CN107134922B - 一种仪用电源的转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仪用电源的转换电路，它包括电源单元、开关电源单元、以及与开关电源单元连接的使能控制单元；所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，它将正极性的电源输入电压转换成负极性的输出电压，将电源单元的电压转换成负载电源所需要的电压大小，开关电源单元的输入端与电源单元相连接，使能端与使能控制单元相连接，输出端为负载电源的负极端子，即仪用电源转换电路的负极输出端子。本发明提供的电路，不仅能够将7号电池的1.5V电压转换为负载所需的9V电压供其使用，而且能够当电子仪器仪表停止工作时，自动检测到负载电流的变小，将本电路关断，等到下次负载重新工作时，电路又会启动输出9V电压，为负载提供支持。

Description

一种仪用电源的转换电路
技术领域
本发明涉及电源的转换技术领域，具体涉及一种仪用电源的转换电路。
背景技术
大部分便携式电子仪器仪表，比如数字万用表等都使用9V电池6F22作为供电电源。但是9V电池6F22具有在日常生活中使用面窄、容量小、不易得到的缺点。相反地，7号电池在日常生活中有着非常广泛的应用，具有价格低廉的优点和容易得到的便利。
如果设计一种电路装置将7号电池的1.5V转换成9V电压输出，以给电子仪器仪表供电，从而替代9V电池6F22，将带来很大的使用方便、具有对生活和工作有益的明显意义。
如果简单地采用普通升压型开关电源电路，将1.5V转换成9V电压输出给电子仪器仪表供电，在仪器仪表不工作时，开关电源电路仍处于工作状态，电池的电能就会很快耗尽；或者需要增加一个手动开关，通过手工关断开关电源电路，但这就为使用带来了极大的不方便。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种以1.5V供电的电路，能够在作为负载的电子仪器仪表工作时输出9V电压供其使用，而当电子仪器仪表停止工作时，自动检测到负载电流的变小，将本电路关断，此后本电路就工作在耗电极其微小的状态上。等到下次负载重新工作时，电路又会启动输出9V电压，为负载提供电源支持，而且这种转换过程是电路自动完成的，不需要手动操作参与的。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种仪用电源的转换电路，它包括电源单元、开关电源单元、以及与开关电源单元连接的使能控制单元；所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，将电源单元的电压转换成负载电源所需要的电压，开关电源单元的输入端与电源单元相连接，使能端与使能控制单元相连接，输出端为负载电源的负极端子；
所述的使能控制单元的一端与负载电源的正极端子相连，另一端与开关电源单元的使能端连接，使能控制单元使开关电源的使能端为低电位，接入负载后，若负载电流较大时，使能控制单元使开关电源的使能端为高电位，开关电源开启工作模式，为负载提供所需的电压，当负载停止工作时，自动检测到负载电流的变小，将开关电源电路关断，当负载重新工作时，使能控制单元重新给开关电源的使能端提供高电位，开关电源重新为负载提供所需的电压。
所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，输入Vin端与电源单元的正极连接，使能端en与使能控制单元连接，开关电源电路工作时其输出Vout端至地端Gnd1之间输出负的输出电压，完成电压的转换，地端Gnd1作为负载电源的正极电流流出端子，负电压输出端子Vout作为负载电源的负极端子。
所述的使能控制单元中双极型PNP三极管T的基极b与负载电源的正极o端连接，集电极c与二极管D的阴极连接，二极管D的阳极连接至开关电源电路的输入Vin端，发射极e与开关电源的使能端en相连接，该端同时与第二电阻R2连接，第二电阻R2的另一端接地。
所述的电源单元为第一电池电源B1，电源单元还与启动电路连接，以保障所述的开关电源单元的有效启动。
所述的启动电路由第二电池电源B2、MOS场效应管V、第一电阻R1和稳压管DZ组成；MOS场效应管V的漏极d与二极管D的阳极连接，同时与开关电源单元的输入Vin端相连接，MOS场效应管V的源极s与第二电池电源B2的负极相连，第二电池电源B2的正极与第一电阻R1的一端相连，该端同时与双极型PNP三极管T的集电极c连接，第一电阻R1的另一端连接至MOS场效应管V的栅极g,同时与稳压管DZ的阴极连接，稳压管DZ的阳极连接至开关电源单元的输出Vout端。
相对于现有技术，本发明提供的电路，不仅能够将7号电池的1.5V电压转换为负载所需的9V电压供其使用，而且能够当电子仪器仪表停止工作时，自动检测到负载电流的变小，将本电路关断，等到下次负载重新工作时，电路又会启动输出9V电压，为负载提供支持，这种转换过程是电路自动完成的，不需要手动操作的参与。即使长期放置电池中的电量也不会损耗掉，无论负载的关机电流小还是大，都能够在负载关机后将本电路关断，保证了负载关断后电池在本电路上不消耗电能。
