CN108334151A - 一种恒功率驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种恒功率驱动电路，包括：电压采样单元、电流采样单元、控制单元以及驱动单元；通过控制单元根据电压采样单元与电流采样单元分别采集到的输出电压与工作电流，确定目标功率，且基于该目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号；再利用驱动单元根据该PWM信号和/或PFM信号调整工作电流大小，以恒定向负载输出工作用电的功率，进而提高负载的工作稳定性和使用寿命。

Description

一种恒功率驱动电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种恒功率驱动电路。
背景技术
现有的大多数用电设备中都设有驱动电路，通过将驱动电路连接于电源和负载之间，对电源的输出用电进行转换，进而为负载提供合适工作用电。
虽然现有的驱动电路中可以通过设置控制单元，由该控制单元控制驱动电路为负载提供工作用电，但是对于某些用电设备，如风扇、加热片等，在负载连续工作时，随着时间变长，工作温度的变化，负载的内阻会有不同程度的变化，导致工作用电的电流和功率也随之变化，容易降低负载的工作稳定性和使用寿命。
发明内容
本发明实施例提供了一种恒功率驱动电路，可以提高负载的工作稳定性和使用寿命。
本发明的目的在于提供一种恒功率驱动电路，连接于电源与负载之间，包括：
电压采样单元，用于采集所述电源的输出电压；
电流采样单元，用于采集所述负载的工作电流；
控制单元，用于根据所述输出电压与所述工作电流，确定目标功率，且基于所述目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号；
驱动单元，用于根据所述PWM信号和/或所述PFM信号，调整所述工作电流大小，以恒定向所述负载输出工作用电的功率。
本发明提供的一种恒功率驱动电路，包括：电压采样单元、电流采样单元、控制单元以及驱动单元；通过控制单元根据电压采样单元与电流采样单元分别采集到的输出电压与工作电流，确定目标功率，且基于该目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号；再利用驱动单元根据该PWM信号和/或PFM信号调整工作电流大小，以恒定向负载输出工作用电的功率，进而提高负载的工作稳定性和使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路的具体结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的一种恒功率驱动电路的具体结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路中电压采样单元与电流采样单元的具体电路图；
图5是本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路中第一驱动单元的具体电路图；以及
图6是本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路中第二驱动单元的具体电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图1所示，一种恒功率驱动电路100，连接于电源110与负载120之间，包括：电压采样单元10、电流采样单元20、控制单元30以及驱动单元40。具体地：
电压采样单元10，用于采集电源110的输出电压。
电流采样单元20，用于采集负载120的工作电流。
控制单元30，用于根据输出电压与工作电流，确定目标功率，且基于目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号。
驱动单元40，用于根据PWM信号和/或所述PFM信号，调整工作电流大小，以恒定向负载120输出工作用电的功率。
如图1所示，电压采样单元10与电源110共接负载120的电流输入端，进而采集到电源110的输出电压，再将输出电压发送至控制单元30。电流采样单元20通过驱动单元40与负载120的电流输出端相连，进而采集负载120的工作电流，再将工作电流发送至控制单元30，控制单元30根据输出电压与工作电流，确定目标功率，且基于目标功率与预设功率，向驱动单元40输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号，驱动单元40根据PWM信号和/或PFM信号调整负载120的工作电流大小，进而恒定向负载120输出工作用电的功率。
在本实施例中，电源110为直流电电源，包括供电端和回路端，其中，供电端用于连接负载120的电流输入端，恒功率驱动电路100连接于电源110与负载120之间，负载120的电流输出端通过连接恒功率驱动电路100接地，电源110的回路端的电位与地相同，使得电源110、负载120以及恒功率驱动电路100形成闭合回路。
需要说明的是，驱动单元30根据PWM信号和/或PFM信号调整工作电流大小，具体可以是通过调整电源110与负载120之间的开关通断频率和/或通断时长，进而调整工作电流大小；或者，通过调整负载120余地之间的开关通断频率和/或通断时长，进而调整工作电流大小。
