CN102223084A

CN102223084A - 一种交流恒流源电路

Info

Publication number: CN102223084A
Application number: CN 201110161196
Authority: CN
Inventors: 贺晓红; 罗湘炜
Original assignee: HUBEI WANGAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUBEI WANGAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: CN102223084B

Abstract

一种交流恒流源电路，其至少包括变压器、整流桥、AC/DC电源模块、恒流控制电路，其中所述变压器的原侧与交流电源电连接，所述变压器的副侧与整流桥电连接，所述整流桥与所述恒流控制电路电连接，所述AC/DC电源模块与所述恒流控制电路电连接；所述恒流控制电路包括可调电位器、分压电阻、电压比较器芯片、MOSFET芯片和大功率电阻。本发明的交流恒流源电路还包括电流显示模块，所述电流显示模块包括数字电流表和穿心式电流传感器。本发明通过调节比较器参考电压的方法实现输出电流保持恒定，该电路具有灵敏度高且可靠性高的优点。

Description

一种交流恒流源电路

技术领域

本发明涉及一种交流恒流源电路，特别涉及一种基于比较器技术的交流恒流源模拟电路。

背景技术

随着电力工业的发展，交流恒流源在配电网络中各种电子产品需求量大量增加。目前主要使用的交流恒流源电路多数采用SPWM波形控制逆变电路，如中国专利文献CN2854922Y所披露的一种恒流源，其先将变压器原侧的交流电转换为直流电，再将直流电经SPWM波形控制逆变电路逆变成所需的交流电。在该电路会产生大量谐波反馈到电网，容易干扰电子产品的正常工作，而且在使用过程中，用户需先通过MCU设定电流值，整个恒流源的硬件电路所需元器件较多，成本也较高，容易出现故障。

另外一种交流恒流源则是通过多重调压器及相应的控制电路来实现。如中国专利文献CN1479181所披露的一种模拟式交流恒流源，包括电压粗调和电流细调两级调节结构。在粗调调压器滑动端连接有电压传感器，其信号反馈到粗调控制电路，形成粗调闭环结构。在输出变压器副侧与负载之间串联有电流传感器，其信号反馈到细调控制电路，形成细调闭环结构。但是该交流恒流源的动态调节电流反应慢，而且调节机构存在机械磨损，噪音大，寿命短。

对于电子产品来说，电源可靠性的高低直接影响着系统可靠性的高低，因此提供一种高灵敏度且具有高可靠性的交流恒流源电路很有必要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于比较器技术的交流恒流源电路。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种交流恒流源电路，其至少包括变压器、整流桥、AC/DC电源模块、恒流控制电路，其中所述变压器的原侧与交流电源电连接，所述变压器的副侧与整流桥电连接，所述整流桥与所述恒流控制电路电连接，所述AC/DC电源模块与所述恒流控制电路电连接；

其特征在于：所述恒流控制电路包括可调电位器、分压电阻、电压比较器芯片、MOSFET芯片和大功率电阻；

其中所述可调电位器与所述分压电阻串联组成分压电路后与所述整流桥的直流输出端电连接，从而在所述可调电位器与所述分压电阻的连接处产生基准比较电压UREF；

所述基准比较电压UREF连接于所述电压比较器芯片的第一输入端；

所述MOSFET芯片和所述大功率电阻串联后组成反馈电路后与所述整流桥输出端电连接，从而在所述MOSFET芯片与大功率电阻的连接处产生反馈电压UFB；

所述反馈电压UFB连接于所述电压比较器芯片的第二输入端；

所述电压比较器芯片实时比较所述第一输入端的基准比较电压UREF和所述第二输入端的反馈电压UFB的幅值大小，电压比较器芯片的输出连接于所述MOSFET芯片的控制栅极；

当UFB小于UREF时，电压比较器芯片产生高电平信号至所述MOSFET芯片控制栅极，从而导通所述MOSFET芯片；

当UFB大于UREF时，电压比较器芯片不产生高电平信号至所述MOSFET芯片控制栅极，从而关断所述MOSFET芯片。

进一步地，本发明的交流恒流源电路还包括电流显示模块，所述电流显示模块包括数字电流表和穿心式电流传感器，所述穿心式电流传感器穿过所述变压器副侧来检测流经变压器副侧的电流，所述数字电流表显示所述穿心式电流传感器检测的电流大小。

进一步地，本发明的交流恒流源电路中所述变压器原侧输入交流电的电压为220V，变压器副侧输出交流电的交压为5V。

进一步地，本发明的交流恒流源电路中大功率电阻的额定功率为50W。

下面对本发明的电路的工作调节过程进行分析。

当U_FB小于U_REF时，电压比较器芯片产生高电平信号至MOSFET芯片的控制栅极G，从而导通MOSFET芯片的源极S和漏极D。MOSFET芯片的源极S和漏极D导通时，在整流桥模块、MOSFET芯片、大功率电阻R1的回路中产生直流脉动电流I1，从而在变压器的副侧，整流桥模块和电子产品内阻回路产生交流电流I0。

