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CN103049033B - 一种恒流源电路和采样电路 - Google Patents

一种恒流源电路和采样电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种恒流源电路，包括主电路，所述主电路第一三端稳压器、晶体管、采样电阻、负载，所述第一三端稳压器的输出端连接所述晶体管的控制电极，所述晶体管的参考电极连接所述电压输入端，工作电极连接负载的一端，所述负载的另一端连接所述采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端和所述第一三端稳压器的输入端分别连接至参考电位，其特征在于：还包括调整单元，所述调整单元包括稳压单元、第四电阻、以及第五电阻，所述稳压单元产生大于所述第一三端稳压器的第一基准电压的第二基准电压，并将所述第二基准电压通过第四电阻提供给所述第一三端稳压器的调节端，并且所述第五电阻连接在所述负载和所述采样电阻之间的节点与所述第一三端稳压器的调节端之间。根据本发明的恒流源电路具有效率高、电流精度高以及温漂性能好的优点。本发明还涉及一种采样电路。

Description

一种恒流源电路和采样电路
技术领域
本发明涉及一种恒流源电路和采样电路。 
背景技术
目前恒流源电路得到了广泛的应用，以用于电流稳定性要求较高的电路。 
现有技术中(参见附图1)提出利用一个晶体管T2来实现恒流功能。因为晶体管T2的VBE为0.7V，所以通过电阻R1的采样电压为0.6V左右。最后的稳定电流：I＝VBE/R1。这个电路的主要缺点是电流精度差，温漂较高。原因是晶体管的VBE范围较大(0.58-0.75V)，并且具有较高的温漂。 
现有技术(参见附图2)利用一个三端并联稳压器U1来实现恒流源电路。如图2所示，该恒流源电路包括三端并联稳压器U1、晶体管T1。三端并联稳压器U1的输出端2通过电阻R3连接至电压输入端VIN并且其调整端1连接至在采样电阻R1和作为负载的发光二极管之间的节点，其输入端连接至参考电位。电阻R3连接在晶体管T1的基极和电压输入端VIN之间并且晶体管T1的发射极连接至电压输入端VIN，集电极连接至负载。三端稳压器U1可以选用TL431。采用TL431来实现恒流，因此通过控制U1(TL431)来实现控制输出电流。由于TL431的导通电压为：2.495V。所以通过采样电阻的电压为2.495V。此时的功耗为：P＝2.495*I。 该现有技术的主要缺点是：电流采样电压高达2.495V造成损耗很大。优点是精度高，温漂低。 
在上述二者的方案中，采样电阻两端的电压接近作为负载的发光二极管导通时的正向压降VF(通常为0.7-3.1V)，因此，造成了较大的功率损耗。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的恒流源电路，该恒流源电路可以克服现有技术中存在的各个缺点，具有效率高、电流精度高以及温漂低的优点。 
根据本发明的目的通过这样一种恒流源电路实现，即一种恒流源电路，包括主电路，所述主电路包括第一三端稳压器、晶体管、采样电阻、负载，所述第一三端稳压器的输出端连接所述晶体管的控制电极，所述晶体管的参考电极连接所述电压输入端，工作电极连接负载的一端，所述负载的另一端连接所述采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端和所述第一三端稳压器的输入端分别连接至参考电位，其特征在于：所述恒流源电路还包括调整单元，所述调整单元包括稳压单元、第四电阻、以及第五电阻，所述稳压单元产生大于所述第一三端稳压器的第一基准电压的第二基准电压，并将所述第二基准电压通过第四电阻提供给所述第一三端稳压器的调节端，并且所述第五电阻连接在所述负载和所述采样电阻之间的节点与所述第一三端稳压器的调节端之间。 
本发明中，调整单元中的稳压单元、第四电阻以及第五电阻构成了影响采样电阻的采样电压的电路，采样电阻的采样电压VR1和第一三端稳压器的第一基准电压VF以及第二基准电压VF1的关系为：VF＝(VF1*R5+VR1*R4)/(R4+R5)，通过选择具有不同基准电压的第一三端稳压器、稳压单元以及通过选取第四电阻、第五电阻的不同阻值，可以实现将VR1的数值调整得很小，从而减小了采样电阻的不必要的功耗，提高 了整个恒流源电路的功率。第二三端稳压器可以选择温漂低的稳压器，从而确保向第一三端稳压器的调节端提供温漂性能较好的基准电压。 
