CN103458556B - 定功率控制电路 - Google Patents

Abstract

一种定功率控制电路，包括输出直流电源的开关电源模块，还包括与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块；所述反馈控制模块包括光耦控制模块和用于控制所述输出功率大小的功率控制模块，所述定功率控制电路还包括用于给所述输出晶体管Q1提供偏置电压的偏压模块、用于对所述输出晶体管Q1的发射结电压进行补偿的电压补偿模块及用于给所述偏压模块提供恒定电流的恒流源模块；开关电源模块能够根据恒定功率输出的条件计算出输出电压的压降大小，进而开关电源模块控制输出根据恒定功率输出条件计算出的电压大小。

Description

定功率控制电路

技术领域

本发明涉及功率控制电路，特别是涉及一种定功率控制路。

背景技术

在移动设备的充电器由外置改为内置后，对充电器的要求越来越高。因为在负载不改变的情况下，负载的电压一直在改变，因此，在要求高效完成充电的同时，即要求对内置充电器充电过程中的功率恒定，而目前大多数的定功率输出都是采用恒定电压输出，在负载不变的情况下达到恒定功率输出，或者是采用恒定电压和恒定电流的输出来达到恒定功率输出。但是内置充电器的电压时一直改变的，因此，上述两种恒定功率输出的控制电路完成不了对内置充电器的恒定功率输出。

发明内容

基于此，有必要针对输出电压改变的恒定功率输出的问题，提供一种根据输出电流控制输出电压而使输出电流与输出电压的乘积一定的定功率控制电路。

一种定功率控制电路，包括输出直流电源的开关电源模块，还包括与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块；

所述反馈控制模块包括光耦控制模块和用于控制所述输出功率大小的功率控制模块，所述光耦控制模块的受光部分接入所述开关电源模块，所述光耦控制模块的发光部分接入所述功率控制模块且发光部分的电流受所述功率控制模块的控制；所述功率控制模块包括稳压二极管ZD2、输出晶体管Q1和电流检测电阻R1；

所述定功率控制电路还包括用于给所述输出晶体管Q1提供偏置电压的偏压模块、用于对所述输出晶体管Q1的发射结电压进行补偿的电压补偿模块及用于给所述偏压模块提供恒定电流的恒流源模块；

所述光耦控制模块的发光部分的输出端与所述输出晶体管Q1的集电极连接，所述输出晶体管Q1的基极与所述电压补偿模块的一输出端连接，所述输出晶体管Q1的发射极与所述电流检测电阻R1的一端连接，所述电流检测电阻R1的另一端接地；所述稳压二极管ZD2的正极接地，负极与所述输出晶体管Q1的集电极连接；

所述电压补偿模块的电源接入端用于与直流电源的正极连接，所述电压补偿模块的另一输出端与所述偏压模块的输入端连接，所述偏压模块的输出端接地；

所述恒流源模块的电源接入端用于与直流电源的正极连接，所述恒流源模块的一输出端与所述偏压模块与所述电压补偿模块的公共端连接，所述恒流源模块的另一输出端接地。

在其中一个实施例中，所述开关电源模块包括变电模块、变压器T1和受所述反馈控制模块控制的方波输出模块，

所述变电模块输入交流电源、输出端正极与所述变压器T1初级线圈一端连接，所述方波输出模块的方波输出端与所述变压器T1初级线圈的另一端连接；

所述方波输出模块包括脉宽调制开关U1和电解电容C4，所述脉宽调制开关U1的漏极输出端作为方波输出端与变压器T1的初级线圈连接，所述脉宽调制开关U1的源极输入端接地，所述脉宽调制开关U1的控制端输入由所述受光部分控制的电压，且通过所述电解电容C4接地；

