一種恆流源電路和採樣電路的製作方法
2023-06-22 14:46:46 1
專利名稱：一種恆流源電路和採樣電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種恆流源電路和採樣電路。
背景技術：
目前恆流源電路得到了廣泛的應用，以用於電流穩定性要求較高的電路。現有技術中(參見附圖1)提出利用一個電晶體T2來實現恆流功能。因為電晶體T2的VBE為0. 7V，所以通過電阻Rl的採樣電壓為0. 6V左右。最後的穩定電流I =VBE/R1。這個電路的主要缺點是電流精度差，溫漂較高。原因是電晶體的VBE範圍較大(0. 58-0. 75V)，並且具有較高的溫漂。現有技術(參見附圖2)利用ー個三端並聯穩壓器Ul來實現恆流源電路。如圖2所示，該恆流源電路包括三端並聯穩壓器U1、電晶體Tl。三端並聯穩壓器Ul的輸出端2通過電阻R3連接至電壓輸入端VIN並且其調整端I連接至在採樣電阻Rl和作為負載的發光ニ極管之間的節點，其輸入端連接至參考電位。電阻R3連接在電晶體Tl的基極和電壓輸入端VIN之間並且電晶體Tl的發射極連接至電壓輸入端VIN，集電極連接至負載。三端穩壓器Ul可以選用TL431。採用TL431來實現恆流，因此通過控制U1(TL431)來實現控制輸出電流。由於TL431的導通電壓為2.495V。所以通過採樣電阻的電壓為2. 495V。此時的功耗為P = 2. 495*1。該現有技術的主要缺點是電流採樣電壓高達2. 495V造成損耗很大。優點是精度高，溫漂低。在上述二者的方 案中，採樣電阻兩端的電壓接近作為負載的發光二極體導通時的正向壓降VF(通常為0. 7-3.1V)，因此，造成了較大的功率損耗。
發明內容
本發明的目的在於提供一種新的恆流源電路，該恆流源電路可以克服現有技術中存在的各個缺點，具有效率高、電流精度高以及溫漂低的優點。根據本發明的目的通過這樣一種恆流源電路實現，即ー種恆流源電路，包括主電路，所述主電路包括第一三端穩壓器、電晶體、採樣電阻、負載，所述第一三端穩壓器的輸出端連接所述電晶體的控制電極，所述電晶體的參考電極連接所述電壓輸入端，工作電極連接負載的一端，所述負載的另一端連接所述採樣電阻的一端，所述採樣電阻的另一端和所述第一三端穩壓器的輸入端分別連接至參考電位，其特徵在於所述恆流源電路還包括調整単元，所述調整単元包括穩壓單元、第四電阻、以及第五電阻，所述穩壓單元產生大於所述第一三端穩壓器的第一基準電壓的第二基準電壓，並將所述第二基準電壓通過第四電阻提供給所述第一三端穩壓器的調節端，並且所述第五電阻連接在所述負載和所述採樣電阻之間的節點與所述第一三端穩壓器的調節端之間。本發明中，調整單元中的穩壓單元、第四電阻以及第五電阻構成了影響採樣電阻的採樣電壓的電路，採樣電阻的採樣電壓Vki和第一三端穩壓器的第一基準電壓VF以及第ニ基準電壓VFl的關係為VF = (VF1*R5+VK1*R4V(R4+R5)，通過選擇具有不同基準電壓的第一三端穩壓器、穩壓單元以及通過選取第四電阻、第五電阻的不同阻值，可以實現將Vki的數值調整得很小，從而減小了採樣電阻的不必要的功耗，提高了整個恆流源電路的功率。第二三端穩壓器可以選擇溫漂低的穩壓器，從而確保向第一三端穩壓器的調節端提供溫漂性能較好的基準電壓。