同时，由于在整流桥模块，MOSFET芯片，大功率电阻R1的回路中产生脉动电流I1，随着脉动电流I1上升，UFB也随之上升；

当UFB上升至大于UREF时，电压比较器芯片立即产生低电平信号至MOSFET芯片的控制栅极G，从而关断MOSFET芯片的源极S和漏极D。脉动电流I1下降，UFB也随之下降。

UREF是由可调电位器的电阻决定的。也就是说，一旦确定了可调电位器的电阻大小，UREF也随之确定，负载中的电流大小也就确定为恒定。

AC/DC电源模块为恒流控制电路的MOSFET芯片以及电流显示模块提供工作电压。

本发明的有益效果是：本发明通过调节比较器参考电压的方法实现输出电流保持恒定，该电路具有灵敏度高且高可靠性的优点。

附图说明

图1所示的是本发明的电路原理结构框图。

图2所示的是本发明实施例的电路原理图。

图3所示的是图2所示电路中的UFB电压波形图、UREF电压波形图及电压比较器输出的电平信号UC电压波形图。

图4所示的图2所示电路中的流经电阻R1的脉动电流I1波形图。

图5所示的图2所示电路中输出交流恒流I0波形图。

具体实施方式

下面将结合附图的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的交流恒流源电路，其包括变压器B1、整流桥D1、AC/DC电源模块B2、恒流控制电路、电流显示模块五部分。下面将对所述五个部分进行详细介绍。

变压器B1原侧输入交流220V（L、N），变压器B1副侧输出交流5V，本发明中所有交流电的电压均为有效值；

变压器B1副侧1脚与整流桥D1输入端AC1连接，变压器B1副侧2脚与电子产品内阻R的1脚连接，电子产品内阻R的2脚与整流桥D1输入端AC2连接；

电流显示模块包括数字电流表DP和穿心式电流传感器CT。

数字电流表DP输入工作电源为交流220V（L、N），穿心式电流传感器CT穿过变压器B1副侧2脚与电子产品内阻R的1脚连接线来检测电流。穿心式电流传感器CT二次侧出线连接数字电流表DP。

AC/DC电源模块B2输入工作电源交流220V（L、N）,输出DC12V电压。其中：

AC/DC电源模块B2的输出DC12V+连接按钮开关SW1的1脚，12Vgnd连接整流桥D1输出DC-。按钮开关SW1的作用是控制DC12V的输出。

恒流控制电路由可调电位器VR、电压比较器芯片U1、MOSFET芯片U2及外围大功率电阻R1，上拉电阻R2，分压电阻R3组成。其中：

可调电位器VR与分压电阻R3串联后组成分压电路与所述整流桥D1的直流输出端DC-和DC+电连接，从而在可调电位器VR与分压电阻R3的连接处产生基准比较电压UREF；

具体的连接方式为：

可调电位器VR的2脚和3脚短接并与整流桥D1输出的DC-连接；

可调电位器VR的1脚与电阻R3的2脚和电压比较器芯片U1第2脚连接；

电阻R3的1脚与MOSFET芯片U2的漏极D及整流桥D1输出的DC+连接。

MOSFET芯片和大功率电阻串联组成反馈电路后与整流桥D1的直流输出端DC-和DC+电连接，从而在MOSFET芯片与大功率电阻的连接处产生反馈电压UFB；

大功率电阻R1的2脚与整流桥D1输出的DC-连接；

大功率电阻R1的1脚与MOSFET芯片的源极S及电压比较器芯片U1第3脚连接；

MOSFET芯片的漏极D与电阻R3的1脚及整流桥D1输出的DC+连接。

电压比较器芯片U1的第1脚与MOSFET芯片U2的栅极G及上拉电阻R2的第2脚连接，上拉电阻R2的第1脚与按钮开关SW1的2脚连接，并连接到电压比较器芯片U1的第8脚。电压比较器芯片U1的第3脚与MOSFET芯片U2的源极S及大功率电阻R1的第1脚连接，大功率电阻R1的第2脚与整流桥D1输出的DC-连接，并连接到电压比较器芯片U1的第4脚。

电压比较器芯片U1采用LM293P芯片,MOSFET芯片U2采用IRF1404芯片，可调电位器VR采用精密可调电位器。本领域技术人员也可以根据需要选择其它型号的电压比较器芯片、MOSFET芯片和可调电位器以实现类似的功能。

电压比较器芯片U1的连接方式为：

电压比较器芯片U1的引脚1连接MOSFET芯片U2的栅极G，用以输出比较结果电平信号UC；以控制MOSFET芯片U2的源漏极之间的通断。

电压比较器芯片U1的引脚2连接可调电位器VR的1脚和电阻R3的2脚，用于接收比较参考电压U_REF。

电压比较器芯片U1的引脚3连接MOSFET芯片U2的源极S及大功率电阻R1的第1脚,用于接收反馈电压U_FB。

电压比较器芯片U1的引脚4连接大功率电阻R1的第2脚和整流桥D1输出的DC-。

电压比较器芯片U1的引脚5连接AC/DC电源模块B2的输出DC12V+。

在恒流控制电路中，可调电位器VR与电阻R3组成分压电路，产生电压比较器芯片U1的比较参考电压。通过调节可以可调电位器VR的电阻值，就可以改变基准比较电压UREF的幅值。

