CN103076837B - 一种反馈型宽温范围mos通道电流输出曲线控制电路 - Google Patents

Abstract

一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，包括：热敏传感器，主电路运算放大器，MOS管，所述热敏传感器是负温度系数的传感器，当温度升高时，热敏传感器的输出电压下降；当温度降低时，热敏传感器的输出电压上升。本发明提供的一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，使热敏传感器温度特性曲线与输出电流实际需求曲线相一致，提高电流输出曲线的准确性；通过可靠的输出电流限流措施，在电流超过使用条件范围的情况下，保护下级电路负载不因电流超过限制而损坏；采用多个电阻控制电流输出曲线的斜率和高度等特性，精确匹配电流输出曲线，降低调试困难，有助于批量生产电路。

Description

一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路

技术领域

本发明涉及一种反馈型电流输出控制电路，特别是一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路。

背景技术

工业机电设备工作环境比民用消费类电子要恶劣，一般要求工作温度范围-40℃至+85℃。机电设备中的电子元器件一般都是温度敏感型，在此温度区间范围内很容易受到影响，工作状态不稳定。某个输入部分元器件不稳定的工作状态经过后面电路多级放大后可能会导致电路状态超出设计预期的极限以致整个电路失效。为了改善这种失效，电路设计一般会考虑电子元器件工作温度的极限情况如果超出正常工作状态时需施加抗温变措施。

图2为现有技术的电流输出曲线控制电路图，现有抗温变措施如图2所示，利用热敏传感器得到环境温度信息转变为电信号，输入运算放大器作比较，输出控制信号使得MOS管输出电流受控。

现有技术主要存在如下问题：

热敏传感器温度特性曲线与输出电流实际需求曲线不一致，导致出现较大的电流输出误差；

由于没有可靠的输出电流限流措施，使用环境的突然变化可能导致输出电流过大，损坏下级电路负载；

由于采用模拟电路，电路参数较多，调试比较困难而且对批量生产电路的性能一致性影响比较大。

发明内容

本发明提供一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，用于解决现有技术中热敏传感器温度特性曲线与输出电流实际需求曲线不一致，没有可靠的输出电流限流措施，由电路参数较多导致的调试比较困难而且对批量生产电路的性能一致性影响比较大的问题。

本发明提供的一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，包括：

热敏传感器，一端接主电路运算放大器的输入正端、另一端接地；

主电路运算放大器，主电路运算放大器的输出端接MOS管栅极、主电路运算放大器的输入负端通过电阻R3接地、主电路运算放大器的输入正端还通过电阻R1接电源、主电路运算放大器的输入负端通过电阻R2接电源；

MOS管，MOS管的源极通过下级电路负载RL接电源、MOS管的漏极通过电阻R8接地；

所述热敏传感器是负温度系数的传感器，当温度升高时，热敏传感器的输出电压下降；当温度降低时，热敏传感器的输出电压上升。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，还包括限流控制电路，所述MOS管的栅极通过限流控制电路接地，当输出电流超过期望最大电流值时，限流控制电路导通，使MOS管的源极和漏极电流为0A；当输出电流没有超过期望最大电流值时，限流控制电路不导通，使MOS管正常工作。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，所述限流控制电路包括限流控制电路运算放大器、电阻R5、电阻R6和二极管，所述二极管的阳极接所述MOS管的栅极、二极管的阴极接所述限流控制电路运算放大器的输出端、所述限流控制电路运算放大器的输入正端连接在电阻R5和电阻R6之间，所述限流控制电路运算放大器的输入负端接地，电阻R5和电阻R6串联在电源和地之间。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，还包括电阻R4，电阻R4分别连接主电路运算放大器的输入负端和限流控制电路运算放大器的输入负端，用于将输出电流反馈到主电路运算放大器，以调控输出电流曲线的斜率。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，还包括电阻R9，电阻R9分别连接主电路运算放大器的输入负端和电源，用于将输出电流反馈到主电路运算放大器，以消除电源电压波动对输出电流大小。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，通过设置电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9的阻值，得到满足下级电路负载RL输入需求的精确的输出电流曲线。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，通过控制电阻R1的阻值设置输出电流曲线的高低。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，所述下级电路负载包括：光耦电路。

