CN114488873B - 控制电路及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制电路及装置，所述电路包括：放大模块，所述放大模块包括逻辑开关管以及放大单元，所述逻辑开关管的第一端与所述放大单元的输入端连接；所述放大单元用于对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行放大，获得放大电流；比较模块，所述比较模块的输入端分别与所述放大单元的输出端以及所述逻辑开关管的第二端连接；所述比较模块用于对所述放大电流以及所述逻辑开关管的第二端输出的电流进行比较；控制模块，所述控制模块分别与所述逻辑开关管的第一端以及所述比较模块输出端连接；所述控制模块用于基于所述比较模块的输出信号对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行调节。本发明的技术方案，可以提高逻辑开关管的稳定性。

Description

控制电路及装置
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种控制电路及装置。
背景技术
逻辑开关管的稳定性是衡量电子设备系统稳定性的重要指标之一，通常作为控制后级器件、系统的重要器件。
一般地，逻辑开关管的逻辑为“1”或“0”，但在实际系统中，逻辑开关管会伴随着后级系统的负载电流变化而改变状态，负载电流增大，会影响后级系统逻辑“1”的判定，导致实际系统运行紊乱、稳定性下降。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出控制电路及装置。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：
一种控制电路，包括：
放大模块，所述放大模块包括逻辑开关管以及放大单元，所述逻辑开关管的第一端与所述放大单元的输入端连接；所述放大单元用于对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行放大，获得放大电流；
比较模块，所述比较模块的输入端分别与所述放大单元的输出端以及所述逻辑开关管的第二端连接；所述比较模块用于对所述放大电流以及所述逻辑开关管的第二端输出的电流进行比较；
控制模块，所述控制模块分别与所述逻辑开关管的第一端以及所述比较模块输出端连接；所述控制模块用于基于所述比较模块的输出信号对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行调节。
可选的，所述放大单元为电流放大器。
可选的，所述比较模块为电流比较器；所述电流放大器的输出端与所述电流比较器的同相输入端连接；所述电流比较器的输出端与所述控制模块连接。
可选的，所述逻辑开关管为三极管；
所述三极管的基极分别与所述控制模块以及所述电流放大器的输入端连接，所述三极管的集电极与所述电流比较器的反相输入端连接；所述三极管的发射极接地。
可选的，所述控制模块包括分压调节电阻，所述分压调节电阻的第一端与所述控制模块连接；
所述分压调节电阻的第二端分别与所述三极管的基极以及所述电流放大器的输入端连接。
可选的，所述分压调节电阻为可变电阻；
所述可变电阻的滑动端与所述控制模块连接；
所述可变电阻的第一固定端与电源连接，所述可变电阻的第二固定端与所述三极管的基极连接。
可选的，所述控制模块包括控制单元，所述控制单元分别与所述可变电阻的所述滑动端以及所述电流比较器的输出端连接。
可选的，所述控制单元设有分析元件，所述分析元件用于对所述比较模块的输出信号进行分析，获得分析结果；所述控制单元基于所述分析结果对所述可变电阻的所述滑动端进行调节。
可选的，还包括负载，所述负载的第一端分别与所述电流比较器的反相输入端以及所述三极管的集电极连接。
本发明的实施例还提供一种控制装置，包括如上所述的控制电路。
本发明的实施例，具有如下技术效果：
本发明的上述技术方案，基于控制模块实时监测后级负载的电流变化，当三极管处于逻辑“1”状态时，若后级负载的电流增大，则控制三极管的基级的电流相应增大；若后级负载电流减小，则控制三极管的基级的电流相应减小，从而保证三极管处于深度饱和区，提高三极管的稳定性，进而提高控制系统的稳定性及精度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了便于本领域的技术人员对实施例的理解，对部分用语进行解释：
(1)MCU：Microcontroller Unit，微控制单元。