所述方波输出模块还包括与所述变压器T1初级线圈耦合的第二次级线圈、二极管D4和滤波电容C3；

所述二极管D4和滤波电容C3串联后并联在所述第二次级线圈的两端，且与第二次级线圈的一端连接的是二极管D4的阳极，第二次级线圈的另一端接地；

所述光耦控制模块为光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管和三极管，所述光耦控制模块的受光部分为所述三极管，所述光耦控制模块的发光部分为所述发光二极管；

所述发光二极管的正极与直流电源正极连接，负极与输出晶体管的集电极连接，所述三极管的集电极与所述二极管D4的阴极连接，发射极与所述脉宽调制开关U1的控制端连接。

在其中一个实施例中，所述变电模块还包括整流模块、电解电容C1、二极管D1和稳压二极管ZD1，

所述电解电容C1的正极与所述整流模块的输出端连接，所述电解电容的负极接地；

所述二极管D1的正极与所述脉宽调制开关U1的漏极连接，所述二极管D1的负极与所述稳压二极管ZD1的负极连接，所述稳压二极管ZD1的正极与所述整流模块的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述定功率控制模块还包括稳压二极管ZD5，所述稳压稳压二极管ZD5的正极与所述输出晶体管Q1的输入端连接，负极与所述光耦控制模块的发光部分的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述定功率控制模块还包括分压电阻R5所述分压电阻一端与所述光耦控制模块的发光部分的输出端连接，另一端与所述稳压二极管ZD2的负极连接。

在其中一个实施例中，所述电压补偿模块包括稳压二极管ZD3、分压电阻R4和分压电阻R6，所述稳压二极管ZD3的正极为所述电压补偿模块的电源接入端，所述分压电阻R4和分压电阻R6的公共端为所述电压补偿模块的一输出端，所述分压电阻R4的另一端为所述电压补偿模块的另一输出端；

所述稳压二极管ZD3的负极用于与直流电源的正极连接，所述稳压二极管ZD3的正极与所述分压电阻R6的一端连接，所述分压电阻R6的另一端与分压电阻R4连接，所述分压电阻R4的另一端与所述偏压模块的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述偏压模块包括晶体管Q2和分压电阻R2，所述晶体管Q2的集电极为所述偏压模块的输入端，所述晶体管Q2的发射极为所述偏压模块的输出端；

所述分压电阻R2的一端与所述晶体管Q2的集电极连接，另一端与所述晶体管Q2的基极连接。

在其中一个实施例中，所述分压电阻R2用于使所述晶体管Q2的饱和压降变化。

在其中一个实施例中，所述恒流源模块包括稳压二极管ZD4、分压电阻R7和分压电阻R3，所述分压电阻R7的一端用于与直流电源的正极连接，另一端与所述稳压二极管ZD4的负极连接，所述稳压二极管ZD4的正极接地；所述分压电阻R3的一端与所述分压电阻R7连接，另一端与所述偏压模块与所述电压补偿模块的公共端连接，

所述分压电阻R3与所述偏压模块与所述电压补偿模块的公共端连接的一端为所述恒流源模块的一输出端，所述分压电阻R7用于与直流电源正极连接的一端为所述恒流源模块的电源接入端，所述稳压二极管ZD4的正极为所述恒流源模块的另一输出端。

在其中一个实施例中，所述电路还包括电感L1、电解电容C5和C6，所述电感L1的一端与所述光耦控制模块的发光部分的电源接入端连接，另一端与所述电压补偿模块的电源接入端连接，所述电解电容C5和C6均并联于直流电源两端。

上述定功率控制电路通过光耦控制模块的发光部分将功率控制模块的输出电流转换成光信号，光耦控制模块的受光部分再将光信号转换成对应的电信号，并发送给开关电源模块，开关电源模块根据电信号获取功率控制模块的输出电流，即电路的输出电流，从而能够根据恒定功率输出的条件计算出输出电压的压降大小，进而开关电源模块控制输出根据恒定功率输出条件计算出的电压大小。