优选地，所述恒流源电路还包括第三电阻，所述第一三端稳压器的输出端经所述第三电阻连接电压输入端，并且所述第三电阻连接在所述晶体管的控制电极和电压输入端之间，从而实现了较好的分压作用。 
优选地，所述稳压单元为第二三端稳压器，所述第二三端稳压器的调节端通过第四电阻连接所述第一三端稳压器的调节端，其输出端连接至所述电压输入端，其输入端连接所述参考电位。第二三端稳压器可以选择为与第一三端稳压器较好地匹配。 
在稳压单元为第二三端稳压器的情况下，所述恒流源电路优选还包括第二电阻，所述第二三端稳压器的输出端经所述第二电阻连接所述电压输入端。从而实现了较好的分压作用。 
优选地，所述第二三端稳压器是TL431。TL431是并联三端稳压器，其具有良好的热稳定性能以及较高的精度。优选地所述第二三端稳压器的调节端和输出端短接，即二者之间不设置电阻并且二者具有相同电位，从而使得TL431的输出电压与其基准电压数值相等，为2.5V。 
在另外一种实施方式中，所述稳压单元为齐纳稳压管，所述齐纳稳压管的一端经过第四电阻连接至第一三端稳压器的调节端，另一端连接所述参考电位。 
优选地，第一三端稳压器是LM317。LM317是串联三端稳压器，通过考察通过采样电阻的电流值的大小，经LM317来选择性地开关晶体管T1以反馈方式实现恒流输出。 
优选的，所述负载为所述发光二极管，所述发光二极管的正极连接至所述晶体管的工作电极并且负极连接至所述采样电阻的一端。从而使得发 光二极管以高精度的恒流工作。进一步优选的，所述负载为多个彼此串联在一起的发光二极管。 
根据本发明的恒流源电路具有效率高、电流精度高以及温漂性能好的优点。 
本发明还涉及一种用于DC-DC开关变换器的采样电路，包括主电路，所述主电路包括负载、所述负载一端连接至电压输入端并且另一端连接所述采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端连接至参考电位，其特征在于：还包括调整单元，所述调整单元包括稳压单元、第四电阻、以及第五电阻，所述稳压单元产生基准电压，并将所述基准电压通过第五电阻提供给采样电路输出端，并且所述第四电阻连接在所述负载和所述采样电阻之间的节点与所述采样电路输出端之间。根据本发明的采样电路利用了如本发明中的恒流源电路中的构思，即增加了调整单元，调整单元中的稳压单元、第四电阻以及第五电阻构成了调整采样电阻两端的电压以及采样电路输出端的电压的电路。此时采样电阻R1的采样电压VR1和采样电路输出端的输出电压VF以及稳压单元的基准电压VF1的关系为：VF＝(VF1*R4+VR1*R5)/(R4+R5)，其中VR1＝I*R1。 
优选地，所述稳压单元为三端稳压器，所述三端稳压器的调节端通过第五电阻连接采样电路输出端，其输出端连接至所述电压输入端，其输入端连接所述参考电位。 
优选地，所述采样电路还包括第二电阻，所述三端稳压器的输出端经所述第二电阻连接所述电压输入端。 
优选地，所述三端稳压器的调节端短接至其输出端。 
附图说明
附图中，在不同的视图中，相似的参考标号通常指相同的部分。在下列说明书中，参照下列附图，描述了本发明的各种实施例，其中： 
图1示出了现有技术中的第一种恒流源电路； 
图2示出了现有技术中的第二种恒流源电路； 
图3示出了根据本发明的恒流源电路的一个具体实施例； 
图4示出了根据本发明的采样电路的一个具体实施例。 
具体实施方式
图3示出了根据本发明的恒流源电路的一个具体实施例。如图3所示，该恒流源电路包括：包括晶体管T1、作为负载的多个串联在一起的发光二极管、第一三端稳压器U1、采样电阻R1、第三电阻R3的主电路，以及包括作为稳压单元的第二三端稳压器U2、第二电阻R2、第四电阻R4、第五电阻R5的调整单元。 
第一稳压器U1的输出端Out1经第三电阻R3连接至电压输入端VIN，第三电阻R3连接在晶体管T1的基极b和电压输入端VIN之间。晶体管T1的发射极e连接电压输入端VIN，晶体管T1的集电极c连接作为负载的彼此串联在一起的发光二极管的正极端。集电极c是工作电极，发射极是参考电极，基极是控制电极。晶体管T1是P-N-P型晶体管或者N-P-N型晶体管。 
