CN112394765A - 一种电流源电路及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子电路技术领域,具体涉及一种电流源电路及控制装置,电流源电路包括电流适配电路和至少一个电流斩波电路,电流斩波电路包括多个电流产生电路和与每个电流产生电路对应的开关电路,电流斩波电路中的各电流产生电路在接收到电流适配电路输出的第一信号时产生一电流信号,且电流斩波电路中的各开关电路在控制器的作用下被交替连通或断开,以对各开关电路对应的电流产生电路产生的电流信号进行对称选择,使电流斩波电路的输出端使电流斩波电路的输出端输出一目标电流以对用电模块供电,且目标电流较为精准,因此在电流源电路用于对不同的用电模块进行供电时,可以有效避免因电流不稳定影响各个用电模块的性能的问题。

Description

一种电流源电路及控制装置
技术领域
本发明涉及电路技术领域,特别地涉及一种电流源电路及控制装置。
背景技术
目前,单片机(MCU)系统或集成控制装置广泛应用空调内机外机的主控系统,一个单片机系统或集成系统通常由控制器、输入电源电压检测模块、数字电压检测、时钟模块、ADC/DAC数字模块构成。而其中各个模块需要电流来提供偏置,电流的精准影响着各个模块的工作性能。
由于集成电路工艺设计问题,会存在工艺偏差,这样的偏差会影响电流的大小,进而影响各个模块的性能,因此,提高电流的精准性,以避免由于电流误差影响单片机中各模块的性能是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种电流源电路及控制装置,以有效提高电流的精准性,从而避免因电流误差影响该电流源电路供电的模块的性能。
本发明提供的功率模块及电子设备,与现有技术相比,至少具备有以下有益效果:
一种电流源电路,包括电流适配电路和至少一个电流斩波电路,所述电流斩波电路包括多个电流产生电路和与每个所述电流产生电路分别对应的开关电路;
所述电流适配电路与所述电流斩波电路中的各电流产生电路的第一输入端分别连接,所述电流斩波电路中的各电流产生电路的第二输入端分别与第一电源连接、输出端与对应的开关电路的输入端连接,所述电流斩波电路中的各开关电路的控制端分别与控制器连接、输出端并联后作为该电流斩波电路的输出端;
所述电流斩波电路中的各电流产生电路在接收到电流适配电路输出的第一信号时产生一电流信号,且该电流斩波电路中的各开关电路在所述控制器的作用下被交替连通或断开,以对各所述开关电路对应的电流产生电路产生的电流信号进行对称选择,使该电流斩波电路的输出端输出一目标电流以对用电模块供电。
可选的,在上述电流源电路中,所述开关电路包括第一电子开关和第二电子开关,所述第一电子开关的输入端和所述第二电子开关的输出端分别与所述电流产生电路的输出端连接,所述第一电子开关的输出端和第二电子开关的输入端并联作为所述开关电路的输出端,所述第一电子开关的控制端和第二电子开关的控制端分别与所述控制器连接。
可选的,在上述电流源电路中,所述第一电子开关为P型场效应管,所述第二电子开关为N型场效应管。
可选的,在上述电流源电路中,所述电流适配电路包括运算放大器、电阻以及第一场效应管,所述运算放大器的异向输入端与第二电源连接、输出端与所述第一场效应管的栅极连接,所述第一场效应管的漏极与第一电源连接、源极通过所述电阻接地,所述第一场效应管的同相输入端连接于所述电阻与所述第一场效应管的漏极之间。
可选的,在上述电流源电路中,所述电流产生电路包括第二场效应管,所述第二场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端连接、漏极与所述第一电源连接、栅极与所述开关电路的输入端连接。
可选的,在上述电流源电路中,所述电流斩波电路包括的电流产生电路的数量为偶数个。
可选的,在上述电流源电路中,所述电流斩波电路包括两个电流产生电路。
本发明还提供一种控制装置,包括控制器以及上述的电流源电路,所述电流源电路与所述控制器电连接。
可选的,在上述控制装置中,所述控制装置还包括恒压电路,所述电流源电路中的电流适配电路包括运算放大器、电阻以及第一场效应管,所述运算放大器的异向输入端通过恒压电路与第二电源连接、输出端与所述第一场效应管的栅极连接,所述第一场效应管的漏极与第一电源连接、源极通过所述电阻接地,所述第一场效应管的同相输入端连接于所述电阻与所述第一场效应管的漏极之间。