恒流控制电路中，大功率电阻R1根据通过的直流脉动电流I1产生反馈电平信号UFB，输入电压比较器芯片U1。直流脉动电流I1与MOSFET的导通或关断相关。

电压比较器芯片U1将UFB与UREF进行实时比较，当UFB<UREF时，电压比较器芯片U1立即产生电平信号UC至MOSFET控制栅极G，MOSFET立即导通，变压器B1副侧输出交流5V经整流桥D1、MOSFET芯片U2、大功率电阻R1、电子产品内阻R回路产生交流电流I0，同时在大功率电阻R1上产生直流脉动电流I₁，直流脉动电流I₁通过大功率电阻R1产生反馈电平信号U_FB输入集成芯片U1。随着脉动电流I₁上升，当UFB＞UREF时，电压比较器芯片U1不产生电平信号UC，MOSFET芯片U2立即关断；随着脉动电流I₁下降，当UFB＜UREF时，MOSFET芯片U2又立即导通，通过电压比较器芯片U1控制MOSFET芯片U2的导通或关断，从而实现控制输出恒定交流电流I0的电流幅值的目的。

在一个最优实施例中，采用LM293P芯片作为电压比较器芯片U1，采用IRF1404芯片作为MOSFET芯片U2，可调电位器VR阻值为10K，电阻R3的阻值为10K，直流电压5V。由于整流桥是压降为1.4V左右，大功率电阻R1的阻值为0.1Ω，功率为50W，MOSFET芯片导通的压降为0.3V左右，其内阻为0.004Ω。上拉电阻R2为10KΩ。B1为变压器AC220/5V，B2为输入AC220V/输出DC12V电源模块。D1为QL50A 1000V。穿心式电流传感器CT变比30A/3.53V，数字电流表DP数字电流表工作电源为交流220V，测量范围交流0-30A。

该实施例中最大基准比较电压UREF=（5-1.4-0.3）V×（10/10+10）=3.3×（0.5）=1.65V。

所以该实施例中最大恒定交流电流I0=1.65V/（0.1+0.004）Ω=15.86A，也就是说实施例中输出恒定交流电流I0的电流幅值的范围为0-15.86A。

由于，电子产品的内阻R阻值一般很小，因此在计算最大基准比较电压时忽略不计。

下面以输出恒流交流10A为例来说明本发明基准比较电压UREF的设置方法：

当输出恒定交流电流I0的电流幅值为1A时，反馈电压UFB=0.1Ω×10A=1V，为保证比较基准电压UREF =UFB=1V，即保证可调电位器VR与电阻R3分压比为1V，即：（5-1.4）V×（VR/（1+ VR）=1V，得到VR=385Ω，可调电位器VR阻值为385Ω。

如图3所示，反馈电压UFB的信号波形与比较基准电压UREF的信号波形相同，电压幅值相同。电压比较器芯片U1将反馈电压UFB与比较基准电压UREF进行实时比较。当UFB<UREF时，电压比较器芯片U1立即产生电平信号UC号给MOSFET控制栅极G，MOSFET立即导通，产生脉动电流I1；当UFB＞UREF时，电压比较器芯片U1不产生电平信号UC，MOSFET芯片U2立即关断，脉动电流I1下降，；随着脉动电流I1下降，UREF也随之下降；当UFB＜UREF时，MOSFET芯片U2又立即导通，通过电压比较器芯片U1控制MOSFET芯片U2的导通或关断，从而实现控制输出恒定交流电流I0的电流幅值的目的。

如图4和图5所示，流经电阻R1的脉动电流I1为脉动直流电流，输出I0为交流电流，I1和I0的电流幅值相同。

上述实施例只是用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种交流恒流源电路，其至少包括变压器、整流桥、AC/DC电源模块、恒流控制电路，其中所述变压器的原侧与交流电源电连接，所述变压器的副侧与整流桥电连接，所述整流桥与所述恒流控制电路电连接，所述AC/DC电源模块与所述恒流控制电路电连接；

其中所述可调电位器与所述分压电阻串联后组成分压电路与所述整流桥的直流输出端电连接，从而在所述可调电位器与所述分压电阻的连接处产生基准比较电压UREF；

所述MOSFET芯片和所述大功率电阻串联组成反馈电路后与整流桥输出端电连接，从而在所述MOSFET芯片与所述大功率电阻的连接处产生反馈电压UFB；

所述反馈电压UFB连接于所述电压比较器芯片的第二输入端；

2.如权利要求1所述的交流恒流源电路，其还包括电流显示模块，所述电流显示模块包括数字电流表和穿心式电流传感器，所述穿心式电流传感器穿过所述变压器的副侧来检测电流，所述数字电流表显示所述穿心式电流传感器检测的电流大小。

3.如权利要求1所述的交流恒流源电路，其中所述变压器原侧输入交流电的电压为220V，变压器副侧输出交流电的交压为5V。

4.如权利要求1所述的交流恒流源电路，其中大功率电阻的额定功率为50W。