本发明提供的一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，使热敏传感器特性曲线与输出电流目标需求曲线相一致，提高电流输出曲线的准确性；通过可靠的输出电流限流措施，在电流超过使用条件范围的情况下，保护后级电路不因电流超过限制而损坏；采用多个电阻控制电流输出曲线的斜率和高度，精确匹配电流输出曲线，降低调试困难，有助于批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路图；

图2为现有技术的电流输出曲线控制电路图；

图3为本发明实施例所述的光耦电路的输入电流最大电流值随温度变化图；

图4为本发明实施例所述的光耦电路的输出电流实际需求曲线和输入电流最大电流值曲线的对照图；

图5为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路的热敏传感器温度特性曲线图；

图6为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路的电阻R4控制的电流输出曲线图；

图7为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路的电阻R1控制的电流输出曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路图，如图1所示，

本发明实施例提供的一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，包括：

热敏传感器S1，一端接主电路运算放大器U1的输入正端、另一端接地；

主电路运算放大器U1，主电路运算放大器U1的输出端通过电阻R7接MOS管Q1栅极、主电路运算放大器U1的输入负端通过电阻R3接地、主电路运算放大器U1的输入正端还通过电阻R1和电阻R10接电源、主电路运算放大器U1的输入负端通过电阻R2和电阻R10接电源；

MOS管Q1，MOS管Q1的源极通过下级电路负载RL接电源、MOS管Q1的漏极通过电阻R8接地；

所述热敏传感器S1是负温度系数的传感器，当温度升高时，热敏传感器的输出电压下降；当温度降低时，热敏传感器的输出电压上升。

电路中，电阻R10用于稳压限流，与稳压二极管D2配合，一起稳定电源电压，稳压二极管D2阳极通过电阻R10接电源，其阴极接地；电阻R7使用限流的方式保护主电路运算放大器U1，防止因MOS管Q1失效导致的其栅极和源极短路使电路运算放大器U1被过大电流损坏；电容C1的一端接主电路运算放大器U1的输出端，另一端通过电阻R3接地，用于控制主电路运算放大器U1的输出电压波动，防止主电路运算放大器U1的输出电压波动过大导致MOS管Q1的输出电流曲线振荡。

以上技术方案是为了使热敏传感器特性曲线与输出电流实际需求曲线相一致。为了实现电流输出需要MOS管，为了实现温度控制需要热敏传感器，在电路中设置如图1所示的MOS管Q1和热敏传感器S1。热敏传感器采集温度信息并转换成电信号，主电路运算放大器U1把热敏传感器S1采集到的电信号隔离放大后，用于控制MOS管Q1的输出电流，以实现输出电流随温度变化而变化的效果。RL为下级电路负载。根据下级电路负载的输出电流实际需求曲线不同，热敏传感器的温度特性也不同。一般来说电子元器件在高温下输出电流实际需求值会变小，低温下输出电流实际需求值会变大。图3为本发明实施例所述的光耦电路的输入电流最大电流值随温度变化图，以光耦电路为例，其输入电流最大值曲线如图3所示，在40℃时，随着温度上升，光耦电路的输入电流最大值呈直线下降；而在40℃之前，光耦电路的输入电流最大值并未发生变化。图4为本发明实施例所述的光耦电路的输出电流实际需求曲线和输入电流最大电流值曲线的对照图，光耦电路的输出电流实际需求曲线如图4所示下边的第二条曲线，该输出电流实际需求曲线从-40℃开始就呈直线下降，与光耦电路的输入电流最大电流值曲线不同，该光耦电路的输入电流最大电流值曲线在40℃时才开始下降。为了满足温度特性，需要使光耦电路的输出电流实际需求曲线如图4所示，也就是需要实现MOS管Q1输出电流曲线符合如图4所示的光耦电路的输出电流实际需求曲线。因此，要求实现主电路运算放大器U1的输出电压随温度变化而变化。在主电路运算放大器U1的输入正端添加一个负温度系数的热敏传感器就可以实现。图5为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路的热敏传感器温度特性曲线图，如图5所示，热敏传感器的电压随着温度升高呈直线下降，与图4所示的输出电流实际需求曲线相符合。具体为：当温度升高时，传感器S1输出电压下降，主电路运算放大器U1的输出电压下降，MOS管Q1漏极输出电流减小；当温度降低时，传感器S1输出电压上升，主电路运算放大器U1输出电压上升，MOS管Q1漏极输出电流增大。这样就实现了使热敏传感器温度特性曲线与输出电流实际需求曲线相一致，使MOS管Q1的漏极的输出电流与热敏传感器温度特性曲线相对应。

