CN108365757B - 一种恒流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种恒流装置，逻辑控制单元控制第一功率管导通，第一变压器的初级绕组开始储能，依据第一比较器产生关断第一功率管的信号，第一变压器储存的能量通过次级绕组释放，由于辅助绕组与次级绕组同相位的关系，可以得到辅助绕组的消磁占空比，消磁占空比检测单元将消磁占空比信号传输到电流选通单元，控制电流选通单元的通断，基准电流单元为下拉电流源，一直为第一电容放电，当达到动态平衡时，电流选通单元流入的平均电流等于基准电流单元的下拉电流，本恒流装置的输出电流仅与基准电流单元的基准电流有关，在不同电压输出时，实现恒流输出，不需要变压器二次侧任何采样电阻，节省外部空间及成本，提高整体效率。

Description

一种恒流装置
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种恒流装置。
背景技术
随着大屏幕智能手机的迅速普及，对电池的容量要求越来高，相应的充电速度也要求越来越快，现在快充领域比较典型的就是QC3.0，QC4.0；QC4.0的充电功率达到接近30W，五伏输出档位输出电流可以达到6A，而当下最流行的QC3.0，QC4.0充电电路，多采用变压器二次侧恒流的方式，设置恒流采样电阻，而采样电阻至少要取到10mΩ，在采样电阻上面至少损耗0.36W,使整个系统的效率降低1.5％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种不需要变压器二次侧设置采样电阻的恒流装置，节省外部空间及成本，提高整体效率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种恒流装置，包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、消磁占空比检测单元、电流选通单元、基准电流单元、电压转电流单元、逻辑控制单元、第一比较器、第一功率管和第一变压器，所述第一变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；
所述辅助绕组的一端与第一电阻的一端相连，所述辅助绕组的另一端接地；
所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和消磁占空比检测单元相连，所述第二电阻的另一端接地，所述消磁占空比检测单元与电流选通单元相连；
所述电流选通单元分别与第一比较器的负极输入端和电压转电流单元相连，所述第一比较器的输出端通过逻辑控制单元与第一功率管的第一端相连，所述第一功率管的第二端与第一比较器的正极输入端相连，所述逻辑控制单元通过电压转电流单元与电流选通单元相连，所述第一功率管的第三端与初级绕组相连，所述次级绕组的两端分别与第二电容相连；
所述基准电流单元与第一比较器的负极输入端相连，所述第一电容的一端与基准电流单元相连，所述第一电容的另一端接地。
本发明的有益效果在于：逻辑控制单元控制第一功率管导通，第一变压器的初级绕组开始储能，依据第一比较器产生关断第一功率管的信号，第一变压器储存的能量通过次级绕组释放，由于辅助绕组与次级绕组同相位的关系，可以得到辅助绕组的消磁占空比，消磁占空比检测单元将消磁占空比信号传输到电流选通单元，控制电流选通单元的通断，基准电流单元为下拉电流源，一直为第一电容放电，当达到动态平衡时，电流选通单元流入的平均电流等于基准电流单元的下拉电流，本恒流装置的输出电流仅与基准电流单元的基准电流有关，在不同电压输出时，实现恒流输出，不需要变压器二次侧设置采样电阻，节省外部空间及成本，提高整体效率。
附图说明
图1为根据本发明的一种恒流装置的实施例的结构示意图；
标号说明：
R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；1、消磁占空比检测单元；2、电流选通单元；3、基准电流单元；4、电压转电流单元；5、逻辑控制单元；6、电流采样保持单元；7、采样脉冲产生单元；U1、第一比较器；Q1、第一功率管；NP、初级绕组；NS、次级绕组；
NA、辅助绕组。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：输出电流仅与基准电流单元的基准电流有关，在不同电压输出时，实现恒流输出。
请参照图1，一种恒流装置，包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、消磁占空比检测单元、电流选通单元、基准电流单元、电压转电流单元、逻辑控制单元、第一比较器、第一功率管和第一变压器，所述第一变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；
所述辅助绕组的一端与第一电阻的一端相连，所述辅助绕组的另一端接地；
所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和消磁占空比检测单元相连，所述第二电阻的另一端接地，所述消磁占空比检测单元与电流选通单元相连；
所述电流选通单元分别与第一比较器的负极输入端和电压转电流单元相连，所述第一比较器的输出端通过逻辑控制单元与第一功率管的第一端相连，所述第一功率管的第二端与第一比较器的正极输入端相连，所述逻辑控制单元通过电压转电流单元与电流选通单元相连，所述第一功率管的第三端与初级绕组相连，所述次级绕组的两端分别与第二电容相连；
