恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路制造技术

本发明专利技术涉及一种恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路，其中所述的恒流驱动电路包括基准电压源模块、线性稳压器模块、电平转换模块、电流镜模块以及第一NMOS管，其中，线性稳压器模块可根据实际需求控制其开启和关闭，对于一些周期性使用的设备而言，可以有效减少电能损耗。采用该种结构的恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路，可以提供恒定的电流源，在全温度范围内使辅助的输出性能保持稳定，满足一定时序要求，不工作时无待机功耗，性能稳定，功耗低，适用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】
恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路
本专利技术涉及电路
，尤其涉及驱动电路，具体涉及一种恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路。
技术介绍
在一些电子设备中，往往需要保证给特定负载供电时，能够使流经负载的电流在一定电源电压变化范围内保持恒定，且对会随外界温度变化，其特性会发生变化的负载供电时，需保证该负载在全温度范围内其输出特性必须保持一致。例如在烟雾报警器领域，对是否提供恒定电流存在要求。烟雾报警器可分为离子烟雾报警器和光电烟雾报警器，其中光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，其结构如图1所示。该光学迷宫的工作原理为：给红外发光二极管D1提供不随电源电压、温度和时间变化的恒定电流I1，该恒定电流I1的由图中的第一端口1流入，第二端口2流出，使其产生恒定发光效率的红外光。无烟时光敏二极管D2接收不到红外发光二极管D1发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，使光敏二极管D2接收到红外光，从而产生光电流I0。该光电流I0由第四端口4流入，第三端口3流出。光电流I0经过放大、转换和量化，最终通过报警电路判断是否超过了报警阈值，决定是否发出警报。为了保证光电烟雾报警器正确的工作，必须首先保证流经红外发光二极管D1的电流在一定电源电压变化范围内保持恒定。此外，由于红外发光二极管D1具有随温度的升高发光效率会降低的特性，全温度范围内红外发光管的发光强度必须保持一致。随着CMOS工艺的普及，烟雾报警器的产品和芯片也往低功耗方向发展，烟雾报警器工作的电源电压也从9V电池供电变为3V电池供电，因此，对烟雾报警器中恒流红外发光模块的电压系数提出了更严的要求。现有技术中主流的恒流驱动电路主要有三种：分别是采用“单片机+分立器件”的恒流驱动电路、采用“外置线性稳压器”的恒流驱动电路、采用“内部集成DC-DC升压模块”的恒流驱动电路。采用“单片机+分立器件”进行恒流驱动的光电烟雾报警电路如图2所示。该方法单片机控制IO口驱动三极管基极电流放大的方式，产生恒定的三极管电流。当IO口输出为低时，Q1、Q2无基极电流，三极管截止，红外发光管不发光。当IO口输出高时，下拉电流流经X点、Y点，给三极管Q1提供基极电流Ib1，三极管Q1导通后，Y点电压上升，三极管Q2基极流过基极电流使Ice2的电流稳定，则Ice1＝β1Ib1也保持恒定，整理有等式(1)、(2)、(3)。It＝Ib1+Ice2(2)将上述等式(1)、(2)、(3)进行联列，得到等式(4)：其中，R2、R3、R4分别为图2中电阻R2、电阻R3、电阻R4的阻值，It为流过图2中电阻R2的电流，VDD为芯片的电源电压，VBE1为三极管Q1的基极和发射极的结电压，VBE2为三极管Q2的基极和发射极的结电压；Ib1、Ib2分别为三极管Q1、三极管Q2的基极电流；Ice1、Ice2为流过三极管Q1和三极管Q2的集电极电流；β1、β2分别为三极管Q1、三极管Q2的电流放大增益。从上述等式(4)可看出，最终红外发光二极管D1的发射电流Ice1仍然和VDD相关，当Ice2不变时，VDD越小，Ice1越小；同时，需要在PCB板上增加外设，所占面积较大。采用“外置线性稳压器”进行恒流驱动的光电烟雾报警电路如图3所示。