基于电流镜的耐高温恒流启动电路制造技术

基于电流镜的耐高温恒流启动电路，属于石油参数控制领域，本发明专利技术为解决采用电流调节二极管作为启动电路在温度高于100℃时无法完成启动任务的问题。本发明专利技术包括NPN三极管Q1、Q2、NMOS晶体管M、电阻R1、R2和恒流二极管D1；Q1、Q2和R1构成电流镜结构；流过Q1的电流I2和流过Q2集电极的电流I1保持相等；启动电路的总电流I＝I1+I2+I3，式中I3为M中流过的电流；当温度低于100℃时，由D1负责调节电路电流，以保证I恒定；当温度高于100℃时，随着温度升高，D1的电流调节能力下降，I1减小，I2随之减小，I3增加，I3的增加量补偿了I1、I2的减小量，总电流I保持恒定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提供启动电流的电路结构，属于石油参数控制领域。
技术介绍
为了实时掌握井下油藏信息，根据油藏信息对潜油电泵的工作状态及时进行调整，需要为潜油电泵配备井下多参数测量装置。井下多参数测量装置供电及传输原理如图1所示，当地面供电系统对井下多参数测量装置供电时，井下多参数测量装置中的启动电路首先工作，为系统的电源回路提供一个初始电流，该电流为电源变换器提供了初始功率，电源变换器工作输出稳定的直流电压为温度传感器、压力传感器、信号调理电路等供电。测量信号经过调理放大后由电压转换成信号电流分时注入到电源回路，则稳态下的电源回路中的电流由初始电流和信号电流叠加组成，而稳态下的电源变换器的功率由这两部分电流共同提供。由井下多参数测量装置供电及传输原理图可以看出，初始情况下，如果没有启动电路提供初始电流，电源变换器不能为传感器以及其它部分电路供电，则电源回路中不会有信号电流，即电源回路中没有电流存在，电源变换器也没有输入功率，因此井下多参数测量装置无法工作。综上所述，能为电源回路提供一个初始电流的启动电路是保证井下传感器能够工作的关键。工作温度低于100℃的井下多参数测量装置一般采用电流调节二极管作为启动电路的主要部分，电流调节二极管可以保证初始状态下电源回路中流过一个固定的初始电流，该初始电流的幅值低于多参数测量装置工作时供电回路中流过的最小电流，同时又高于电源变换电路能够工作所需要的最小电流，因此该初始电流既能保证电源变换电路能够启动，又不会影响幅值较低信号的传输。但是，温度因素严重影响电流调节二极管的特性，随着温度升高，电流调节二极管能够提供的电流值明显下降，当温度高于100℃时，电流调节二极管提供的电流已经低于电源变换器工作所需的最小电流，此时井下多参数测量装置已经无法启动。所以急需一种井下多参数测量装置的启动电路，该启动电路能在较宽温度范围内(25℃—200℃)输出一个初始电流来保证电源变换器能够启动。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决采用电流调节二极管作为启动电路在温度高于100℃时无法完成启动任务的问题，提供了一种基于电流镜的耐高温恒流启动电路。该电路是基于电流镜的耐高温恒流启动电路，以耐高温200℃的NPN三极管2N2222、电流调节二极管1N5297、N沟道MOSFETSCT30N120为基础，设计出一个井下多参数测量装置启动电路，该电路在井下多参数测量装置启动阶段提供一个初始电流驱动电源变换电路，并且在较宽的温度范围内(25℃-200℃)，该初始电流都能够保证井下多参数测量装置的电源变换电路可以工作，从而保证井下多参数测量装置能够正常启动。本专利技术所述基于电流镜的耐高温恒流启动电路，它包括NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、NMOS晶体管M、电阻R1、电阻R2和恒流二极管D1；电源正极Vin同时连接NMOS晶体管M的漏极、电阻R2的一端和恒流二极管D1的阳极；NMOS晶体管M的栅极同时连接电阻R2的另一端、NPN三极管Q1的集电极和电阻R1的一端；NPN三极管Q1的基极同时连接电阻R1的另一端和NPN三极管Q2的基极；NPN三极管Q2的集电极连接恒流二极管D1的阴极；NMOS晶体管M的源极、NPN三极管Q1的发射极和NPN三极管Q2的发射极同时接地；其中：NPN三极管Q1、NPN三极管Q2和电阻R1构成电流镜结构；流过NPN三极管Q1的电流I2和流过NPN三极管Q2集电极的电流I1保持相等；启动电路的总电流I＝I1+I2+I3，式中I3为NMOS晶体管M中流过的电流；当温度低于100℃时，由恒流二极管D1负责调节电路电流，以保证总电流I恒定；当温度高于100℃时，随着温度升高，恒流二极管D1的电流调节能力下降，流过恒流二极管D1的电流I1减小，I2随之减小，电阻R2两端的电压减小，则Q1的集电极-发射极电压升高，即NMOS晶体管M的栅-源极电压VGS升高，则I3增加，I3的增加量补偿了I1、I2的减小量，总电流I保持恒定。本专利技术的优点：本专利技术利用电流镜的原理调节MOSFET的栅极电压，进而调解MOSFET的漏极电流对高温环境下电流调节二极管衰减的电流调节能力进行补偿，电流调节二极管中流过的电流越低，电流镜中流过的电流也越低，但是受电流镜调节的MOSFET栅极电压却升的越高，MOSFET中流过的电流便越大，其补偿的能力便越强。采用本专利技术在20℃-200℃范围的电流输出特性曲线如附图3所示，附图3中另一条线是采用无补偿的电流调节二极管的启动电路在20℃-200℃范围的电流输出特性曲线。采用无补偿的电流调节二极管的启动电路的输出电流在20℃-200℃范围内由10.3mA降低到5.2mA，其下降幅度百分比为49.5％。而采用本专利技术的启动电路的输出电流在20℃-200℃范围内由9.57mA降低到8.8mA，其下降幅度百分比为8.04％。可以看到采用本专利技术是可以解决高温环境下由于电流调节二极管的电流调节能力下降而导致启动电路输出电流能力大幅衰减的问题的。附图说明图1是井下多参数测量原理框图；图2是本专利技术所述基于电流镜的耐高温恒流启动电路的具体电路图；图3是采用本专利技术启动电路输出电流的温度特征与传统采用恒流二极管输出电流的温度特性对比曲线图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于电流镜的耐高温恒流启动电路，它包括NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、NMOS晶体管M、电阻R1、电阻R2和恒流二极管D1；电源正极Vin同时连接NMOS晶体管M的漏极、电阻R2的一端和恒流二极管D1的阳极；NMOS晶体管M的栅极同时连接电阻R2的另一端、NPN三极管Q1的集电极和电阻R1的一端；NPN三极管Q1的基极同时连接电阻R1的另一端和NPN三极管Q2的基极；NPN三极管Q2的集电极连接恒流二极管D1的阴极；NMOS晶体管M的源极、NPN三极管Q1的发射极和NPN三极管Q2的发射极同时接地；其中：NPN三极管Q1、NPN三极管Q2和电阻R1构成电流镜结构；流过NPN三极管Q1的电流I2和流过NPN三极管Q2集电极的电流I1保持相等；启动电路的总电流I＝I1+I2+I3，式中I3为NMOS晶体管M中流过的电流；当温度低于100℃时，由恒流二极管D1负责调节电路电流，以保证总电流I恒定；当温度高于100℃时，随着温度升高，恒流二极管D1的电流调节能力下降，流过恒流二极管D1的电流I1减小，I2本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电流镜的耐高温恒流启动电路，其特征在于，它包括NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、NMOS晶体管M、电阻R1、电阻R2和恒流二极管D1；电源正极Vin同时连接NMOS晶体管M的漏极、电阻R2的一端和恒流二极管D1的阳极；NMOS晶体管M的栅极同时连接电阻R2的另一端、NPN三极管Q1的集电极和电阻R1的一端；NPN三极管Q1的基极同时连接电阻R1的另一端和NPN三极管Q2的基极；NPN三极管Q2的集电极连接恒流二极管D1的阴极；NMOS晶体管M的源极、NPN三极管Q1的发射极和NPN三极管Q2的发射极同时接地；其中：NPN三极管Q1、NPN三极管Q2和电阻R1构成电流镜结构；流过NPN三极管Q1的电流I2和流过NPN三极管Q2集电极的电流I1保持相等；启动电路的总电流I＝I1+I2+I3，式中I3为NMOS晶体管M中流过的电流；当温度低于100℃时，由恒流二极管D1负责调节电路电流，以保证总电流I恒定；当温度高于100℃时，随着温度升高，恒流二极管D1的电流调节能力下降，流过恒流二极管D1的电流I1减小，I2随之减小，电阻R2两端的电压减小，则Q1的集电极‑发射极电压升高，即NMOS晶体管M的栅‑源极电压VGS升高，则I3增加，I3的增加量补偿了I1、I2的减小量，总电流I保持恒定。...