在本申请的所有实施例中，控制单元10具体用于，当目标功率大于预设功率时，输出第一PWM信号和/或第一PFM信号，第一PWM信号和/或第一PFM信号用于控制驱动单元40降低工作电流，以恒定向负载120输出工作用电的功率；当目标功率小于预设功率时，输出第二PWM信号和/或第二PFM信号，第二PWM信号和/或第二PFM信号用于控制驱动单元40升高工作电流，以恒定向负载120输出工作用电的功率。
本实施例提供的一种恒功率驱动电路，包括：电压采样单元、电流采样单元、控制单元以及驱动单元；通过控制单元根据电压采样单元与电流采样单元分别采集到的输出电压与工作电流，确定目标功率，且基于该目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号；再利用驱动单元根据该PWM信号调整工作电流大小，以恒定向负载输出工作用电的功率，进而提高负载的工作稳定性和使用寿命。
图2示出了本发明实施例提供的一种恒功率驱动电路的具体结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图2所示，驱动单元40包括第一驱动单元41。
第一驱动单元41的受控端411与控制单元30的输出端相连，第一驱动单元41的第一连接端412与电源110相连，第一驱动单元41的第二连接端413与负载120的电流输入端相连，第一驱动单元41的第三连接端414与负载120的电流输出端相连。
在本实施例中，第一驱动单元41可以为高边驱动单元，用于控制电源110与负载120之间的开关通断频率，进而调整负载120的工作电流。
图3示出了本发明另一实施例提供的一种恒功率驱动电路的具体结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图3所示，驱动单元40包括第二驱动单元42。
第二驱动单元42的受控端421与控制单元30的输出端相连，第二驱动单元42的第一连接端422与负载120的电流输出端相连，第二驱动单元42的第二连接端423接地。
在本实施例中，第二驱动单元42可以为低边驱动单元，用于控制负载120与地之间的开关通断频率，进而调整负载120的工作电流。
作为本实施例一种可能实现的方式，针对恒功率驱动电路中电压采样单元和电流采样单元的具体电路提出实施例，图4示出了本实施例提供的一种恒功率驱动电路中电压采样单元与电流采样单元的具体电路图。
如图4所示，电压采样单元10包括：第一电阻R1和第二电阻R2。
第一电阻R1的第一端与电源110的正向输出端相连，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端相连，形成输出电压节点，用于连接控制单元30，第二电阻R2的第二端接地。
如图4所示，电流采样单元20包括：放大器U1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1以及第二电容C2。
第三电阻R3的第一端用于连接驱动单元40的第一电流采样点，第四电阻R4的第一端用于连接驱动单元40的第二电流采样点，第三电阻R3的第二端与第一电容C1第一端共接放大器U1的第一输入端+IN，第一电容C1的第二端接地，第四电阻R4的第二端与第五电阻R5的第一端共接放大器U1的第二输入端-IN，第四电阻R4的第二端与放大器U1的输出端OUT共接第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端与第二电容C2的第一端共接控制单元30，第二电容C2的第二端接地。
作为本实施例一种可能实现的方式，针对恒功率驱动电路中第一驱动单元的具体电路提出实施例，图5示出了本实施例提供的一种恒功率驱动电路中第一驱动单元的具体电路图。
如图5所示，第一驱动单元41包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一电感L1、第一二极管D1、第三电容C3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第十二电阻R12。
第八电阻R8的第一端为第一驱动单元41的受控端411，第八电阻R8的第二端与第九电阻R9的第一端共接第一开关管Q1的受控端，第九电阻R9的第二端与第一开关管Q1的低电位端共接地，第一开关管Q1的高电位端与第十电阻R10的第一端相连，形成第一节点P1，用于连接第二开关管Q2的受控端与第三开关管Q3的受控端，第十电阻R10的第二端、第二开关管Q2的高电位端以及第十二电阻R12的第一端，共接第四开关管Q4的低电位端，形成第二节点P2，作为第一驱动单元41的第一连接端412，第二开关管Q2的低电位端与第十二电阻R12的第二端共接第四开关管Q4的受控端，第十一电阻R11的第一端与第二开关管Q12的低电位端相连，第十一电阻R11的第二端与第三开关管Q3的低电位端相连，第三开关管Q3的高电位端接地，第四开关管Q4的高电位端与第一电感L1的第一端共接第一二极管D1的第一端，第一电感L1的第二端与第三电容C3的第一端相连，形成第三节点P3，作为第一驱动单元41的第二连接端413，第三电容C3的第二端与第七电阻R7的第一端相连，形成第四节点P4，作为第一驱动单元41的第三连接端414，且作为驱动单元40的第一电流采样点，第七电阻R7的第二端与第一二极管D1的第二端共接地，形成第五节点P5，作为驱动单元40的第二电流采样点。