附图说明

图1为定功率控制电路的结构示意图；

图2为定功率控制电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，为定功率控制电路的结构示意图。一种定功率控制电路，包括输出直流电源的开关电源模块10、与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块20。

反馈控制模块20包括光耦控制模块22和用于控制输出功率大小的功率控制模块24。光耦控制模块22的受光部分接入开关电源模块10，光耦控制模块22的发光部分接入功率控制模块24且发光部分的电流受功率控制模块24的控制。功率控制模块24包括稳压二极管ZD2、输出晶体管Q1和电流检测电阻R1。

定功率控制电路还包括用于给输出晶体管Q1提供偏置电压的偏压模块30、用于对输出晶体管Q1的发射结电压进行补偿的电压补偿模块40及用于给偏压模块30提供恒定电流的恒流源模块50。

光耦控制模块22的发光部分的输出端与输出晶体管Q1的集电极连接，输出晶体管Q1的基极与电压补偿模块40的一输出端连接，输出晶体管Q1的发射极与电流检测电阻R1的一端连接，电流检测电阻R1的另一端接地，稳压二极管ZD2的正极接地，负极与输出晶体管Q1的集电极连接。

电压补偿模块40的电源接入端用于与直流电源的正极连接，电压补偿模块40的另一输出端与偏压模块30的输入端连接，偏压模块30的输出端接地。

恒流源模块50的电源接入端用于与直流电源的正极连接，恒流源模块50的一输出端与偏压模块30与电压补偿模块40的公共端连接，恒流源模块50的另一输出端接地。

开关电源模块10根据反馈控制模块20的反馈控制信号控制直流电源的压降。具体地，例如，定功率控制电路的额定输出功率为20W，那么，光耦控制模块22的发光部分检测到电路中的电流为2A时，相应地，光耦控制模块22的发光部分将2A的电流对应的转换成光信号，然后光耦控制模块22的受光部分再将光信号转换成电信号，并反馈给开关电源模块10，即开关电源模块10接收的反馈信号为输出电流为2A，因此，开关电源模块10控制输出的直流电源压降须为10V。

当检测到电路中的电流为2.5A时，相应地，开关电源模块10接收的反馈信号为输出电流为2.5A，因此，开关电源模块10控制输出的直流电源压降须为8V。总之，开关电源模块10会根据反馈控制模块20反馈的输出电流大小控制输出的直流电源压降的大小，并且输出的直流电源压降与输出电流的乘积为定值。在实际操作中，由于各种外界因素和系统本身的误差因素，开关电源模块10输出的直流电源压降和输出电流的乘积在定值附近波动。

反馈控制模块20主要用于检测电路中的输出电流，并将输出电流大小通过反馈信号反馈给开关电源模块10。

偏压电路30用于给输出晶体管Q1提供偏置电压。在定功率控制电路工作的状态下，偏压模块30提供的偏置电压和电压补偿模块40提供的补偿电压达到输出晶体管Q1的基极导通偏压时，输出晶体管Q1导通。

电压补偿模块40用于对输出晶体管Q1的发射结电压进行补偿。在定功率控制电路工作的状态下，稳压二极管ZD2进入截止状态，因此，电压补偿模块40会对输出晶体管Q1的发射结电压进行补偿，使其达到导通需要的压降。

恒流源模块50主要用于给偏压模块30提供恒定的电流，从而使偏压模块30提供的偏置电压恒定。

上述定功率控制电路通过光耦控制模块的发光部分将功率控制模块的输出电流转换成光信号，光耦控制模块的受光部分再将光信号转换成对应的电信号，并发送给开关电源模块，开关电源模块根据电信号获取功率控制模块的输出电流，即电路的输出电流，从而能够根据恒定功率输出的条件计算出输出电压的压降大小，进而开关电源模块控制输出根据恒定功率输出条件计算出的电压大小。

