基于电流源的高压开关控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电流源的高压开关控制电路，包括电流源产生电路与开关电路；其中电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1；开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2；该基于电流源的高压开关控制电路能够使晶体管M0的源极和栅极之间的压差不受温度、工艺变化的影响，使高压开关得到精确的控制。
【专利说明】
基于电流源的高压开关控制电路
技术领域
[000? ]本发明属于尚压开关技术领域，特别涉及一种基于电流源的尚压开关控制电路。
【背景技术】
[0002]随着人们生活质量的不断提高，人们越来越关注周围的生活环境。为了减小汽车 的尾气排放量，提高人们的生活质量，电动自行车、电动汽车、单脚滑行车等越来越受到人 们的关注。而电池是这些产品的主要组成部分，它的安全性和使用寿命等成为了重点考虑 部分。因此，为了提高锂电池的使用寿命以及确保电池使用的安全性，电池充放电监视、管 理和控制电路已被开发出来，并且有效地应用在不同的产品当中。图1为一个多节级联电池 组监视框图，在图1中，通过对开关电路2的选通，监测电路4可以实现对电池组1中不同电池 电压的监控。在多节电池级联组中，位于电池级联组顶端的电池电压较高；当电池电压较高 时，与之对应的开关电路为尚压开关电路。图2为典型的尚压开关控制电路，为确保晶体管 MOO不被高压击穿，所选的晶体管MOO为高压管，高压晶体管和低压晶体管的阈值电压几乎 大小相等。二极管D1、D2· · ·?η串联在电压Vll和电压V13之间，用来保证电压Vll和电压 V13之间的压差大于晶体管MOO的阈值电压，从而使晶体管MOO正常打开。由于二极管受温度 影响较大，电压Vll和电压V13之间的压差会随温度的变化而变化，因此该高压开关电路精 度较低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于电流源的尚压开关控制电路。
[0004] 为此，本发明技术方案如下：
[0005] -种基于电流源的高压开关控制电路，包括电流源产生电路与开关电路；
[0006] 电流源产生电路包括运算放大器、晶体管Μ1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管Μ4、电阻 Rl;运算放大器的反相输入端接基准电压VREF，运算放大器的正向输入端连接到电阻Rl的一 端，电阻Rl的另一端接地；晶体管M1、晶体管M2的源级均连接到电压VDD，晶体管M1、晶体管 M2的栅极均连接到运算放大器的输出端，晶体管Ml的漏极连接到运算放大器的正向输入 端，晶体管M2的漏极连接到晶体管M3的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极连接到 晶体管M2的漏极；晶体管M4的栅极连接到晶体管M3的栅极，晶体管M4的源极接地，晶体管M4 的漏极与开关电路中晶体管M5的源极相连；
[0007] 所述的开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2;晶体管MO的源极接待测电压 Vl，晶体管MO的栅极接晶体管M5的漏极，晶体管MO的漏极接输出电压V2，；电阻R2的一端接 到待测电压Vl，另一端接到晶体管MO的栅极；晶体管M5的栅极接到可调节电压Sl，晶体管M5 的源极连接到晶体管M4的漏极。
[0008] 所述的晶体管Ml、晶体管M2为低压增强型PMOS管；晶体管M3、晶体管M4为低压增强 型NMOS管；晶体管MO为高压增强型PMOS管；晶体管M5为高压增强型NMOS管。
[0009] 所述的电阻Rl与电阻R2型号完全相同；晶体管M1、晶体管M2型号完全相同；晶体管 M3、晶体管M4型号完全相同。
[0010] 与现有技术相比，该基于电流源的高压开关控制电路在温度变化时，晶体管MO的 源极和栅极之间的压差不受电阻大小变化的影响，始终保持在稳定状态，使高压开关得到 了更精确的控制。
【附图说明】
[0011] 图1为多节级联电池组监控框图。
[0012] 图2为典型的高压开关控制电路。
[0013] 图3为本发明的基于电流源的高压开关控制电路的电路图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发 明有任何限制。
[0015] 如图3所示，该基于电流源的高压开关控制电路包括电流源产生电路与开关电路；
[0016] 电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻 Rl;运算放大器的反相输入端接基准电压V REF，运算放大器的正向输入端连接到电阻Rl的一 端，电阻Rl的另一端接地；晶体管M1、晶体管M2的源级均连接到电压VDD，晶体管M1、晶体管 M2的栅极均连接到运算放大器的输出端，晶体管Ml的漏极连接到运算放大器的正向输入 端，晶体管M2的漏极连接到晶体管M3的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极连接到 晶体管M2的漏极；晶体管M4的栅极连接到晶体管M3的栅极，晶体管M4的源极接地，晶体管M4 的漏极与开关电路中晶体管M5的源极相连；
[0017] 所述的开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2;晶体管MO的源极接待测电压 Vl，晶体管MO的栅极接晶体管M5的漏极，晶体管MO的漏极接输出电压V2，；电阻R2的一端接 到待测电压Vl，另一端接到晶体管MO的栅极；晶体管M5的栅极接到可调节电压Sl，晶体管M5 的源极连接到晶体管M4的漏极。
