CN105843309A - 基于电流源的高压开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电流源的高压开关控制电路，包括电流源产生电路与开关电路；其中电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1；开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2；该基于电流源的高压开关控制电路能够使晶体管M0的源极和栅极之间的压差不受温度、工艺变化的影响，使高压开关得到精确的控制。

Description

基于电流源的高压开关控制电路

技术领域

本发明属于高压开关技术领域，特别涉及一种基于电流源的高压开关控制电路。

背景技术

随着人们生活质量的不断提高，人们越来越关注周围的生活环境。为了减小汽车的尾气排放量，提高人们的生活质量，电动自行车、电动汽车、单脚滑行车等越来越受到人们的关注。而电池是这些产品的主要组成部分，它的安全性和使用寿命等成为了重点考虑部分。因此，为了提高锂电池的使用寿命以及确保电池使用的安全性，电池充放电监视、管理和控制电路已被开发出来，并且有效地应用在不同的产品当中。图1为一个多节级联电池组监视框图，在图1中，通过对开关电路2的选通，监测电路4可以实现对电池组1中不同电池电压的监控。在多节电池级联组中，位于电池级联组顶端的电池电压较高；当电池电压较高时，与之对应的开关电路为高压开关电路。图2为典型的高压开关控制电路，为确保晶体管M00不被高压击穿，所选的晶体管M00为高压管，高压晶体管和低压晶体管的阈值电压几乎大小相等。二极管D1、D2···Dn串联在电压V11和电压V13之间，用来保证电压V11和电压V13之间的压差大于晶体管M00的阈值电压，从而使晶体管M00正常打开。由于二极管受温度影响较大，电压V11和电压V13之间的压差会随温度的变化而变化，因此该高压开关电路精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电流源的高压开关控制电路。

为此，本发明技术方案如下：

一种基于电流源的高压开关控制电路，包括电流源产生电路与开关电路；

电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1；运算放大器的反相输入端接基准电压V_REF，运算放大器的正向输入端连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地；晶体管M1、晶体管M2的源级均连接到电压VDD，晶体管M1、晶体管M2的栅极均连接到运算放大器的输出端，晶体管M1的漏极连接到运算放大器的正向输入端，晶体管M2的漏极连接到晶体管M3的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极连接到晶体管M2的漏极；晶体管M4的栅极连接到晶体管M3的栅极，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏极与开关电路中晶体管M5的源极相连；

所述的开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2；晶体管M0的源极接待测电压V1，晶体管M0的栅极接晶体管M5的漏极，晶体管M0的漏极接输出电压V2,；电阻R2的一端接到待测电压V1，另一端接到晶体管M0的栅极；晶体管M5的栅极接到可调节电压S1，晶体管M5的源极连接到晶体管M4的漏极。

所述的晶体管M1、晶体管M2为低压增强型PMOS管；晶体管M3、晶体管M4为低压增强型NMOS管；晶体管M0为高压增强型PMOS管；晶体管M5为高压增强型NMOS管。

所述的电阻R1与电阻R2型号完全相同；晶体管M1、晶体管M2型号完全相同；晶体管M3、晶体管M4型号完全相同。

与现有技术相比，该基于电流源的高压开关控制电路在温度变化时，晶体管M0的源极和栅极之间的压差不受电阻大小变化的影响，始终保持在稳定状态，使高压开关得到了更精确的控制。

附图说明

图1为多节级联电池组监控框图。

图2为典型的高压开关控制电路。

图3为本发明的基于电流源的高压开关控制电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图3所示，该基于电流源的高压开关控制电路包括电流源产生电路与开关电路；

电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1；运算放大器的反相输入端接基准电压V_REF，运算放大器的正向输入端连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地；晶体管M1、晶体管M2的源级均连接到电压VDD，晶体管M1、晶体管M2的栅极均连接到运算放大器的输出端，晶体管M1的漏极连接到运算放大器的正向输入端，晶体管M2的漏极连接到晶体管M3的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极连接到晶体管M2的漏极；晶体管M4的栅极连接到晶体管M3的栅极，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏极与开关电路中晶体管M5的源极相连；

所述的开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2；晶体管M0的源极接待测电压V1，晶体管M0的栅极接晶体管M5的漏极，晶体管M0的漏极接输出电压V2,；电阻R2的一端接到待测电压V1，另一端接到晶体管M0的栅极；晶体管M5的栅极接到可调节电压S1，晶体管M5的源极连接到晶体管M4的漏极。

所述的晶体管M1、晶体管M2为低压增强型PMOS管；晶体管M3、晶体管M4为低压增强型NMOS管；晶体管M0为高压增强型PMOS管；晶体管M5为高压增强型NMOS管。