附图说明
图1为本发明的一种实施电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种仪用电源的转换电路，它包括电源单元、开关电源单元、以及与开关电源单元连接的使能控制单元；所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，它将正极性的电源输入电压转换成负极性的输出电压，将电源单元的电压转换成负载电源所需要的电压大小，开关电源单元的输入端与电源单元相连接，使能端与使能控制单元相连接，输出端为负载电源的负极端子，即仪用电源转换电路的负极输出端子；
所述的使能控制单元的一端与负载电源的正极端子相连，另一端与开关电源单元的使能端连接，接入负载后，若负载电流较大时，使能控制单元使开关电源的使能端为高电位，开关电源开启工作模式，为负载提供所需的电压，当负载停止工作时，自动检测到负载电流的变小，使能控制单元使开关电源的使能端为低电位，将开关电源电路关断，当负载重新工作时，使能控制单元重新给开关电源的使能端提供高电位，开关电源重新为负载提供所需的电压。
所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，输入Vin端与电源单元的正极连接，使能端en与使能控制单元连接，开关电源电路工作时其输出Vout端至地端Gnd1之间输出负的输出电压，完成电压的转换，地端Gnd1作为负载电源的正极电流流出端子，负电压输出端子Vout作为负载电源的负极端子。
所述的使能控制单元中双极型PNP三极管T的基极b与负载的正极o端连接，负载的正极o端为仪用电源转换电路的正极输出端子，集电极c与二极管D的阴极连接，二极管D的阳极连接至开关电源电路的输入Vin端，发射极e与开关电源电路1的使能端en相连接，该端同时与第二电阻R2连接，第二电阻R2的另一端接地。
所述的电源单元为第一电池电源B1，电源单元还与启动电路连接，以保障所述的开关电源单元的有效启动。
所述的启动电路由第二电池电源B2、MOS场效应管V、第一电阻R1和稳压管DZ组成；MOS场效应管V的漏极d与二极管D的阳极连接，同时与开关电源单元的输入Vin端相连接，MOS场效应管V的源极s与第二电池电源B2的负极相连，第二电池电源B2的正极与第一电阻R1的一端相连，该端同时与双极型PNP三极管T的集电极c连接，第一电阻R1的另一端连接至MOS场效应管V的栅极g,同时与稳压管DZ的阴极连接，稳压管DZ的阳极连接至开关电源单元的输出Vout端。
实施例1：如附图1所示，由7号电池的1.5V升高至9V的升压电路，采用极性反转的开关电源电路1。第一电池电源B1为1.5V的7号电池用来给开关电源电路1供电，开关电源电路1工作时其Vout端至Gnd1端之间输出约负9V的输出电压，完成由1.5V转换至9V的任务。开关电源电路1的地端Gnd1作为负载电源的正极电流流出端子，开关电源电路1的负电压输出端子Vout作为负载电源的负极端子使用。
开关电源电路1的使能控制电路由三极管T、第二电阻R2等组成。 T为双极型PNP三极管，电路提供给负载的输出电流经由T的基极b流出。双极型PNP三极管T的集电极c和发射极e分别接在开关电源电路1的正电源电压端Vin和使能端en上，其中集电极c是经过二极管D后接在输入端Vin上的。 工作原理：当负载电流较大时，即双极型PNP三极管T的基极电流较大时，双极型PNP三极管T导通，电流是由B1正极流出，经过二极管D、双极型PNP三极管T的c极到b极、从o端经负载到Gnd端形成回路的。同时T的发射极电流流出经过R，使开关电源电路1的使能端en为高电位，开关电源电路1开启工作模式，输出约负9V的输出电压给负载；而当负载电流很小时，双极型PNP三极管T的发射极流过R的电流也小，产生的电压不足以开启开关电源电路1的工作模式，开关电源电路1处于微功耗的关断状态。
在本发明中，双极型PNP三极管T发射极e与集电极c是互换使用的。就是集电极c当发射极e使用，发射极e当集电极c使用。双极型PNP三极管T的发射极e与集电极c互换使用，就使得双极型PNP三极管T的β较小，这样保证在负载关机电流稍大时也能关断开关电源电路1，而且第二电阻R2的取值较大，从而电路在第二电阻R2上功耗很小。
启动电路由MOS场效应管V，第二电池电源B2，第一电阻R1和稳压管DZ组成。当负载电流为0，开关电源电路1未工作时，稳压管DZ截止，MOS场效应管V在B2的偏置下处于导通状态，Uds约为0V。电流能够由d经MOS场效应管V从s流出。由于MOS管的栅极电流为0，所以第二电池电源B2流出电流也为0。