[0018] 所述的晶体管M1、晶体管M2为低压增强型PMOS管；晶体管M3、晶体管M4为低压增强 型NMOS管；晶体管MO为高压增强型PMOS管；晶体管M5为高压增强型NMOS管。
[0019] 所述的电阻Rl与电阻R2型号完全相同；晶体管M1、晶体管M2型号完全相同；晶体管 M3、晶体管M4型号完全相同。
[0020] 本发明提供的基于电流源的高压开关控制电路的工作过程如下：
[0021] 设晶体管M5的栅极和源极之间的电压为Vgs5，晶体管M5的阈值电压为VT5;
[0022]首先调整可调节电压Sl的大小，使Vgs5〈VT5，则晶体管M5工作在截止区，左侧电流 源产生电路与右侧的开关电路处于断开状态;此时晶体管MO的栅极电压V3与源极电压Vl相 等，晶体管MO的栅极和源极之间的差压为零，电阻R2上没有电流，晶体管MO工作在截止区。 [0023]调整可调节电压Sl的大小，使Vgs5 2 VT5,则晶体管M5打开，右侧的开关电路与左侧 的电流源产生电路接通，流过电阻R2的电流Ir2与晶体管M4漏极的电流I i大小相等；
[0024]晶体管M5打开后，在左侧的电流源产生电路中，利用虚短虚断的概念，运算放大器 的正向输入端电压VR与基准电压Vref电压值相等，则流过电阻Rl的电流1^被确定为
[0025] Iri ^ =j^ (I) Rl R\ R\
[0026] 晶体管Ml、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4均工作在饱和区，且晶体管Ml、晶体管M2 型号完全相同，晶体管Ml、晶体管M2的源极均接到电压VDD，晶体管Ml、晶体管M2的漏极均接 到运算放大器的输出端，则流过晶体管Ml、晶体管M2漏极的电流相同，晶体管Ml的漏极连接 到电阻Rl的一端，因此流过晶体管M1、晶体管M2漏极的电流大小与流过电阻Rl的电流1^的 大小相等；
[0027]晶体管M3、晶体管M4组成镜像电流源，则流过晶体管M3的漏极电流与流过晶体管 M4漏极的电流I1大小相等；因此得到：
[0028] Iri = I1 = Ir2 (2)
[0029] 当温度、工艺变化之前，设流经电阻R2的电流为IR2,流经电阻Rl的电流为Ir1，当温 度工艺变化之后，设变化后的电阻Rl的阻值为R1'，设变化后的电阻R2的阻值为R2'，变化后 流经电阻R2的电流为I R2'，变化后流经电阻Rl的电流为IR1'；电阻Rl与电阻R2型号完全相 同，则当工艺、温度变化后，电阻Rl与电阻R2产生相同的变化，即：
[0030] R1，=R2' (3)
[0031] 晶体管M5处于打开状态，则温度、工艺变化后流经电阻Rl与电阻R2的电流大小相 等，即
[0032] IR1，=IR2， (4)
[0033]由公式(3)与公式(4)可知：
[0034] Rl'Iri-=R2'Ir2- (5)
[0035] 已知Rl两端的电压恒定，恒为基准电压Vref，即
[0036] RijIri-=VR = Vref (6)
[0037] 由公式(5)与公式(6)可知，电阻R2两端的电压恒定，恒为基准电压Vref，即
[0038] R2'Ir2-=VR = Vref (7)
[0039]由公式(7)可知，本发明提供的基于电流源的高压开关控制电路中的晶体管MO源 极和栅极两端的压差由运算放大器反向输入端的基准电压Vref决定，不会因温度、工艺的改 变而产生变化，从而使晶体管MO得到精确地控制。
【主权项】
1. 一种基于电流源的高压开关控制电路，其特征在于，所述的基于电流源的高压开关 控制电路包括电流源产生电路与开关电路； 电流源产生电路包括运算放大器、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1; 运算放大器的反相输入端接基准电压VREF，运算放大器的正向输入端连接到电阻R1的一端， 电阻R1的另一端接地;晶体管Ml、晶体管M2的源级均连接到电压VDD，晶体管Ml、晶体管M2的 栅极均连接到运算放大器的输出端，晶体管Ml的漏极连接到运算放大器的正向输入端，晶 体管M2的漏极连接到晶体管M3的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极连接到晶体 管M2的漏极;晶体管M4的栅极连接到晶体管M3的栅极，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的漏 极与开关电路中晶体管M5的源极相连； 开关电路包括晶体管M0、晶体管M5、电阻R2;晶体管M0的源极接待测电压VI，晶体管M0 的栅极接晶体管M5的漏极，晶体管M0的漏极接输出电压V2，；电阻R2的一端接到待测电压 VI，另一端接到晶体管M0的栅极;晶体管M5的栅极接到可调节电压S1，晶体管M5的源极连接 到晶体管M4的漏极。2. 根据权利要求1所述的基于电流源的高压开关控制电路，其特征在于，所述的晶体管 Ml、晶体管M2为低压增强型PMOS管；晶体管M3、晶体管M4为低压增强型匪0S管；晶体管M0为 高压增强型PMOS管；晶体管M5为高压增强型NMOS管。3. 根据权利要求1所述的基于电流源的高压开关控制电路，其特征在于，所述的电阻R1 与电阻R2型号完全相同；晶体管M1、晶体管M2型号完全相同；晶体管M3、晶体管M4型号完全 相同。
【文档编号】G05F1/46GK105843309SQ201610176185
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】黄胜明, 段权珍, 苏林, 刘慧敏
【申请人】天津理工大学