TWM448691U - 電子負載控制電路 - Google Patents

Description

電子負載控制電路

本創作係有關於電子負載的電路設計，特別是有關於一種包括有電壓準位轉換電路的電子負載控制電路。

參閱第1圖，其係顯示習知技術中，電子負載之功率元件驅動電路示意圖，其主要包括有一功率元件M、一感測電阻Rs、一電流比較器OP1、二電阻R1、R2、一電流放大器OP2。其中該電流比較器OP1、電阻R1、R2、電流放大器OP2構成一驅動電路1。當輸入一負載電流控制信號V(Iprog)至該驅動電路1之電壓信號輸入端11時，則輸出一負載電流Io通過該功率元件M之汲極M3與源極M2。若電阻R1=R2，則電流放大器OP2的輸出大小與輸出之負載電流控制信號V(Iprog)相同，其負載電流Io=|V(Iprog)|/Rs。

習知的電子負載控制中，當負載電流從截止到額定電流的快速變化時，由於功率元件(如MOSFET、IGBT、BJT等)都有控制電壓需大於臨界電壓後才能動作，因此造成負載電流對於控制的驅動信號有延遲現象，無法模擬實際電流的快速變化以及進行電源供應器的測試與驗證。

鑑此，本創作之目的係提供一種簡便操作之電子負載 控制電路，使用者只需輸入簡易之測試參數至電子負載，即可進行電源的測試。

本創作解決問題之技術手段係在電子負載控制電路中的一驅動電路與功率元件之間設置有一電壓準位轉換電路，其電壓準位轉換電路輸入端係連接於驅動電路的驅動信號輸出端，而電壓準位轉換電路輸出端則連接至功率元件。電壓準位轉換電路的電壓準位轉換電路輸入端在接收到該驅動電路的驅動信號輸出端所輸出的驅動信號為截止狀態時，將該驅動信號的電壓準位昇壓至一功率元件的臨界電壓，此時功率元件仍處於截止狀態，當驅動電路的驅動信號輸出端為非截止狀態的負載電流時，該電壓準位轉換電路輸出端送出該功率元件控制電壓至該功率元件的閘極，使該功率元件由截止狀態轉態至導通狀態，因此可以有效的降低功率元件在0伏特到臨界電壓所造成的延遲現象。

在本創作較佳實施例中，電壓準位轉換電路包括有：一第一電晶體，具有一集極、一射極以及一基極，其中該集極係連接至一電源端，其基極係經由一電源電阻連接至該電源端；一第二電晶體，具有一集極、一射極以及一基極，其中該射極係連接至該第一電晶體的射極，該集極係接地，而基極係經由一電阻連接至該驅動電路的輸出端；一偏壓電路，連接至該第一電晶體的基極與該第二電晶體的基極，用以提供一偏壓至該第一電晶體與該第二電晶體。

本發明在驅動電路與功率元件間設置電壓準位轉換電路，用來補償功率元件的臨界電壓的特性，提升電子負載從截止到額定電流的速度，可模擬實際電流的快速變化，方便電源供應器的測試與驗證。

參閱第2圖，其係顯示本創作電子負載之功率元件驅動電路示意圖。本創作之電子負載控制電路包括有一功率元件M、一感測電阻Rs、一驅動電路1、一電壓準位轉換電路2。其中該電流比較器OP1、電阻R1、R2、電流放大器OP2構成一驅動電路1。驅動電路1係由一電流比較器OP1、二電阻R1、R2、一電流放大器OP2所組成。電壓準位轉換電路2係連接於驅動電路1與功率元件M之間。

驅動電路1具有一電壓信號輸入端11及一驅動信號輸出端12，其中該電壓信號輸入端11連接至負載電流控制信號V(Iprog)，該驅動電路1依據該電壓信號輸入端11所接收之負載電流控制信號V(Iprog)而由驅動信號輸出端12輸出一驅動信號S1。

驅動電路1中的電流比較器OP1的一信號輸入端係作為電壓信號輸入端11，而其輸出端係作為驅動信號輸出端12。電流放大器OP2的兩個輸入端係並聯連接於串聯於該功率元件M的感測電阻Rs兩端，其輸出端則連接至該電流比較器OP1的信號輸入端。

電壓準位轉換電路2具有一電壓準位轉換電路輸入端 21以及一電壓準位轉換電路輸出端22，其中該電壓準位轉換電路輸入端21係連接於該驅動電路1的驅動信號輸出端12，而該電壓準位轉換電路輸出端22則送出一功率元件控制電壓S2。

