一种恒流控制电路的制作方法

1.本发明涉及电路控制技术领域，特别是涉及一种恒流控制电路。


背景技术：

2.当前第三代功率半导体由于其工作频率高，耐压值高，损耗小，正在渗透进各行各业，用来取代之前的功率半导体器件。
3.在进行恒流控制时，一般期望输出的电流足够平滑，但是现有技术中，一般在恒流控制频率不高的情况下，通电断电周期长，因此输出电流呈现出时断时续的情况。然而当使用高频器件后，整个过程就会更加平滑，就类似于我们看每秒60hz屏幕刷新率的视频和每秒120hz刷新率的屏幕，明显会感觉到前者会卡顿。图1为低频控制下的电流随时间变化示意图，图2为高频控制下的电流随时间变化示意图，从图1和图2的对比中可以看出使用高频率器件能明显改善电流的输出频率。
4.因此，使用高频器件取代低频器件是未来的发展趋势。


技术实现要素：

5.本技术提出了一种恒流控制电路，以提高工作频率，使输出电流更加平滑。
6.为解决上述问题，本技术提供了一种恒流控制电路，包括：电源输入端、电源输出端、开关电路以及驱动电路；其中，开关电路的输入端与电源输入端连接，开关电路的输出端与电源输出端连，开关电路的控制端与驱动电路连接，通过驱动电路控制开关电路的输入端与输出端之间的通断。
7.其中，开关电路包括两个氮化镓晶体管；其中，第一氮化镓晶体管和第二氮化镓晶体管串联。
8.其中，氮化镓晶体管包括源极、漏极、栅极以及二极管，栅极控制源极和漏极的通断，源极和漏极还与二极管连接，通过二极管控制电信号从源极流向漏极。
9.其中，第一氮化镓晶体管的漏极与第二氮化镓晶体管的漏极连接，第一氮化镓晶体管的源极与电源输入端连接，第二氮化镓晶体管的源极与电源输出端连接。
10.其中，驱动电路还包括电流采样电路、比较电路以及控制电路；电流采样电路与电源输入端连接，用于获取电路电流，并将获取的电路电流输送至比较电路；比较电路的输入端分别与电流采样电路和控制电路连接，输出端与驱动电路连接，比较电路用于比较电路电流是否超过最大电流设定值，若超过，则驱动电路驱动开关电路断开，若未超过，则驱动电路驱动开关电路导通；控制电路的输出端与比较电路的输入端连接，用于提供最大电流设定值。
11.其中，恒流控制电路还包括温度采样电路；温度采样电路位于开关电路附近，与控制电路连接，用于获取开关电路的工作温度，并将工作温度发送至控制电路。
12.其中，温度采样电路包括ntc热敏电阻。
13.其中，驱动电路还包括施密特触发器；施密特触发器的第一引脚输入高电平信号
时，施密特触发器的第二引脚输出低电平信号，当施密特触发器的第一引脚输入低电平信号时，施密特触发器的第二引脚输出高电平信号，以控制开关电路的通断频率。
14.其中，控制电路还包括通讯io接口，通过通讯io接口与外部数据传输线进行连接；其中，外部数据传输线包括iic、uart以及spi。
15.其中，恒流控制电路还包括自举电路；自举电路包括自举电容和自举升压二极管，自举电容的一端与第一氮化镓晶体管连接，另一端与电源输入引脚连接，自举升压二极管的一端与第二氮化镓晶体管连接，另一端接地。
16.本技术的有益效果是：将采样电路，比较器，控制器和gan功率器件集成在芯片内，通过施密特触发器以及自举电路实现了高频状态下的恒流控制，另外，还通过ntc热敏电阻采集氮化镓器件的工作温度，并通过控制电路控制，从而避免了器件由于过热造成的损耗。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为低频控制下的电流随时间变化示意图；
19.图2为高频控制下的电流随时间变化示意图；
20.图3为本技术恒流控制电路一实施方式的结构示意图；
21.图4为本技术开关电路一实施方式的结构示意图；
22.图5为本技术恒流控制电路一具体实施方式的结构示意图；
23.图6为本技术恒流控制电路一实施方式的电路结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本技术保护的范围。
25.在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、
“”
和“该”也旨在包括多数形式，除非上文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
