CN103123510A

CN103123510A - 可调恒流源电路

Info

Publication number: CN103123510A
Application number: CN2013100017188A
Authority: CN
Inventors: 赖德龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-05
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2013-05-29

Abstract

本发明公开一种可调恒流源电路，其包括：正相输入端连接参考电压V_REF的运算放大器、栅极与运算放大器输出端耦接的晶体管；运算放大器输出端耦接通过开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn分别连接晶体管的栅极，晶体管的源极分别与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn均是其中一末端接地、另一末端连接运算放大器的负相输入端。本发明电路结构简单、实现成本较低。

Description

可调恒流源电路

技术领域

本发明涉及一种电源电路，尤其是涉及一种可调恒流源电路。

背景技术

恒流源是输出电流不因负载或输出电压变化而保持不变的电流源。为了能够精确输出电流，通常使用一个运算放大器EA0作为反馈，同时使用晶体管Q1和检测电阻Rs实现一个恒流源的标准电路，如图1所示。具体连接关系为：检测电阻Rs的一端接地，另一端接在N型功率晶体管Q1的源极（S），并连到运算放大器EA0的反相输入端；运算放大器EA0的同相输入端连接到参考电压V_REF，运算放大器EA0的输出端接在功率晶体管Q1的栅极（G），而功率晶体管Q1的漏极（D）接在负载(比如LED模块)，流过功率晶体管Q1的漏极（D）上的电流I_LOAD=V_REF/Rs。因此，通过调节参考电压V_REF或检测电阻Rs即可以实现恒流源的电流I_LOAD的可调性。

上述恒流源电路使用的成本较低的元件实现，且易于搭建和调试，但是，上述恒流源电路存在如下缺陷：

第一、当调节参考电压V_REF的电压值，若参考电压V_REF的电压值很低，即恒流源的电流值至较小时，功率晶体管Q1的压降将会大增，使得恒流源效率降低。

第二、若根据实际应用需要实现一个大范围内的恒流，比如需要输入5组电流分别是5μA、100μA、1mA、10mA和500mA，此时需要使用17位的数模转换器DAC（digital-to-analog converter）来改变参考电压V_REF的电压值，或使用17位的数字电位器改变检测电阻Rs的阻值，虽然数模转换器或数字电位器的精度较高，但由于仅需要调节数量较少的几个电流值而无法充分使用数模转换器或数字电位器，造成浪费。

第三、若在图1的基础上实现确定的多个档位（每个档位对应电流I_LOAD的一个电流值），如图2所示通过开关S1、S2、..或Sn导通来选择检测电阻Rs1、Rs2、..或Rsn来获得不同的电流值的电流I_LOAD。但是，开关S1、S2、..或Sn无论采用何种元件（比如继电器、固态开关元件等）实现，在导通时均存在一个导通电阻，该导通电阻与检测电阻串接，此时电流I_LOAD=参考电压V_REF/（导通电阻+选择的检测电阻），从而开关S1、S2、...或Sn将会给电流I_LOAD造成误差，特别是在要求电流I_LOAD的电流值较小时产生的误差较大，影响了恒流源的精确性。

发明内容

本发明提出一种效率较佳、精度较高的恒流源电路，以解决目前恒流源电路存在效率较低、因存在误差而精确性较差的技术问题。

本发明采用如下技术方案实现：一种可调恒流源电路，其包括：正相输入端连接参考电压V_REF的运算放大器、栅极与运算放大器输出端耦接的晶体管；运算放大器输出端耦接通过开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn分别连接晶体管的栅极，晶体管的源极分别与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn均是其中一末端接地、另一末端连接运算放大器的负相输入端。

其中，晶体管包括多个并联的P型晶体管Q1~Qn，该晶体管Q1~Qn的栅极分别耦接运算放大器的输出端，晶体管Q1~Qn的源极分别耦接检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn。