(2)NPN三极管：由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成的三极管。
目前，三极管作为逻辑开关管应用最为广泛，以NPN三极管驱动后级子系统为例，子系统接在三极管的集电极上，当基级出现高电平时，三极管导通，子系统得电使之开始工作；当基级出现低电平时，三极管截止，子系统失电使之工作在断开状态，由此实现三极管用作开关控制子系统的目的。
通常三极管作为逻辑开关管，逻辑为“1”时，工作在深度饱和区，逻辑为“0”时，工作在截止区，但在实际系统中，三级管会伴随着后级系统的负载电流变化而改变状态，负载电流增大，三级管状态会由深度饱和区变为饱和区临界点或放大区，影响后级系统逻辑“1”的判定，导致系统紊乱、稳定性下降。
为了解决上述存在的当需要使三极管处于稳定的逻辑“1”状态，则需要使三极管处于深度饱和区；因此，集电极电流与基级电流的比值β不能与三极管的hfe(三极管的工作状态为饱和区的阈值)不一致，但是，当后级负载功率增大，集电极的电流也随之增大或减小，导致β变大或变小，最终会导致系统失控的问题；本发明的实施例提供一种控制系统，包括：调节装置，调节装置与后级系统连接；
由于调节装置运行的稳定性会影响到整个控制系统的稳定，因此，当调节装置不稳定的时候，需要进行自动调节，以保证控制系统的稳定运行。
为了实现调节装置的自动调节，具体的，调节装置设有三极管、控制单元以及电流处理单元；
控制单元可以为MCU等具有该功能的其它元器件；
电流处理单元用于对电流进行放大或对输入电流进行比较；
后级系统设有后级负载，后级负载与调节装置的三极管以及电流处理单元连接；其中，后级负载的电流可能会随着后级系统的运行发生改变，因此，当后级负载的电流发生改变的时候，与后级负载连接的三极管的集电极也会随之发生改变；但是，未与后级负载连接的三极管的基极的电流不会发生改变；所以，三极管的集电极的电流与三极管的基极的电流的比值β会发生改变，进而会影响到控制系统的稳定运行。
本发明的实施例，通过保证三极管处于深度饱和区，也即β＝hfe，来实现保证控制系统的稳定运行。
在实际应用场景中，MCU实时对调节装置的运行状态进行监测，具体的，MCU基于电流处理单元的输出信号，获得调节装置在运行过程中电流的变化情况，并基于电流的变化情况，对调节装置的运行进行调节，以保证调节装置的稳定运行。
具体的，在后级系统的运行过程中，当后级负载的电流发生改变，也即本发明的实施例的触发条件发生，例如，流经后级负载的电流增大，则与后级负载连接的三极管的集电极的电流增大；但是，未与后级负载连接的三极管的基极的电流未发生改变，电流处理单元对三极管的集电极的电流以及基极电流的放大后的放大电流进行比较，获得比较结果，并将比较结果发送至MCU，MCU基于比较结果对调节装置进行调节，例如，减小与三极管基极串联连接的电阻的分压，进而增加三级管的基极的电流，降低比值β，使得比值β等于hfe。
例如，流经后级负载的电流减小，则与后级负载连接的三极管的集电极的电流减小；但是，未与后级负载连接的三极管的基极的电流未发生改变，电流处理单元对三极管的集电极的电流以及基极电流的放大后的放大电流进行比较，获得比较结果，并将比较结果发送至MCU，MCU基于比较结果对调节装置进行调节，例如，增加与三极管基极串联连接的电阻的分压，进而减小三级管的基极的电流，增大比值β，使得比值β等于hfe。
如图1所示，本发明的实施例提供一种控制电路，应用于上述控制系统，包括：
放大模块，所述放大模块包括逻辑开关管以及放大单元，所述逻辑开关管的第一端与所述放大单元的输入端连接；所述放大单元用于对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行放大，获得放大电流；
比较模块，所述比较模块的输入端分别与所述放大单元的输出端以及所述逻辑开关管的第二端连接；所述比较模块用于对所述放大电流以及所述逻辑开关管的第二端输出的电流进行比较；
控制模块，所述控制模块分别与所述逻辑开关管的第一端以及所述比较模块输出端连接；所述控制模块用于基于所述比较模块的输出信号对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行调节。
其中，负载为后级负载，设置在后级系统，本发明的实施例对后级系统的电路结构不做具体限定；
比较结果具体为逻辑开关管的第二端输出的电流与放大单元输出的电流的比值；
输出信号为低电平、高电平或无效信号。