所述基准电流单元与第一比较器的负极输入端相连，所述第一电容的一端与基准电流单元相连，所述第一电容的另一端接地。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：逻辑控制单元控制第一功率管导通，第一变压器的初级绕组开始储能，依据第一比较器产生关断第一功率管的信号，第一变压器储存的能量通过次级绕组释放，由于辅助绕组与次级绕组同相位的关系，可以得到辅助绕组的消磁占空比，消磁占空比检测单元将消磁占空比信号传输到电流选通单元，控制电流选通单元的通断，基准电流单元为下拉电流源，一直为第一电容放电，当达到动态平衡时，电流选通单元流入的平均电流等于基准电流单元的下拉电流，本恒流装置的输出电流仅与基准电流单元的基准电流有关，在不同电压输出时，实现恒流输出，不需要变压器二次侧设置采样电阻，节省外部空间及成本，提高整体效率。
进一步的，还包括相互连接的电流采样保持单元和采样脉冲产生单元，所述电流采样保持单元分别与电压转电流单元和第一比较器的正极输入端相连，所述采样脉冲产生单元与逻辑控制单元相连。
由上述描述可知，电流采样保持单元用于采样第三电阻的电压，将第三电阻的电压采样到电流采样保持单元里面，电流采样保持单元将采样电压传输到电压转电流单元。
进一步的，所述采样脉冲产生单元的采样时间为第一功率管的导通周期的一半。
由上述描述可知，采样脉冲产生单元通过检测第一功率管的开启时间，产生相应采样脉冲，采样脉冲开始采样的时间为第一功率管导通周期的一半。
进一步的，还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与第一功率管的第二端相连，所述第三电阻的另一端接地。
由上述描述可知，第三电阻用于检测第一功率管的电流，产生的压降输入到第一比较器。
进一步的，还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与次级绕组的一端相连，所述第一二极管的负极通过第二电容与次级绕组的另一端相连。
由上述描述可知，第一二极管用于在次级绕组导通时，提供续流回路，将变压器存储能量传输到第二电容。
进一步的，所述第二电容与负载并联连接。
由上述描述可知，第二电容为输出电容，接输出负载，实现不同输出电压的条件下，得到恒流输出。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种恒流装置，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、消磁占空比检测单元1、电流选通单元2、基准电流单元3、电压转电流单元4、逻辑控制单元5、第一比较器U1、第一功率管Q1和第一变压器，所述第一变压器包括初级绕组NP、次级绕组NS和辅助绕组NA；
所述辅助绕组的一端与第一电阻的一端相连，所述辅助绕组的另一端接地；
所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和消磁占空比检测单元相连，所述第二电阻的另一端接地，所述消磁占空比检测单元与电流选通单元相连；
所述电流选通单元分别与第一比较器的负极输入端和电压转电流单元相连，所述第一比较器的输出端通过逻辑控制单元与第一功率管的第一端相连，所述第一功率管的第二端与第一比较器的正极输入端相连，所述逻辑控制单元通过电压转电流单元与电流选通单元相连，所述第一功率管的第三端与初级绕组相连，所述次级绕组的两端分别与第二电容相连；
所述基准电流单元与第一比较器的负极输入端相连，所述第一电容的一端与基准电流单元相连，所述第一电容的另一端接地；
所述的一种恒流装置，还包括相互连接的电流采样保持单元6和采样脉冲产生单元7，所述电流采样保持单元分别与电压转电流单元和第一比较器的正极输入端相连，所述采样脉冲产生单元与逻辑控制单元相连，所述采样脉冲产生单元的采样时间为第一功率管的导通周期的一半；
所述的一种恒流装置，还包括第三电阻R3，所述第三电阻的一端与第一功率管的第二端相连，所述第三电阻的另一端接地；
所述的一种恒流装置，还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与次级绕组的一端相连，所述第一二极管的负极通过第二电容与次级绕组的另一端相连。
所述第二电容与负载并联连接，所述初级绕组与次级绕组的匝数比为n，n为常数，所述第一功率管为三极管或者MOS管。
本发明第一变压器设置三个绕组，包括初级绕组NP、次级绕组NS和辅助绕组NA，逻辑控制单元产生开启第一功率管信号，第一功率管开启后，初级绕组的电感开始储能，依据第一比较器产生关断第一功率管的信号，第一功率管关闭后，第一变压器储存的能量通过次级绕组NS释放，消磁开始，由于辅助绕组与次级绕组同相位的关系，通过辅助绕组可以准确的检测到次级绕组的消磁时间，进而得到消磁占空比，通过第一电阻和第二电阻可以检测辅助绕组及副边绕组的消磁信号，消磁占空比检测单元连接到第一电阻和第二电阻，检测第一电阻和第二电阻的消磁占空比信息，将消磁信号传输到电流选通单元，控制电流选通单元的通断，当次级绕组消磁开始，电流选通单元导通，将电压转电流单元转化的电流选通进去，给第一电容充电，第一电容电压增加，当次级绕组消磁结束，消磁占空比检测单元发出关闭电流选通单元的信号，停止给第一电容充电；基准电流单元一直工作，为下拉电流源，一直为第一电容放电，当达到动态平衡时，电流选通单元流入的平均电流等于基准电流单元的下拉电流，表达式如下:
设消磁占空比为D，电压转电流转化的电流为I，基准电流单元输出电流为I1，则满足：
I*D＝I1 (1)；
第一功率管开启，初级绕组的电感开始储能，第三电阻压电压线性增加，逻辑控制单元将第一功率管的开启时间，传输到采样脉冲产生单元，产生采样脉冲，采样脉冲产生单元在第一功率管导通后，延时上一个第一功率管导通时间的一半，产生一个脉冲采样，此脉冲采样开启电流采样保持单元，将第三电阻的电压，采样到电流采样保持单元里面，电流采样保持单元将采样电压传输到电压转电流单元，转变成电流I，具体恒流表达式如下：
设初级绕组与次级绕组的匝数比为n，输出电流为Iout，消磁占空比为D，第三电阻采样时的电压为V，初级绕组的电感开始导通时的电流为Ip1，此时第三电阻的电压为V1,关断时电流为Ip2，此时第三电阻的电压为V2；次级绕组的电感开始导通时的电流为Is1，结束时的电流为Is2，第三电阻的阻值为R，电压转电流系数为k，采样保持电压为Vs，则输出电流表达式为：
Iout＝D*(Is1-Is2)/2 (2)；
Is1＝n*Ip2＝n*V2/R (3)；
Is2＝n*Ip1＝n*V1/R (4)；
Vs＝(V2-V1)/2 (5)；
得出：Iout＝D*(Is1-Is2)/2＝n*D(V2-V1)/2R＝n*D*Vs/R； (6)
其中初级绕组与次级绕组的匝数比n及第三电阻的阻值R通过系统设定完成后，此两项是固定值。
I＝Vs*k (7)；
由(1)式可以得出：
Vs*k*D＝I1 (8)，可以得出：
Iout＝n*I1/(k*R)，其中n及R、k定值。
输出电流Iout与I1成线性关系，即输出电流Iout只取决于I1,而I1为内部基准电流，为固定值，因此输出电流Iout也为固定值，本发明实现了不同电压输出时，恒流输出。
综上所述，本发明提供的一种恒流装置，逻辑控制单元控制第一功率管导通，第一变压器的初级绕组开始储能，依据第一比较器产生关断第一功率管的信号，第一变压器储存的能量通过次级绕组释放，由于辅助绕组与次级绕组同相位的关系，可以得到辅助绕组的消磁占空比，消磁占空比检测单元将消磁占空比信号传输到电流选通单元，控制电流选通单元的通断，基准电流单元为下拉电流源，一直为第一电容放电，当达到动态平衡时，电流选通单元流入的平均电流等于基准电流单元的下拉电流，本恒流装置的输出电流仅与基准电流单元的基准电流有关，在不同电压输出时，实现恒流输出，不需要变压器二次侧设置采样电阻，节省外部空间及成本，提高整体效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种恒流装置，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、消磁占空比检测单元、电流选通单元、基准电流单元、电压转电流单元、逻辑控制单元、第一比较器、第一功率管和第一变压器，所述第一变压器包括初级绕组、次级绕组和辅助绕组；
所述辅助绕组的一端与第一电阻的一端相连，所述辅助绕组的另一端接地；
所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和消磁占空比检测单元相连，所述第二电阻的另一端接地，所述消磁占空比检测单元与电流选通单元相连；
所述电流选通单元分别与第一比较器的负极输入端和电压转电流单元相连，所述第一比较器的输出端通过逻辑控制单元与第一功率管的第一端相连，所述第一功率管的第二端与第一比较器的正极输入端相连，所述逻辑控制单元通过电压转电流单元与电流选通单元相连，所述第一功率管的第三端与初级绕组相连，所述次级绕组的两端分别与第二电容相连；
所述基准电流单元与第一比较器的负极输入端相连，所述第一电容的一端与基准电流单元相连，所述第一电容的另一端接地；还包括相互连接的电流采样保持单元和采样脉冲产生单元，所述电流采样保持单元分别与电压转电流单元和第一比较器的正极输入端相连，所述采样脉冲产生单元与逻辑控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的一种恒流装置，其特征在于，所述采样脉冲产生单元的采样时间为第一功率管的导通周期的一半。
3.根据权利要求1所述的一种恒流装置，其特征在于，还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与第一功率管的第二端相连，所述第三电阻的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种恒流装置，其特征在于，还包括第一二极管，所述第一二极管的正极与次级绕组的一端相连，所述第一二极管的负极通过第二电容与次级绕组的另一端相连。
5.根据权利要求1所述的一种恒流装置，其特征在于，所述第二电容与负载并联连接。
6.根据权利要求1所述的一种恒流装置，其特征在于，所述初级绕组与次级绕组的匝数比为n，n为常数。
7.根据权利要求1所述的一种恒流装置，其特征在于，所述第一功率管为三极管或者MOS管。
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