芯片和红外发光管正极的电压都维持稳定，不存在电压系数。电池通过线性稳压器产生恒定不变的VLDO电压，芯片内部通过基准电压模块产生的IPTAT电流，经多次电流镜复制后，将偏置电流传至开漏管(OpenDrainMOS，也就是一种N型场效应管)，从而产生恒定的电流。该方法有如下缺点：1、恒流红外发光管目前每隔8s发射一次，持续时间为100～200us，烟雾报警器在绝大部分的时间里功耗只有5uA左右。所选用的线性稳压器的静态功耗需要非常小，成本较高；2、烟雾报警器需要检测电池电量时，必须额外在电池正极增加电阻串分压，增加静态功耗，导致成本增加。采用“内部集成DC-DC升压模块”进行恒流驱动的光电烟雾报警电路如图4所示。在光电烟雾报警器内部的恒流驱动电路中采用内部集成DC-DC升压模块的方式，消除了其在发射红外光时产生的电压系数的问题。在不发射的较长时间内，可以直接进行电池电量检测的功能。当进行烟雾检测时，DC-DC模块将输入电压升压至VBoost，内部线性稳压器LDO，始终通过内部分压输出VLDO，不受电池电量减小的影响。同时，基准电压提供的Vo1给放大器A1，使开漏管(该开漏管指的是图中的NMOS管M1，NMOS管M1由于其漏端直接从芯片引脚输出，因此该引脚悬空时，漏端为开路，因此将该器件称为开漏管，即OpenDrainMOS)开启产生电流。另一方面利用A2放大器监测开漏管源极的电压，通过启动电路调整A1放大器的同相端输入电压，最终使得开漏管(即图中的NMOS管M1)栅源电压VGS稳定，达到恒流的目的。但该种光电烟雾报警电路仍有如下缺点：1、内部集成DC-DC升压模块需要较大的面积，且开关频率较高，PCB布板时需要着重考虑EMI效应(电磁干扰效应)；2、开漏管(即图中的NMOS管M1)为本征管，在使用时需要增加一层掩膜板，增加制版成本；3、Vo1、Vo2和基准电压的温度系数相关，调整基准电压的Trim值(即基准电压源的输出值)会改变Vo1、Vo2的温度系数，最终影响恒流特性。
技术实现思路
本专利技术为了克服至少一个上述现有技术的缺点，提供了一种结构简单，恒流产生电路在一定电源电压范围内无电压系数，保证负载在全温度范围内输出特性可以保持一致的恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路。为了实现上述目的，本专利技术的恒流驱动电路及相应的光电烟雾报警电路具有如下构成：该恒流驱动电路，其主要特点是，所述的恒流驱动电路包括基准电压源模块、线性稳压器模块、电平转换模块、电流镜模块以及第一NMOS管；所述的基准电压源模块的输入端以及线性稳压器模块的第二输入端均与外部电源相连接；所述的基准电压源模块的输出端同时与所述的线性稳压器模块的第一输入端及所述的电平转换模块的输入端相连接；所述的线性稳压器模块的输出端同时与所述的电平转换模块的电源端及电流镜模块的电源端相连接后作为所述的恒流驱动电路的输出端；所述的电平转换模块的输出端与所述的电流镜模块的输入端相连接；所述的电流镜模块的输出端与所述的第一NMOS管的栅极相连接，该第一NMOS管的源极接地，该第一NMOS管的漏极作为所述的恒流驱动电路的输入端。较佳地，所述的外部电源为恒定参考电压；所述的恒流驱动电路的输出端与外部的负载的第一端口相连接；所述的恒流驱动电路的输入端与所述的负载的第二端口相连接。较佳地，所述的基准电压源模块包括第一PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管以及第一放大器，其中，所述的第三电阻为可调电阻；所述的第一PMOS管的源极作为所述的基准电压源模块的输入端，与所述的外部电源相连接；所述的第一PMOS管的漏极与所述的第三电阻的第一端相连接；所述的第三电阻的第二端同时与所述的第二电阻及第四电阻相连接；所述的第二电阻与所述的第一电阻串联后与所述的第一三极管的发射极相连接；所述的第一三极管的基极与集电极均接地；所述的第四电阻与所述的第二三极管的发射极相连接；所述的第二三极管的基极与集电极均接地；所述的第一放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流驱动电路，其特征在于，所述的恒流驱动电路包括基准电压源模块、线性稳压器模块、电平转换模块、电流镜模块以及第一NMOS管；所述的基准电压源模块的输入端以及线性稳压器模块的第二输入端均与外部电源相连接；所述的基准电压源模块的输出端同时