【技术特征摘要】
1.基于电流镜的耐高温恒流启动电路，其特征在于，它包括NPN三极管Q1、NPN
三极管Q2、NMOS晶体管M、电阻R1、电阻R2和恒流二极管D1；
电源正极Vin同时连接NMOS晶体管M的漏极、电阻R2的一端和恒流二极管D1的
阳极；
NMOS晶体管M的栅极同时连接电阻R2的另一端、NPN三极管Q1的集电极和电阻
R1的一端；
NPN三极管Q1的基极同时连接电阻R1的另一端和NPN三极管Q2的基极；
NPN三极管Q2的集电极连接恒流二极管D1的阴极；
NMOS晶体管M的源极、NPN三极管Q1的发射极和NPN三极管Q2的发射极同时
接地；
其中：NPN三极管Q1、NPN三极管Q2和电阻R1构成电流镜结构；流过NPN三极
管Q1的电流I2和流过NPN三极管Q2集电极的电流I1保持相等；启动电路的总电流
I＝I1+I2+I3，式中I3为NMOS晶体管M中流过的电流；
当温度低于100℃时，由恒流二极管D1负责调节电路电流，以保证总电流I恒定；
当温度高于...

【专利技术属性】
技术研发人员：金淼鑫，高强，徐殿国，寇佳宝，韩啸，张婉莹，李文爽，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23