其中，晶体管Q1~Qn的栅极分别通过电阻R1、R2、…和Rn连接电压VGOFF。

其中，开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn集成设置在第一模拟多路复用器芯片之中，该第一模拟多路复用器芯片的每个通道输入端分别通过晶体管与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且第一模拟多路复用器芯片的公共输出端连接运算放大器的输出端。

其中，第一模拟多路复用器芯片的地址线与控制器相连。

其中，检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn的其中一末端分别通过开关S_A1、开关S_A2、…和开关S_An连接通过运算放大器的负相输入端。

其中，开关S_A1、开关S_A2、…和开关S_An集成设置在第二模拟多路复用器芯片之中，该第二模拟多路复用器芯片的每个通道输入端分别与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且第二模拟多路复用器芯片的公共输出端连接运算放大器的输出端。

其中，第二模拟多路复用器芯片的地址线与控制器相连。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：合理的电路参数、容易实现；可实现任意跨度（档位）而不受控制位元解析度的限制；可实现任意的恒流推动能力；良好的精度。另外，本发明电路结构简单、实现成本较低。

附图说明

图1是现有一种恒流源电路的示意图。

图2是现有另一种恒流源电路的示意图。

图3是本发明恒流源电路的示意图。

图4是本发明另一个实施例的电路示意图。

图5是本发明再一个实施例的电路示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明将开关移出电流感测的回路，即：晶体管Q1的源极（S）通过开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn分别连接检测电阻Rs1、Rs2、…或Rn，且开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn分别通过开关S_A1、开关S_A2、…和开关S_An连接通过运算放大器EA0的负相输入端。其中n为大于1的整数。

通过让S_Ai和S_Bi（i为1至n的正整数）连动选择Ri，就能避免开关导通电阻造成的参数误差。比如，选择开关S_Bn与开关S_An接通，将选择电阻Rn接入，此时，电流I_LOAD=参考电压V_REF/选择电阻Rn。

如图4所示，考虑到集成电路（IC）型态的模拟开关（analog switch）能承载的电流有限，若是应用在图3所示电路中，开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn会限制可操作的最大电流，故让各电流档位的晶体管分立出来即：运算放大器EA0的输出端依次连接多个并联的P型晶体管Q1~Qn的栅极，由晶体管Q1~Qn的源极分别连接检测电阻Rs1、Rs2、…或Rn，且晶体管Q1~Qn的源极分别通过开关S_A1、开关S_A2、…和开关S_An连接通过运算放大器EA0的负相输入端，而晶体管Q1~Qn的栅极分别通过电阻R1、R2、…和Rn连接电压V_GOFF。

结合图5所示，本实施例以实现8个可调的电流（即8个随意档位的电流源）为例进行详细说明。

在运算放大器EA0的正相输入端连接到参考电压V_REF，运算放大器EA0的输出端依次连接第一可控开关组U1、多个并联的P型晶体管Q1~Q8的栅极后，由晶体管Q1~Q8的源极通过第二可控开关组U2连接运算放大器EA0的反相输入端，晶体管Q1~Q8的漏极连接负载；且晶体管Q1~Q8的源极与第二可控开关组U2同时连接多个并联的检测电阻Rs1、Rs2、…和Rs8；并且，晶体管Q1~Q8的栅极分别通过电阻R1、R2、…和R8连接电压V_GOFF。

其中，第一可控开关组U1具有8个相互独立的第一可控开关，第二可控开关组U2具有8个相互独立的第二可控开关。也就是说，运算放大器EA0的输出端与反相输入端之间连接了8个并联的反馈支路，每个反馈支路包括一可控开关组U1中的其中一个第一可控开关、晶体管Q1~Q8的其中之一，且第一可控开关连接在晶体管Q1~Q8的其中之一的栅极与运算放大器EA0的输出端之间，而晶体管Q1~Q8的其中之一的源极与运算放大器EA0的反相输入端之间连接第二可控开关组U2的其中一个第二可控开关。并且，每个反馈支路与地之间分别连接一个检测电阻Rs1、Rs2、…或Rs8。

