一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路。

背景技术：

随着医疗技术的进展，常利用将药物雾化吸入方式治疗疾病。使用雾化器将液体细化成细微的气雾颗粒，通过鼻腔、口腔吸入体内，以达到良好的治疗效果。

但是，目前使用的雾化装置使用手动开机，开机后雾化器一直工作输出雾气，直到液体全部雾化，使用者只能在正常呼吸过程的吸气阶段将雾气吸入，呼气阶段雾气无法进入体内，造成浪费。并且雾化出的药物雾气浓度大小只能通过手动调节，调节完成后即固定功率输出雾气，不能根据每次呼吸气流大小自动调节，对于吸气量较小的使用者造成雾气浪费，对于吸气量较大的使用者则可能雾气不足。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供了一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路，旨在解决现有雾化装置使用手动开机，开机后雾化器一直工作输出雾气直到液体全部雾化，雾化过程中是根据用户当前手动调节的功率输出雾气，无法根据雾化器使用者每次呼吸气流大小自动调节的问题。

本实用新型提供了一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路，应用于雾化器，该根据形变感应控制驱动输出的驱动电路包括包括形变检测模块、控制模块、led驱动模块和输出驱动模块；所述形变检测模块的一端与所述控制模块的一端连接；所述控制模块的另一端与所述led驱动模块的一端连接，所述控制模块的另一端还与所述输出驱动模块的一端连接；

所述形变检测模块，用于将所外接的待检测电路的形变信号转换为形变检测结果；

所述控制模块，用于将所接收到形变检测结果与预先设置的形变检测阈值进行比较，若形变检测结果超过形变检测阈值产生对应的输出驱动信号和led驱动信号；

所述输出驱动模块，用于在接收到控制模块发送的输出驱动信号时对应调节输出驱动功率；

所述led驱动模块，用于在接收到控制模块发送的led驱动信号时对应调节外接led灯的亮度。

本实用新型的实施例提供一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路，应用于雾化器，该根据形变感应控制驱动输出的驱动电路包括包括形变检测模块、控制模块、led驱动模块和输出驱动模块。其将外接的待检测电路的形变信号转换为输出驱动信号，无需外部按键等控制；而且可以也将待检测电路的形变信号转换为输出驱动pwm信号的占空比，输出驱动功率跟随形变量自动调节，无需外部按键调节。其应用于雾化器中，能够根据压力形变感应自动控制雾化器输出开关，达到节省雾化液体的目的；还能够动态调整雾化器输出功率，达到均衡雾气浓度，能适用不同人群；而且无需手动调节雾化器，简化设计，使用简单，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中检测时钟模块的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中带隙基准电路的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中第一比较器的电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中频率检测模块的电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中输出驱动模块模块的电路结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中led驱动模块模块的电路结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路中形变压力与输出驱动的曲线关系图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

请参阅图1，其是本实用新型实施例提供的一种根据形变感应控制驱动输出的驱动电路的结构示意图。如图1所示，所述根据形变感应控制驱动输出的驱动电路包括形变检测模块10、控制模块20、led驱动模块40和输出驱动模块30；所述形变检测模块10的一端与所述控制模块20的一端连接；所述控制模块20的另一端与所述led驱动模块40的一端连接，所述控制模块20的另一端还与所述输出驱动模块30的一端连接；

所述形变检测模块10，用于将所外接的待检测电路的形变信号转换为形变检测结果；

所述控制模块20，用于将所接收到形变检测结果与预先设置的形变检测阈值进行比较，若形变检测结果超过形变检测阈值产生对应的输出驱动信号和led驱动信号；

所述输出驱动模块30，用于在接收到控制模块20发送的输出驱动信号时对应调节输出驱动功率；

所述led驱动模块40，用于在接收到控制模块20发送的led驱动信号时对应调节外接led灯的亮度。

在本实施例中，先通过形变检测模块10将所外接的待检测电路(在图1中外接的待检测电路以可变电容c2为例)的形变信号转换为形变检测结果，然后通过控制模块20将所接收到形变检测结果与预先设置的形变检测阈值进行比较，若形变检测结果超过形变检测阈值产生对应的输出驱动信号和led驱动信号。最后若输出驱动模块30接收到控制模块20发送的输出驱动信号时对应调节输出驱动功率(在图1中输出驱动模块30的外接负载用第六电阻r7表示)，若led驱动模块40接收到控制模块20发送的led驱动信号时对应调节外接led灯(在图1中外接led灯用发光二极管d1表示)的亮度。在具体实施时，利用工艺厂(例如台积电、中芯国际等晶圆厂)提供的标准单元库加以条件约束后综合得到电路，实现控制模块20的功能。