R1作为反映输出电流的采样电阻，与晶体管T1和第一三端稳压器U1组成反馈网络，从而维持输出电流恒定。具体而言，恒流源电路的工作原理是通过：当输入电压VIN增加并导致流过晶体管T1、负载、采样 电阻R1的电流增加时，当流过采样电阻R1的电流大于设定值时U1导通，施加到晶体管T1的基极电压降低，晶体管T1断开，输出电流减小。当流过采样电阻R1的电流小于设定值时第一三端稳压器U1截止，晶体管T1导通，输出电流增大。如此循环后达到一个稳定的状态，最后稳定的电流是：I＝VR1/R1。 
在本发明中，为了减小不必要的功耗，设置了调整单元，该调整单元向第一三端稳压器U1提供稳定的电压反馈并且降低在所述采样电阻R1上的压降。在该具体实施例中，该调整单元包括第二三端稳压器U2、第二电阻R2、第四电阻R4、以及第五电阻R5。主要应用了两个或以上的三端稳压器，即至少另外增加了一个第二三端稳压器U2。第二三端稳压器U2产生第二基准电压，用于为第一三端稳压器U1提供稳定的电压反馈。第二三端稳压器U2的调节端adj2通过第四电阻R4连接至第一三端稳压器U1的调节端adj1以向第一三端稳压器U1提供稳定的电压反馈，并且其输出端Out2通过第二电阻R2连接至电压输入端VIN，输入端IN2连接至参考电位AGND，并且第一三端稳压器U1的调节端adj1与负载的另一端之间连接有第五电阻R5。 
在该电路中，第一三端稳压器U1的调节端adj1与输入端IN1之间的电压为VF，即Vadj1-VIN1＝VF，即在R5和R1两端的电压，此时VF与VR1之间的关系为VR1＝VF*R1/(R1+R5)，即R1＝VR1*R5/(VF-VR1)。第二三端稳压器U2的调节端adj2与输入端IN2之间的电压为VF1，即Vadj2-VIN2＝VF1。因此，经R4、R5和R1的压降是VF1，此时，VF1与VR1的关系为VR1＝VF1*R1/(R1+R4+R5)，即R1＝(R4*VR1+R5*VR1)/(VF1-VR1)。因此得到公式VF＝(VF1*R5+VR1*R4)/(R4+R5)。 
在该实施例中，应用了串联三端可调节稳压器LM317作为第一三端稳压器U1和并联三端可调节稳压器TL431作为第二三端稳压器U2。LM317U1是美国国家半导体公司的一种可调式精密串联型三端基准稳压器，LM317U1的基准电压为1.25V。TL431是TI公司的一种可调式精密 并联型三端基准稳压器。在本发明中，由于TL431的调整端adj2与输出端out2具有相同电位，即在调整端adj2与输出端out2之间不设置电阻，因此，输出电压等于基准电压VF1，为2.5V。 
在采用TL431的情况下，VF1＝2.5V，在采用LM317的情况下，VF＝1.25V，根据上述公式VF＝(VF1*R5+VR1*R4)/(R4+R5)。在选取R5＝1K以及选取R4＝1.08K的情况下，可以计算得到VR1＝0.1V。由于施加到采样电阻R1两端的电压较小，因此，在负载发光二极管工作的时候，由采样电阻R1所引起的功率损耗就比较小。 
与第一实施例不同的是，也可以采用其它的三端稳压器例如LM117，LM217作为第一三端稳压器。 
与第一实施例不同的是，也可以不使用第二三端稳压器作为稳压单元，而是利用齐纳稳压管来替代第二三端稳压器。 
图4示出了根据本发明的采样电路的一个具体实施例。与本发明的恒流源电路的构思类似，在主电路以外增加了调整单元。调整单元包括稳压单元、第四电阻R4、第二电阻R2、以及第五电阻R5，稳压单元U1′产生基准电压，并将基准电压通过第五电阻R5提供给采样电路输出端VOUT，并且第四电阻R4连接在负载和采样电阻R1之间的节点与调节端adj1之间。与本发明的恒流源电路不同的是，主电路仅仅包括作为负载的发光二极管和采样电阻R1。负载一端连接至电压输入端并且另一端连接采样电阻R1的一端。该实施例中计算VR1和采样电路输出端VOUT的电压VF以及基准电压VF1的关系为：VF＝(VF1*R5+VR1*R4)/(R4+R5)。具体而言，稳压单元U1′为三端稳压器，其调节端adj1′通过第五电阻R5连接采样电路输出端VOUT，其输出端Out1′连接至所述电压输入端VIN，其输入端IN1′连接所述参考电位AGND。三端稳压器U1′的调节端adj1′短接至其输出端Out1′。 
参考标号列表： 
T1晶体管 
U1第一稳压器 
U2第二稳压器 
R1采样电阻 
R2第二电阻 
R3第三电阻 
R4第四电阻 
R5第五电阻。 

Claims (14)