请结合图2。开关电源模块10包括变电模块12、变压器T1和受反馈控制模块20控制的方波输出模块14。

变电模块12输入交流电源、输出端正极与变压器T1初级线圈一端连接，方波输出模块14的方波输出端与变压器T1初级线圈的另一端连接。

方波输出模块14包括脉宽调制开关U1和电解电容C4，脉宽调制开关U1的漏极输出端作为方波输出端与变压器T1的初级线圈连接，脉宽调制开关U1的源极输入端接地，脉宽调制开关U1的控制端输入由受光部分控制的电压，且通过电解电容C4接地。

方波输出模块14还包括与变压器T1初级线圈耦合的第二次级线圈、二极管D4和滤波电容C3。二极管D4和滤波电容C3串联后并联在第二次级线圈的两端，且与第二次级线圈的一端连接的是二极管D4的阳极，第二次级线圈的另一端接地。

在本实施例中，脉宽调制开关U1具体为TOP203Y。TOP203Y同TOP Switch系列的其他产品一样，内部结构基本相同。TOP203Y封装有3个引脚，分别为源极、漏极和控制极。

控制极为误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，由内部并联调整器提供内部偏置电压。系统关闭时，可激发输入电流，同时也是提供旁路、自动重启和补偿功能的电容连接点。控制极主要有四个功能：1）利用控制IC电流的大小来调节占空比；2）为芯片提供正常工作的偏流；3）决定自动重启动的频率；4）对控制回路进行补偿。在本实施例中，控制极主要用来脉宽调制开关U1电流的来调节占空比，从而达到控制开关电源模块10输出电源的压降大小。

在本实施例中，光耦控制模块22为光耦合器OP1，光耦合器OP1包括发光二极管OP1A和三极管OP1B。光耦控制模块22的受光部分为二极管OP1B，光耦控制模块22的发光部分为发光二极管OP1A。发光二极管OP1A的正极与直流电源正极连接，负极与输出晶体管Q1的集电极连接，三极管OP1B的集电极与二极管D4的阴极连接，发射极与脉宽调制开关U1的控制端连接。

光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电-光-电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，且输出和输入之间绝缘，单向传输信号。在本实施例中，光耦合器OP1主要用来监测电流控制电路24的电流大小，并通过“电-光-电”转换方式将电流控制电路24中的电流大小反馈给开关电源模块10，开关电源模块10根据反馈的电流大小控制输出的电源压降大小。

变电模块12包括整流模块BR1、电解电容C1、二极管D1和稳压二极管ZD1。

电解电容C1的正极与整流模块B1的输出端连接，电解电容的负极接地。

二极管D1的正极与脉宽调制开关U1的漏极连接，二极管D1的负极与稳压二极管ZD1的负极连接，稳压二极管ZD1的正极与整流模块B1的输出端连接。

在本实施例中，定功率控制模块24还包括稳压二极管ZD5，稳压稳压二极管ZD5的正极与输出晶体管Q1的输入端连接，负极与光耦控制模块22的发光部分的输出端连接。

定功率控制模块24还包括分压电阻R5，分压电阻R5一端与光耦控制模块22的发光部分的输出端，另一端与稳压二极管ZD2的负极连接。

电压补偿模块40包括稳压二极管ZD3、分压电阻R4和分压电阻R6，稳压二极管ZD3的正极为电压补偿模块40的电源接入端，分压电阻R4和分压电阻R6的公共端为电压补偿模块40的一输出端，分压电阻R4的另一端为电压补偿模块40的另一输出端；

稳压二极管ZD3的负极用于与直流电源的正极连接，稳压二极管ZD3的正极与分压电阻R6的一端连接，分压电阻R6的另一端与分压电阻R4连接，分压电阻R4的另一端与偏压模块30的输入端连接。