在一实施例中，如图1所示，所述形变检测模块10包括检测时钟模块11、标准时钟模块12和频率检测模块13；所述检测时钟模块11的一端与外接的待检测电路(在图1中外接的待检测电路以可变电容c2为例)连接，所述检测时钟模块11的另一端与所述频率检测模块13的一端连接；所述标准时钟模块12的一端与所述频率检测模块13的一端连接；所述频率检测模块13的另一端与所述控制模块20连接；

所述检测时钟模块11，用于将所外接的待检测电路的形变信号转换为第一时钟信号；

所述标准时钟模块12，用于产生第二时钟信号；

所述频率检测模块13，用于获取第一时钟信号与第二时钟信号之间的频率差值，以作为形变检测结果。

在本实施例中，所述检测时钟模块11与所外接的待检测电路连接，例如所外接的待检测电路连接为可变电容c2，检测时钟模块11将可变电容c2的容值变化对应转化为第一时钟信号，第一时钟信号记为osca时钟，第一时钟信号的频率记为f1；所述标准时钟模块12产生第二时钟信号，第二时钟信号记为oscb时钟，第二时钟信号的频率记为f2。此时频率检测模块13接收到检测时钟模块11产生的第一时钟信号，以及接收到所述标准时钟模块12产生第二时钟信号，频率检测模块13根据一时钟信号与第二时钟信号之间的频率差值，以作为形变检测结果。

之后将形变检测结果输入至控制模块20，在控制模块20中进行形变检测结果是否超过形变检测阈值的判断。若形变检测结果超过形变检测阈值产生对应的输出驱动信号和led驱动信号。

在此过程中，可以通过osca时钟的频率变化大小调节输出pwm波形宽度，以控制输出驱动模块的工作时间。同时，控制模块20根据led驱动信号控制外接led灯的工作状态。由此，整个电路实现了从电容形变转换为电信号变化，并且动态调整输出的功能。

在一实施例中，如图1和图2所示，所述检测时钟模块11包括第一电容c1、第一mos管q1、带隙基准电路u1、第一比较器comp1、第一迟滞比较器buffer1；

其中，所述第一电容c1的一端接地，所述第一电容c1的另一端与所述带隙基准电路u1的基准电流端口iref连接，所述第一电容c1的另一端还与第一mos管q1的漏极连接；

所述第一mos管q1的源极接地，所述第一mos管q1的漏极还与所述第一比较器comp1的正相输入端连接，所述第一mos管q1的栅极与所述第一比较器comp1的输出端连接；

所述带隙基准电路u1的基准电压端口vref与所述第一比较器comp1的负相输入端连接；

所述第一比较器comp1的输出端与第一迟滞比较器buffer1的输入端连接。

在本实施例中，所述检测时钟模块11将可变电容c2的容值变化对应转化为第一时钟信号的过程中，电容和极板间距的关系式为c＝εs/4πkd；其中，ε表示介质介电电常数，s表示两极板正对面积，d表示两极板间垂直距离，k表示静电力常量，π表示圆周率。

雾化器中使用者呼吸气流大小产生的压力变化，可以改变可变电容c2的容值，检测时钟模块11可检测到可变电容c2的容值变化。在这一过程中利用了可变电容c2的电容值与正、负极板间距大小成反比的特性，然后可变电容c2的电容变化改变了检测时钟模块11的频率f1，而标准时钟模块12内设计基准时钟f2当做计数器，频率检测模块13就是通过f1与f2计数结果不同可以方便的检测出频率差值δf1的量值。当时频率差值δf1超过预先设置的形变检测阈值f0时即可判断为有电容形变产生。

具体的，控制模块20判断形变检测结果δf1超过形变检测阈值f0产生对应的输出驱动信号和led驱动信号，控制打开输出驱动模块30和led驱动模块40。同时控制模块20通过其内部与其内部预先存储的查找表，动态调整控制模块20输出的驱动信号中pwm输出占空比。如图8所示，在t0之前，没有电容变化，无输出驱动信号且此时为低电平。t0到t1时刻之间，形变压力逐渐变大，导致可变电容容值变大，输出pwm波形占空比逐渐加大，输出驱动信号的输出驱动功率逐渐加大。t1到t2时刻，形变压力达到最大值，输出pwm波形占空比为100％，此时输出驱动信号的输出驱动功率最大。t2到t3时刻，形变压力逐渐减小，输出pwm波形展开比逐渐减小，输出驱动信号的输出驱动功率逐渐减小。t3时刻之后，无形变变化，输出驱动关闭。在此过程中，控制模块20输出高电平，控制外接led灯亮，用于指示输出驱动工作的状态。更进一步，控制模块也可以另外产生pwm信号接到外接led灯，根据pwm信号占空比不同，外接led灯可以实现呼吸灯效果，能够更直观的显示输出驱动工作功率变化状态。