本发明的实施例，基于控制模块实时监测后级负载的电流变化，当三极管处于逻辑“1”状态时，若后级负载的电流增大，则控制三极管的基级的电流相应增大；若后级负载电流减小，则控制三极管的基级的电流相应减小，从而保证三极管处于深度饱和区，提高三极管的稳定性，进而提高控制系统的稳定性及精度。
本发明一可选的实施例，所述放大单元为电流放大器。
具体的，放大单元还可以为其它具有该功能的元器件，本发明的实施例对此不做具体限定。
在实际应用场景中，电流放大器对三极管的基极的电流进行实时采集，然后放大，获得放大电流。
本发明一可选的实施例，所述比较模块为电流比较器；所述电流放大器的输出端与所述电流比较器的同相输入端连接；所述电流比较器的输出端与所述控制模块连接。
具体的，比较模块还可以为其它具有该功能的元器件，本发明的实施例对此不做具体限定。
本发明一可选的实施例，所述逻辑开关管为三极管；
所述三极管的基极分别与所述控制模块以及所述电流放大器的输入端连接，所述三极管的集电极与所述电流比较器的反相输入端连接；所述三极管的发射极接地。
具体的，逻辑开关管还可以为其它具有该功能的元器件，本发明的实施例对此不做具体限定。
在实际应用场景中，电流放大器输出放大电流，然后从电流比较器的同相输入端进入电流比较器，同时，三极管的集电极的电流从电流比较器的反相输入端进入电流放大器，然后，电流比较器对放大电流以及集电极的电流进行比较，若放大电流小于集电极的电流，则电流比较器输出低电平；若放大电流大于集电极的电流，则电流比较器输出高电平，若放大电流等于集电极的电流，则电流比较器的输出信号无效，控制模块对无效的输出信号不进行处理。
本发明一可选的实施例，所述控制模块包括分压调节电阻，所述分压调节电阻的第一端与所述控制模块连接；
所述分压调节电阻的第二端分别与所述三极管的基极以及所述电流放大器的输入端连接。
本发明一可选的实施例，所述分压调节电阻为可变电阻R；
所述可变电阻R的滑动端与所述控制模块连接；
所述可变电阻R的第一固定端与电源连接，所述可变电阻R的第二固定端与所述三极管的基极连接。
具体的，电源用于对控制系统供电，电流从可变电阻的滑动端流入，并从可变电阻R的第二固定端流出，也即可变电阻起到了分压的作用，进而可以通过调节可变电阻接入控制电路的阻值对基极的电流的大小进行调节。
本发明一可选的实施例，所述控制模块包括控制单元，所述控制单元分别与所述可变电阻R的所述滑动端以及所述电流比较器的输出端连接。
具体的，控制单元可以为MCU或其它具有该功能的元器件。
本发明一可选的实施例，所述控制单元设有分析元件，所述分析元件用于对所述比较模块的输出信号进行分析，获得分析结果；所述控制单元基于所述分析结果对所述可变电阻R的所述滑动端进行调节。
在实际应用场景中，MCU获取电流比较器的输出信号后，基于分析元件对输出信号进行分析，获得分析结果；然后MCU输出与分析结果对应的控制信号，并基于控制信号对可变电阻R的接入控制电路部分的阻值进行调节。
具体的，分析元件获得电流比较器的输出信号以后进行分析，若输出信号为低电平，则分析元件对应获得集电极的电流增大的分析结果；若输出信号为高电平，则分析元件获得集电极的电流减小的分析结果；分析元件获得分析结果以后，将分析结果反馈至MCU。
本发明一可选的实施例，还包括负载，所述负载的第一端分别与所述电流比较器的反相输入端以及所述三极管的集电极连接。
具体的，后级负载与可变电阻R具有一一映射关系，若后级负载对应的为较大的电流的变化，则可变电阻R的可调节阻值的范围也较大，以便于快速通过对可变电阻R接入控制电路部分的阻值的调节，来将基极的电流调节为目标大小。
在实际应用场景中，MCU对每个可变电阻R的类型，每次调节的阻值进行记录存储形成调节表，当需要对可变电阻R接入控制电路部分的的阻值进行调节，则MCU调用调节表，确定调节的幅度，例如，每次将可变电阻R接入控制电路部分的阻值增加或减少20Ω(或10Ω、30Ω等)，直到电流比较器输出的信号无效，也即满足β＝hfe。
本发明的实施例，基级连接的电流放大器可依据所使用的三极管，调节电流放大器增益与hfe相对应，基级的电流经电流放大器放大后与集电极的电流经电流比较器比较，比较结果经MCU电路处理，并控制与基级连接的可变电阻R接入控制电路部分的的阻值，从而调节基级电流的大小，以实现稳定系统。
本发明的上述实施例，可以基于如下实现方式实现：
(1)当三极管处于逻辑“1”状态时：
初始状态，控制系统稳定运行，且满足β＝hfe，电流比较器的输出信号无效，MCU实时获得电流比较器的输出信号。