所述的电阻R1与电阻R2型号完全相同；晶体管M1、晶体管M2型号完全相同；晶体管M3、晶体管M4型号完全相同。

本发明提供的基于电流源的高压开关控制电路的工作过程如下：

设晶体管M5的栅极和源极之间的电压为Vgs5，晶体管M5的阈值电压为VT5；

首先调整可调节电压S1的大小，使V_gs5<VT5，则晶体管M5工作在截止区，左侧电流源产生电路与右侧的开关电路处于断开状态；此时晶体管M0的栅极电压V3与源极电压V1相等，晶体管M0的栅极和源极之间的差压为零，电阻R2上没有电流，晶体管M0工作在截止区。

调整可调节电压S1的大小，使V_gs5≥VT5，则晶体管M5打开，右侧的开关电路与左侧的电流源产生电路接通，流过电阻R2的电流I_R2与晶体管M4漏极的电流I₁大小相等；

晶体管M5打开后，在左侧的电流源产生电路中，利用虚短虚断的概念，运算放大器的正向输入端电压VR与基准电压V_REF电压值相等，则流过电阻R1的电流I_R1被确定为

$I_{R1}=\frac{V_R}{R1}=\frac{V_{REF}}{R1}---\left(1\right)$

晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4均工作在饱和区，且晶体管M1、晶体管M2型号完全相同，晶体管M1、晶体管M2的源极均接到电压VDD，晶体管M1、晶体管M2的漏极均接到运算放大器的输出端，则流过晶体管M1、晶体管M2漏极的电流相同，晶体管M1的漏极连接到电阻R1的一端，因此流过晶体管M1、晶体管M2漏极的电流大小与流过电阻R1的电流I_R1的大小相等；

晶体管M3、晶体管M4组成镜像电流源，则流过晶体管M3的漏极电流与流过晶体管M4漏极的电流I₁大小相等；因此得到：

I_R1＝I₁＝I_R2 (2)

当温度、工艺变化之前，设流经电阻R2的电流为I_R2，流经电阻R1的电流为I_R1，当温度工艺变化之后，设变化后的电阻R1的阻值为R1'，设变化后的电阻R2的阻值为R2'，变化后流经电阻R2的电流为I_R2'，变化后流经电阻R1的电流为I_R1'；电阻R1与电阻R2型号完全相同，则当工艺、温度变化后，电阻R1与电阻R2产生相同的变化，即：

R1'＝R2' (3)

晶体管M5处于打开状态，则温度、工艺变化后流经电阻R1与电阻R2的电流大小相等，即

I_R1′＝I_R2′ (4)

由公式(3)与公式(4)可知：

R1'I_R1'＝R2'I_R2' (5)

已知R1两端的电压恒定，恒为基准电压V_REF，即

R1'I_R1'＝VR＝V_REF (6)

由公式(5)与公式(6)可知，电阻R2两端的电压恒定，恒为基准电压V_REF，即

R2'I_R2'＝VR＝V_REF (7)

由公式(7)可知，本发明提供的基于电流源的高压开关控制电路中的晶体管M0源极和栅极两端的压差由运算放大器反向输入端的基准电压V_REF决定，不会因温度、工艺的改变而产生变化，从而使晶体管M0得到精确地控制。

Claims (3)

1.一种基于电流源的高压开关控制电路，其特征在于，所述的基于电流源的高压开关控制电路包括电流源产生电路与开关电路；

电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1；运算放大器的反相输入端接基准电压V_REF，运算放大器的正向输入端连接到电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地；晶体管M1、晶体管M2的源级均连接到电压VDD，晶体管M1、晶体管M2的栅极均连接到运算放大器的输出端，晶体管M1的漏极连接到运算放大器的正向输入端，晶体管M2的漏极连接到晶体管M3的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极连接到晶体管M2的漏极；晶体管M4的栅极连接到晶体管M3的栅极，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏极与开关电路中晶体管M5的源极相连；

开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2；晶体管M0的源极接待测电压V1，晶体管M0的栅极接晶体管M5的漏极，晶体管M0的漏极接输出电压V2,；电阻R2的一端接到待测电压V1，另一端接到晶体管M0的栅极；晶体管M5的栅极接到可调节电压S1，晶体管M5的源极连接到晶体管M4的漏极。

2.根据权利要求1所述的基于电流源的高压开关控制电路，其特征在于，所述的晶体管M1、晶体管M2为低压增强型PMOS管；晶体管M3、晶体管M4为低压增强型NMOS管；晶体管M0为高压增强型PMOS管；晶体管M5为高压增强型NMOS管。

3.根据权利要求1所述的基于电流源的高压开关控制电路，其特征在于，所述的电阻R1与电阻R2型号完全相同；晶体管M1、晶体管M2型号完全相同；晶体管M3、晶体管M4型号完全相同。