一 PMOS管PMl管漏極，第二 NMOS管醒2的源極通過第S電阻Rl后接地;第一 PMOS管PMl和第二PMOS管PM2構(gòu)成電流鏡，鏡 像補償電流，第二PMOS管PM2的源極連接開關(guān)Sl的一端，開關(guān)Sl的另一端接第一運算放大器 AMPl反相輸入端與第二電阻RF的連接點，開關(guān)Sl由電壓采樣模塊輸出的開關(guān)信號open控 審IJ，當(dāng)開關(guān)信號open控制Sl打開時，補償電流流過第二電阻RF,產(chǎn)生補償電壓，降低第一電 阻RS上的電壓，降低忍片輸出電流，維持忍片上的功率恒定。
[0006] 本發(fā)明總的技術(shù)方案，其中第一電阻RS為檢測電流電阻，第二電阻RF為反饋電阻； 本發(fā)明中的電壓采樣模塊通過采樣電阻獲得電壓，并W此判斷是否需要進行功率調(diào)節(jié)，同 時產(chǎn)生所需的調(diào)節(jié)電壓；補償電流產(chǎn)生模塊獲得電壓采樣模塊的調(diào)節(jié)電壓后產(chǎn)生補償電 流，并輸入到恒流模塊，通過反饋電阻化來調(diào)節(jié)功耗，使得功率恒定；電壓采樣模塊的輸入 端接輸入電壓VIN，通過內(nèi)部采樣電阻分壓，產(chǎn)生呈線性關(guān)系之比的電壓Vl和電壓VD，V1輸 入補償電流產(chǎn)生模塊中的除法器模塊，VD直接加在恒流模塊中的功率管上，此模塊還輸出 補償電流開關(guān)控制電壓Vwen來對是否需要電流補償進行控制；除法器模塊將電壓采樣模塊 輸出的Vl取倒，并輸入到減法器模塊中，減法器模塊將電壓V3與Vl的倒數(shù)作減法，所得電壓 輸入運放同相端。此運放反相端接補償電流產(chǎn)生電阻Rl的上端，W及MOS管NM2的源段，運放 輸出端接到MOS管醒2的柵極，通過此電路產(chǎn)生電流I = (V3-1/V1 VRl，再通過電流鏡復(fù)制輸 出到恒流模塊。其中輸出電流是否能到恒流模塊由開關(guān)Sl控制，開關(guān)Sl的關(guān)斷與否由電壓 采樣模塊的輸出電壓Vopen控制;運放同相端輸入?yún)⒖茧妷篤ref,反相端接反饋電阻RF上端， 并輸入補償電流，運放輸出端接NMl柵極，反饋電阻RF下端接NMl源端和檢流電阻RS上端，RS 下端接地，NMl漏端接電壓采樣分壓電壓VD。通過反饋電阻RF壓降Vrf=I*RF來進行反饋調(diào) -H- T。
[0007]進一步的，所述電壓采樣模塊的輸入端接輸入電壓VD，產(chǎn)生與VD呈線性關(guān)系之比 的電壓Vl，即Vl =K*VD化<1)。
[000引進一步的，所述除法器模塊對電壓采樣模塊輸出的Vl信號進行求倒數(shù)運算，得到 1/V1電壓;所述除法器模塊可用模擬乘法器構(gòu)建。
[0009] 進一步的，所述開關(guān)管Sl為MOS開關(guān)或BJT。
[0010] 進一步的，所述第一NMOS管NMl為LDM0S、VDM0S和IGBT中的一種。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為:忍片輸入電源電壓升高或降低，忍片輸出電流經(jīng)過補償電 流的調(diào)節(jié)，輸出電流和電壓不會出現(xiàn)明顯變化，從而保證了內(nèi)部功率管功耗的恒定，并且通 過反饋調(diào)節(jié)，使得負載功耗隨之改變保持穩(wěn)定，且輸出電流由電阻RS決定，為線性恒流。
【附圖說明】
[0012] 圖1所示是本發(fā)明的一種恒定功耗的線性恒流電源的原理圖；
[0013] 圖2所示為本發(fā)明補償電流、輸出電流與輸入電壓關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述：
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明的一種恒定功耗的線性恒流電源，其包括電壓采樣模塊、補償 電流產(chǎn)生模塊和恒流模塊;其中，補償電流產(chǎn)生模塊包括了除法器模塊、減法器模塊和電壓 電流轉(zhuǎn)換模塊。電壓采樣模塊通過采樣電阻獲得電壓，并W此判斷是否需要進行功率調(diào)節(jié)， 同時產(chǎn)生所需的調(diào)節(jié)電壓;補償電流產(chǎn)生模塊獲得電壓采樣模塊的調(diào)節(jié)電壓后產(chǎn)生補償電 流，并輸入到恒流模塊，通過反饋電阻RF來調(diào)節(jié)功耗，使得功率恒定。
[0016] 具體連接方式為輸入電壓輸入電壓采樣模塊，電壓采樣模塊輸出到除法器模塊， 并控制開關(guān)Sl的開斷，除法器模塊輸出接減法器模塊輸入，減法器模塊輸入運放同相端，產(chǎn) 生補償電流輸出到恒流模塊，恒流模塊通過反饋調(diào)節(jié)穩(wěn)定功耗。
[0017] 本例的具體工作原理為：
[0018] 輸入電壓接入電壓采樣模塊，產(chǎn)生電壓Vl和控制電壓Vopen, Vl輸入電壓成比例， 即Vl =KVD; Vl輸入到補償電流產(chǎn)生模塊中的除法器模塊，與設(shè)定好的IV電壓V2作除法，得 到輸出電壓1/V1。
