CN108768164B - 一驱多充放电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种一驱多充放电电路，其包括充放电结构和一驱多MODEL两部分，该电路结构简单，能够在充电、放电和保持电压三种状态中高速切换，不同于传统电压控制器一驱一的控制模式，本发明的一驱多充放电结构就能够同时为多个负载提供不同电压，大大降低了阵列控制所需求的电压控制器的数量，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及电压控制器技术领域，具体涉及一种一驱多充放电电路。
背景技术
随着科学社会的进步，电压控制器被越来越多地应用到各类领域中去驱动负载进行作业。传统的电压控制器大多采用一对一控制的模式，如果要同时控制电压需求不同的阵列式负载，往往生产制备大量的电压控制器，这样做不但成本高昂，而且存在占用空间面积大，发热严重等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种一驱多充放电电路，具体技术方案如下：
一种一驱多充放电电路，其特征在于，该电路包括充放电电路和一驱多MODEL两部分组成；
所述的充放电电路包括固定电阻器R1、R2、R3、R4、R5，固定电容器C1，二极管D1，三极管Q1、Q2，差模放大器OMP和反馈控制单元，
所述的差模放大器OMP有3个端口，端口1接入反馈信号，端口2输入参考电压信号，端口3输出差模放大的电压信号；
输入信号Vin1由前级电压控制器产生，输出信号Vm1用来为一驱多MODEL提供相应的电压；
所述的充放电结构具体如下：
电阻器R1的a端与三极管Q1的发射极连接后，作为输入电压端，输入信号为Vin1，b端与三极管Q1的基极、三极管Q2的基极和反馈控制单元的a端口相连；电阻器R2的a端与三极管Q1的集电极、三极管Q2的发射极和稳压二极管D1的负极相连，b端与电阻器R3的a端和差模放大器OMP的端口1相连；电阻器R3的b端与GND相连；电阻器R4的a端与稳压二极管D1的正极、电容器C1的正极和电阻器R5的a端相连，b端和GND相连；电阻器R5的b端输出信号Vm1，作为一驱多MODEL的输入端；电容器C1的负极与GND相连；三极管Q2的集电极与GND相连；差模放大器OMP的端口2输入参考信号Vref，差模放大器OMP的端口3与反馈控制单元的b端口相连；
所述的参考信号由Vref由外部媒体提供；
所述的一驱多MODEL由若干相同的MODEL单元组成，所述的MODEL单元包括固定电阻器R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13；固定电容器C2、C3、C4；二极管D2、D3；三极管Q3、Q4、Q5、Q6；输入信号Vm1由前级充放电结构的输出信号提供，输出信号Vout1用来直接驱动负载，具体的电路如下：
电阻器R6的a端与电容器C2的正极、三极管Q4的发射极和二极管D2的负极相连，共同组成一驱多MODEL的输入端，b端与电容器C2的负极、三极管Q4的基极和电阻器R10的a端相连；电阻器R7的a端与电阻器R8的a端相连的端口输入控制信号SW1，b端与电阻器R11的a端和三极管Q6的基极相连；电阻器R8的b端与电阻器R9的a端和三极管Q5的基极相连；电阻器R9的b端与GND相连；电阻器R10的b端与三极管Q5的发射极相连；电阻器R11的b端与GND相连；电阻器R12的a端与电容器C3的正极、电容器C4的正极，二极管D3的负极和三极管Q3的发射极相连后为输出端，输出端输出信号Vout1；b端与电容器C3的负极、三极管Q3的基极和电阻器R13的a端相连；电阻器R13的b端与三极管Q6的发射极相连；电容器C4的负极与GND相连；二极管D2的正极与三极管Q3的集电极相连；二极管D3的正极与三极管Q4的集电极相连；三极管Q5的集电极与GND相连；三极管Q6的集电极与GND相连；
所述的SW1信号由外部媒体提供。
进一步地，所述的电路拥有充电模式，可以为后级负载充电至指定高压：
当SW1信号输入高电平，Vin1电压高于Vm1并高于Vout1时，系统进入充电模式；此时，三极管Q1导通，三极管Q2截止，信号Vin1通过三极管Q1将Vm1充电到与Vin1相同的电压；三极管Q5导通，三极管Q6导通，由于Vm1＞Vout1，故三极管Q4导通，三极管Q3截止，Vout1通过三极管Q4这条通路为Vout1负载进行充电，Vout1端升高到Vm1相同的电压，充电结束；此种情况下，充电时间小于1ms；
进一步地，所述的电路拥有放电模式，可以为后级负载放电至指定电压：