1.一种恒流源电路，包括主电路，所述主电路包括第一三端稳压器(U1)、晶体管(T1)、采样电阻(R1)、负载，所述第一三端稳压器(U1)的输出端(Out1)连接所述晶体管的控制电极(b)，所述晶体管的参考电极(e)连接电压输入端(VIN)，其工作电极(c)连接负载的一端，所述负载的另一端连接所述采样电阻(R1)的一端，所述采样电阻的另一端和所述第一三端稳压器(U1)的输入端(IN1)分别连接至参考电位(AGND)，其特征在于：还包括调整单元，所述调整单元包括稳压单元、第四电阻(R4)、以及第五电阻(R5)，所述稳压单元产生大于所述第一三端稳压器(U1)的第一基准电压的第二基准电压，并将所述第二基准电压通过第四电阻(R4)提供给所述第一三端稳压器(U1)的调节端(adj1)，并且所述第五电阻(R5)连接在所述负载和所述采样电阻(R1)之间的节点与所述第一三端稳压器(U1)的调节端(adj1)之间。
2.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于，还包括第三电阻(R3)，所述第一三端稳压器(U1)的输出端(Out1)经所述第三电阻连接所述电压输入端(VIN)，并且所述第三电阻(R3)连接在所述晶体管(T1)的所述控制电极(b)和所述电压输入端(VIN)之间。
3.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于，所述稳压单元为第二三端稳压器(U2)，所述第二三端稳压器(U2)的调节端(adj2)通过第四电阻(R4)连接所述第一三端稳压器(U1)的调节端(adj1)，其输出端(Out2)连接至所述电压输入端(VIN)，其输入端(IN2)连接所述参考电位(AGND)。
4.根据权利要求3所述的恒流源电路，其特征在于，还包括第二电阻(R2)，所述第二三端稳压器(U2)的输出端(Out2)经所述第二电阻连接所述电压输入端(VIN)。
5.根据权利要求3或4所述的恒流源电路，其特征在于，所述第二三端稳压器(U2)是TL431。
6.根据权利要求5所述的恒流源电路，其特征在于，所述第二三端稳压器(U2)的调节端(adj2)短接至其输出端(Out2)。
7.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于，所述稳压单元为齐纳稳压管，所述齐纳稳压管的一端经过第四电阻(R4)连接至第一三端稳压器(U1)的调节端(adj1)，另一端连接所述参考电位(AGND)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的恒流源电路，其特征在于，所述第一三端稳压器(U1)是LM317。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的恒流源电路，其特征在于，所述负载为发光二极管，所述发光二极管的正极连接至所述晶体管(T1)的工作电极(c)并且负极连接至所述采样电阻(R1)的一端。
10.根据权利要求9所述的恒流源电路，其特征在于，所述负载为多个彼此串联在一起的发光二极管。
11.一种用于DC-DC开关变换器的采样电路，包括主电路，所述主电路包括负载、所述负载一端连接至电压输入端(VIN)并且另一端连接采样电阻(R1)的一端，所述采样电阻的另一端连接至参考电位(AGND)，其特征在于：还包括调整单元，所述调整单元包括稳压单元、第四电阻(R4)、以及第五电阻(R5)，所述稳压单元产生基准电压，并将所述基准电压通过第五电阻(R5)提供给采样电路输出端(VOUT)，并且所述第四电阻(R4)连接在所述负载和所述采样电阻(R1)之间的节点与所述采样电路输出端(VOUT)之间。
12.根据权利要求11所述的采样电路，其特征在于，所述稳压单元为三端稳压器(U1′)，所述三端稳压器(U1′)的调节端(adj1′)通过第五电阻(R5)连接采样电路输出端(VOUT)，其输出端(Out1′)连接至所述电压输入端(VIN)，其输入端(IN1′)连接所述参考电位(AGND)。
13.根据权利要求12所述的采样电路，其特征在于，还包括第二电阻(R2)，所述三端稳压器(U1′)的输出端(Out1′)经所述第二电阻连接所述电压输入端(VIN)。
14.根据权利要求12所述的采样电路，其特征在于，所述三端稳压器(U1′)的调节端(adj1′)短接至其输出端(Out1′)。
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