一种恒定功耗的线性恒流电源的制作方法
【专利摘要】本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种恒定功耗的线性恒流电源。本发明的电路包括电压采样模块、补偿电流产生模块和恒流模块；其中电压采样模块采样功率管漏端电压，输出与输入成比例的电压V1并产生开关控制信号S1。V1经过除法器模块进行求倒输出1/V1电压输出减法器模块输出(V3?1/V1)电压再经电压?电流转换模块产生补偿电流Ic＝(V3?1/V1)/R1，补偿电流通过开关S1流过补偿电阻RF来调节RS上电压，调节输出电流Iout使得功率恒定。当功率管NM1漏端电压上升，补偿电流模块产生随电压增大而增大的补偿电流；当电压上升到一定程度时，open信号控制开关S1打开，补偿流过电阻RF，降低RS上的电压，降低芯片输出电流，维持芯片上的功率恒定。
【专利说明】
-种恒定功耗的线性恒流电源
技术领域
[0001] 本发明属于电子电路技术领域，特别设及一种恒定功耗的线性恒流电源。
【背景技术】
[0002] 高压线性恒流电源由于其结构简单，成本低，纹波小等优点得到广泛的应用，特别 是在L邸驱动方面;然而线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低，因此发 热问题严重。对于传统带过溫关断模块的驱动，当输入电压过大，忍片上功率过大，容易引 起闪烁(压闪）。
[0003] 因此，对于恒流线性驱动而言，具有恒定功耗的电路可W很好地调节忍片内部功 率管的功耗，从而使得忍片内部功耗恒定，且具有很好的电压自适应功能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的，就是针对上述问题，提出可W根据电压变化对负载的功率实施预 设好的调节的一种恒定功耗的线性恒流电源。
[0005] 本发明的技术方案:一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，包括电压采样模 块、补偿电流产生模块和恒流模块；其中，恒流模块由第一运算放大器AMP1、第一NMOS管 醒1，第一电阻RS和第二电阻RF构成;第一运算放大器AMPl同相输入端连接参考电压化ef， 反相输入端通过第二电阻RF后接第二电阻RS和第一醒OS管醒1源极的连接点；第一醒OS管 醒1的源极通过第一电阻RS后接地;第一运算放大器AMPl输出端连接第一 NMOS管醒1的栅 端；电压采样模块采样第一NMOS管醒1漏极电压VD，电压采样模块输出采样电压Vl和开关信 号open;补偿电流产生模块包括除法器模块、减法器模块、第二运算放大器AMP2、第一 PMOS 管PMl、第二PMOS管PM2、第二NMOS管醒2、第S电阻Rl和开关Sl;其中，除法器模块输入电压 采样模块输出的采样电压Vl和一个IV电压，输出1/V1电压信号，所述除法器模块用于对采 样的电压进行求倒运算；减法器模块输入电压V3和1/V1，减法器模块输出的电压信号为： V3-1/V1;第二运算放大器AMP2同相输入端连接减法器输出的电压信号，第二运算放大器 AMP2反相输入端连接第S电阻Rl与第二醒OS管醒2源极的连接点，第二运算放大器AMP2输 出端连接第二匪OS管醒2的栅端；第二醒OS管醒2的漏极连接第一 PMOS管PMl管漏极，第二 NMOS管醒2的源极通过第S电阻Rl后接地;第一 PMOS管PMl和第二PMOS管PM2构成电流镜，镜 像补偿电流，第二PMOS管PM2的源极连接开关Sl的一端，开关Sl的另一端接第一运算放大器 AMPl反相输入端与第二电阻RF的连接点，开关Sl由电压采样模块输出的开关信号open控 审IJ，当开关信号open控制Sl打开时，补偿电流流过第二电阻RF,产生补偿电压，降低第一电 阻RS上的电压，降低忍片输出电流，维持忍片上的功率恒定。
