运算放大电路及其过流保护方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种运算放大电路及其过流保护方法。运算放大电路包括：控制单元，根据输入信号和输出信号产生输出控制信号；输出单元，用于在输出控制信号的作用下产生输出电流，输出单元包括输出电容，输出电容被输出电流充电或放电以产生输出信号；过流保护单元，根据运算放大电路的工作温度获得温控电流，当工作温度大于等于设定温度时，温控电流与工作温度正相关，过流保护单元根据温控电流调节输出控制信号以限制输出电流。本发明专利技术通过对工作温度的检测获得温控电流，从而在工作温度处于合理范围内时保证运算放大电路的输出效率、响应速度和驱动能力、在工作温度过高时根据温控电流限制输出电流以降低电路功耗和工作温度。

【技术实现步骤摘要】
运算放大电路及其过流保护方法
本专利技术涉及电子电路
，具体地，涉及一种运算放大电路及其过流保护方法。
技术介绍
在很多应用中，运算放大器(OperationAmplifier,OPA)需要驱动较大的负载电容，负载电容的容值一般为几微法拉至十几微法拉。图1示出现有技术中的一种运算放大电路100，其中运算放大器U0根据输入信号Vin0和反馈回来的输出信号Vout0产生输出控制信号，输出控制信号控制晶体管P0或晶体管N0，使得输出电容Cout0不断地被上拉晶体管或下拉晶体管提供的输出电流Iout0充放电，进而在其上极板提供输出电压Vout0。通常，在运算放大电路中，输入信号Vin0通常为高低电平信号，高电源电压VDD一般较大(十几伏至二十伏)。如果运算放大电路没有过流保护机制，当输入信号的频率较高时，运算放大电路的功耗会很高，导致运算放大电路的工作温度过高，甚至会出现运算放大电路所在的芯片被烧坏的现象。针对这一现象，目前业内提出了多种设计方法来避免运算放大电路的工作温度过高。第一种现有技术通过检测晶体管P0和N0的栅源电压来控制工作温度。具体地，当晶体管P0的栅源电压的绝对值或晶体管N0的栅源电压上升至一定数值时，将晶体管P0和N0的栅源电压限制在设定数值，以使晶体管P0和N0产生的导通电流被限制。这种方法的缺点在于，不管高电源电压VDD设置为多大，当晶体管P0和N0的栅源电压达到一定数值时，晶体管P0和N0的导通程度都会被限制。然而在高电源电压VDD较小的情况下，即使工作温度和电路功耗不高，晶体管P0和N0的导通电流也会在栅源电压达到一定数值时被限制，使得运算放大电路的输出效率、响应速度和驱动能力降低。第二种现有技术是在上述第一种现有技术的基础上进一步根据高电源电压VDD的数值控制输出电流，即：当高电源电压VDD较低时，不限制晶体管P0和N0的栅源电压；当高电源电压VDD较高时，限制晶体管P0和N0的栅源电压以达到限制输出电流的目的，使得运算放大电路的工作温度不再上升。然而，这种现有技术的缺点是不能根据输入信号的频率控制输出电流的大小，当输入信号的频率较低时，即使高电源电压VDD较高、晶体管P0和N0的栅源电压也较高，运算放大电路的功耗和工作温度也不会过高，因此这时限制晶体管P0和N0的栅源电压是没有必要的；同时，如果输入信号的频率较高，那么即使限制了晶体管P0和N0的栅源电压，运算放大电路的功耗和工作温度也会升高。因此，为解决运算放大电路的工作温度问题，现有技术存在一定的局限性。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术通过对运算放大电路的工作温度的检测获得温控电流，从而在工作温度处于合理范围内时保证运算放大电路的输出效率、响应速度和驱动能力、在工作温度过高时根据温控电流限制输出电流以降低电路功耗和工作温度。根据本专利技术的一方面，提供了一种运算放大电路，其特征在于，包括：控制单元，根据输入信号和输出信号产生输出控制信号；输出单元，用于在所述输出控制信号的作用下产生输出电流，所述输出单元包括输出电容，所述输出电容被所述输出电流充电或放电以产生所述输出信号；过流保护单元，根据所述运算放大电路的工作温度获得温控电流，当所述工作温度大于等于设定温度时，所述温控电流与所述工作温度正相关，所述过流保护单元根据所述温控电流调节所述输出控制信号以限制所述输出电流。