可选的,在上述控制装置中,所述控制装置还包括时钟电路,所述控制器通过时钟电路与所述电流源电路连接。
本发明提供的电流电路及控制装置,通过设置电流适配电路和至少一个电流斩波电路,且所述电流斩波电路通过设置多个电流产生电路和与每个电流产生电路对应的开关电路,以使所述电流斩波电路中的各电流产生电路在接收到电流适配电路输出的第一信号时产生一电流信号,且该电流斩波电路中的各开关电路在所述控制器的作用下被交替连通或断开,以对各所述开关电路对应的电流产生电路产生的电流信号进行对称选择,使该电流斩波电路的输出端输出一目标电流,且该目标电流较为精准,因此在该电流源电路应用于控制装置以对不同的用电模块进行供电时,可以有效避免因电流不稳定影响各个用电模块的性能的问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1为本发明实施例提供的一种电流源电路的应用框图。
图2为本发明实施例提供的一种电流源电路的电路原理图。
图3为本发明实施例提供的一种电流源电路的另一电路原理图。
图4为本发明实施例提供的一种电流斩波电路中包括的电流产生电路的电流时序图。
图5为本发明实施例提供的一种控制装置的连接框图。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记,附图并未按照实际的比例绘制。
附图标记:
10-控制装置;20-第一电源;30-第二电源;100-电流源电路;110-电流适配电路;120-电流斩波电路;122-电流产生电路;124-开关电路;Q1-第一电子开关;Q2-第二电子开关;A-运算放大器;R-电阻;M1-第一场效应管;M2-第二场效应管;200-控制器;300-恒压电路;400-时钟电路。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征,在不相冲突前提下可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
请参阅图1,本发明提供一种电流源电路100,用于进行电流斩波并输出精准的电流,所述电流源电路100包括电流适配电路110和至少一个电流斩波电路120,所述电流斩波电路120包括多个电流产生电路122和与每个所述电流产生电路122分别对应的开关电路124。
所述电流适配电路110与所述电流斩波电路120中的各电流产生电路122的第一输入端分别连接,所述电流斩波电路120中的各电流产生电路122的第二输入端分别与第一电源20连接、输出端与对应的开关电路124的输入端连接,所述电流斩波电路120中的各开关电路124的控制端分别与控制器200连接(图1中仅示出了一个所述控制器200与一个开关电路124连接的情况)、输出端并联后作为该电流斩波电路120的输出端。
所述电流斩波电路120中的各电流产生电路122在接收到电流适配电路110输出的第一信号时产生一电流信号,该电流斩波电路120中的各开关电路124在所述控制器200的作用下被交替连通或断开,以对各所述开关电路124对应的电流产生电路122产生的电流信号进行对称选择,使该电流斩波电路120的输出端输出一目标电流以对用电模块供电。
通过将所述开关电路124的控制端与所述控制器200电连接,且使电流斩波电路120中的各开关电路124在所述控制器200的作用下被交替连通或断开,以对各所述开关电路124对应的电流产生电路122产生的电流信号进行对称选择,使该电流斩波电路120输出一目标电流,从而实现通过所述电流产生电路122产生的电流信号进行对称选择,以使输出的目标电流稳定。
需要说明的是,通过进行对称选择以使同一时刻下同一电流斩波电路120中包括的所有开关电路124中有且仅有一半开关电路124处于连通状态,各所述电流斩波电路120的输出端可以分别与用电模块连接,以用于对该用电模块进行供电,通过采用上述电路,以输出稳定地目标电流,进而使各用电模块的性能更佳,即避免了现有技术中影电流不稳定而影响用电模块的性能的问题。
可以理解,在本实施例中,所述用电模块还可以包括但不限于电流源模块、电压源模块、输入电源电压检测模块、数字电压检测模块、时钟模块、ADC/DAC数字模块等,所述电流源电路100可以分别与上述各用电模块电连接,以对各用电模块进行供电。