当SW1信号输入高电平，Vout1电压高于Vm1和Vin1时，系统进入放电模式；三极管Q5导通，三极管Q6导通，由于Vm1＜Vout1，三极管Q3导通，三极管Q4截止，此时Vin1＜Vm1时，三极管Q1截止，三极管Q2导通，输出信号Vout1通过三极管Q3和三极管Q2进行两级放电，直到Vout1和Vm1降低到与Vin1相同的电压情况下，放电停止；此种情况下，放电时间小于2ms；
进一步地，所述的电路拥有电压保持模式，可以使后级负载电压保持相对稳定：
当SW1信号输入低电平，系统进入电压保持模式，此时，三极管Q5截止，三极管Q6截止，从而导致三极管Q3截止，三极管Q4截止，无论输入端的Vin和Vm1如何变化都不影响负载端C4两端的电压Vout1。
进一步地，当MODEL为n个时，系统启动时，控制信号SW1，SW2，···，SWn均处于低电平状态，且设Vout1＝V1,Vout2＝V2,···,Voutn＝Vn，n≥2，
具体的驱动过程如下：
步骤1：电压控制器提供幅值为Vin1的输入电压信号，第一单元MODEL的控制信号SW1输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW2，SW3，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Vout1＝Vin1，输出电压信号Vout2＝V2，Vout3＝V3，···，Voutn＝Vn；
步骤2：SW1输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin1改变为Vin2，SW2输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW3，SW4，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Vout2＝Vin2，Vout1保持Vin1不变，Vout3＝V3，Vout4＝V4，···，Voutn＝Vn；
步骤3：SW1和SW2输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin2改变为Vin3，SW3输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW4，SW5，···，SWn输入低电平,此时输出电压信号Vout3＝Vin3，Vout2保持Vin2，Vout1保持Vin1，Vout4＝V4，···，Voutn＝Vn；
步骤4：依次类推，SW1、SW2···SW(k-1)输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin(k-1)改变为Vink，SWk输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW(k+1)，SW(k+2)，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Voutk＝Vink，Vout(k-1)保持Vin(k-1)，···，Vout2保持Vin2，Vout1保持Vin1,Vout(k+1)＝Vk+1，Vout(k+2)＝Vk+2，···，Voutn＝Vn；
在控制过程中，可以通过控制输入不同幅度的Vin1，Vin2，…，Vinn来控制各个通道输出不同的输出电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的一驱多的充放电电路连接在电压控制器后级使用，能够利用独特的开关结构控制负载在充电、放电和保持电压三种状态中高速切换，只要前级电压控制器能够快速切换提供不同幅值的电压，本发明的一驱多充放电结构就能够同时为多个负载提供不同的电压，大大降低了阵列控制所需求的电压控制器的数量，节约成本。
附图说明
图1是本发明一驱多充放电结构的电路结构示意图；
图2是本发明一驱四的应用流程示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种一驱多充放电电路，其包括充放电电路和一驱多MODEL两部分组成；
所述的充放电电路包括固定电阻器R1、R2、R3、R4、R5，固定电容器C1，二极管D1，三极管Q1、Q2，差模放大器OMP和反馈控制单元，所述的差模放大器OMP有3个端口，端口1接入反馈信号，端口2输入参考电压信号，端口3输出差模放大的电压信号；输入信号Vin1由前级电压控制器产生，输出信号Vm1用来为一驱多MODEL提供相应的电压；
所述的充放电结构具体如下：
电阻器R1的a端与三极管Q1的发射极连接后，作为输入电压端，输入信号为Vin1，b端与三极管Q1的基极、三极管Q2的基极和反馈控制单元的a端口相连；电阻器R2的a端与三极管Q1的集电极、三极管Q2的发射极和稳压二极管D1的负极相连，b端与电阻器R3的a端和差模放大器OMP的端口1相连；电阻器R3的b端与GND相连；电阻器R4的a端与稳压二极管D1的正极、电容器C1的正极和电阻器R5的a端相连，b端和GND相连；电阻器R5的b端输出信号Vm1，作为一驱多MODEL的输入端；电容器C1的负极与GND相连；三极管Q2的集电极与GND相连；差模放大器OMP的端口2输入参考信号Vref，差模放大器OMP的端口3与反馈控制单元的b端口相连；
