CN106020307A - 一种恒定功耗的线性恒流电源 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种恒定功耗的线性恒流电源。本发明的电路包括电压采样模块、补偿电流产生模块和恒流模块；其中电压采样模块采样功率管漏端电压，输出与输入成比例的电压V1并产生开关控制信号S1。V1经过除法器模块进行求倒输出1/V1电压输出减法器模块输出(V3‑1/V1)电压再经电压‑电流转换模块产生补偿电流Ic＝(V3‑1/V1)/R1，补偿电流通过开关S1流过补偿电阻RF来调节RS上电压，调节输出电流Iout使得功率恒定。当功率管NM1漏端电压上升，补偿电流模块产生随电压增大而增大的补偿电流；当电压上升到一定程度时，open信号控制开关S1打开，补偿流过电阻RF，降低RS上的电压，降低芯片输出电流，维持芯片上的功率恒定。

Description

一种恒定功耗的线性恒流电源
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种恒定功耗的线性恒流电源。
背景技术
高压线性恒流电源由于其结构简单，成本低，纹波小等优点得到广泛的应用，特别是在LED驱动方面；然而线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低，因此发热问题严重。对于传统带过温关断模块的驱动，当输入电压过大，芯片上功率过大，容易引起闪烁(压闪)。
因此，对于恒流线性驱动而言，具有恒定功耗的电路可以很好地调节芯片内部功率管的功耗，从而使得芯片内部功耗恒定，且具有很好的电压自适应功能。
发明内容
本发明的目的，就是针对上述问题，提出可以根据电压变化对负载的功率实施预设好的调节的一种恒定功耗的线性恒流电源。
本发明的技术方案：一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，包括电压采样模块、补偿电流产生模块和恒流模块；其中，恒流模块由第一运算放大器AMP1、第一NMOS管NM1，第一电阻RS和第二电阻RF构成；第一运算放大器AMP1同相输入端连接参考电压Vref，反相输入端通过第二电阻RF后接第二电阻RS和第一NMOS管NM1源极的连接点；第一NMOS管NM1的源极通过第一电阻RS后接地；第一运算放大器AMP1输出端连接第一NMOS管NM1的栅端；电压采样模块采样第一NMOS管NM1漏极电压VD，电压采样模块输出采样电压V1和开关信号open；补偿电流产生模块包括除法器模块、减法器模块、第二运算放大器AMP2、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第二NMOS管NM2、第三电阻R1和开关S1；其中，除法器模块输入电压采样模块输出的采样电压V1和一个1V电压，输出1/V1电压信号，所述除法器模块用于对采样的电压进行求倒运算；减法器模块输入电压V3和1/V1，减法器模块输出的电压信号为：V3-1/V1；第二运算放大器AMP2同相输入端连接减法器输出的电压信号，第二运算放大器AMP2反相输入端连接第三电阻R1与第二NMOS管NM2源极的连接点，第二运算放大器AMP2输出端连接第二NMOS管NM2的栅端；第二NMOS管NM2的漏极连接第一PMOS管PM1管漏极，第二NMOS管NM2的源极通过第三电阻R1后接地；第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2构成电流镜，镜像补偿电流，第二PMOS管PM2的源极连接开关S1的一端，开关S1的另一端接第一运算放大器AMP1反相输入端与第二电阻RF的连接点，开关S1由电压采样模块输出的开关信号open控制，当开关信号open控制S1打开时，补偿电流流过第二电阻RF，产生补偿电压，降低第一电阻RS上的电压，降低芯片输出电流，维持芯片上的功率恒定。
本发明总的技术方案，其中第一电阻RS为检测电流电阻，第二电阻RF为反馈电阻；本发明中的电压采样模块通过采样电阻获得电压，并以此判断是否需要进行功率调节，同时产生所需的调节电压；补偿电流产生模块获得电压采样模块的调节电压后产生补偿电流，并输入到恒流模块，通过反馈电阻RF来调节功耗，使得功率恒定；电压采样模块的输入端接输入电压VIN，通过内部采样电阻分压，产生呈线性关系之比的电压V1和电压VD，V1输入补偿电流产生模块中的除法器模块，VD直接加在恒流模块中的功率管上，此模块还输出补偿电流开关控制电压Vopen来对是否需要电流补偿进行控制；除法器模块将电压采样模块输出的V1取倒，并输入到减法器模块中，减法器模块将电压V3与V1的倒数作减法，所得电压输入运放同相端。此运放反相端接补偿电流产生电阻R1的上端，以及MOS管NM2的源段，运放输出端接到MOS管NM2的栅极，通过此电路产生电流I＝(V3-1/V1)/R1，再通过电流镜复制输出到恒流模块。其中输出电流是否能到恒流模块由开关S1控制，开关S1的关断与否由电压采样模块的输出电压Vopen控制；运放同相端输入参考电压VREF，反相端接反馈电阻RF上端，并输入补偿电流，运放输出端接NM1栅极，反馈电阻RF下端接NM1源端和检流电阻RS上端，RS下端接地，NM1漏端接电压采样分压电压VD。通过反馈电阻RF压降VRF＝I*RF来进行反馈调节。
进一步的，所述电压采样模块的输入端接输入电压VD，产生与VD呈线性关系之比的电压V1，即V1＝K*VD(K<1)。
进一步的，所述除法器模块对电压采样模块输出的V1信号进行求倒数运算，得到1/V1电压；所述除法器模块可用模拟乘法器构建。
进一步的，所述开关管S1为MOS开关或BJT。
进一步的，所述第一NMOS管NM1为LDMOS、VDMOS和IGBT中的一种。
本发明的有益效果为：芯片输入电源电压升高或降低，芯片输出电流经过补偿电流的调节，输出电流和电压不会出现明显变化，从而保证了内部功率管功耗的恒定，并且通过反馈调节，使得负载功耗随之改变保持稳定，且输出电流由电阻RS决定，为线性恒流。
附图说明
图1所示是本发明的一种恒定功耗的线性恒流电源的原理图；
图2所示为本发明补偿电流、输出电流与输入电压关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述：
如图1所示，本发明的一种恒定功耗的线性恒流电源，其包括电压采样模块、补偿电流产生模块和恒流模块；其中，补偿电流产生模块包括了除法器模块、减法器模块和电压电流转换模块。电压采样模块通过采样电阻获得电压，并以此判断是否需要进行功率调节，同时产生所需的调节电压；补偿电流产生模块获得电压采样模块的调节电压后产生补偿电流，并输入到恒流模块，通过反馈电阻RF来调节功耗，使得功率恒定。
具体连接方式为输入电压输入电压采样模块，电压采样模块输出到除法器模块，并控制开关S1的开断，除法器模块输出接减法器模块输入，减法器模块输入运放同相端，产生补偿电流输出到恒流模块，恒流模块通过反馈调节稳定功耗。
本例的具体工作原理为：
输入电压接入电压采样模块，产生电压V1和控制电压Vopen，V1输入电压成比例，即V1＝KVD；V1输入到补偿电流产生模块中的除法器模块，与设定好的1V电压V2作除法，得到输出电压1/V1。
将1/V1输入至减法器模块与电压V3作减法，得到输出电压V3-1/V1，并将此输出电压输入至运放AMP2同相端，由运放虚短虚断原理，补偿电流产生电阻R1上的电压即为V3-1/V1，则可得到补偿电流：
I c = ( V 3 - 1 V 1 ) R 1
NM2栅极接运放输出端，使得NM2工作在饱和区，且通过MOS管的电流为恒流Ic，通过上方由PMOS管PM1和PM2组成的电流镜复制后输入恒流模块来进行反馈调节。
当电压升高或降低，达到补偿电流开启条件时，补偿电流产生模块将电流Ic注入恒流模块中，则RF上的压降为Ic*RF。由负反馈调节原理和运放的基本特性，则
VRS＝VREF-Ic*RF
可得流过负载和功率管NM1的电流
IOUT＝VRS/RS
因此，功率管功耗
P = I O U T * V D = V D * &lsqb; V R E F - ( V 3 - 1 V 1 R 1 ) * R F &rsqb; R S
令则
P = V D * R F V 1 * R 1 * R S = K * R F R 1 * R S
从上式可以得到，当电压上升到一定程度，开关管S1打开，补偿电流流过补偿电阻RF，降低了RS上的电压，降低输出电流。如图2所示为本发明补偿电流Ic、输出电流Iout与输入电压VD关系图，随着输入电压升高，输出电流降低，保持了功率管功耗的恒定。从而使得此电路同时具有很好的电压自适应功能。