功率元件M可為雙極性電晶體(BJT)、金屬氧化物場效電晶體(MOSFET)、絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)或相類似之功率元件。功率元件M具有一閘極M1、一源極M2、一汲極M3，其中該汲極M3與該源極M2經由電流迴路L連接電源端V+、V-，該閘極M1係連接於該電壓準位轉換電路2的電壓準位轉換電路輸出端22，用以接收該電壓準位轉換電路輸出端22所送出的功率元件控制電壓S2。該功率元件M的閘極M1在施加一功率元件控制電壓S2時，當功率元件控制電壓S2為0伏特到臨界電壓之間，該功率元件M會處於截止狀態，當功率元件控制電壓S2高於臨界電壓時，該功率元件M會由截止狀態轉態至導通狀態。

當負載電流控制信號V(Iprog)等於0負載電流時，電壓準位轉換電路2的電壓準位轉換電路輸入端21在接收到該驅動電路1的驅動信號輸出端12所輸出的驅動信號S1後，將該驅動信號S1的電壓準位昇壓至一功率元件控制電壓S2，達到功率元件M的臨界電壓。當負載電流控制信號V(Iprog)為大於0負載電流時，由該電壓準位轉換電路輸出端22送出功率元件控制電壓S2至該功率元件M的閘極M1，使該功率元件M由截止狀態轉態至導通狀態，負載電流Io經由感測電阻Rs、電流放大器OP2及電阻R2送 至電流比較器OP1的反相輸入端與負載電流控制信號V(Iprog)相連接，此時負載電流Io係與負載電流控制信號V(Iprog)呈線性比例關係，即Ioα|V(Iprog)|。

參閱第3圖，其係顯示本創作電子負載之功率元件驅動電路之較佳實施例示意圖，其顯示電壓準位轉換電路2中包括有一第一電晶體Q1，具有一基極Q11、一集極Q12、一射極Q13以及，其中該集極Q12係連接至一工作電源Vcc，其基極Q11係經由一電源電阻R4連接至該工作電源Vcc。一第二電晶體Q2具有一基極Q21、一集極Q22、一射極Q23，其中該射極Q23係連接至該第一電晶體Q1的射極Q13，該集極Q22係接地，而基極Q21係經由一電阻R3連接至驅動電路1的驅動信號輸出端12。

一偏壓電路23連接至該第一電晶體Q1的基極Q11與該第二電晶體Q2的基極Q21，用以提供一偏壓至該第一電晶體Q1與該第二電晶體Q2。本實施例中，該偏壓電路23係由兩個串聯的二極體D1、D2所構成，其中第一個二極體D1的正端連接於該第一電晶體Q1的基極Q11，其負端係連接至第二個二極體D2的正端，第二個二極體D2的負端再連接至第二電晶體Q2的基極Q21。

當負載電流控制信號V(Iprog)為0負載電流時，驅動電路1的電流比較器OP1，其驅動信號輸出端12之驅動信號S1為0伏特，電壓準位轉換電路2的驅動信號輸出端22所輸出的功率元件控制電壓S2電壓值相較於該驅動電路1的驅動信號輸出端12的電壓為高，但該功率元件M 仍處於截止區；而當驅動電路1的電壓信號輸入端11所接收負載電流控制信號V(Iprog)之電壓增加時，電流比較器OP1對於負載電流控制信號V(Iprog)增加導致電流比較器OP1的驅動信號輸出端12的電壓增加，直到負載電流控制信號V(Iprog)與負載電流Io相等為止，該電壓準位轉換電路2的驅動信號輸出端22所輸出的功率元件控制電壓S2立即上升到該功率元件M的工作區。

驅動電路1的驅動信號輸出端12經電阻R3、二極體D2、二極體D1、電源電阻R4到工作電源Vcc的迴路中，其中分壓電壓Vm1的電壓等於功率元件M的閘極M1的電壓，分壓電壓Vm1係為工作電壓Vcc減去驅動電路輸出電壓Vop1，由電阻R3及電源電阻R4串聯至電源Vcc迴路上在電阻R3的分壓，再加上二極體D2的偏壓，因此能提升電流比較器OP1的輸出電壓準位，此電壓準位可經由工作電源Vcc迴路之電阻R3與電源電阻R4的分壓比例取得，且可依功率元件M的臨界電壓來設定電阻R3與電源電阻R4的比例。

由於本創作中加入了電壓準位轉換電路2的電路設計，使得送至功率元件M的功率元件控制電壓S2的變化較無電壓準位轉換電路2的電壓準位提升，即可使功率元件M得到較佳的偏壓，使得從截止電壓到功率元件控制電壓的時間可以降低，故提高了電子負載的反應速度。

以上所舉實施例僅係用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍，因此，舉凡與上述實施例等效，而能完成 者，均仍應包含於本創作之精神範圍內。

