CN115800985B - 一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，包括电流采样模块Ⅴ、一号电流反馈PID电路Ⅰ、二号电流反馈PID电路Ⅱ、三号电流反馈PID电路Ⅲ、恒流输出模块Ⅳ、MOS管栅极电压跟随处理模块；MOS管栅极电压跟随处理模块输入控制信号VSet，提高初始电压值；一号电流反馈PID电路Ⅰ包括运放U1A及配套电路；二号电流反馈PID电路Ⅱ包括运放U1B及配套电路；三号电流反馈PID电路Ⅲ包括运放U2A及配套电路，一号电流反馈PID电路Ⅰ和二号电流反馈PID电路Ⅱ通过三号电流反馈PID电路Ⅲ实现控制MOS管的驱动电压。本发明通过提高初始电压值以及改变MOS管导通前和导通后不同栅极电压抬升速率，达到改善电子负载开通电流特性。
Description
技术领域
本发明涉及改善电子负载开通电流特性的驱动电路技术，特别涉及一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路。
背景技术
在电子、通信、能源等领域中，需要对电源稳压器、蓄电池和功率电子元件等电源设备进行电能输出测试，电子负载是一种常用的测试测量设备。
耗能式电子负载通过控制内部功率管的导通量来精确调整功率管吸收的电流或承载的功率。然而，电子负载功率管导通量调节是一个闭环系统的动态调节过程，传统耗能式电子负载动态调节由时间常数与积分环运算放大器上的容值决定，在积分电容值较小的情况下，由于电流反馈存在迟滞会导致电流过冲，易出现振铃现象。
发明内容
为了至少解决或部分解决上述问题，提供一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路。
为了达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，包括电流采样模块Ⅴ、一号电流反馈PID电路Ⅰ、二号电流反馈PID电路Ⅱ、三号电流反馈PID电路Ⅲ、恒流输出模块Ⅳ、MOS管栅极电压跟随处理模块；
MOS管栅极电压跟随处理模块输入控制信号VSet，提高初始电压值；
一号电流反馈PID电路Ⅰ包括运放U1A及配套电路；
二号电流反馈PID电路Ⅱ包括运放U1B及配套电路；
三号电流反馈PID电路Ⅲ包括运放U2A及配套电路，一号电流反馈PID电路Ⅰ和二号电流反馈PID电路Ⅱ通过三号电流反馈PID电路Ⅲ实现控制MOS管的驱动电压；
其中，一号电流反馈PID电路Ⅰ在MOS管栅极电压小于３V时，接通一个电容，积分电容值变大，让三号电流反馈PID电路Ⅲ部分PID运放输出电压慢速上升，直到MOS管栅极电压到３V左右，然后在切换成两个电容串联的方式实现积分电容值变小，让PID运放输出电压上升速度加快；
二号电流反馈PID电路Ⅱ在MOS管栅极电压小于0.2V左右时，通过对基准控制电压的叠加，使在MOS管栅极电压小于0.2V时，让三号电流反馈PID电路Ⅲ部分PID运放的积分电容充电电流增大，加快初始的电压抬升速度，让MOS管栅极电压迅速摆脱初始负电压。
作为本发明的一种优选技术方案，所述输入控制信号VSet为DA输出基准信号，MOS管IRFP250N导通电压2V-4V，典型值为3V。
作为本发明的一种优选技术方案，所述一号电流反馈PID电路Ⅰ的运放U1A工作在
迟滞比较器的模式下，反相输入端由+12V电压经电阻R5、R7分压后输入作为比较阈值电压
；
U1A同相输入端由恒流输出模块Ⅳ的MOS管栅极电压经电阻R3反馈输入，忽略门限电压，当MOS管栅极电压小于3V时，迟滞比较器输出低电平控制开关S1的导通，PID积分电路上只有C1电容2.2nF，当MOS管栅极电压大于3V时，迟滞比较器输出低电平控制开关S1不导通，PID积分电路是电容C1和C2，电容C1和C2串联后电容为0.68nF。