所述的参考信号由Vref由外部媒体提供，其作用是作为反馈参考调节Vm1的输出电压值，使Vm1保持稳定。
所述的一驱多MODEL由若干相同的MODEL单元组成，以其中的一个子模块MODEL1来作为模板说明其结构。所述的MODEL单元包括固定电阻器R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13；固定电容器C2、C3、C4；二极管D2、D3；三极管Q3、Q4、Q5、Q6；输入信号Vm1由前级充放电结构的输出信号提供，输出信号Vout1用来直接驱动负载，具体的电路如下：
电阻器R6的a端与电容器C2的正极、三极管Q4的发射极和二极管D2的负极相连，共同组成一驱多MODEL的输入端，b端与电容器C2的负极、三极管Q4的基极和电阻器R10的a端相连；电阻器R7的a端与电阻器R8的a端相连的端口输入控制信号SW1，b端与电阻器R11的a端和三极管Q6的基极相连；电阻器R8的b端与电阻器R9的a端和三极管Q5的基极相连；电阻器R9的b端与GND相连；电阻器R10的b端与三极管Q5的发射极相连；电阻器R11的b端与GND相连；电阻器R12的a端与电容器C3的正极、电容器C4的正极，二极管D3的负极和三极管Q3的发射极相连后为输出端，输出端输出信号Vout1；b端与电容器C3的负极、三极管Q3的基极和电阻器R13的a端相连；电阻器R13的b端与三极管Q6的发射极相连；电容器C4的负极与GND相连；二极管D2的正极与三极管Q3的集电极相连；二极管D3的正极与三极管Q4的集电极相连；三极管Q5的集电极与GND相连；三极管Q6的集电极与GND相连；
所述的SW1信号由外部媒体提供，其作用是控制开关三极管Q5和开关三极管Q6的通断状态，从而控制一驱多MODEL的子单元在充、放电和保持状态之间自由切换。
所述的一驱多充放电结构的工作模式有充电模式、放电模式和电压保持状态三种，现对三种状态的工作原理和工作模式进行分别说明。
当所述的电路为充电模式，其可以为后级负载充电至指定高压：
当SW1信号输入高电平，Vin1电压高于Vm1并高于Vout1时，系统进入充电模式；此时，三极管Q1导通，三极管Q2截止，信号Vin1通过三极管Q1将Vm1充电到与Vin1相同的电压；三极管Q5导通，三极管Q6导通，由于Vm1＞Vout1，故三极管Q4导通，三极管Q3截止，Vout1通过三极管Q4这条通路为Vout1负载进行充电，Vout1端升高到Vm1相同的电压，充电结束；此种情况下，充电时间小于1ms；
当所述的电路为放电模式，其可以为后级负载放电至指定电压：
当SW1信号输入高电平，Vout1电压高于Vm1和Vin1时，系统进入放电模式；三极管Q5导通，三极管Q6导通，由于Vm1＜Vout1，三极管Q3导通，三极管Q4截止，此时Vin1＜Vm1时，三极管Q1截止，三极管Q2导通，输出信号Vout1通过三极管Q3和三极管Q2进行两级放电，直到Vout1和Vm1降低到与Vin1相同的电压情况下，放电停止；此种情况下，放电时间小于2ms；
当所述的电路拥有电压保持模式，其可以使后级负载电压保持相对稳定：
当SW1信号输入低电平，系统进入电压保持模式，此时，三极管Q5截止，三极管Q6截止，从而导致三极管Q3截止，三极管Q4截止，无论输入端的Vin和Vm1如何变化都不影响负载端C4两端的电压Vout1。
这一阶段，采用恒流放电的模型计算放电时间。假设负载端为300V，则放电时间可以按照下式进行计算：
t＝CU/I＝CR
在本发明的一种应用下，输出端电容C＝10nf，电阻R＝50GΩ，则放电时间为1500s。
故在保持阶段持续时间远小于1s的情况下，保持阶段的压降远小于千分之一，可以忽略不计。
通过上述分析，本发明的一驱多MODEL模块的单MODEL单元在SW1信号给出高电平的情况下，可以实现电压Vout1随Vin1变化。在电压保持模式之下(即SW1输入高电平的情况下)，输出电压Vout1可以在一定时间内保持近乎恒定，不受Vin1的影响。故在第一个MODEL单元处于电压保持模式之下，其他单元MODEL可以通过对应的SW输入高电平来切换输出不同的电压，从而实现一驱多的功能。
具体的一区多的驱动过程如下(如图2所示)：
当MODEL为n个时，系统启动时，控制信号SW1，SW2，···，SWn均处于低电平状态，且设Vout1＝V1,Vout2＝V2,···,Voutn＝Vn，n≥2，