本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路，还包括限流控制电路，所述MOS管Q1的栅极通过限流控制电路接地，当输出电流超过期望最大电流值时，限流控制电路导通，使MOS管Q1的源极和漏极电流为0A；当输出电流没有超过期望最大电流值时，限流控制电路不导通，使MOS管Q1正常工作。

进一步，本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路，所述限流控制电路包括限流控制电路运算放大器U2、电阻R5、电阻R6和二极管D1，所述二极管D1的阳极接所述MOS管Q1的栅极、二极管D1的阴极接所述限流控制电路运算放大器U2的输出端、所述限流控制电路运算放大器U2的输入正端连接在电阻R5和电阻R6之间，所述限流控制电路运算放大器U2的输入负端接地，电阻R5、电阻R6和电阻R10连接在电源和地之间。以上技术方式是为了限定最大输出电流。为了防止MOS管Q1的输出电流过大烧毁下级电路负载RL，需要添加一个输出限流控制电路。利用限流控制电路运算放大器U2和电阻R5、电阻R6、电阻R8构成负反馈电路来限制输出电流最大值。电路输出电流，即MOS管Q1漏极的电流（I_D）会流过MOS管Q1的漏极、源极和电阻R8，将在电阻R8上产生的压降（R₈×I_D），即图1所示的A点电压，反馈给限流控制电路运算放大器U2的输入负端。用电阻R5和电阻R6来设定输出电流最大值，即期望最大电流值。期望最大电流值（I_max）的设定公式为：其中，V₁为稳压二极管D2的稳定电压，R5、R6、R8分别为电阻R5、R6、R8的阻值。当MOS管Q1的输出电流超过期望最大电流值（I_max）时，A点电压升高，运算放大器U2输出为0V，二级管D1导通，MOS管Q1的栅极电压变为0V，MOS管Q1输出截止，MOS管Q1的漏极电流为0A，这样形成负反馈，用来限制MOS管Q1输出的最大电流；当输出电流没有超过期望最大电流值时，A点电压不变，运算放大器U2的输出电压无法使二级管D1导通，MOS管Q1正常工作，整个电路也正常工作。通过以上所述技术方案的可靠的输出电流限流措施，在电流超过使用条件范围的情况下，可以保护后级负载电路不因电流超过限制而损坏。

本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路，还包括电阻R4，电阻R4分别连接主电路运算放大器U1的输入负端和限流控制电路运算放大器U2的输入负端，用于将输出电流反馈到主电路运算放大器U1，以调控输出电流曲线的斜率。

本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路，还包括电阻R9，电阻R9分别连接主电路运算放大器U1的输入负端和电源，用于将输出电流反馈到主电路运算放大器U1，以消除电源电压波动对输出电流的影响。

本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路，通过设置电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9的阻值，得到满足下级电路负载RL输入需求的精确的输出电流曲线。