[0006] 本发明总的技术方案，其中第一电阻RS为检测电流电阻，第二电阻RF为反馈电阻； 本发明中的电压采样模块通过采样电阻获得电压，并W此判断是否需要进行功率调节，同 时产生所需的调节电压；补偿电流产生模块获得电压采样模块的调节电压后产生补偿电 流，并输入到恒流模块，通过反馈电阻化来调节功耗，使得功率恒定；电压采样模块的输入 端接输入电压VIN，通过内部采样电阻分压，产生呈线性关系之比的电压Vl和电压VD，V1输 入补偿电流产生模块中的除法器模块，VD直接加在恒流模块中的功率管上，此模块还输出 补偿电流开关控制电压Vwen来对是否需要电流补偿进行控制；除法器模块将电压采样模块 输出的Vl取倒，并输入到减法器模块中，减法器模块将电压V3与Vl的倒数作减法，所得电压 输入运放同相端。此运放反相端接补偿电流产生电阻Rl的上端，W及MOS管NM2的源段，运放 输出端接到MOS管醒2的栅极，通过此电路产生电流I = (V3-1/V1 VRl，再通过电流镜复制输 出到恒流模块。其中输出电流是否能到恒流模块由开关Sl控制，开关Sl的关断与否由电压 采样模块的输出电压Vopen控制;运放同相端输入参考电压Vref,反相端接反馈电阻RF上端， 并输入补偿电流，运放输出端接NMl栅极，反馈电阻RF下端接NMl源端和检流电阻RS上端，RS 下端接地，NMl漏端接电压采样分压电压VD。通过反馈电阻RF压降Vrf=I*RF来进行反馈调 -H- T。
[0007]进一步的，所述电压采样模块的输入端接输入电压VD，产生与VD呈线性关系之比 的电压Vl，即Vl =K*VD化<1)。
[000引进一步的，所述除法器模块对电压采样模块输出的Vl信号进行求倒数运算，得到 1/V1电压;所述除法器模块可用模拟乘法器构建。
[0009] 进一步的，所述开关管Sl为MOS开关或BJT。
[0010] 进一步的，所述第一NMOS管NMl为LDM0S、VDM0S和IGBT中的一种。
[0011] 本发明的有益效果为:忍片输入电源电压升高或降低，忍片输出电流经过补偿电 流的调节，输出电流和电压不会出现明显变化，从而保证了内部功率管功耗的恒定，并且通 过反馈调节，使得负载功耗随之改变保持稳定，且输出电流由电阻RS决定，为线性恒流。
【附图说明】
[0012] 图1所示是本发明的一种恒定功耗的线性恒流电源的原理图；
[0013] 图2所示为本发明补偿电流、输出电流与输入电压关系图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明进行详细的描述：
[0015] 如图1所示，本发明的一种恒定功耗的线性恒流电源，其包括电压采样模块、补偿 电流产生模块和恒流模块;其中，补偿电流产生模块包括了除法器模块、减法器模块和电压 电流转换模块。电压采样模块通过采样电阻获得电压，并W此判断是否需要进行功率调节， 同时产生所需的调节电压;补偿电流产生模块获得电压采样模块的调节电压后产生补偿电 流，并输入到恒流模块，通过反馈电阻RF来调节功耗，使得功率恒定。
[0016] 具体连接方式为输入电压输入电压采样模块，电压采样模块输出到除法器模块， 并控制开关Sl的开断，除法器模块输出接减法器模块输入，减法器模块输入运放同相端，产 生补偿电流输出到恒流模块，恒流模块通过反馈调节稳定功耗。
[0017] 本例的具体工作原理为：
[0018] 输入电压接入电压采样模块，产生电压Vl和控制电压Vopen, Vl输入电压成比例， 即Vl =KVD; Vl输入到补偿电流产生模块中的除法器模块，与设定好的IV电压V2作除法，得 到输出电压1/V1。
[0019] 将1/Vl输入至减法器模块与电压V3作减法，得到输出电压V3-1/V1，并将此输出电 压输入至运放AMP2同相端，由运放虚短虚断原理，补偿电流产生电阻Rl上的电压即为V3-1/ VI，则可得到补偿电流：
[0020]
[0021] 醒2栅极接运放输出端，使得醒2工作在饱和区，且通过MOS管的电流为恒流Ic,通 过上方由PMOS管PMl和PM2组成的电流镜复制后输入恒流模块来进行反馈调节。