偏压模块30包括晶体管Q2和分压电阻R2，晶体管Q2的集电极为偏压模块30的输入端，晶体管Q2的发射极为偏压模块30的输出端。

分压电阻R2的一端与晶体管Q2的集电极连接，另一端与晶体管Q2的基极连接。分压电阻R2用于使所述晶体管Q2的饱和压降变化。

恒流源模块50包括稳压二极管ZD4、分压电阻R7和分压电阻R3，分压电阻R7的一端用于与直流电源的正极连接，另一端与稳压二极管ZD4的负极连接，稳压二极管ZD4的正极接地；分压电阻R3的一端与分压电阻R7连接，另一端与偏压模块30与电压补偿模块40的公共端连接。

分压电阻R3与偏压模块30与电压补偿模块40的公共端连接的一端为恒流源模块50的一输出端，分压电阻R7用于与直流电源正极连接的一端为恒流源模块50的电源接入端，稳压二极管ZD4的正极为恒流源模块50的另一输出端。

在本实施例中，输出晶体管Q1为三极管。

在本实施例中，定功率控制电路还包括电感L1、电解电容C5和C6，电感L1的一端与光耦控制模块22的发光部分的电源接入端连接，另一端与电压补偿模块40的电源接入端连接，电解电容C5和C6均并联于直流电源两端。

基于上述所有实施例，如图2所示的定功率控制电路的工作原理如下：

输出晶体管Q1的发射极压降达到饱和导通电压时，输出晶体管Q1导通，相应的，电流检测电阻R1上的电流必然是增大的。因此，稳压二极管ZD2从稳压状态变为截止，稳压二极管ZD5此时为稳压状态，为输出晶体管Q1提供稳定的导通电压。发光二极管OP1A的电流经由稳压二极管ZD5、输出晶体管Q1然后流向电流检测电阻R1，在电流检测电阻R1的电流增大时，发光二极管OP1A的电流增大，因此，三极管OP1B的光耦电流减小，脉宽调制开关U1的控制端电压减小，脉宽调制开关U1的输出占空比增大，使得开关电源控制模块10的输出压降减小，特别地，输出电压与电流检测电阻R1上的电流的乘积始终为恒定值。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种定功率控制电路，包括输出直流电源的开关电源模块，其特征在于，还包括与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块及电压补偿模块；

所述反馈控制模块包括光耦控制模块和用于控制输出功率大小的功率控制模块，所述光耦控制模块的受光部分接入所述开关电源模块，所述光耦控制模块的发光部分接入所述功率控制模块且发光部分的电流受所述功率控制模块的控制，所述光耦控制模块的发光部分连接所述开关电源模块；

所述功率控制模块包括稳压二极管ZD2、输出晶体管Q1和电流检测电阻R1；所述光耦控制模块的发光部分的输出端与所述输出晶体管Q1的集电极连接，所述输出晶体管Q1的基极与所述电压补偿模块的一输出端连接，所述输出晶体管Q1的发射极与所述电流检测电阻R1的一端连接，所述电流检测电阻R1的另一端接地；所述稳压二极管ZD2的正极接地，负极与所述输出晶体管Q1的集电极连接；

所述定功率控制电路还包括用于给所述输出晶体管Q1提供偏置电压的偏压模块、用于对所述输出晶体管Q1的发射结电压进行补偿的电压补偿模块及用于给所述偏压模块提供恒定电流的恒流源模块；

所述电压补偿模块的电源接入端用于与直流电源的正极连接，所述电压补偿模块的另一输出端与所述偏压模块的输入端连接，所述偏压模块的输出端接地；

所述恒流源模块的电源接入端用于与直流电源的正极连接，所述恒流源模块的一输出端与所述偏压模块与所述电压补偿模块的公共端连接，所述恒流源模块的另一输出端接地。

2.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述开关电源模块包括变电模块、变压器T1和受所述反馈控制模块控制的方波输出模块，