所述至少一个电流斩波电路120的数量可以是一个、两个或多个,在此不做具体限定,根据实际需求进行设置即可。所述电流斩波电路120中包括的多个电流产生电路122的具体数量可以是但不限于两个、四个或六个等,根据实际需求进行设置即可。
可选的,在本实施例中,所述电流适配电路110包括的电流产生电路122的数量为偶数个。通过将所述电流适配电路110中的电流产生电路122设置为偶数个,并对各所述开关电路124加载交替的时钟信号以对各开关电路124对应的电流产生电路122进行交替选择,以使输出的电流为各电流产生电路122的产生的电流和的平均值,从而使获得的电流更精准。
为有效降低所述电流源电路100的成本以及降低电路复杂程度,在本实施例中,所述电流适配电路110中包括的电流产生电路122的数量为两个。
请结合图2,可选的,在本实施中,所述电流适配电路110包括运算放大器A、电阻R以及第一场效应管M1,所述运算放大器A的异向输入端与第二电源30连接、输出端与所述第一场效应管M1的栅极连接,所述第一场效应管M1的漏极与第一电源20连接、源极通过所述电阻R接地,所述第一场效应管M1的同相输入端连接于所述电阻R与所述第一场效应管M1的漏极之间。
其中,所述运算放大器A的放大倍数及该运算放大器A的类型在此不做具体限定,根据实际需求进行选取即可。所述电阻R的阻值大小在此不做具体限定,根据实际需求进行设置即可。所述第一场效应管M1可以是N型产效应管,也可以是P型场效应管,所述第一场效应管M1的沟道长度在此不做具体限定,根据实际需求进行设置即可。
通过上述设置,以使所述运算放大器A的异向输入端第二电源30的电压值与所述第一场效应管M1和电阻R之间的电压值相同,根据所述第二电源30输入的电压值和所述电阻R的阻值得到流过所述电阻R的电流,从而可以根据该电流得到流过每个电流斩波电路120的目标电流。
请结合图3,(图3中仅示出了所述电流源电路100包括一个电流斩波电路120的情况)在本实施例中,所述电流产生电路122包括第二场效应管M2,所述第二场效应管M2的栅极与所述运算放大器A的输出端连接、漏极与所述第一电源20连接、栅极与所述开关电路124的输入端连接。
其中,所述第二场效应管M2可以是N型场效应管,也可以是P型场效应管,在此不做具体限定,根据实际需求进行设置即可。
通过在所述电流产生电路122中设置所述第二场效应管M2,采用电流镜像法则以根据流过所述电阻R(第一场效应管M1)的电流,以及所述第一场效应管M1和第二场效应管M2的沟道长度得到流过所述第二场效应管M2的电流。
可以理解,同一所述电流斩波电路120中的多个电流产生电路122中包括的第二场效应管M2可以是不同的(各第二场效应管M2的沟道长度不同,和/或各第二场效应管M2的沟道宽度不同),也可以是相同的。在本实施例中同一所述电流斩波电路120中的多个电流产生电路122中包括的第二场效应管M2相同,不同的电流斩波电路120中包括的第二场效应管M2可以不同,从而实现通过同一电流源电路100输出多种电流信号。
为实现通过所述开关电路124对对应的所述电流产生电路122进行选择,在本实施例中,所述开关电路124包括第一电子开关Q1和第二电子开关Q2,所述第一电子开关Q1的输入端和所述第二电子开关Q2的输出端分别与所述电流产生电路122的输出端连接,所述第一电子开关Q1的输出端和第二电子开关Q2的输入端并联作为所述开关电路124的输出端,所述第一电子开关Q1的控制端和第二电子开关Q2的控制端分别与所述控制器200连接。
其中,所述第一电子开关Q1和第二电子开关Q2可以是但不限于三极管、场效应管或继电器,根据实际需求进行设置即可。需要说明的是,当所述第一电子开关Q1为三极管时,所述第二电子开关Q2也为三极管;当所述第一电子开关Q1为场效应管时,所述第二电子开关Q2也为场效应管。
为便于通过所述控制器200控制所述开关电路124的连通或断开,可选的,在本实施例中,所述第一电子开关Q1为P型场效应管,所述第二电子开关Q2为N型场效应管。
通过上述设置,以在所述控制器200向所述第一电子开关Q1发送高电平,向第二电子开关Q2发送低电平时等效为所述开关电路124处于闭合状态;所述控制器200向所述第一电子开关Q1发送低电平,向第二电子开关Q2发送高电平时等效为所述开关电路124处于断开状态,且在高低电平转换期间流过开关的电流是渐变的,即当由开启转换关闭时电流线性减小,当由关闭转换开启时电流线性增加,这样增加和减小量相等,相当于得到的电流不变,从而可以有效提高电流的精准性。