优选地，所述控制单元包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端和第二输入端分别接收所述输入信号和所述输出信号，所述运算放大器的输出端提供所述输出控制信号。优选地，当所述工作温度小于等于所述设定温度时，所述温控电流近似于0，当所述工作温度大于等于所述设定温度时，所述温控电流与所述工作温度呈线性关系。优选地，所述输出控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述输出单元还包括依次串联在高电源电压和低电源电压之间具有P沟道的第一晶体管和具有N沟道的第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管分别受控于所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述第一晶体管或所述第二晶体管导通以产生所述输出电流。优选地，所述过流保护单元包括：第三晶体管，第一端接收所述高电源电压，第二端与所述第一晶体管的控制端相连，控制端接收第一采样电压；第四晶体管，第一端接收所述低电源电压，第二端与所述第二晶体管的控制端相连，控制端接收第二采样电压；以及电压产生模块，根据所述温控电流产生所述第一采样电压和所述第二采样电压，当所述温控电流大于等于设定阈值且所述第一控制信号有效时，所述第一采样电压导通所述第三晶体管，当所述温控电流大于等于所述设定阈值且所述第二控制信号有效时，所述第二采样电压导通所述第四晶体管。优选地，所述温控电流包括第一温控电流和第二温控电流，所述电压产生模块包括：第一电流源，根据所述工作温度提供所述第一温控电流，并通过电流镜结构将第一基准电流和所述第一温控电流之间的差电流转换成第一采样电流；第二电流源，根据所述工作温度提供所述第二温控电流，并通过电流镜结构将第二基准电流和所述第二温控电流之间的差电流转换成第二采样电流；第一电阻，根据所述第一采样电流在所述第三晶体管的控制端提供所述第一采样电压；以及第二电阻，根据所述第二采样电流在所述第四晶体管的控制端提供所述第二采样电压。优选地，所述第三晶体管包括N沟道场效应管，所述第一电阻的第一端接收所述高电源电压，所述第一电阻的第二端与所述第三晶体管的控制端相连，所述第一采样电流由所述第一电阻的第一端流向第二端；所述第四晶体管包括P沟道场效应管，所述第二电阻的第一端接收低电源电压，所述第二电阻的第二端与所述第四晶体管的控制端相连，所述第二采样电流由所述第二电阻的第二端流向第一端。优选地，所述第一温控电流等于所述第二温控电流，所述第一基准电流等于所述第二基准电流，所述第一电流源中的电流镜结构与所述第二电流源中的电流镜结构具有相等的比例系数。优选地，所述高电源电压小于等于所述第一温控电流、所述比例系数与所述第一电阻的阻值的乘积。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于运算放大电路的过流保护方法，所述运算放大电路包括控制单元和输出单元，所述控制单元根据输入信号和输出信号产生输出控制信号，所述输出单元根据所述输出控制信号产生输出电流并在所述输出电流的作用下累积或释放电荷以产生所述输出信号，其特征在于，所述过流保护方法包括：检测所述运算放大电路的工作温度；根据所述工作温度获得温控电流，当所述工作温度大于等于设定温度时，所述温控电流与所述工作温度正相关；以及根据所述温控电流调节所述输出控制信号以限制所述输出电流。优选地，当所述工作温度小于等于所述设定温度时，设定所述温控电流近似于0，当所述工作温度大于等于所述设定温度时，设定所述温控电流与所述工作温度呈线性关系。优选地，所述输出控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述输出单元包括依次串联在高电源电压和低电源电压之间具有P沟道的第一晶体管和具有N沟道的第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管分别受控于所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述第一晶体管或所述第二晶体管导通以产生所述输出电流。