CN219392542U - 一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，涉及恒流源电路技术领域，解决温度漂移和电压漂移影响恒流源稳定性的问题，包括树形参考电压选择电路、多通道恒流输出级电路；树形参考电压选择电路的参考电压输出端连接到所述多通道恒流输出级电路的输入端；多通道恒流输出级电路包括第一运算放大器、多个场效应管和零温系数零电压系数电阻模块和多个电流输出分支；本实用新型具有克服温度漂移、电压漂移且参考电压设置方便的优点。

Description

一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路

技术领域

本实用新型涉及恒流源电路领域，更具体的是涉及一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路技术领域。

背景技术

恒流源是输出电流保持恒定的电流源，主要用途即为提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。

在电路运作中，恒流源中的电子元器件会产生稳定变化，进而电子元器件的参数也会发生变化，也就是出现温度漂移，导致恒流源的输出产生不稳定。同理，电压源的电压随时间或温度而发生变化偏离标也会产生电压漂移。这些因素均会破坏恒流源的稳定性。

为了得到更加稳定的恒流源，需要对电路进行进一步优化设计，以克服温度漂移和电压漂移等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决温度漂移和电压漂移影响恒流源稳定性的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，包括树形参考电压选择电路、多通道恒流输出级电路；

所述树形参考电压选择电路的参考电压输出端连接到所述多通道恒流输出级电路的输入端；

所述多通道恒流输出级电路包括第一运算放大器、多个场效应管和零温系数零电压系数电阻模块和多个电流输出分支；

第一运算放大器的正相输入端连接所述树形参考电压选择电路的参考电压输出端，第一运算放大器的反向输入端连接第一NMOS管的源级，第一运算放大器的输出端连接第一NMOS管的栅极，第一NMOS管的漏极连接第一PMOS管的栅极、漏极以及第二PMOS管的栅极，第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极连接直流源，且第一PMOS管的源极和第二PMOS管的栅极相连；

第二NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极，第二NMOS管的源极接地；

电流输出分支的第一端连接第二NMOS管的栅极和漏极，电流输出分支的第二端接地，电流输出分支的第三端为电流输出端。

优选地，所述树形参考电压选择电路包括第二运算放大器、第一电阻、第三PMOS管和参考电压调节模块；

所述第二运算放大器的正相输入端连接输入电压，第二运算放大器的反向输入端连接第三PMOS管的漏级，第二运算放大器的输出端连接第三PMOS管的栅极，第三PMOS管的源极通过第一电阻连接直流源，第三PMOS管的漏级连接参考电压调节模块的输入端，参考电压调节模块的被选中导通的输出端为所述参考电压输出端。

优选地，所述参考电压调节模块包括9个电阻和3-8译码器；

9个电阻串联在一起形成串联电阻，串联电阻的第一端连接所述第三PMOS管的漏级，串联电阻的另一端接地；

串联电阻包括多个相邻结点，相邻节点为两个相邻的电阻之间的结点，每个相邻结点分别连接到二进制译码器的一个输出端。

优选地，每条所述电流输出分支包括输出场效应管，输出场效应管采用NMOS管；

输出场效应管的栅极连接第二NMOS管的栅极和漏极，输出场效应管的源极接地，输出场效应管的漏极作为电流输出端。

优选地，所述零温系数零电压系数电阻模块包括四个串联在一起的电阻；

四个串联的电阻的阻值满足以下条件：

R2*α₂+R3*α₃+R4*α₄+R5*α₅＝0；

R2*β₂+R3*β₃+R4*β₄+R5*β₅＝0；

R2、R3、R4和R5分别为四个电阻的阻值，α₂、α₃、α₄和α₅分别为四个电阻对应的温度系数，β₂、β₃、β₄和β₅分别为四个电阻对应的电压系数。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型的电流设定不再通过芯片外部可调电阻，而是利用芯片内部集成电阻；

本实用新型采用零温系数零电压系数电阻模块，通过温度系数互补补偿的方式获得完全匹配的零温度系数，获得更加优异的低温漂特性；

本实用新型的零温系数零电压系数电阻模块还通过电压系数补偿方式获得不同电压下的稳定电阻阻值；

本实用新型通过寄存器数据实现片选功能，可以实现任意精度的可编程恒流电流设置，集成度高且成本低。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图；