请再次参阅图3,在本实施例中,以所述电流源电路100中第一电源20提供的电压为Vref、第二电源30提供的电压为Vcc,所述电流斩波电路120两个电流产生电路122,且每个电流产生电路122对应开关电路124由所述控制器200向该开关电路124中的第一电子开关Q1提供clk时钟信号,向所述第二电子开关Q2提供clkn时钟信号,且clk时钟信号与clkn时钟信号为对称时钟为例进行说明。
当采用所述电流源电路100进行供电时,所述运算放大器A通过负反馈调节并根据运算放大器A的“虚短”和“虚断”原理可知,B点的电压与所述第一电源20提供的电压Vref相同,即B点的电压为Vref,则流过电阻R和第一场效应管M1的电流为I1,且
Figure BDA0002171295790000071
其中,R1为电阻R的阻值,由于每个所述电流斩波电路120的各电流产生电路122包括的第二场效应管M2与所述第一场效应管M1为镜像关系,根据电流镜像法则,可知流过各所述第二场效应管M2的电流I2,且
Figure BDA0002171295790000072
其中,W1为第一场效应管M1的宽度,L1为第一场效应管M1的长度,W2为第二场效应管M2的宽度,L2为第二场效应管M2的长度。
请结合图4,当所述控制器200采用对称时钟控制所述开关电路124连通或断开时,在T1区间内,将电流斩波电路120中的一个开关电路124作为第一开关电路S1,并将该第一开关电路S1连通,将另一个开关电路124作为第二开关电路S2,并将该第二开关电路S2关断,电流由连通的开关电路124(第一开关电路S1)决定;在T2区间,将第一开关电路S1断开使流过该开关电路124的电流随时间改变减小,以及第二开关电路S2连通使流过该开关电路124的电流随时间增大,电流由该电流斩波电路120的两个电流产生电路122同时决定,且通过积分可知,T2区间内该电流斩波电路120的输出的电流可以等效为两个电流产生电路122(第一开关电路S1和第二开关电路S2)的电流和的平均值,同理,
在T3区间内,电流的大小由电流斩波电路120中的连通的开关电路124对应的电流产生电路122(第二开关电路S2)决定,由于时钟的占空比为二分之一,因此,T1与T2相等,在一个时钟周期内的电流可以等效为各电流产生电路122中的电流和平均值。
通过采用上述电流源电路100,避免由于梯度问题(工艺偏差)使得同一电流斩波电路120中包括的两个电流产生电路122镜像电流存在偏差时,通过时钟交替工作,实现对电流的求平均,进而得到较为精准的电流。
请参阅图5,发明实施例还提供了一种控制装置10,该控制装置10包括控制器200和上述的电流源电路100,所述控制器200与所述电流源电路100电连接。
由于所述控制装置10包括所述电流源电路100,因此,所述控制装置10具有与所述电流源电路100相同或相应的技术特征,并能达到相同或相应的技术效果,在此不做一一赘述。
其中,所述控制装置10可以是单片机系统,也可以是集成控制设备,在此不做具体限定,根据实际需求进行设置即可。可以理解,上述的控制装置10可以应用于冰箱、洗衣机等电器设备。
所述控制装置10通过采用上述的电流源电路100时,由于所述电流源电路100输出的电流偏差较小,从而可以有效缓解现有技术存在的因集成电路工艺偏差影响电流的大小,进而影响各个用电模块的性能的问题。
在本实施例中,所述控制装置10还可以包括恒压电路300,所述恒压电路300连接于所述第二电源30与所述电流源电路100之间,具体的,当所述电流适配电路110包括运算放大器A、电阻R以及第一场效应管M1时,所述运算放大器A的异向输入端通过恒压电路300与第二电源30连接、输出端与所述第一场效应管M1的栅极连接,所述第一场效应管M1的漏极与第一电源20连接、源极通过所述电阻R接地,所述第一场效应管M1的同相输入端连接于所述电阻R与所述第一场效应管M1的漏极之间。
为便于使所述控制器200向所述电流源电路100发送时钟信号,所述控制器200包括时钟模块,该时钟模块用于向所述电流斩波电路120中的各开关电路124发送时钟信号,以控制该电流斩波电路120中的各开关电路124交替连通或断开。