优选地，根据所述温控电流调节所述输出控制信号以限制所述输出电流的方法包括：根据所述温控电流产生第一采样电压和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运算放大电路，其特征在于，包括：控制单元，根据输入信号和输出信号产生输出控制信号；输出单元，用于在所述输出控制信号的作用下产生输出电流，所述输出单元包括输出电容，所述输出电容被所述输出电流充电或放电以产生所述输出信号；过流保护单元，根据所述运算放大电路的工作温度获得温控电流，当所述工作温度大于等于设定温度时，所述温控电流与所述工作温度正相关，所述过流保护单元根据所述温控电流调节所述输出控制信号以限制所述输出电流。

【技术特征摘要】
1.一种运算放大电路，其特征在于，包括：控制单元，根据输入信号和输出信号产生输出控制信号；输出单元，用于在所述输出控制信号的作用下产生输出电流，所述输出单元包括输出电容，所述输出电容被所述输出电流充电或放电以产生所述输出信号；过流保护单元，根据所述运算放大电路的工作温度获得温控电流，当所述工作温度大于等于设定温度时，所述温控电流与所述工作温度正相关，所述过流保护单元根据所述温控电流调节所述输出控制信号以限制所述输出电流。2.根据权利要求1所述的运算放大电路，其特征在于，所述控制单元包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端和第二输入端分别接收所述输入信号和所述输出信号，所述运算放大器的输出端提供所述输出控制信号。3.根据权利要求1所述的运算放大电路，其特征在于，当所述工作温度小于等于所述设定温度时，所述温控电流近似于0，当所述工作温度大于等于所述设定温度时，所述温控电流与所述工作温度呈线性关系。4.根据权利要求3所述的运算放大电路，其特征在于，所述输出控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，所述输出单元还包括依次串联在高电源电压和低电源电压之间具有P沟道的第一晶体管和具有N沟道的第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管分别受控于所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述第一晶体管或所述第二晶体管导通以产生所述输出电流。5.根据权利要求4所述的运算放大电路，其特征在于，所述过流保护单元包括：第三晶体管，第一端接收所述高电源电压，第二端与所述第一晶体管的控制端相连，控制端接收第一采样电压；第四晶体管，第一端接收所述低电源电压，第二端与所述第二晶体管的控制端相连，控制端接收第二采样电压；以及电压产生模块，根据所述温控电流产生所述第一采样电压和所述第二采样电压，当所述温控电流大于等于设定阈值且所述第一控制信号有效时，所述第一采样电压导通所述第三晶体管，当所述温控电流大于等于所述设定阈值且所述第二控制信号有效时，所述第二采样电压导通所述第四晶体管。6.根据权利要求5所述的运算放大电路，其特征在于，所述温控电流包括第一温控电流和第二温控电流，所述电压产生模块包括：第一电流源，根据所述工作温度提供所述第一温控电流，并通过电流镜结构将第一基准电流和所述第一温控电流之间的差电流转换成第一采样电流；第二电流源，根据所述工作温度提供所述第二温控电流，并通过电流镜结构将第二基准电流和所述第二温控电流之间的差电流转换成第二采样电流；第一电阻，根据所述第一采样电流在所述第三晶体管的控制端提供所述第一采样电压；以及第二电阻，根据所述第二采样电流在所述第四晶体管的控制端提供所述第二采样电压。7.根据权利要求6所述的运算放大电路，其特征在于，所述第三晶体管包括N沟道场效应管，所述第一电阻的第一端接收所述高电源电压，所述第一电阻的第二端与所述第三晶体管的控制端相连，所述第一采样电流由所述第一电阻的第一端流向第二端；所述第四晶体管包括P沟道场效应管，所述第二电阻的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾有平，程志强，
申请(专利权)人：北京集创北方科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11