作为本发明的一种优选技术方案，所述二号电流反馈PID电路Ⅱ的运放U1B反相输
入端，由同相输入端通过恒流输出模块Ⅳ的MOS管栅极电压经电阻R14反馈输入且由-12V电
压经过电阻R12、R15分压输入，U1B反向输入端B点电压：
。
作为本发明的一种优选技术方案，所述三号电流反馈PID电路Ⅲ中的运放U2A的同相输入端由-12V下拉电阻R13。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过提高初始电压值以及改变MOS管导通前和导通后不同栅极电压抬升速率，达到改善电子负载开通电流特性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为电子负载系统原理示意图；
图2为电子负载的二极管D1负端电压与输入电压关系示意图；
图3为电子负载的二极管D1负端E点电压、开关S1、PID电路输出F点电压关系图；
图中：a表示E点电压；b表示开关S1处电压；c表示PID电路输出F点电压。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，包括电流采样模块Ⅴ、一号电流反馈PID电路Ⅰ、二号电流反馈PID电路Ⅱ、三号电流反馈PID电路Ⅲ、恒流输出模块Ⅳ、MOS管栅极电压跟随处理模块；
MOS管栅极电压跟随处理模块输入控制信号VSet，提高初始电压值；输入控制信号VSet为DA输出基准信号，MOS管IRFP250N导通电压2V-4V，典型值为3V。
图1，一号电流反馈PID电路Ⅰ：包括运放U1A及配套电路；运放U1A工作在迟滞比较
器的模式，反相输入端由+12V电压经电阻R5、R7分压后输入作为比较阈值电压
U1A同相输入端由恒流输出模块Ⅳ的MOS管栅极电压经电阻R3反馈输入，忽略门限电压，当MOS管栅极电压小于3V时，迟滞比较器输出低电平控制开关S1的导通，PID积分电路上只有C1电容2.2nF，电压抬升速率慢，当MOS管栅极电压大于3V时，迟滞比较器输出低电平控制开关S1不导通，PID积分电路是电容C1和C2串联后电容为0.68nF，电压抬升速度快，可保证后面恒流源电路的电流速度。该功能电路对应波形如图3中Ⅱ和Ⅲ部分。
图1，二号电流反馈PID电路Ⅱ：U1B反相输入端，由同相输入端通过恒流输出模块Ⅳ的MOS管栅极电压经电阻R14反馈输入且由-12V电压经过电阻R12、R15分压输入，U1B反向输入端B点电压：
解得：
运放U1的B通道用作同比反向放大器，即运放输出C点电压：
由此可知，二极管D1的正向电压与A点输入电压成反比，随着A点输入电压增大，当其大于某定值时，二极管截止。
运放U2A的同相输入端由-12V下拉电阻R13，由此可算出在二极管D1导通状态条件
下E点电压：
解得：
这里，
输入电压输入为0.15V，A点输入电压同时也是整个闭环系统的输出电
压，在上升过程中第一个转折点受此二极管是否工作状态影响。此时，A点输入电压为-
0.8V，带入上述公式，E的点电压为200mV，即在系统工作刚开始时二极管D1导通瞬间，U1B由
于该电路在MOS管栅极电压小于0.2V时会叠加一个电压抬升E点电压，让MOS管栅极电压快
速越过初始的负电压或者零状态，该功能电路对应波形如图3中Ⅰ部分。
Ⅰ部分：通过对MOS管栅极电压与基准电压比较产生控制不同积分电容值的开关S１实现两种电容不同积分速度。在MOS管栅极电压小于３V时，接通一个电容积分电容值大，让Ⅲ部分PID运放输出电压慢速上升直到MOS管栅极电压到３V左右，然后在切换成两个电容串联的方式实现积分电容值变小，让PID运放输出电压上升速度加快，保证了MOS管导通后电子负载或者恒流源的电流速度和特性；