步骤1：电压控制器提供幅值为Vin1的输入电压信号，第一单元MODEL的控制信号SW1输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW2，SW3，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Vout1＝Vin1，输出电压信号Vout2＝V2，Vout3＝V3，···，Voutn＝Vn；
步骤2：SW1输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin1改变为Vin2，SW2输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW3，SW4，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Vout2＝Vin2，Vout1保持Vin1不变，Vout3＝V3，Vout4＝V4，···，Voutn＝Vn；
步骤3：SW1和SW2输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin2改变为Vin3，SW3输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW4，SW5，···，SWn输入低电平,此时输出电压信号Vout3＝Vin3，Vout2保持Vin2，Vout1保持Vin1，Vout4＝V4，···，Voutn＝Vn；
步骤4：依次类推，SW1、SW2···SW(k-1)输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin(k-1)改变为Vink，SWk输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW(k+1)，SW(k+2)，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Voutk＝Vink，Vout(k-1)保持Vin(k-1)，···，Vout2保持Vin2，Vout1保持Vin1,Vout(k+1)＝Vk+1，Vout(k+2)＝Vk+2，···，Voutn＝Vn；
在控制过程中，可以通过控制输入不同幅度的Vin1，Vin2，…，Vinn来控制各个通道输出不同的输出电压。
本控制方式也适用于其他一驱多的控制结构和单元MODEL输出电压快速变化的结构。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种一驱多充放电电路，其特征在于，该电路包括充放电电路和一驱多MODEL两部分组成；
所述的充放电电路包括固定电阻器R1、R2、R3、R4、R5，固定电容器C1，二极管D1，三极管Q1、Q2，差模放大器OMP和反馈控制单元，所述的差模放大器OMP有3个端口，端口1接入反馈信号，端口2输入参考电压信号，端口3输出差模放大的电压信号；输入信号Vin1由前级电压控制器产生，输出信号Vm1用来为一驱多MODEL提供相应的电压；
所述的充放电电路具体如下：
电阻器R1的a端与三极管Q1的发射极连接后，作为输入电压端，输入信号为Vin1，b端与三极管Q1的基极、三极管Q2的基极和反馈控制单元的a端口相连；电阻器R2的a端与三极管Q1的集电极、三极管Q2的发射极和稳压二极管D1的负极相连，b端与电阻器R3的a端和差模放大器OMP的端口1相连；电阻器R3的b端与GND相连；电阻器R4的a端与稳压二极管D1的正极、电容器C1的正极和电阻器R5的a端相连，b端和GND相连；电阻器R5的b端输出信号Vm1，作为一驱多MODEL的输入端；电容器C1的负极与GND相连；三极管Q2的集电极与GND相连；差模放大器OMP的端口2输入参考信号Vref，差模放大器OMP的端口3与反馈控制单元的b端口相连；
所述的参考信号Vref由外部媒体提供；
所述的一驱多MODEL由若干相同的MODEL单元组成，所述的MODEL单元包括固定电阻器R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13；固定电容器C2、C3、C4；二极管D2、D3；三极管Q3、Q4、Q5、Q6；输入信号Vm1由前级充放电结构的输出信号提供，输出信号Vout1用来直接驱动负载，具体的电路如下：