图2是多通道恒流输出级电路的连接示意图；

图3是树形参考电压选择电路的连接示意图；

图4是参考电压调节模块的连接示意图

附图标记：R1-第一电阻，A1-第一运算放大器，A1-第二运算放大器，P1-第一PMOS管，P2-第二PMOS管，P3-第三PMOS管，N1-第一NMOS管，N2-第二NMOS管，No-输出场效应管。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1到4所示，本实施例提供一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，包括树形参考电压选择电路、多通道恒流输出级电路；

所述树形参考电压选择电路的参考电压输出端连接到所述多通道恒流输出级电路的输入端；

所述多通道恒流输出级电路包括第一运算放大器A1、多个场效应管和零温系数零电压系数电阻模块和多个电流输出分支；

第一运算放大器A1的正相输入端连接所述树形参考电压选择电路的参考电压输出端，第一运算放大器A1的反向输入端连接第一NMOS管N1的源级，第一运算放大器A1的输出端连接第一NMOS管N1的栅极，第一NMOS管N1的漏极连接第一PMOS管P1的栅极、漏极以及第二PMOS管P2的栅极，第一PMOS管P1的源极和第二PMOS管P2的源极连接直流源，且第一PMOS管P1的源极和第二PMOS管P2的栅极相连；

第二NMOS管N2的漏极连接第二PMOS管P2的漏极，第二NMOS管N2的源极接地；

电流输出分支的第一端连接第二NMOS管N2的栅极和漏极，电流输出分支的第二端接地，电流输出分支的第三端为电流输出端。

优选地，所述树形参考电压选择电路包括第二运算放大器A1、第一电阻R1、第三PMOS管P3和参考电压调节模块；

所述第二运算放大器A1的正相输入端连接输入电压，第二运算放大器A1的反向输入端连接第三PMOS管P3的漏级，第二运算放大器A1的输出端连接第三PMOS管P3的栅极，第三PMOS管P3的源极通过第一电阻R1连接直流源，第三PMOS管P3的漏级连接参考电压调节模块的输入端，参考电压调节模块的被选中导通的输出端为所述参考电压输出端。

在本实施例中，所述采用的场效应管均为PMOS管。

本实用新型通过树形参考电压选择电路实现便捷快速的参考电压输出，参考电压输出至多通道恒流输出级电路，再由多通道恒流输出级电路输出多级恒流电流源，其中多通道恒流输出级电路具备零温系数零电压系数电阻模块，可以克服温度漂移和电压漂移，实现更稳定的电流输出。通过树形参考电压选择电路调整参考电压，可以实现由多通道恒流输出级电路输出不同大小的恒流电流源。

实施例2

本实施例基于实施例1的技术方案，对参考电压调节模块进行进一步说明。

在本实施例中，所述参考电压调节模块包括9个电阻和3-8译码器；

9个电阻串联在一起形成串联电阻，串联电阻的第一端连接所述第三PMOS管P3的漏级，串联电阻的另一端接地；图4里为R11-R19；

串联电阻包括多个相邻结点，相邻节点为两个相邻的电阻之间的结点，每个相邻结点分别连接到二进制译码器的一个输出端。

通过3-8译码器的输入指令的控制，实现对3-8译码器输出端的通断控制，进而可以实现控制连接于3-8译码器输出端的闭合或关断的选择，被选择的输出端口开关闭合，被选择的端口处即输出参考电压，且不同端口闭合时由于不同端口连接到的串联电阻结点不同所以输出的参考电压不同，以此达成不同的参考电压输出。

特别说明的是，在9个电阻的选择中，进行严格的等比设计，以使得每一个输出电压档位的均匀性和一致性。

实施例3

本实施例基于实施例1的技术方案。

在本实施例中，每条所述电流输出分支包括输出场效应管No，输出场效应管No为NMOS管；

输出场效应管No的栅极连接第五场效应管的栅极和源极，输出场效应管No的源极接地，输出场效应管No的漏极作为电流输出端。

作为优选方案，所述零温系数零电压系数电阻模块包括四个串联在一起的电阻；

四个串联的电阻的阻值满足以下条件：

R2*α₂+R3*α₃+R4*α₄+R5*α₅＝0；

R2*β₂+R3*β₃+R4*β₄+R5*β₅＝0；

R2、R3、R4和R5分别为四个电阻的阻值，α₂、α₃、α₄和α₅分别为四个电阻对应的温度系数，β₂、β₃、β₄和β₅分别为四个电阻对应的电压系数。

通过以上阻值的设置克服温度漂移和电压漂移造成的问题。

下面采用以下实例进行说明：

四个电阻的参数如下：

α₂＝+0.03；α₃＝+0.05；α₄＝-0.05；α₅＝-0.02；

β₂＝+0.02；β₃＝+0.05；β₄＝-0.05；β₅＝-0.01；

如果希望获得零温系数，那么：

Kt＝(R1*0.03+R2*0.05-R3*0.05-R4*0.02)*100％＝0 (1)