所述根据形变感应控制驱动输出的驱动电路应用于雾化器中，能够根据压力形变感应自动控制雾化器输出开关，达到节省雾化液体的目的；还能够动态调整雾化器输出功率，达到均衡雾气浓度，能适用不同人群；而且无需手动调节雾化器，简化设计，使用简单，降低成本。

在一实施例中，如图1和图3所示，所述带隙基准电路u1包括第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3、第一电阻r1、第二电阻r2、第一运算放大器a1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4和第五mos管q5；

其中，所述第一三极管q1的集电极接地，所述第一三极管q1的基极接地，所述第一三极管q1的发射极与所述第一电阻r1的一端连接；

所述第一电阻r1的另一端与所述第一运算放大器a1的正相输入端连接，还与所述第二mos管q2的漏极连接；

所述第二三极管q2的基极接地，所述第二三极管q2的集电极接地，所述第二三极管q2的发射极与所述第一运算放大器a1的负相输入端连接；

所述第三三极管q3的基极接地，所述第三三极管q3的集电极接地，所述第三三极管q3的发射极与所述第二电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端与所述第四mos管q4的漏极连接；

所述第二mos管q2的源极与所述第三mos管q3的源极连接，所述第二mos管q2的源极还与所述第四mos管q4的源极连接，所述第二mos管q2的源极还与所述第五mos管q5的源极连接，所述第二mos管q2的栅极与所述第一运算放大器a1的输出端连接；

所述第三mos管q3的栅极与所述第一运算放大器a1的输出端连接，所述第三mos管q3的漏极还与所述第一运算放大器a1的负相输入端连接；

所述第四mos管q4的栅极与所述第一运算放大器a1的输出端连接，所述第四mos管q4的漏极作为基准电压端口vref；

所述第五mos管q5的栅极与所述第一运算放大器a1的输出端连接，所述第五mos管q5的漏极作为基准电流端口iref。

在本实施例中，如图3所示，所述第二mos管q2的源极、第三mos管q3的源极、第四mos管q4的源极和第五mos管q5的源极均与恒定电压vdd连接，q1、q2是pnp晶体管，q1和q2每个管子的发射区结面积相同，只是调用pnp管的个数m值不同，q1、q2的m值分别为8、1。利用pnp三极管的pn结的正向电压vbe，具有负温度系数的特性；以及q1、q2之间压差δvbe具有正温度系数的特性；做“加法运算”，使得正、负温度特性抵消，从而得到对温度不敏感的基准电压vref，这就是所谓的“温度补偿”。同时产生ptat电流(ptat的全称是proportionaltoabsolutetemperature，表示与绝对温度成正比)，也就是正温度系数电流iref。

在一实施例中，如图1、图2和图4所示，所述第一比较器comp1包括第六mos管q6、第七mos管q7、第八mos管q8、第九mos管q9、第十mos管q10、第十一mos管q11、第十二mos管q12、第十三mos管q13、第十四mos管q14和第十五mos管；

其中，所述第六mos管q6的源极接地，所述第六mos管q6的漏极与所述第十mos管q10的漏极连接，所述第六mos管q6的栅极与所述第十mos管q10的漏极连接；

所述第七mos管q7的源极接地，所述第七mos管q7的漏极与所述第十一mos管q11的漏极连接，所述第七mos管q7的栅极与所述第十一mos管q11的漏极连接；

所述第八mos管q8的源极接地，所述第八mos管q8的栅极与所述第十一mos管q11的漏极连接，所述第八mos管q8的漏极与所述第十四mos管q14的漏极连接；

所述第九mos管q9的源极接地，所述第九mos管q9的栅极与所述第十mos管q10的漏极连接，所述第九mos管q9的漏极与所述第十五mos管q15的漏极连接；

所述第十mos管q10的源极与所述第十三mos管q13的漏极连接，所述第十mos管q10的栅极作为第一比较器comp1的正相输入端vip；

所述第十一mos管q11的源极与所述第十三mos管q13的漏极连接，所述第十一mos管q11的栅极作为第一比较器comp1的负相输入端vin；

所述第十二mos管q12的源极与恒定电压vdd连接，所述第十二mos管q12的漏极与所述第十三mos管q13的栅极连接，所述第十二mos管q12的栅极与所述第十三mos管q13的栅极连接；