26.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
27.应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过
程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的每一个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.本技术提供一种恒流控制电路，请参阅图3，图3为本技术恒流控制电路一实施方式的结构示意图。如图3所示，恒流控制电路包括：电源输入端1，电源输出端2，开关电路3以及驱动电路4。
30.在本实施例中，电源输入端1用于接收外部电源输入的电流信号。电源输出端2用于向外部负载输出电流信号。开关电路3的输入端与电源输入端1连接，开关电路3的输出端与电源输出端2连接，开关电路3还包括控制端，开关电路3的控制端与驱动电路4连接，通过驱动电路4控制开关电路3的输入端与输出端之间的通断。换句话说，驱动电路4和开关电路3控制电源输入端1和电源输出端2之间的通断。
31.为了适应高频率电流信号的控制，本实施例中的开关电路3包括氮化镓晶体管。具体地，开关电路3包括两个氮化镓晶体管，其中，第一氮化镓晶体管q1和第二氮化镓晶体管q2串联，具体结构请进一步参阅图4，图4为本技术开关电路一实施方式的结构示意图。如图4所示，第一氮化镓晶体管q1和第二氮化镓晶体管q2均包括源极11、漏极12、栅极13以及二极管14，其中，栅极13为控制端，控制源极11和漏极12的通断，二极管14的两端分别与源极11和漏极12连接，通过二极管14控制电流信号在源极11和漏极12断开的情况下也能从源极11流向漏极12。在本实施例中，第一氮化镓晶体管q1的漏极与第二氮化镓晶体管q2的漏极连接，第一氮化镓晶体管q1的源极与电源输入端1连接，第二氮化镓晶体管q2的源极与电源输出端2连接。第一氮化镓晶体管q1和第二氮化镓晶体管q2通过上述方式串联，使电流信号无法直接通过二极管14从电源输入端1流向电源输出端2，而需要通过控制端控制电流信号的切换频率，以方便用户对电流信号进行控制。
32.本实施例的有益效果是：利用第三代功率半导体的氮化镓晶体管代替传统的低频器件，使开关电路能适应于高频率控制电路，从而实现高频状态下的恒流控制。本恒流控制电路可串联于需要设定恒流控制电流的电路中。
33.进一步地，驱动电路4还包括电流采样电路21、比较电路22以及控制电路23，请进一步参阅图5，图5为本技术恒流控制电路一具体实施方式的结构示意图。如图5所示：
34.电流采样电路21的输入端与电源输入端1连接，电流采样电路21的输出端与比较电路22连接，用于获取电路电流，并将获取到的电路电流输送至比较电路。
35.比较电路22的一个输入端与电流采样电路21连接，另一个输入端与控制电路23连接，输出端与驱动电路4连接，比较电路22用于比较电路电流是否超过最大电流设定值，若超过，则驱动电路4驱动控制开关电路3断开，若未超过，则驱动电路4驱动开关电路3导通。
36.控制电路23的输入端与电流采样电路21连接，输出端与比较电路22连接。在本实施例中，控制电路23包括微控制器mcu，其中，控制电路23还包括通讯io接口，通过通讯io接口与外部数据传输线进行连接。控制电路23可通过外部数据传输线设置最大电流设定值，并将该最大电流设定值输送至比较电路22，通过比较电路22比较电路电流是否超过最大电流设定值。控制电路23还用于接收电流采样电路21获取的电路电流，并输出adc信号(模拟
信号转换为数字信号)。在本实施例中，控制电路23的通讯io接口还可与iic(集成电路总线)、uart(通用异步收发传输器)、spi(串行外设接口)等连接，可以接受对应协议的控制命令，用来控制本芯片的恒流控制电流，并反馈当前工作状态等，在此不作限定。
37.在本实施例中还包括用来给电路提供工作电压的低压差线性稳压器ldo。