电阻器R6的a端与电容器C2的正极、三极管Q4的发射极和二极管D2的负极相连，共同组成一驱多MODEL的输入端， b端与电容器C2的负极、三极管Q4的基极和电阻器R10的a端相连；电阻器R7的a端与电阻器R8的a端相连的端口输入控制信号SW1，b端与电阻器R11的a端和三极管Q6的基极相连；电阻器R8的b端与电阻器R9的a端和三极管Q5的基极相连；电阻器R9的b端与GND相连；电阻器R10的b端与三极管Q5的发射极相连；电阻器R11的b端与GND相连；电阻器R12的a端与电容器C3的正极、电容器C4的正极，二极管D3的负极和三极管Q3的发射极相连后为输出端，输出端输出信号Vout1；b端与电容器C3的负极、三极管Q3的基极和电阻器R13的a端相连；电阻器R13的b端与三极管Q6的发射极相连；电容器C4的负极与GND相连；二极管D2的正极与三极管Q3的集电极相连；二极管D3的正极与三极管Q4的集电极相连；三极管Q5的集电极与GND相连；三极管Q6的集电极与GND相连；
所述的SW1信号由外部媒体提供。
2.根据权利要求1所述的一驱多充放电电路，其特征在于，一驱多充放电电路拥有充电模式，可以为后级负载充电至指定高压：
当SW1信号输入高电平，Vin1电压高于Vm1并高于Vout1时，系统进入充电模式；此时，三极管Q1导通，三极管Q2截止，信号Vin1通过三极管Q1将Vm1充电到与Vin1相同的电压；三极管Q5导通，三极管Q6导通，由于Vm1＞Vout1，故三极管Q4导通，三极管Q3截止，Vout1通过三极管Q4这条通路为Vout1负载进行充电，Vout1端升高到Vm1相同的电压，充电结束；此种情况下，充电时间小于1ms。
3.根据权利要求1所述的一驱多充放电电路，其特征在于，一驱多充放电电路拥有放电模式，可以为后级负载放电至指定电压：
当SW1信号输入高电平，Vout1电压高于Vm1和Vin1时，系统进入放电模式；三极管Q5导通，三极管Q6导通，由于Vm1＜Vout1，三极管Q3导通，三极管Q4截止，此时Vin1＜Vm1时，三极管Q1截止，三极管Q2导通，输出信号Vout1通过三极管Q3和三极管Q2进行两级放电，直到Vout1和Vm1降低到与Vin1相同的电压情况下，放电停止；此种情况下，放电时间小于2ms。
4.根据权利要求1所述的一驱多充放电电路，其特征在于，一驱多充放电电路拥有电压保持模式，可以使后级负载电压保持相对稳定：
当SW1信号输入低电平，系统进入电压保持模式，此时，三极管Q5截止，三极管Q6截止，从而导致三极管Q3截止，三极管Q4截止，无论输入端的Vin和Vm1如何变化都不影响负载端C4两端的电压Vout1。
5.根据权利要求1所述的一驱多充放电电路，其特征在于，当MODEL为n个时，系统启动时，控制信号SW1，SW2，···，SWn均处于低电平状态，且设Vout1=V1,Vout2= V2,···,Voutn= Vn，n≥2，
具体的驱动过程如下：
步骤1：电压控制器提供幅值为Vin1的输入电压信号，第一单元MODEL的控制信号SW1输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW2，SW3，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Vout1=Vin1，输出电压信号Vout2=V2，Vout3=V3，···，Voutn=Vn；
步骤2：SW1输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin1改变为Vin2，SW2输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW3，SW4，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Vout2=Vin2，Vout1保持Vin1不变，Vout3=V3，Vout4=V4，···，Voutn=Vn；
步骤3：SW1和SW2输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin2改变为Vin3，SW3输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW4，SW5，···，SWn输入低电平,此时输出电压信号Vout3= Vin3，Vout2保持Vin2，Vout1保持Vin1， Vout4=V4，···，Voutn=Vn；
步骤4：依次类推，SW1、SW2···SW（k-1）输入低电平，电压控制器将输入电压信号由Vin（k-1）改变为Vink，SWk输入高电平，其余单元MODEL的控制信号SW（k+1），SW(k+2)，···，SWn输入低电平，此时输出电压信号Voutk= Vink，Vout(k-1)保持 Vin(k-1)，···，Vout2保持Vin2，Vout1保持Vin1, Vout(k+1)=Vk+1，Vout(k+2)=Vk+2，···，Voutn=Vn；
在控制过程中，通过控制输入不同幅度的Vin1，Vin2，…，Vinn来控制各个通道输出不同的输出电压。
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