1、当后级负载的功率增大，则后级负载的第一端的电流增大，集电极电流相应增大，而基级电流未变，此时的β会大于hfe。实时采样基级、集电极的电流，并将基级电流经放大器放大后获得的放大电流与集电极的电流比较，若电流比较器输出低电平，MCU在输入低电平后，基于分析元件确定集电极的电流大于放大电流，也即β大于hfe；MCU基于分析元件反馈的分析结果，生成控制信号，控制可变电阻R的滑动端正向滑动，使得可变电阻R接入控制电路部分的阻值逐次减小，直到电流比较器的输出信号再次无效，MCU停止对电流比较器的输出信号进行分析处理，也即重新满足了β＝hfe，控制系统恢复了稳定运行。
2、当后级负载的功率较小，则后级负载的第一端的电流减小，集电极电流相应减小，而基级电流未变，此时的β会小于hfe。实时采样基级、集电极的电流，并将基级电流经放大器放大后获得的放大电流与集电极的电流比较，若电流比较器输出高电平，MCU在输入高电平后，基于分析元件确定集电极的电流小于放大电流，也即β小于hfe；MCU基于分析元件反馈的分析结果，生成控制信号，控制可变电阻R的滑动端反向滑动，使得可变电阻R接入控制电路部分的阻值逐次增加，直到电流比较器的输出信号再次无效，MCU停止对电流比较器的输出信号进行分析处理，也即重新满足了β＝hfe，控制系统恢复了稳定运行。
(2)当三极管处于逻辑“0”状态时：
三极管的基级为低电平，三极管的工作状态为截止区，基极电压<死区电压(或开启电压)，基极电流接近于0，基级电流与集电极电流经电流比较器比较后，MCU控制可变电阻R接入控制电路部分的阻值变化，但是，基级的输入端始终处于低电平状态，基极的电流也不会发生变化，因此，不会影响控制系统对于逻辑“0”的判断，也即当三极管处于逻辑“0”状态，不会影响控制系统运行的稳定性。
本发明的实施例还提供一种控制装置，包括如上所述的控制电路。
另外，本发明实施例的装置的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种控制电路，其特征在于，包括：
放大模块，所述放大模块包括逻辑开关管以及放大单元，所述逻辑开关管的第一端与所述放大单元的输入端连接；所述放大单元用于对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行放大，获得放大电流，其中，所述逻辑开关管为三极管，所述逻辑开关管的第一端为所述三极管的基极；
比较模块，所述比较模块的输入端分别与所述放大单元的输出端以及所述逻辑开关管的第二端连接；所述比较模块用于对所述放大电流以及所述逻辑开关管的第二端输出的电流进行比较，其中，所述逻辑开关管的第二端为所述三极管的集电极；
控制模块，所述控制模块分别与所述逻辑开关管的第一端以及所述比较模块输出端连接；所述控制模块用于基于所述比较模块的输出信号对所述逻辑开关管的第一端输出的电流进行调节；
其中，所述控制模块包括控制单元和分压调节电阻，所述控制单元设有分析元件，所述分压调节电阻为可变电阻；
所述分析元件用于对所述比较模块的输出信号进行分析，获得分析结果；所述控制单元基于所述分析结果对所述可变电阻的滑动端进行调节。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述放大单元为电流放大器。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述比较模块为电流比较器；所述电流放大器的输出端与所述电流比较器的同相输入端连接；所述电流比较器的输出端与所述控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述三极管的基极分别与所述控制模块以及所述电流放大器的输入端连接，所述三极管的集电极与所述电流比较器的反相输入端连接；所述三极管的发射极接地。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述可变电阻的滑动端与所述控制单元连接；
所述可变电阻的第一固定端与电源连接，所述可变电阻的第二固定端与所述三极管的基极连接。
6.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述控制单元分别与所述可变电阻的所述滑动端以及所述电流比较器的输出端连接。
7.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，还包括负载，所述负载的第一端分别与所述电流比较器的反相输入端以及所述三极管的集电极连接。
8.一种控制装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的控制电路。
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