启动电路是一个为了开关电源电路1有效启动而设计的电路。当开关电源电路1未启动之前，启动电路保证有一个正的Ucd电压输出（Ucd约等于第二电池电源B2的电压），虽然启动电路有电压Ucd输出，但其自身功耗是为零的。由于电压Ucd存在，o端至Gnd端加在负载上的电压就会高于第一电池电源B1的电压，约等于第一电池电源B1电压和第二电池电源B2电压之和，这样有利于带负载时开关电源电路1的启动。当开关电源电路1带负载启动工作后，它输出负9V的电压，MOS场效应管V就会由于DZ的导通而截止，从而V在d端与第一电池电源B1正极断开，结束了它的启动任务，此后B1通过二极管D和双极型PNP三极管T向负载提供工作电流，MOS场效应管V在d端与第一电池电源B1正极断开后，第二电池电源B2的功耗下降为零。
工作时的负载电流，是由第一电池电源B1供给的。第二电池电源B2仅在启动的瞬间有微小的电流流出，其它时候B2流出的电流均为0。因此本专利发明的电路只需要在工作一段时间后更换用旧的电池B1即可，电池B2长期不需要更换。本发明的电路在静置不用时，其中的1.5V电池B1仅消耗极微小的电能，与电池开路放置相差无几。即使长期放置电池B1中的电量也不会损耗掉。
提高输出电流的设计：电路启动之后，忽略不计二极管D和三极管T中PN结的正向导通压降时，开关电源电路1的o端至Gnd（即Vout）端之间的输出电压等于开关电源电路Gnd1端到输出Vout端之间的输出电压与第一电池电源B1的电压之和。由于采用的是输出负电压的开关电源电路1，负载电流是由开关电源电路1的输出和第一电池电源B1串联后共同提供的。
在设计输出电压9V时，开关电源电路1的输出电压设计为9-1.5+0.4*2≈8V左右。这样的设计比开关电源电路1输出9V多电压的方案，有利于开关电源电路1在1节电池供电条件下输出更大的电流。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种仪用电源的转换电路，其特征在于：包括电源单元、开关电源单元、以及与开关电源单元连接的使能控制单元；所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，将电源单元的电压转换成负载电源所需要的电压，开关电源单元的输入端与电源单元相连接，使能端与使能控制单元相连接，输出端为负载电源的负极端子；
所述的使能控制单元的一端与负载电源的正极端子相连，另一端与开关电源单元的使能端连接，使能控制单元使开关电源的使能端为低电位，接入负载后，若负载电流较大时，使能控制单元使开关电源的使能端为高电位，开关电源开启工作模式，为负载提供所需的电压，当负载停止工作时，自动检测到负载电流的变小，将开关电源电路关断，当负载重新工作时，使能控制单元重新给开关电源的使能端提供高电位，开关电源重新为负载提供所需的电压；
所述的使能控制单元中双极型PNP三极管（T）的基极（b）与负载电源的正极（o）端连接，集电极（c）与二极管（D）的阴极连接，二极管（D）的阳极连接至开关电源电路的输入（Vin）端，发射极（e）与开关电源的使能端（en）相连接，使能端（en）同时与第二电阻（R2）连接，第二电阻（R2）的另一端接地。
2.如权利要求1所述的一种仪用电源的转换电路，其特征在于：所述的开关电源单元采用极性反转的开关电源电路，输入（Vin）端与电源单元的正极连接，使能端（en）与使能控制单元连接，开关电源电路工作时其输出（Vout）端至地端（Gnd1）之间输出负的输出电压，完成电压的转换，地端（Gnd1）作为负载电源的正极电流流出端子，负电压输出端子（Vout）作为负载电源的负极端子。
3.如权利要求1所述的一种仪用电源的转换电路，其特征在于：所述的电源单元为第一电电源池（B1），电源单元还与启动电路连接，以保障所述的开关电源单元的有效启动。
4.如权利要求3所述的一种仪用电源的转换电路，其特征在于：所述的启动电路由第二电池电源（B2）、MOS场效应管（V）、第一电阻（R1）和稳压管（DZ）组成；MOS场效应管（V）的漏极（d）与二极管（D）的阳极连接，同时与开关电源单元的输入（Vin）端相连接，MOS场效应管（V）的源极（s）与第二电池电源（B2）的负极相连，第二电池电源（B2）的正极与第一电阻（R1）的一端相连，该端同时与双极型PNP三极管（T）的集电极（c）连接，第一电阻（R1）的另一端连接至MOS场效应管（V）的栅极（g）,同时与稳压管（DZ）的阴极连接，稳压管DZ的阳极连接至开关电源单元的输出（Vout）端。
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Applicant after: ZHENGZHOU University OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY

Address before: 450006 No.4, unit 4, building 3, yard 50, Yihe Road, Zhongyuan District, Zhengzhou City, Henan Province

Applicant before: ZHENGZHOU WANYONG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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