可以理解的是，在实际应用中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3以及第四开关管Q4均可以为MOS管、IGBT管、功率三极管、可控硅。
作为本实施例一种可能实现的方式，针对恒功率驱动电路中第二驱动单元的具体电路提出实施例，图6示出了本实施例提供的一种恒功率驱动电路中第二驱动单元的具体电路图。
如图6所示，第二驱动电路42包括：第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15以及第五开关管Q5。
第十三电阻R13的第一端为第二驱动电路42的受控端421，第十三电阻R13的第二端与第十四电阻R14的第一端共接第五开关管Q5的受控端，第五开关管Q5的高电位端为第二驱动单元42的第一连接端422，第十四电阻R14的第二端与第五开关管Q5的低电位端共接第十五电阻R15的第一端，形成第六节点P6，作为驱动单元40的第一电流采样点，第十五电阻R15的第二端接地，形成第七节点P7，作为第二驱动单元42的第二连接423，且作为驱动单元40的第二电流采样点。
可以理解的是，在实际应用中，第五开关管Q5可以为MOS管、IGBT管、功率三极管、可控硅管。
以下结合图4、图5以及图6对本实施例提供的恒功率驱动电路100的工作原理进行详细说明。
如图4所示，第一电阻R1与第二电阻R2组成电压采样电路，对电源110的输出电压进行采集。第一电阻R1与第二电阻R2之间的输出电压节点对地电压为Va，电源110的输出电压为VCC，输出电压节点对地电压Va与电源120的输出电压VCC之间，满足以下关系；
Va＝Vcc×[R2÷(R1+R2)]
Vcc＝Va÷[R2÷(R1+R2)]
其中，R1为第一电阻R1的阻值，R2为第二电阻R2的阻值，Va为输出电压节点对地电压，通过上述关系可以确定输出电压VCC的电压值。
如图4至图6所示，电流采样单元20通过第三电阻R3和第四电阻R4检测第一驱动单元41中第七电阻R7两端的电压Vb，或者检测第十五电阻R15两端的电压Vb，并将该电压Vb，发送给放大器U1，由放大器U1基于电压Vb进行放大，得到电压Vc，并将电压发送给控制单元30，控制单元30根据该电压Vc通过以下关系式计算出负载120的工作电流I。
Vc＝Vb×(1+R5÷R4)；
Vb＝Vc÷(1+R5÷R4)；
I＝Vb÷Rn；
其中，Vb为第七电阻R7两端的电压，或者为第十五电阻R15两端的电压；Vc为放大器U1对Vb进行放大后的电压；Rn为第七电阻R7的阻值，或者为第十五电阻R15的阻值。
在实际应用中，第七电阻R7的阻值与第十五电阻R15的阻值可以相等。
控制单元30根据电源120的输出电压VCC与负载120的工作电流I，计算得到目标功率P1，也即，目标功率P1为工作电流I与输出电压VCC之间的乘积。
当目标功率大于预设功率时，输出第一PWM信号，第一PWM信号用于控制驱动单元40降低工作电流，以恒定向负载120输出工作用电的功率；当目标功率小于预设功率时，输出第二PWM信号，第二PWM信号用于控制驱动单元40升高工作电流，以恒定向负载120输出工作用电的功率。
如图5所示，当启动单元40为第一驱动单元41时，第一PWM信号用于控制第一驱动单元41的通断频率，进而降低电源110与负载120之间的电流，从而降低工作电流I，以恒定向负载120输出工作用电的功率。第二PWM信号用于控制第一驱动单元41的通断频率，进而升高电源110与负载120之间的电流，从而升高工作电流I，以恒定向负载120输出工作用电的功率。
如图6所示，当启动单元40为第二驱动单元42时，第一PWM信号用于控制第二驱动单元42的通断频率，负载120与地之间的电流，从而降低工作电流I，以恒定向负载120输出工作用电的功率。第二PWM信号用于控制第二驱动单元41的通断频率，进而升高负载120与地之间的电流，从而升高工作电流I，以恒定向负载120输出工作用电的功率。
本发明提供的一种恒功率驱动电路，包括：电压采样单元、电流采样单元、控制单元以及驱动单元；通过控制单元根据电压采样单元与电流采样单元分别采集到的输出电压与工作电流，确定目标功率，且基于该目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号；再利用驱动单元根据PWM信号和/或PFM信号调整工作电流大小，以恒定向负载输出工作用电的功率，进而提高负载的工作稳定性和使用寿命。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种恒功率驱动电路，连接于电源与负载之间，其特征在于，所述恒功率驱动电路包括：
电压采样单元，用于采集所述电源的输出电压；
电流采样单元，用于采集所述负载的工作电流；
控制单元，用于根据所述输出电压与所述工作电流，确定目标功率，且基于所述目标功率与预设功率，输出脉冲宽度调制PWM信号和/或脉冲频率调制PFM信号；
驱动单元，用于根据所述PWM信号和/或所述PFM信号，调整所述工作电流大小，以恒定向所述负载输出工作用电的功率。
2.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述控制单元具体用于，当所述目标功率大于预设功率时，输出第一PWM信号和/或第一PFM信号，所述第一PWM信号和/或所述第一PFM信号用于控制所述驱动单元降低所述工作电流，以恒定向所述负载输出工作用电的功率；当所述目标功率小于预设功率时，输出第二PWM信号和/或第二PFM信号，所述第二PWM信号和/或所述第二PFM信号用于控制所述驱动单元升高所述工作电流，以恒定向所述负载输出工作用电的功率。