如果希望获得零电压系数，那么：

Kv＝(R1*0.02+R2*0.05-R3*0.05-R4*0.01)*100％＝0 (2)

若在某个设计案例中，零温系数为第一优先要求，

那么就是优先满足上述公式(1)；

若在某个设计案例中，零电压系数为第一优先要求，

那么就是优先满足上述公式(2)；

在实际设计中通常会在上述2个公式之间进行折中设计。

对于公式(1)，假设R2＝R3＝7KΩ，R4＝R5＝8KΩ，此时Kt＝0

对于公式(2)，当上述条件R2＝R3＝7KΩ，R4＝R4＝5KΩ时，系数为正的电阻阻值与系数为负的电阻阻值比例是7:8约为1:1.143，可以计算得：

Kv＝1*(0.02+0.05)-1.143*(0.05+0.01)＝0.07-0.0686＝0.0014，

计算结果显示可以获得比较低的电压系数。

实际设计中受限于工艺本身的器件参数特性制约，我们可以将温度系数和电压系数绝对值进行近似等效处理，从而获得最大限度接近理想的电阻阻值选取。但前提条件是，每一个电阻单元中，我们希望其中每一个电阻单元都包含有正温系数和负温系数为，同时也包含有正压系数和负压系数。

Claims (5)

1.一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，其特征在于，包括树形参考电压选择电路、多通道恒流输出级电路；

所述树形参考电压选择电路的参考电压输出端连接到所述多通道恒流输出级电路的输入端；

所述多通道恒流输出级电路包括第一运算放大器、多个场效应管和零温系数零电压系数电阻模块和多个电流输出分支；

第一运算放大器的正相输入端连接所述树形参考电压选择电路的参考电压输出端，第一运算放大器的反向输入端连接第一NMOS管的源级，第一运算放大器的输出端连接第一NMOS管的栅极，第一NMOS管的漏极连接第一PMOS管的栅极、漏极以及第二PMOS管的栅极，第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极连接直流源，且第一PMOS管的源极和第二PMOS管的栅极相连；

第二NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极，第二NMOS管的源极接地；

电流输出分支的第一端连接第二NMOS管的栅极和漏极，电流输出分支的第二端接地，电流输出分支的第三端为电流输出端。

2.根据权利要求1所述的一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，其特征在于，所述树形参考电压选择电路包括第二运算放大器、第一电阻、第三PMOS管和参考电压调节模块；

所述第二运算放大器的正相输入端连接输入电压，第二运算放大器的反向输入端连接第三PMOS管的漏级，第二运算放大器的输出端连接第三PMOS管的栅极，第三PMOS管的源极通过第一电阻连接直流源，第三PMOS管的漏级连接参考电压调节模块的输入端，参考电压调节模块的被选中导通的输出端为所述参考电压输出端。

3.根据权利要求2所述的一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，其特征在于，所述参考电压调节模块包括9个电阻和3-8译码器；

9个电阻串联在一起形成串联电阻，串联电阻的第一端连接所述第三PMOS管的漏级，串联电阻的另一端接地；

串联电阻包括多个相邻结点，相邻节点为两个相邻的电阻之间的结点，每个相邻结点分别连接到二进制译码器的一个输出端。

4.根据权利要求1所述的一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，其特征在于，每条所述电流输出分支包括输出场效应管，输出场效应管采用NMOS管；

输出场效应管的栅极连接第二NMOS管的栅极和漏极，输出场效应管的源极接地，输出场效应管的漏极作为电流输出端。

5.根据权利要求4所述的一种带温度补偿及电压补偿的恒流源电路，其特征在于，所述零温系数零电压系数电阻模块包括四个串联在一起的电阻；

四个串联的电阻的阻值满足以下条件：

R2*α₂+R3*α₃+R4*α₄+R5*α₅＝0；

R2*β₂+R3*β₃+R4*β₄+R5*β₅＝0；

R2、R3、R4和R5分别为四个电阻的阻值，α₂、α₃、α₄和α₅分别为四个电阻对应的温度系数，β₂、β₃、β₄和β₅分别为四个电阻对应的电压系数。