Claims (5)

1.一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，包括电压采样模块、补偿电流产生模块和恒流模块；其中，恒流模块由第一运算放大器AMP1、第一NMOS管NM1，第一电阻RS和第二电阻RF构成；第一运算放大器AMP1同相输入端连接参考电压Vref，反相输入端通过第二电阻RF后接第二电阻RS和第一NMOS管NM1源极的连接点；第一NMOS管NM1的源极通过第一电阻RS后接地；第一运算放大器AMP1输出端连接第一NMOS管NM1的栅端；电压采样模块采样第一NMOS管NM1漏极电压VD，电压采样模块输出采样电压V1和开关信号open；补偿电流产生模块包括除法器模块、减法器模块、第二运算放大器AMP2、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第二NMOS管NM2、第三电阻R1和开关S1；其中，除法器模块输入电压采样模块输出的采样电压V1和一个1V电压，输出1/V1电压信号，所述除法器模块用于对采样的电压进行求倒运算；减法器模块输入电压V3和1/V1，减法器模块输出的电压信号为：V3-1/V1；第二运算放大器AMP2同相输入端连接减法器输出的电压信号，第二运算放大器AMP2反相输入端连接第三电阻R1与第二NMOS管NM2源极的连接点，第二运算放大器AMP2输出端连接第二NMOS管NM2的栅端；第二NMOS管NM2的漏极连接第一PMOS管PM1管漏极，第二NMOS管NM2的源极通过第三电阻R1后接地；第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2构成电流镜，镜像补偿电流，第二PMOS管PM2的源极连接开关S1的一端，开关S1的另一端接第一运算放大器AMP1反相输入端与第二电阻RF的连接点，开关S1由电压采样模块输出的开关信号open控制，当开关信号open控制S1打开时，补偿电流流过第二电阻RF，产生补偿电压，降低第一电阻RS上的电压，降低芯片输出电流，维持芯片上的功率恒定。
2.根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述电压采样模块的输入端接输入电压VD，产生与VD呈线性关系之比的电压V1，即V1＝K*VD(K<1)。
3.根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述除法器模块对电压采样模块输出的V1信号进行求倒数运算，得到1/V1电压；所述除法器模块可用模拟乘法器构建。
4.根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述开关管S1为MOS开关或BJT。
5.根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述第一NMOS管NM1为LDMOS、VDMOS和IGBT中的一种。
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