在一个实施例中，第一可控开关组U1和第二可控开关组U2均采样型号是ADG508F的模拟多路复用器来实现。ADG508F芯片内置8个单通道，每个单通道相当于一个开关，分别由8个通道输入端S1、S2、…和S8的其中之一与公共输出端D构成。并且，芯片ADG508F具有3根地址线A0、A1和A2，2个芯片ADG508F的地址线A0、A1和A2均连接控制器，由控制器向地址线A0、A1和A2输出地址信号，而芯片ADG508F根据3位二进制地址线A0、A1和A2所确定的地址，将8路输入之一切换至公共输出端D。芯片ADG508F还具有使能端EN，用来使能或禁用器件，在禁用时，所有通道均关断。

本发明的工作原理如下：两个芯片ADG508F均处于禁用时，其所有的通道关闭，此时流过负载I_LOAD的电流为0，且由于晶体管Q1~Q8的栅极分别通过电阻R1、R2、…和R8连接截止电压VGOFF，晶体管Q1~Q8而确保处于截止状态；在控制器的控制下，两个芯片ADG508F中的第i路（i为1~8）通道导通，此时，拉低晶体管Qi的栅极电压而使晶体管Qi导通，从而由晶体管Qi导通选择了与该晶体管Qi的源极相连的检测电阻Rsi，此时，流过负载的电流I_LOAD=参考电压V_REF/检测电阻Rsi。

因此，第二可控开关组U2与第一可控开关组U1联动，防止第一可控开关组U1误动作时使电流I_LOAD产生误差，从而提高恒流源电路的稳定性和准确性。

另外，可以通过对控制器进行编程，由控制器通过二进制地址线A0、A1和A2选定选择其中一路导通来选择对应的电流。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可调恒流源电路，其包括：正相输入端连接参考电压V_REF的运算放大器、栅极与运算放大器输出端耦接的晶体管，特征在于，包括：运算放大器输出端耦接通过开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn分别连接晶体管的栅极，晶体管的源极分别与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn均是其中一末端接地、另一末端连接运算放大器的负相输入端。

2.根据权利要求1所述可调恒流源电路，其特征在于，晶体管包括多个并联的P型晶体管Q1~Qn，该晶体管Q1~Qn的栅极分别耦接运算放大器的输出端，晶体管Q1~Qn的源极分别耦接检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn。

3.根据权利要求2所述可调恒流源电路，其特征在于，晶体管Q1~Qn的栅极分别通过电阻R1、R2、…和Rn连接电压VGOFF。

4.根据权利要求1所述可调恒流源电路，其特征在于，开关S_B1、开关S_B2、…和开关S_Bn集成设置在第一模拟多路复用器芯片之中，该第一模拟多路复用器芯片的每个通道输入端分别通过晶体管与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且第一模拟多路复用器芯片的公共输出端连接运算放大器的输出端。

5.根据权利要求4所述可调恒流源电路，其特征在于，第一模拟多路复用器芯片的地址线与控制器相连。

6.根据权利要求1-5任何一项所述可调恒流源电路，其特征在于，检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn的其中一末端分别通过开关S_A1、开关S_A2、…和开关S_An连接通过运算放大器的负相输入端。

7.根据权利要求6所述可调恒流源电路，其特征在于，开关S_A1、开关S_A2、…和开关S_An集成设置在第二模拟多路复用器芯片之中，该第二模拟多路复用器芯片的每个通道输入端分别与检测电阻Rs1、检测电阻Rs2、…和检测电阻Rn相连，且第二模拟多路复用器芯片的公共输出端连接运算放大器的输出端。

8.根据权利要求7所述可调恒流源电路，其特征在于，第二模拟多路复用器芯片的地址线与控制器相连。