与所述的线性稳压器模块的第一输入端及所述的电平转换模块的输入端相连接；所述的线性稳压器模块的输出端同时与所述的电平转换模块的电源端及电流镜模块的电源端相连接后作为所述的恒流驱动电路的输出端；所述的电平转换模块的输出端与所述的电流镜模块的输入端相连接；所述的电流镜模块的输出端与所述的第一NMOS管的栅极相连接，该第一NMOS管的源极接地，该第一NMOS管的漏极作为所述的恒流驱动电路的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种恒流驱动电路，其特征在于，所述的恒流驱动电路包括基准电压源模块、线性稳压器模块、电平转换模块、电流镜模块以及第一NMOS管；所述的基准电压源模块的输入端以及线性稳压器模块的第二输入端均与外部电源相连接；所述的基准电压源模块的输出端同时与所述的线性稳压器模块的第一输入端及所述的电平转换模块的输入端相连接；所述的线性稳压器模块的输出端同时与所述的电平转换模块的电源端及电流镜模块的电源端相连接后作为所述的恒流驱动电路的输出端；所述的电平转换模块的输出端与所述的电流镜模块的输入端相连接；所述的电流镜模块的输出端与所述的第一NMOS管的栅极相连接，该第一NMOS管的源极接地，该第一NMOS管的漏极作为所述的恒流驱动电路的输入端。2.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述的外部电源为恒定参考电压；所述的恒流驱动电路的输出端与外部的负载的第一端口相连接；所述的恒流驱动电路的输入端与所述的负载的第二端口相连接。3.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述的基准电压源模块包括第一PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管以及第一放大器，其中，所述的第三电阻为可调电阻；所述的第一PMOS管的源极作为所述的基准电压源模块的输入端，与所述的外部电源相连接；所述的第一PMOS管的漏极与所述的第三电阻的第一端相连接；所述的第三电阻的第二端同时与所述的第二电阻及第四电阻相连接；所述的第二电阻与所述的第一电阻串联后与所述的第一三极管的发射极相连接；所述的第一三极管的基极与集电极均接地；所述的第四电阻与所述的第二三极管的发射极相连接；所述的第二三极管的基极与集电极均接地；所述的第一放大器的同相输入端连接于所述的第二电阻与所述的第一电阻之间，所述的第一放大器的反相输入端连接于所述的第四电阻与所述的第二三极管的发射极之间，所述的第一放大器的输出端与所述的第一PMOS管的栅极相连接；所述的第三电阻的可调端作为所述的基准电压源模块的输出端，同时与所述的线性稳压器模块的第一输入端及所述的电平转换模块的输入端相连接。4.根据权利要求3所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述的第四电阻为热敏电阻。5.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述的线性稳压器模块包括第二放大器、第二PMOS管、第五电阻以及第六电阻；所述的第二放大器的反相输入端作为所述的线性稳压器模块第一输入端，与所述的基准电压源模块的输出端相连接；所述的第二放大器的输出端与所述的第二PMOS管的栅极相连接；所述的第二PMOS管的源极作为所述的线性稳压器模块的第二输入端，与所述的外部电源相连接；所述的第二PMOS管的漏极与所述的第五电阻的一端相连接，所述的第五电阻的另一端与所述的第六电阻的一端相连接，所述的第六电阻的另一端接地；所述的第二放大器的同相输入端连接于所述的第五电阻与所述的第六电阻之间；所述的第二PMOS管的漏极作为所述的线性稳压器模块的输出端，同时与所述的电平转换模块的电源端及电流镜模块的电源端相连接。6.根据权利要求1所述的恒流驱动电路，其特征在于，所述的电平转换模块包括第三放大器、第三PMOS管以及第七电阻；所述的第三放大器的反相输入端作为所述的电平转换模块的输入端，与所述的基准电压源模块的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇捷，曾洁琼，张天舜，丁增伟，
申请(专利权)人：无锡华润矽科微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32