具体的,在本实施例中,所述控制装置10还可以包括时钟电路400,所述控制器200中的时钟模块通过所述时钟电路400与所述电流源电路100连接。
综上,本发明提供的一种电流源电路100及控制装置10,所述电流源电路100包括电流适配电路110和至少一个电流斩波电路120,所述电流斩波电路120包括多个电流产生电路122和与每个电流产生电路122对应的开关电路124,以使所述电流斩波电路120中的各电流产生电路122在接收到电流适配电路110输出的第一信号时产生一电流信号,且该电流斩波电路120中的各开关电路124在所述控制器200的作用下被交替连通或断开,以对各所述开关电路124对应的电流产生电路122产生的电流信号进行对称选择,使该电流斩波电路120的输出端输出一目标电流,且该目标电流较为精准,因此在该电流源电路100应用于控制装置10以对不同的模块进行供电时,可以有效避免因电流不稳定影响用电模块的性能的问题。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种电流源电路,其特征在于,包括电流适配电路和至少一个电流斩波电路,所述电流斩波电路包括多个电流产生电路和与每个所述电流产生电路分别对应的开关电路;
所述电流适配电路与所述电流斩波电路中的各电流产生电路的第一输入端分别连接,所述电流斩波电路中的各电流产生电路的第二输入端分别与第一电源连接、输出端与对应的开关电路的输入端连接,所述电流斩波电路中的各开关电路的控制端分别与控制器连接、输出端并联后作为该电流斩波电路的输出端;
所述电流斩波电路中的各电流产生电路在接收到电流适配电路输出的第一信号时产生一电流信号,且该电流斩波电路中的各开关电路在所述控制器的作用下被交替连通或断开,以对各所述开关电路对应的电流产生电路产生的电流信号进行对称选择,使该电流斩波电路的输出端输出一目标电流以对用电模块供电。
2.根据权利要求1所述的电流源电路,其特征在于,所述开关电路包括第一电子开关和第二电子开关,所述第一电子开关的输入端和所述第二电子开关的输出端分别与所述电流产生电路的输出端连接,所述第一电子开关的输出端和第二电子开关的输入端并联作为所述开关电路的输出端,所述第一电子开关的控制端和第二电子开关的控制端分别与所述控制器连接。
3.根据权利要求2所述的电流源电路,其特征在于,所述第一电子开关为P型场效应管,所述第二电子开关为N型场效应管。
4.根据权利要求1所述的电流源电路,其特征在于,所述电流适配电路包括运算放大器、电阻以及第一场效应管,所述运算放大器的异向输入端与第二电源连接、输出端与所述第一场效应管的栅极连接,所述第一场效应管的漏极与第一电源连接、源极通过所述电阻接地,所述第一场效应管的同相输入端连接于所述电阻与所述第一场效应管的漏极之间。
5.根据权利要求4所述的电流源电路,其特征在于,所述电流产生电路包括第二场效应管,所述第二场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端连接、漏极与所述第一电源连接、栅极与所述开关电路的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的电流源电路,其特征在于,所述电流斩波电路包括的电流产生电路的数量为偶数个。
7.根据权利要求6所述的电流源电路,其特征在于,所述电流斩波电路包括两个电流产生电路。
8.一种控制装置,其特征在于,包括控制器以及权利要求1-7任意一项所述的电流源电路,所述电流源电路与所述控制器电连接。
9.根据权利要求8所述的控制装置,其特征在于,所述控制装置还包括恒压电路,所述电流源电路中的电流适配电路包括运算放大器、电阻以及第一场效应管,所述运算放大器的异向输入端通过恒压电路与第二电源连接、输出端与所述第一场效应管的栅极连接,所述第一场效应管的漏极与第一电源连接、源极通过所述电阻接地,所述第一场效应管的同相输入端连接于所述电阻与所述第一场效应管的漏极之间。
10.根据权利要求8所述的控制装置,其特征在于,所述控制装置还包括时钟电路,所述控制器通过时钟电路与所述电流源电路连接。
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