優選地，所述恆流源電路還包括第三電阻，所述第一三端穩壓器的輸出端經所述第三電阻連接電壓輸入端，並且所述第三電阻連接在所述電晶體的控制電極和電壓輸入端之間，從而實現了較好的分壓作用。優選地，所述穩壓單元為第二三端穩壓器，所述第二三端穩壓器的調節端通過第四電阻連接所述第一三端穩壓器的調節端，其輸出端連接至所述電壓輸入端，其輸入端連接所述參考電位。第二三端穩壓器可以選擇為與第一三端穩壓器較好地匹配。在穩壓單元為第二三端穩壓器的情況下，所述恆流源電路優選還包括第二電阻，所述第二三端穩壓器的輸出端經所述第二電阻連接所述電壓輸入端。從而實現了較好的分壓作用。優選地，所述第二三端穩壓器是TL431。TL431是並聯三端穩壓器，其具有良好的熱穩定性能以及較高的精度。優選地所述第二三端穩壓器的調節端和輸出端短接，即二者之間不設置電阻並且二者具有相同電位，從而使得TL431的輸出電壓與其基準電壓數值相等，為2. 5V。在另外ー種實施方式中，所述穩壓単元為齊納穩壓管，所述齊納穩壓管的一端經過第四電阻連接至第一三端穩壓器的調節端，另一端連接所述參考電位。優選地，第一三端穩壓器是LM317。LM317是串聯三端穩壓器，通過考察通過採樣電阻的電流值的大小，經LM317來選擇性地開關電晶體Tl以反饋方式實現恆流輸出。優選的，所述負載為所述發光二極體，所述發光二極體的正極連接至所述電晶體的工作電極並且負極連接至所述採樣電阻的一端。從而使得發光二極體以高精度的恆流工作。進ー步優選的，所述負載為多個彼此串聯在一起的發光二極體。根據本發明的恆流源電路具有效率高、電流精度高以及溫漂性能好的優點。本發明還涉及ー種用於DC-DC開關變換器的採樣電路，包括主電路，所述主電路包括負載、所述負載一端連接至電壓輸入端並且另一端連接所述採樣電阻的一端，所述採樣電阻的另一端連接至參考電位，其特徵在於還包括調整單元，所述調整単元包括穩壓単元、第四電阻、以及第五電阻，所述穩壓單元產生基準電壓，並將所述基準電壓通過第五電阻提供給採樣電路輸出端，並且所述第四電阻連接在所述負載和所述採樣電阻之間的節點與所述採樣電路輸出端之間。根據本發明的採樣電路利用了如本發明中的恆流源電路中的構思，即增加了調整單元，調整單元中的穩壓單元、第四電阻以及第五電阻構成了調整採樣電阻兩端的電壓以及採樣電路輸出端的電壓的電路。此時採樣電阻Rl的採樣電壓Vri和採樣電路輸出端的輸出電壓VF以及穩壓單元的基準電壓VFl的關係為VF =(VF1*R4+VK1*R5)バR4+R5)，其中 Vei = I*R1。優選地，所述穩壓單元為三端穩壓器，所述三端穩壓器的調節端通過第五電阻連接採樣電路輸出端，其輸出端連接至所述電壓輸入端，其輸入端連接所述參考電位。優選地，所述採樣電路還包括第二電阻，所述三端穩壓器的輸出端經所述第二電阻連接所述電壓輸入端。
優選地，所述三端穩壓器的調節端短接至其輸出端。
附圖中，在不同的視圖中，相似的參考標號通常指相同的部分。在下列說明書中，參照下列附圖，描述了本發明的各種實施例，其中圖1示出了現有技術中的第一種恆流源電路；圖2示出了現有技術中的第二種恆流源電路；圖3示出了根據本發明的恆流源電路的ー個具體實施例；圖4示出了根據本發明的採樣電路的ー個具體實施例。