本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路，通过控制电阻R1的阻值设置输出电流曲线的高低。

以上技术方案是为了实现反馈控制和曲线高低控制。利用电阻R4将输出电流反馈到主电路运算放大器U1的输入端以调控输出电流曲线斜率大小，图6为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路的电阻R4控制的电流输出曲线图，如图6所示，随着电阻R4阻值的变化，输出电流曲线的斜率也发生相应变化，可以满足下级电路负载RL不同的电流控制需求。电阻R9是另外一个反馈通道，用以消除电源电压波动对输出电流大小的影响。调整原理为：在某一稳定温度下，电路的电流稳定后，MOS管Q1的输出电流稳定，当电源电压升高时，其他参数不变时，MOS管Q1的输出电流会升高。要想电源电压升高时，MOS管Q1输出电流不变，可以通过电阻R9把电源电压升高的变化反馈给主电路运算放大器U1，主电路运算放大器U1的负极电压就会升高，主电路运算放大器U1的输出电压就会降低，MOS管Q1的输出电流也会降低。当R9选择适当时，因电源电压升高导致MOS管Q1输出增大的电流量与因主电路运算放大器U1输出降低导致MOS管Q1输出减小的电流量相同，最后达到输出电流不变的效果；而当电源电压降低时，同理，电阻R9的反馈可以使MOS管Q1的输出电流不变。本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路从MOS管Q1的源极取反馈而不是栅极，这样电路设计的调试可以同时考虑电阻R4和电阻R9的影响，通过试验计算确定电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9的阻值，对输出电流值进行调整，从而得到一条精确符合下级电路输入需求的曲线。图7为本发明实施例所述的电流输出曲线控制电路的电阻R1控制的电流输出曲线图，如图7所示，利用电阻R1的阻值变化可以设置输出电流曲线高低，电阻R1不同的阻值可以使电流输出曲线在保持斜率不变的情况下，上下移动，可以满足更为复杂的电流控制需求。以上技术方案采用多个电阻控制电流输出曲线的斜率和高度，精确匹配电流输出曲线，降低调试困难，有助于批量生产电路器件。

进一步，本发明所述的电流输出曲线控制电路，所述下级电路负载包括：光耦电路。

以上仅为本发明的优选实施例，当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种反馈型宽温范围MOS通道电流输出曲线控制电路，包括：

热敏传感器，一端接主电路运算放大器的输入正端，另一端接地；

主电路运算放大器，主电路运算放大器的输出端接MOS管栅极，主电路运算放大器的输入负端通过电阻R3接地，主电路运算放大器的输入正端还通过电阻R1接电源，主电路运算放大器的输入负端通过电阻R2接电源；

MOS管，MOS管的源极通过下级电路负载RL接电源，MOS管的漏极通过电阻R8接地；

其特征在于：所述热敏传感器是负温度系数的传感器，当温度升高时，热敏传感器的输出电压下降；当温度降低时，热敏传感器的输出电压上升。

2.根据权利要求1所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，还包括限流控制电路，所述MOS管的栅极通过限流控制电路接地，当所述MOS管输出电流超过期望最大电流值时，限流控制电路导通，使MOS管的源极和漏极电流为0A；当所述MOS管输出电流没有超过期望最大电流值时，限流控制电路不导通，使MOS管正常工作。

3.根据权利要求2所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，所述限流控制电路包括限流控制电路运算放大器、电阻R5、电阻R6和二极管，所述二极管的阳极接所述MOS管的栅极，二极管的阴极接所述限流控制电路运算放大器的输出端，所述限流控制电路运算放大器的输入正端连接在电阻R5和电阻R6之间，所述限流控制电路运算放大器的输入负端接地，电阻R5和电阻R6连接在电源和地之间。

4.根据权利要求3所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，还包括电阻R4，电阻R4分别连接主电路运算放大器的输入负端和限流控制电路运算放大器的输入负端，用于将输出电流反馈到主电路运算放大器，以调控输出电流曲线的斜率。

5.根据权利要求4所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，还包括电阻R9，电阻R9分别连接主电路运算放大器的输入负端和电源，用于将输出电流反馈到主电路运算放大器，以消除电源电压波动对输出电流大小。

6.根据权利要求5所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，通过设置电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9的阻值，得到满足下级电路负载RL输入需求的精确的输出电流曲线。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，通过控制电阻R1的阻值设置输出电流曲线的高低。

8.根据权利要求7所述的电流输出曲线控制电路，其特征在于，所述下级电路负载包括：光耦电路。