[0019] 將1/Vl輸入至減法器模塊與電壓V3作減法，得到輸出電壓V3-1/V1，并將此輸出電 壓輸入至運放AMP2同相端，由運放虛短虛斷原理，補償電流產(chǎn)生電阻Rl上的電壓即為V3-1/ VI，則可得到補償電流：
[0020]
[0021] 醒2柵極接運放輸出端，使得醒2工作在飽和區(qū)，且通過MOS管的電流為恒流Ic,通 過上方由PMOS管PMl和PM2組成的電流鏡復(fù)制后輸入恒流模塊來進行反饋調(diào)節(jié)。
[0022] 當(dāng)電壓升高或降低，達到補償電流開啟條件時，補償電流產(chǎn)生模塊將電流Ic注入 恒流模塊中，則RF上的壓降為Ic*RF。由負反饋調(diào)節(jié)原理和運放的基本特性，貝U
[0023] VRS = VREF-Ic^RF
[0024] 可得流過負載和功率管醒1的電流 [00 巧]I〇UT = VRS/RS
[00%]因此，功率管功耗
[0027]
[002引
[0029]
[0030] 從上式可W得到，當(dāng)電壓上升到一定程度，開關(guān)管Sl打開，補償電流流過補償電阻 RF,降低了 RS上的電壓，降低輸出電流。如圖2所不為本發(fā)明補償電流Ic、輸出電流Iout與輸 入電壓VD關(guān)系圖，隨著輸入電壓升高，輸出電流降低，保持了功率管功耗的恒定。從而使得 此電路同時具有很好的電壓自適應(yīng)功能。
【主權(quán)項】
1. 一種恒定功耗的線性恒流電源，其特征在于，包括電壓采樣模塊、補償電流產(chǎn)生模塊 和恒流模塊;其中，恒流模塊由第一運算放大器AMP 1、第一 NMOS管匪1，第一電阻RS和第二電 阻RF構(gòu)成;第一運算放大器AMP1同相輸入端連接參考電壓Vref，反相輸入端通過第二電阻 RF后接第二電阻RS和第一 NMOS管匪1源極的連接點；第一 NMOS管NM1的源極通過第一電阻RS 后接地;第一運算放大器AMP1輸出端連接第一NMOS管匪1的柵端；電壓采樣模塊采樣第一 NMOS管匪1漏極電壓VD，電壓米樣模塊輸出米樣電壓VI和開關(guān)信號open;補償電流產(chǎn)生模塊 包括除法器模塊、減法器模塊、第二運算放大器AMP2、第一 PM0S管PM1、第二PM0S管PM2、第二 匪0S管NM2、第三電阻R1和開關(guān)S1;其中，除法器模塊輸入電壓采樣模塊輸出的采樣電壓VI 和一個IV電壓，輸出1/V1電壓信號，所述除法器模塊用于對采樣的電壓進行求倒運算;減法 器模塊輸入電壓V3和1/V1，減法器模塊輸出的電壓信號為:V3-1/V1;第二運算放大器AMP2 同相輸入端連接減法器輸出的電壓信號，第二運算放大器AMP2反相輸入端連接第三電阻R1 與第二NM0S管匪2源極的連接點，第二運算放大器AMP2輸出端連接第二NM0S管匪2的柵端； 第二NM0S管匪2的漏極連接第一 PM0S管PM1管漏極，第二NM0S管匪2的源極通過第三電阻R1 后接地;第一 PM0S管PM1和第二PM0S管PM2構(gòu)成電流鏡，鏡像補償電流，第二PM0S管PM2的源 極連接開關(guān)S1的一端，開關(guān)S1的另一端接第一運算放大器AMP1反相輸入端與第二電阻RF的 連接點，開關(guān)S1由電壓采樣模塊輸出的開關(guān)信號open控制，當(dāng)開關(guān)信號open控制S1打開時， 補償電流流過第二電阻RF，產(chǎn)生補償電壓，降低第一電阻RS上的電壓，降低芯片輸出電流， 維持芯片上的功率恒定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒定功耗的線性恒流電源，其特征在于，所述電壓采樣模 塊的輸入端接輸入電壓VD，產(chǎn)生與VD呈線性關(guān)系之比的電壓V1，即V1=K*VD(K〈1)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒定功耗的線性恒流電源，其特征在于，所述除法器模塊 對電壓采樣模塊輸出的VI信號進行求倒數(shù)運算，得到1/V1電壓;所述除法器模塊可用模擬 乘法器構(gòu)建。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒定功耗的線性恒流電源，其特征在于，所述開關(guān)管S1為 M0S開關(guān)或BJT。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒定功耗的線性恒流電源，其特征在于，所述第一 NM0S管 NM1 為 LDM0S、VDM0S 和 IGBT 中的一種。
【文檔編號】G05F1/56GK106020307SQ201610466388
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】李澤宏, 汪榕, 羅仕麟, 趙念, 黃孟意, 李沂蒙, 蘇志恒, 劉瑋琪
【申請人】電子科技大學(xué)