具體實施例方式圖3示出了根據本發明的恆流源電路的ー個具體實施例。如圖3所示，該恆流源電路包括包括電晶體Tl、作為負載的多個串聯在一起的發光二極體、第一三端穩壓器U1、採樣電阻R1、第三電阻R3的主電路，以及包括作為穩壓単元的第二三端穩壓器U2、第二電阻R2、第四電阻R4、第五電阻R5的調整單元。第一穩壓器Ul的輸出端Outl經第三電阻R3連接至電壓輸入端VIN，第三電阻R3連接在電晶體Tl的基極b和電壓輸入端VIN之間。電晶體Tl的發射極e連接電壓輸入端VIN,電晶體Tl的集電極c連接作為負載的彼此串聯在一起的發光二極體的正極端。集電極c是工作電極，發射極是參考電極，基極是控制電極。電晶體Tl是P-N-P型電晶體或者N-P-N型電晶體。Rl作為反映輸出電流的採樣電阻，與電晶體Tl和第一三端穩壓器Ul組成反饋網絡，從而維持輸出電流恆定。具體而言，恆流源電路的工作原理是通過當輸入電壓VIN增加並導致流過電晶體Tl、負載、採樣電阻Rl的電流增加吋，當流過採樣電阻Rl的電流大於設定值時Ul導通，施加到電晶體Tl的基極電壓降低，電晶體Tl斷開，輸出電流減小。當流過採樣電阻Rl的電流小於設定值時第一三端穩壓器Ul截止，電晶體Tl導通，輸出電流增大。如此循環後達到ー個穩定的狀態，最後穩定的電流是I = Ve1/R1o在本發明中，為了減小不必要的功耗，設置了調整單元，該調整単元向第一三端穩壓器Ul提供穩定的電壓反饋並且降低在所述採樣電阻Rl上的壓降。在該具體實施例中，該調整単元包括第二三端穩壓器U2、第二電阻R2、第四電阻R4、以及第五電阻R5。主要應用了兩個或以上的三端穩壓器，即至少另外增加了ー個第二三端穩壓器U2。第二三端穩壓器U2產生第二基準電壓，用於為第一三端穩壓器Ul提供穩定的電壓反饋。第二三端穩壓器U2的調節端ad j2通過第四電阻R4連接至第一三端穩壓器Ul的調節端ad j I以向第一三端穩壓器Ul提供穩定的電壓反饋，並且其輸出端0ut2通過第二電阻R2連接至電壓輸入端VIN，輸入端IN2連接至參考電位AGND，並且第一三端穩壓器Ul的調節端adjl與負載的另一端之間連接有第五電阻R5。在該電路中，第一三端穩壓器Ul的調節端adjl與輸入端INl之間的電壓為VF，即Vadjl-VINl = VF,即在R5和Rl兩端的電壓，此時VF與Vei之間的關係為Vei = VF*R1/(R1+R5)，即Rl = VE1*R5/ (VF-Vei)。第二三端穩壓器U2的調節端adj2與輸入端IN2之間的電壓為VFLBP Vadj2-VIN2 = VFl。因此，經R4、R5和Rl的壓降是VFl，此時，VFl與Vki的關係為 Vei = VF1*R1 バR1+R4+R5)，即 Rl = (R4*VE1+R5*VE1) / (VF1-Vei)。因此得到公式 VF=(VF1*R5+VK1*R4V (R4+R5)。在該實施例中，應用了串聯三端可調節穩壓器LM317作為第一三端穩壓器Ul和並聯三端可調節穩壓器TL431作為第二三端穩壓器U2。LM317U1是美國國家半導體公司的一種可調式精密串聯型三端基準穩壓器，LM317U1的基準電壓為1. 25V。TL431是TI公司的一種可調式精密並聯型三端基準穩壓器。在本發明中，由於TL431的調整端adj2與輸出端out2具有相同電位，即在調整端adj2與輸出端out2之間不設置電阻，因此，輸出電壓等於基準電壓VFl，為2. 5V。在採用TL431的情況下，VFl = 2. 5V，在採用LM317的情況下，VF =1. 25V，根據上述公式VF = (VF1*R5+VE1*R4)/(R4+R5)。在選取R5 = IK以及選取R4 =1. 08K的情況下，可以計算得到Vki = 0.1V。由於施加到採樣電阻Rl兩端的電壓較小，因此，在負載發光二極體工作的時候，由採樣電阻Rl所引起的功率損耗就比較小。與第一實施例不同的是，也可以採用其它的三端穩壓器例如LM117，LM217作為第