1‧‧‧驅動電路

11‧‧‧電壓信號輸入端

12‧‧‧驅動信號輸出端

2‧‧‧電壓準位轉換電路

21‧‧‧電壓準位轉換電路輸入端

22‧‧‧電壓準位轉換電路輸出端

23‧‧‧偏壓電路

D1、D2‧‧‧二極體

Io‧‧‧負載電流

L‧‧‧電流迴路

M‧‧‧功率元件

M1‧‧‧閘極

M2‧‧‧源極

M3‧‧‧汲極

OP1‧‧‧電流比較器

OP2‧‧‧電流放大器

Rs‧‧‧感測電阻

R1、R2、R3‧‧‧電阻

R4‧‧‧電源電阻

Q1‧‧‧第一電晶體

Q11‧‧‧基極

Q12‧‧‧集極

Q13‧‧‧射極

Q2‧‧‧第二電晶體

Q21‧‧‧基極

Q22‧‧‧集極

Q23‧‧‧射極

S1‧‧‧驅動信號

S2‧‧‧功率元件控制電壓

V(Iprog)‧‧‧負載電流控制信號

V+、V-‧‧‧電源端

Vcc‧‧‧工作電源

Vm1‧‧‧分壓電壓

Vop1‧‧‧驅動電路輸出電壓

第1圖係習知技術電子負載之功率元件驅動電路示意圖。

第2圖係本創作電子負載之功率元件驅動電路示意圖。

第3圖係本創作電子負載之功率元件驅動電路之較佳實施例示意圖。

1‧‧‧驅動電路

11‧‧‧電壓信號輸入端

12‧‧‧驅動信號輸出端

2‧‧‧電壓準位轉換電路

21‧‧‧電壓準位轉換電路輸入端

22‧‧‧電壓準位轉換電路輸出端

M‧‧‧功率元件

M1‧‧‧閘極

M2‧‧‧源極

M3‧‧‧汲極

OP1‧‧‧電流比較器

OP2‧‧‧電流放大器

Rs‧‧‧感測電阻

R1、R2‧‧‧電阻

S1‧‧‧驅動信號

S2‧‧‧功率元件控制電壓

V(Iprog)‧‧‧負載電流控制信號

V+、V-‧‧‧電源端

Claims (5)

1. 一種電子負載控制電路，包括：一驅動電路，具有一電壓信號輸入端及一驅動信號輸出端，其中該電壓信號輸入端連接至一負載電流控制信號，該驅動電路依據該電壓信號輸入端所接收之該負載電流控制信號而輸出驅動信號；一電壓準位轉換電路，具有一電壓準位轉換電路輸入端以及一電壓準位轉換電路輸出端，其中該電壓準位轉換電路輸入端係連接於該驅動電路的驅動信號輸出端，而該電壓準位轉換電路輸出端則送出一功率元件控制電壓；一功率元件，具有一閘極、一源極、一汲極，其中該汲極與該源極經由一電流迴路連接於電源端，該閘極係連接於該電壓準位轉換電路的電壓準位轉換電路輸出端，當輸入一負載電流控制信號至該驅動電路之電壓信號輸入端時，則輸出一負載電流通過該功率元件之該汲極與該源極；其中當該負載電流控制信號為0負載電流時，該電壓準位轉換電路的電壓準位轉換電路輸入端在接收到該驅動電路的驅動信號輸出端所輸出的驅動信號為截止時，將該驅動信號的電壓準位昇壓至功率元件的臨界電壓，當負載電流控制信號大於0負載電流時，由該電壓準位轉換電路輸出端送出該功率元件控制電壓至該功率元件的 閘極，使該功率元件由截止狀態轉態至導通狀態，其負載電流與負載電流控制信號呈線性比例關係。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子負載控制電路，其中該電壓準位轉換電路包括有：一第一電晶體，具有一集極、一射極以及一基極，其中該集極係連接至一電源端，其基極係經由一電源電阻連接至該電源端；一第二電晶體，具有一集極、一射極以及一基極，其中該射極係連接至該第一電晶體的射極，該集極係接地，而基極係經由一電阻連接至該驅動電路的輸出端；一偏壓電路，連接至該第一電晶體的基極與該第二電晶體的基極，用以提供一偏壓至該第一電晶體與該第二電晶體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電子負載控制電路，其中該偏壓電路係由兩個串聯的二極體所構成，其中第一個二極體的正端連接於該第一電晶體的基極，其負端係連接至第二個二極體的正端，而該第二個二極體的負端再連接至該第二電晶體的基極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子負載控制電路，其中該驅動電路包括有一放大器，其一信號輸入端係作為該電壓信號輸入端，而其輸出端係作為該驅動信號輸出端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子負載控制電路，其中該驅動電路更包括有一電流放大器，其兩個輸入端係並 聯連接於串聯於該功率元件的感測電阻兩端，其輸出端則連接至該放大器的信號輸入端。