Ⅱ部分：在MOS管栅极电压小于0.2V左右时，通过对基准控制电压的叠加，使在MOS管栅极电压小于0.2V时，让Ⅲ部分PID运放的积分电容充电电流增大加快初始的电压抬升速度，让MOS管栅极电压迅速摆脱初始负电压；
Ⅲ部分：是电流反馈和电流基准值的PID电路，Ⅰ部分和Ⅱ部分都通过该电路实现控制MOS管的驱动电压。
在本发明所提供的MOS管驱动电路中，通过电压抬升模块提高初始电压值以及改变MOS管导通前和导通后不同栅极电压抬升速率，达到改善电子负载开通电流特性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，其特征在于，包括电流采样模块Ⅴ、一号电流反馈PID电路Ⅰ、二号电流反馈PID电路Ⅱ、三号电流反馈PID电路Ⅲ、恒流输出模块Ⅳ、MOS管栅极电压跟随处理模块；
MOS管栅极电压跟随处理模块输入控制信号VSet，提高初始电压值；
一号电流反馈PID电路Ⅰ包括运放U1A及配套电路；U1A同相输入端由恒流输出模块IV的MOS管栅极电压经电阻R3反馈输入；
二号电流反馈PID电路Ⅱ包括运放U1B及配套电路；二号电流反馈PID电路Ⅱ的U1B反相输入端，由U1A的同相输入端通过恒流输出模块IV的MOS管栅极电压经电阻R14反馈输入且由-12V电压经过电阻R12、R15 分压输入；
三号电流反馈PID电路Ⅲ包括运放U2A及配套电路，一号电流反馈PID电路Ⅰ和二号电流反馈PID电路Ⅱ通过三号电流反馈PID电路Ⅲ实现控制MOS管的驱动电压；三号电流反馈PID电路Ⅲ中的运放U2A的同相输入端由-12V下拉电阻R13且由控制信号VSet经电阻R19输入；
其中，一号电流反馈PID电路Ⅰ在MOS管栅极电压小于３V时，接通三号电流反馈PID电路Ⅲ部分PID运放的积分电容的一个电容，积分电容值变大，让三号电流反馈PID电路Ⅲ部分PID运放输出电压慢速上升，直到MOS管栅极电压到３V左右，然后在切换成两个电容串联的方式实现积分电容值变小，让PID运放输出电压上升速度加快；
二号电流反馈PID电路Ⅱ在MOS管栅极电压小于0.2V左右时，通过对基准控制电压的叠加，使在MOS管栅极电压小于0.2V时，让三号电流反馈PID电路Ⅲ部分PID运放的积分电容充电电流增大，加快初始的电压抬升速度，让MOS管栅极电压迅速摆脱初始负电压。
2.根据权利要求1所述的一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，其特征在于，所述输入控制信号VSet为DA输出基准信号，MOS管IRFP250N导通电压2V-4V，典型值为3V。
3.根据权利要求1所述的一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，其特征在于，所述一号电流反馈PID电路Ⅰ的运放U1A工作在迟滞比较器的模式下，反相输入端由+12V电压经电阻R5、R7分压后输入作为比较阈值电压
；
U1A同相输入端由恒流输出模块Ⅳ的MOS管栅极电压经电阻R3反馈输入，忽略门限电压，当MOS管栅极电压小于3V时，迟滞比较器输出低电平控制开关S1的导通，PID积分电路上只有C1电容2.2nF，当MOS管栅极电压大于3V时，迟滞比较器输出低电平控制开关S1不导通，PID积分电路是电容C1和C2，电容C1和C2串联后电容为0.68nF。
4.根据权利要求1所述的一种改善电子负载开通电流特性的驱动电路，其特征在于，所述二号电流反馈PID电路Ⅱ的运放U1B反相输入端，由U1A的同相输入端通过恒流输出模块Ⅳ的MOS管栅极电压经电阻R14反馈输入且由-12V电压经过电阻R12、R15分压输入，U1B反向输入端B点电压：
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