38.在本实施例中，恒流控制电路还包括温度采样电路24，温度采样电路24与控制电路23连接，且位于开关电路3附近，用于获取开关电路的工作温度，并将该工作温度发送至控制电路23，由控制电路23根据给工作温度进行最大电流值设定，从而保护开关电路3，以避免开关电路3出现过热而损坏。在本实施例中，温度采样电路可以是ntc热敏电阻，在其它实施例中，也可以是其它热敏电阻，具体可根据实际需求进行设定，在此不作限定。
39.在本实施例的有益效果是：将电流采样电路，比较电路，控制电路和氮化镓开关电路集成在恒流控制芯片内，通过电流采样电路采集电路电流，并将电路电流输送至比较电路中与最大电流值进行比较，当电路电流超过最大电流值时，通过驱动电路驱动开关电路关闭，当电路电流未超过最大电流值时，通过驱动电路驱动开关电路导通，从而实现高频状态下的恒流控制。
40.本技术还提供一种恒流控制电路的电路结构示意图，请进一步参阅图6，图6为本技术恒流控制电路一实施方式的电路结构示意图。如图6所示，恒流控制电路包括：
41.电源输入端1用于接收外部电源输入的电流信号，电源输出端2用于向外部负载输出电流信号。电源输入端1和电源输出端2包括采样电阻r1以及由u1、u2、u3构成的电流采样电路21，电流采样电路21采集流经采样电阻r1上面的电流大小，并将其转化为电压值。电流采样电路21的输出端与比较电路22连接，用于将该电压值输送至比较电路22中。在本实施例中，比较电路22为电压比较器。比较电路22的输入端还与控制电路23连接，控制电路23用于输出设定电压值，比较电路22比较采集的电压值是否大于设定电压值，若大于，则当前电路电流超过设定电流，比较电路22输出低电平信号，若小于，则当前电路电流未超过设定电流，比较电路22输出高电平信号。在一具体实施方式中，电流采样电路21的输出端与控制电路23的输入端连接，通过控制电路23将采集到的电路电流大小转化为采集到的电压值，并将该采集到的电压值和输入的设定电压值通过输出端输送至比较电路22中进行比较。
42.比较电路22的输出端与施密特触发器u10的输入端连接，施密特触发器u10包括第一输出端q3和第二输出端q4，第一输出端q3为p沟道mosfet，第二输出端q4为n沟道mosfet。当施密特触发器u10的输入端输入高电平信号时，输出端输出低电平信号，当施密特触发器u10的输入端输入低电平信号时，输出端输出高电平信号。具体地，施密特触发器u10的输入端输入高电平信号时，第一输出端q3打开，第二输出端q4关闭，当施密特触发器u10的输入端输入低电平信号时，第二输出端q4打开，第一输出端q3关闭。通过高低电平信号驱动第一输出端q3和第二输出端q4交替导通，从而控制开关电路3的导通。
43.在本实施例中，恒流控制电路还包括自举电容c1和一个n沟道mosfet的自举升压二极管q9组成的自举电路，其中，自举电路是利用自举升压二极管，自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高。自举电容c1的一端与开关电路3连接，另一端与内部器件工作电源输入引脚vdd连接，自举升压二极管q9的一端连接与开关电路3连接，另一端与控制电路23连接，还有一端接地。
44.在本实施例中，恒流控制电路还包括温度采样电路24，温度采样电路包括ntc热敏
电阻r26和r27，ntc热敏电阻可放置于开关电路3附近，用于采集氮化镓晶体管的工作温度，并将采集的温度值供给控制电路23进行处理，其中，开关电路3包括第一氮化镓晶体管q1和第二氮化镓晶体管q2。
45.在本实施例中，控制电路23为mcu，内部包括iic，uart，spi等通讯协议，含有通用输入输出端口，adc输入引脚，dac输出引脚等，可根据协议命令对整个恒流控制电路/芯片进行控制。需要说明的是，本技术中的芯片就是恒流控制电路。图中vdd表示内部器件工作电压输入引脚，vref表示为内部器件提供稳定的参考电压。
46.本实施例的有益效果是：将采样电路，比较器，控制器和gan功率器件集成在芯片内，通过施密特触发器以及自举电路实现了高频状态下的恒流控制，另外，还通过ntc热敏电阻采集氮化镓器件的工作温度，并通过控制电路控制，从而避免了器件由于过热造成的损耗。
47.以上仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利保护范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。