所述第十三mos管q13的源极与恒定电压vdd连接；

所述第十四mos管q14的源极与恒定电压vdd连接，所述第十四mos管q14的栅极与所述第十五mos管q15的栅极连接，所述第十四mos管q14的漏极与所述第十五mos管q15的栅极连接；

所述第十五mos管q15的源极与恒定电压vdd连接，所述第十五mos管q15的漏极作为第一比较器的输出端vout。

在本实施例中，如图4所示，由mos管搭建的第一比较器comp1，vip、vin分别是第一比较器comp1的正、负输入端，ib为第一比较器comp1提供偏置电流，为第一比较器comp1建立直流工作点，vout为第一比较器comp1的输出端。当vip电压大于vin时，vout输出高电平，即为逻辑1；反之当vinp电压小于vin时，vout输出低电平，即为逻辑0。

在一实施例中，如图1和图5所示，所述频率检测模块13包括计数器131、计数器触发单元132、第一锁存器133、第二锁存器134、求差值单元135和pwm发生器136；

其中，所述计数器131的输入端与所述标准时钟模块12连接，所述计数器131的输出端与所述第一锁存器133的输入端连接，所述计数器131的输出端还与所述第二锁存器134的输入端连接；

所述计数器触发单元132的输入端与所述检测时钟模块11连接，所述计数器触发单元132的输出端与所述第一锁存器133的输入端连接，所述计数器触发单元132的输出端还与所述第二锁存器134的输入端连接；

所述第一锁存器133的输出端与所述求差值单元135的输入端连接；

所述第二锁存器134的输出端与所述求差值单元135的输入端连接；

所述求差值单元135的输出端与所述pwm发生器136的输入端连接；

所述pwm发生器136，用于根据所述第一时钟信号与所述第二时钟信号之间的频率差值，对应产生pwm信号。

在本实施例中，频率检测模块13的电路结构如图5所示，其原理是用稳定准确的时钟clka(即标准时钟模块12产生第二时钟信号，第二时钟信号也记为oscb时钟)作为标尺，测量检测时钟模块11的时钟clkb(检测时钟模块11外接可变电容c2产生的第一时钟信号，第一时钟信号也记为osca时钟)，clkb在没有形变产生时，因为可变电容c2值不变，所以clkb的频率也是固定的。因此用clka计数clkb的周期数也是固定值，这个固定值由第一锁存器133保存，输出给求差值单元135当做标准值；当外部电容形变时，可变电容c2值变化，引起clkb变化，此时用clka计数clkb的周期数也跟着变化，这个值由第二锁存器134保存，输出给求差值单元135，再和固定的标准值比较且差值达到n*δf时，输出信号控制pwm发生器136输出pwm信号。在具体实施时，利用工艺厂(例如台积电、中芯国际等晶圆厂)提供的标准单元库加以条件约束后综合得到电路，实现计数器触发单元132、以及求差值单元135的功能。

在一实施例中，如图1和图6所示，所述输出驱动模块30包括第三电阻r3、第一电位器r5、第四电阻r4、第十六mos管q16、第十七mos管q17、第二比较器comp2、数字驱动控制器u3、模拟驱动控制器u2；

其中，所述第十六mos管q16的漏极通过第三电阻r3接地，所述第十六mos管q16的漏极还与所述第十七mos管q17的源极连接，所述第十六mos管q16的源极与恒定电压vdd连接，所述第十六mos管q16的栅极与所述模拟驱动控制器u2连接；