所述变电模块输入交流电源、输出端正极与所述变压器T1初级线圈一端连接，所述方波输出模块的方波输出端与所述变压器T1初级线圈的另一端连接；

所述方波输出模块包括脉宽调制开关U1和电解电容C4，所述脉宽调制开关U1的漏极输出端作为方波输出端与变压器T1的初级线圈连接，所述脉宽调制开关U1的源极输入端接地，所述脉宽调制开关U1的控制端输入由所述受光部分控制的电压，且通过所述电解电容C4接地；

所述方波输出模块还包括与所述变压器T1初级线圈耦合的第二次级线圈、二极管D4和滤波电容C3；

所述二极管D4和滤波电容C3串联后并联在所述第二次级线圈的两端，且与第二次级线圈的一端连接的是二极管D4的阳极，第二次级线圈的另一端接地；

所述光耦控制模块为光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管和三极管，所述光耦控制模块的受光部分为所述三极管，所述光耦控制模块的发光部分为所述发光二极管；

所述发光二极管的正极与直流电源正极连接，负极与输出晶体管的集电极连接，所述三极管的集电极与所述二极管D4的阴极连接，发射极与所述脉宽调制开关U1的控制端连接。

3.根据权利要求2所述的定功率控制电路，其特征在于，所述变电模块还包括整流模块、电解电容C1、二极管D1和稳压二极管ZD1，

所述电解电容C1的正极与所述整流模块的输出端连接，所述电解电容的负极接地；

所述二极管D1的正极与所述脉宽调制开关U1的漏极连接，所述二极管D1的负极与所述稳压二极管ZD1的负极连接，所述稳压二极管ZD1的正极与所述整流模块的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述定功率控制模块还包括稳压二极管ZD5，所述稳压稳压二极管ZD5的正极与所述输出晶体管Q1的输入端连接，负极与所述光耦控制模块的发光部分的输出端连接。

5.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述定功率控制模块还包括分压电阻R5所述分压电阻一端与所述光耦控制模块的发光部分的输出端连接，另一端与所述稳压二极管ZD2的负极连接。

6.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述电压补偿模块包括稳压二极管ZD3、分压电阻R4和分压电阻R6，所述稳压二极管ZD3的负极为所述电压补偿模块的电源接入端，所述分压电阻R4和分压电阻R6的公共端为所述电压补偿模块的一输出端，所述分压电阻R4的另一端为所述电压补偿模块的另一输出端；

所述稳压二极管ZD3的负极用于与直流电源的正极连接，所述稳压二极管ZD3的正极与所述分压电阻R6的一端连接，所述分压电阻R6的另一端与分压电阻R4连接，所述分压电阻R4的另一端与所述偏压模块的输入端连接。

7.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述偏压模块包括晶体管Q2和分压电阻R2，所述晶体管Q2的集电极为所述偏压模块的输入端，所述晶体管Q2的发射极为所述偏压模块的输出端；

所述分压电阻R2的一端与所述晶体管Q2的集电极连接，另一端与所述晶体管Q2的基极连接。

8.根据权利要求7所述的定功率控制电路，其特征在于，所述分压电阻R2用于使所述晶体管Q2的饱和压降变化。

9.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述恒流源模块包括稳压二极管ZD4、分压电阻R7和分压电阻R3，所述分压电阻R7的一端用于与直流电源的正极连接，另一端与所述稳压二极管ZD4的负极连接，所述稳压二极管ZD4的正极接地；所述分压电阻R3的一端与所述分压电阻R7连接，另一端与所述偏压模块30连接，

所述分压电阻R3与所述偏压模块的公共连接端为所述恒流源模块50的一输出端，所述分压电阻R7用于与直流电源正极连接的一端为所述恒流源模块的电源接入端，所述稳压二极管ZD4的正极为所述恒流源模块的另一输出端。

10.根据权利要求1所述的定功率控制电路，其特征在于，所述电路还包括电感L1、电解电容C5和C6，所述电感L1的一端与所述光耦控制模块的发光部分的电源接入端连接，另一端与所述电压补偿模块的电源接入端连接，所述电解电容C5和C6均并联于直流电源两端。