3.如权利要求2所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括第一驱动单元；
所述第一驱动单元的受控端与所述控制单元的输出端相连，所述第一驱动单元的第一连接端与所述电源相连，所述第一驱动单元的第二连接端与所述负载的电流输入端相连，所述第一驱动单元的第三连接端与所述负载的电流输出端相连。
4.如权利要求2所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括第二驱动单元；
所述第二驱动单元的受控端与所述控制单元的输出端相连，所述第二驱动单元的第一连接端与所述负载的电流输出端相连，所述第二驱动单元的第二连接端接地。
5.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述电压采样单元包括：第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端与所述电源的正向输出端相连，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端相连，形成输出电压节点，用于连接所述控制单元，所述第二电阻的第二端接地。
6.如权利要求1所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述电流采样单元包括：放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容以及第二电容；
所述第三电阻的第一端用于连接所述驱动单元的第一电流采样点，所述第四电阻的第一端用于连接所述驱动单元的第二电流采样点，所述第三电阻的第二端与所述第一电容第一端共接所述放大器的第一输入端，所述第一电容的第二端接地，所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端共接所述放大器的第二输入端，所述第四电阻的第二端与所述放大器的输出端共接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端与所述第二电容的第一端共接所述控制单元，所述第二电容的第二端接地。
7.如权利要求3所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述第一驱动单元包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电感、第一二极管、第三电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第十二电阻；
所述第八电阻的第一端为所述第一驱动单元的受控端，所述第八电阻的第二端与所述第九电阻的第一端共接所述第一开关管的受控端，所述第九电阻的第二端与所述第一开关管的低电位端共接地，所述第一开关管的高电位端与所述第十电阻的第一端相连，形成第一节点，用于连接所述第二开关管的受控端与所述第三开关管的受控端，所述第十电阻的第二端、所述第二开关管的高电位端以及所述第十二电阻的第一端，共接所述第四开关管的低电位端，形成第二节点，作为所述第一驱动单元的第一连接端，所述第二开关管的低电位端与所述第十二电阻的第二端共接所述第四开关管的受控端，所述第十一电阻的第一端与所述第二开关管的低电位端相连，所述第十一电阻的第二端与所述第三开关管的低电位端相连，所述第三开关管的高电位端接地，所述第四开关管的高电位端与所述第一电感的第一端共接所述第一二极管的第一端，所述第一电感的第二端与所述第三电容的第一端相连，形成第三节点，作为所述第一驱动单元的第二连接端，所述第三电容的第二端与所述第七电阻的第一端相连，形成第四节点，作为所述第一驱动单元的第三连接端，且作为所述驱动单元的第一电流采样点，所述第七电阻的第二端与所述第一二极管的第二端共接地，形成第五节点，作为所述驱动单元的第二电流采样点。
8.如权利要求4所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述第二驱动电路包括：第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻以及第五开关管；
所述第十三电阻的第一端为所述第二驱动电路的受控端，所述第十三电阻的第二端与所述第十四电阻的第一端共接所述第五开关管的受控端，所述第五开关管的高电位端为所述第二驱动单元的第一连接端，所述第十四电阻的第二端与所述第五开关管的低电位端共接所述第十五电阻的第一端，形成第六节点，作为所述驱动单元的第一电流采样点，所述第十五电阻的第二端作为所述第二驱动单元的第二连接，且作为所述驱动单元的第二电流采样点。
9.如权利要求7所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管以及所述第四开关管均为MOS管、IGBT管、功率三极管、可控硅管。
10.如权利要求8所述的恒功率驱动电路，其特征在于，所述第五开关管为MOS管、IGBT管、功率三极管、可控硅管。
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