所述第十七mos管q17的漏极与第一电位器r5的一端连接，所述第十七mos管q17的栅极与所述模拟驱动控制器u2连接；

所述第一电位器r5的另一端与所述第四电阻r4的一端连接，所述第一电位器r5的另一端还与第二比较器comp2的正相输入端连接；

所述第四电阻r4的另一端接地；

所述第二比较器comp2的负相输入端与所述基准电压端口vref连接；

所述第二比较器comp2的输出端与所述数字驱动控制器u3的一端连接；

所述数字驱动控制器u3的另一端与所述模拟驱动控制器u2连接。

在本实施例中，输出驱动模块30的电路结构如图6所示，其对外驱动是由连接到vdd电源的第十六mos管q16实现的，同时对外输出还经由第十七mos管q17反馈回来做电压检测，以便判断输出电压的高低。输出电压反馈回来，通过电阻分压产生at_vref，由第二比较器comp2和带隙基准产生的参考电压做比较，输出vout给数字驱动控制器u3。当数字驱动控制器u3的vout为高时，数字驱动输出da_at_duty_ctrl给模拟驱动控制器u2，产生脉冲占空比调制(pmw)，使得模拟驱动输出at_driver_enn的pwm降低，进而控制第十六mos管q16的输出电压降低；反之，当数字驱动控制器u3的vout为低时，数字驱动器u3输出da_at_duty_ctrl给模拟驱动控制，产生脉冲占空比调制(pmw)，使得模拟驱动控制器u2输出at_driver_enn的pwm升高，进而控制第十六mos管q16的输出电压升高，实现负反馈，使得输出电压稳定在预定值，也就是数字驱动控制器u3配置给第一电位器r5分压的da_at_vref_cal<5:0>信号。

在具体实施时，利用工艺厂(例如台积电、中芯国际等晶圆厂)提供的标准单元库加以条件约束后综合得到电路，实现数字驱动控制器u3的功能。所述模拟驱动控制器u2是在驱动使能信号da_driver_en和驱动输出占空比控制信号da_at_duty_ctrl做“与”操作，再加给模拟的反相器电路，实现数模电平转换，实现模拟驱动控制输出。

在一实施例中，如图1和图7所示，所述led驱动模块40用于驱动外接的发光二极管d1；所述led驱动模块40包括第十八mos管q18、第十九mos管q19、第二十mos管q20、第二十一mos管q21、第二十二mos管q22、mos管并联电路mn_led、第五电阻r6；

其中，所述第十八mos管q18的源极与恒定电压vdd连接，所述第十八mos管q18的漏极与所述第十九mos管q19的栅极连接，所述第十八mos管q18的栅极与所述第十九mos管q19的栅极连接；

所述第十九mos管q19的源极与恒定电压vdd连接，所述第十九mos管q19的漏极与所述第二十二mos管q20的漏极连接，所述第十九mos管q19的漏极与所述mos管并联电路mn_led的栅极连接；

所述第二十mos管q20的源极与恒定电压vdd连接，所述第二十mos管q20的漏极与所述mos管并联电路mn_led的漏极连接，所述第二十mos管q20的漏极与所述第二十一mos管q21的栅极连接；

所述第二十一mos管q21的源极与恒定电压vdd连接，所述第二十一mos管q21的漏极与所述发光二极管d1的正极连接；

所述第二十二mos管q22的源极接地，所述第二十二mos管q22的栅极所述mos管并联电路mn_led的栅极连接；

所述mos管并联电路mn_led的源极接地，所述mos管并联电路mn_led的源极还与所述发光二极管d1的负极连接。

在本实施例中，led驱动模块40的电路结构如图7所示，其中所述第十八mos管q18为第一电流镜，所述第十九mos管q19为第二电流镜，第二十mos管为第三电流镜q20，第二十一mos管为第四电流镜q21。led驱动由第二十一mos管q21的输出，来驱动发光二极管d1实现。在第二十一mos管q21与所述发光二极管d1中间插入第五电阻r6是为了限流和esd(即静电释放)的作用。电流镜镜像的电流源头是ib_led，它来自带隙基准电路u1产生的偏置电流。经过第十八mos管q18、第十九mos管q19的镜像，转换到第二十二mos管q22，第二十二mos管q22再镜像给mos管并联电路mn_led，这个mn_led是一组带开关控制的并联的nmos管，控制信号由控制模块20输出的driver<4:0>给出。当driver<4:0>＝11111，开关打开的并联nmos管越多，第二十一mos管q21输出电流越大，led越亮；反之，driver<4:0>＝00000，开关打开的并联nmos管越少，第二十一mos管q21输出电流越小，led越暗。通过上述方式，从而实现led的亮度调节。

可见，本实施例中所公开的根据形变感应控制驱动输出的驱动电路，将外接的待检测电路的形变信号转换为输出驱动信号，无需外部按键等控制；而且可以也将待检测电路的形变信号转换为输出驱动pwm信号的占空比，输出驱动功率跟随形变量自动调节，无需外部按键调节。其应用于雾化器中，能够根据压力形变感应自动控制雾化器输出开关，达到节省雾化液体的目的；还能够动态调整雾化器输出功率，达到均衡雾气浓度，能适用不同人群；而且无需手动调节雾化器，简化设计，使用简单，降低成本。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。