一三端穩壓器。與第一實施例不同的是，也可以不使用第二三端穩壓器作為穩壓単元，而是利用齊納穩壓管來替代第二三端穩壓器。圖4示出了根據本發明的採樣電路的ー個具體實施例。與本發明的恆流源電路的構思類似，在主電路以外増加了調整單元。調整單元包括穩壓單元、第四電阻R4、第二電阻R2、以及第五電阻R5，穩壓單元Ul'產生基準電壓，並將基準電壓通過第五電阻R5提供給採樣電路輸出端V0UT，並且第四電阻R4連接在負載和採樣電阻Rl之間的節點與調節端adjl之間。與本發明的恆流源電路不同的是，主電路僅僅包括作為負載的發光二極體和採樣電阻R1。負載一端連接至電壓輸入端並且另一端連接採樣電阻Rl的一端。該實施例中計算Vki和採樣電路輸出端VOUT的電壓VF以及基準電壓VFl的關係為VF =(VF1*R5+VK1*R4)バR4+R5)。具體而言，穩壓單元Ul'為三端穩壓器，其調節端adjl'通過第五電阻R5連接採樣電路輸出端V0UT，其輸出端Outl'連接至所述電壓輸入端VIN，其輸入端INl'連接所述參考電位AGND。三端穩壓器Ul'的調節端adjl'短接至其輸出端Outl1。參考標號列表Tl電晶體Ul第一穩壓器U2第二穩壓器Rl採樣電阻R2第二電阻R3第三電阻R4第四電阻R5第五電阻。
權利要求
1.一種恆流源電路，包括主電路，所述主電路包括第一三端穩壓器(Ul)、電晶體(Tl)、採樣電阻(Rl)、負載，所述第一三端穩壓器(Ul)的輸出端(Outl)連接所述電晶體的控制電極(b)，所述電晶體的參考電極(e)連接所述電壓輸入端(VIN)，其工作電極(c)連接負載的一端，所述負載的另一端連接所述採樣電阻(Rl)的一端，所述採樣電阻的另一端和所述第一三端穩壓器(Ul)的輸入端(INl)分別連接至參考電位(AGND)，其特徵在於還包括調整單元，所述調整單元包括穩壓單元、第四電阻(R4)、以及第五電阻(R5)，所述穩壓單元產生大於所述第一三端穩壓器(Ul)的第一基準電壓的第二基準電壓，並將所述第二基準電壓通過第四電阻(R4)提供給所述第一三端穩壓器(Ul)的調節端(ad j I)，並且所述第五電阻(R5)連接在所述負載和所述採樣電阻(Rl)之間的節點與所述第一三端穩壓器(Ul)的調節端(adjl)之間。
2.根據權利要求1所述的恆流源電路，其特徵在於，還包括第三電阻(R3)，所述第一三端穩壓器(Ul)的輸出端(Outl)經所述第三電阻連接所述電壓輸入端(VIN)，並且所述第三電阻(R3)連接在所述電晶體(Tl)的所述控制電極(b)和所述電壓輸入端(VIN)之間。
3.根據權利要求1所述的恆流源電路，其特徵在於，所述穩壓單元為第二三端穩壓器(U2)，所述第二三端穩壓器(U2)的調節端(adj2)通過第四電阻(R4)連接所述第一三端穩壓器(Ul)的調節端(adjl)，其輸出端(0ut2)連接至所述電壓輸入端(VIN)，其輸入端(IN2)連接所述參考電位(AGND)。
4.根據權利要求3所述的恆流源電路，其特徵在於，還包括第二電阻(R2)，所述第二三端穩壓器(U2)的輸出端(0ut2)經所述第二電阻連接所述電壓輸入端(VIN)。