[0022] 当电压升高或降低，达到补偿电流开启条件时，补偿电流产生模块将电流Ic注入 恒流模块中，则RF上的压降为Ic*RF。由负反馈调节原理和运放的基本特性，贝U
[0023] VRS = VREF-Ic^RF
[0024] 可得流过负载和功率管醒1的电流 [00 巧]I〇UT = VRS/RS
[00%]因此，功率管功耗
[0027]
[002引
[0029]
[0030] 从上式可W得到，当电压上升到一定程度，开关管Sl打开，补偿电流流过补偿电阻 RF,降低了 RS上的电压，降低输出电流。如图2所不为本发明补偿电流Ic、输出电流Iout与输 入电压VD关系图，随着输入电压升高，输出电流降低，保持了功率管功耗的恒定。从而使得 此电路同时具有很好的电压自适应功能。
【主权项】
1. 一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，包括电压采样模块、补偿电流产生模块 和恒流模块;其中，恒流模块由第一运算放大器AMP 1、第一 NMOS管匪1，第一电阻RS和第二电 阻RF构成;第一运算放大器AMP1同相输入端连接参考电压Vref，反相输入端通过第二电阻 RF后接第二电阻RS和第一 NMOS管匪1源极的连接点；第一 NMOS管NM1的源极通过第一电阻RS 后接地;第一运算放大器AMP1输出端连接第一NMOS管匪1的栅端；电压采样模块采样第一 NMOS管匪1漏极电压VD，电压米样模块输出米样电压VI和开关信号open;补偿电流产生模块 包括除法器模块、减法器模块、第二运算放大器AMP2、第一 PM0S管PM1、第二PM0S管PM2、第二 匪0S管NM2、第三电阻R1和开关S1;其中，除法器模块输入电压采样模块输出的采样电压VI 和一个IV电压，输出1/V1电压信号，所述除法器模块用于对采样的电压进行求倒运算;减法 器模块输入电压V3和1/V1，减法器模块输出的电压信号为:V3-1/V1;第二运算放大器AMP2 同相输入端连接减法器输出的电压信号，第二运算放大器AMP2反相输入端连接第三电阻R1 与第二NM0S管匪2源极的连接点，第二运算放大器AMP2输出端连接第二NM0S管匪2的栅端； 第二NM0S管匪2的漏极连接第一 PM0S管PM1管漏极，第二NM0S管匪2的源极通过第三电阻R1 后接地;第一 PM0S管PM1和第二PM0S管PM2构成电流镜，镜像补偿电流，第二PM0S管PM2的源 极连接开关S1的一端，开关S1的另一端接第一运算放大器AMP1反相输入端与第二电阻RF的 连接点，开关S1由电压采样模块输出的开关信号open控制，当开关信号open控制S1打开时， 补偿电流流过第二电阻RF，产生补偿电压，降低第一电阻RS上的电压，降低芯片输出电流， 维持芯片上的功率恒定。2. 根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述电压采样模 块的输入端接输入电压VD，产生与VD呈线性关系之比的电压V1，即V1=K*VD(K〈1)。3. 根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述除法器模块 对电压采样模块输出的VI信号进行求倒数运算，得到1/V1电压;所述除法器模块可用模拟 乘法器构建。4. 根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述开关管S1为 M0S开关或BJT。5. 根据权利要求1所述的一种恒定功耗的线性恒流电源，其特征在于，所述第一 NM0S管 NM1 为 LDM0S、VDM0S 和 IGBT 中的一种。
【文档编号】G05F1/56GK106020307SQ201610466388
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】李泽宏, 汪榕, 罗仕麟, 赵念, 黄孟意, 李沂蒙, 苏志恒, 刘玮琪
【申请人】电子科技大学