5.根據權利要求3或4所述的恆流源電路，其特徵在於，所述第二三端穩壓器(U2)是TL431。
6.根據權利要求5所述的恆流源電路，其特徵在於，所述第二三端穩壓器(U2)的調節端(adj2)短接至其輸出端(0ut2)。
7.根據權利要求1所述的恆流源電路，其特徵在於，所述穩壓單元為齊納穩壓管，所述齊納穩壓管的一端經過第四電阻(R4)連接至第一三端穩壓器(Ul)的調節端(adjl)，另一端連接所述參考電位(AGND)。
8.根據權利要求1-4中任一項所述的恆流源電路，其特徵在於，所述第一三端穩壓器(Ul)是 LM317。
9.根據權利要求1-4中任一項所述的恆流源電路，其特徵在於，所述負載為發光二極體，所述發光二極體的正極連接至所述電晶體(Tl)的工作電極(C)並且負極連接至所述採樣電阻(Rl)的一端。
10.根據權利要求9所述的恆流源電路，其特徵在於，所述負載為多個彼此串聯在一起的發光二極體。
11.一種用於DC-DC開關變換器的採樣電路，包括主電路，所述主電路包括負載、所述負載一端連接至電壓輸入端(VIN)並且另一端連接所述採樣電阻(Rl)的一端，所述採樣電阻的另一端連接至參考電位(AGND)，其特徵在於還包括調整單元，所述調整單元包括穩壓單元、第四電阻(R4)、以及第五電阻(R5)，所述穩壓單元產生基準電壓，並將所述基準電壓通過第五電阻(R5)提供給採樣電路輸出端(VOUT)，並且所述第四電阻(R4)連接在所述負載和所述採樣電阻(Rl)之間的節點與所述採樣電路輸出端(VOUT)之間。
12.根據權利要求11所述的採樣電路，其特徵在於，所述穩壓單元為三端穩壓器(Ul/ )，所述三端穩壓器(Ul')的調節端(adjl')通過第五電阻(R5)連接採樣電路輸出端(VOUT)，其輸出端(Outli )連接至所述電壓輸入端(VIN)，其輸入端(INI')連接所述參考電位(AGND)。
13.根據權利要求12所述的採樣電路，其特徵在於，還包括第二電阻(R2)，所述三端穩壓器(Ul')的輸出端(Outl')經所述第二電阻連接所述電壓輸入端(VIN)。
14.根據權利要求12所述的採樣電路，其特徵在於，所述三端穩壓器(Ul')的調節端(adjl')短接至其輸出端(Outl')。
全文摘要
本發明涉及一種恆流源電路，包括主電路，所述主電路第一三端穩壓器、電晶體、採樣電阻、負載，所述第一三端穩壓器的輸出端連接所述電晶體的控制電極，所述電晶體的參考電極連接所述電壓輸入端，工作電極連接負載的一端，所述負載的另一端連接所述採樣電阻的一端，所述採樣電阻的另一端和所述第一三端穩壓器的輸入端分別連接至參考電位，其特徵在於還包括調整單元，所述調整單元包括穩壓單元、第四電阻、以及第五電阻，所述穩壓單元產生大於所述第一三端穩壓器的第一基準電壓的第二基準電壓，並將所述第二基準電壓通過第四電阻提供給所述第一三端穩壓器的調節端，並且所述第五電阻連接在所述負載和所述採樣電阻之間的節點與所述第一三端穩壓器的調節端之間。根據本發明的恆流源電路具有效率高、電流精度高以及溫漂性能好的優點。本發明還涉及一種採樣電路。
文檔編號G05F1/625GK103049033SQ20111030890
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者蔣春軍, 張德召, 米德爾·特加科, 戴雪維 申請人:歐司朗股份有限公司