CN110266206B - 一种同步电压-电流适配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步电压‑电流适配器，其特征在于其包括电源电路等；电压管理电路包括（电压）准电压VVG电路、（电压）误差放大电路、过压保护电路、欠压保护电路；电流管理电路包括（电流）准电压VIG电路，（电流）误差放大电路和过流保护电路；主电源开/关控制电路包括或非门U1和电阻R1；显示电路包括指示灯显示电路和电表显示电路；接口电路包括插座J1和插头P1；DC用电器E4电路包括（电流）基准电阻R21、（电压）基准电阻R22、负载LR；本发明的输出电压Vo和输出电流Io同步于不同种类的DC用电器E4所需要的电压和电流，对过压和过流实行无加载监测和保护，减少调试，减少故障，提高精度，即插即用使用方便。

Description

一种同步电压-电流适配器

技术领域：

本发明涉及一种通用适配器，尤其涉及一种同步电压-电流适配器。

目前的适配器有以下不足之处：

1、本人已授权的专利号为ZL201610671197.0，发明创造名称为一种受控于DC用电器的通用电源及其应用的发明专利中的准电压VG是由DC用电器的稳压器W设定的，用来控制输出电压Vo，其缺点是稳压器W取值范围有限，参数一致性差，有些稳压器W受内阻和温度影响较大，稳定性差，寻找合适规格的稳压管及稳压源比较困难，特别是在低电压(如2.5V以下)情况下，稳压效果变差，不能有效的、精准的控制主电源输出的输出电压Vo，很难控制输出电压Vo从“0”开始往上灵活精准调节，特别是用稳压器W很难控制本发明的小电流输出。

2、以往在设置电压和电流方面没有充分利用好电阻的性能及优势，一是电阻值与电压值之间的对等关系；二是电阻值与电流值之间的对等关系。通常每一台适配器都需要对电压和电流进行微调，才能达到精度要求，不能一步到位，调试繁琐。已有适配器不能利用电阻值直接控制电压值和电流值，无法统一标准，应用普及困难。

3、已有适配器不能预判不同种类的DC用电器的额定电流大小和预显DC用电器的额定电流；并且不能根据不同种类的DC用电器的额定电流大小限制电流输出。已有适配器恒流或恒压值是固定不变的，只能和DC用电器配对使用，限制了适配器的使用的范围。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种同步电压-电流适配器。

本发明提供的技术方案如下：一种同步电压-电流适配器，其特征在于其包括电源电路, 电源电路连接电压管理电路、电流管理电路、主电源开/关控制电路、显示电路、接口电路，接口电路连接DC用电器E4电路；

所述的电压管理电路包括（电压）准电压VVG电路、（电压）误差放大电路、过压保护电路、欠压保护电路，（电压）准电压VVG电路由恒流源M6、电压跟随器M5、电容C7组成；（电压）误差放大电路由运算放大器U5、电阻R3、电阻R7、电阻R12、电容C2、电容C4和二极管D1组成；过压保护电路由运算放大器U6、电阻R4、电阻R14、电阻R15、或门U2、三极管Q1组成；欠压保护电路由运算放大器U7、电阻R9和R10组成；电压Vc接点连接恒流源M6的1脚,恒流源M6的2脚连接插座J1的1脚、（电压）准电压VVG接点、电容C7、电压跟随器M5的1脚，电压跟随器M5的2脚连接（电压）准电压VVG1接点、电阻R14和电阻R12，电阻R12连接电容C2、电容C4、三极管Q1的集电极和运算放大器U5的2脚，运算放大器U5的3脚连接电阻R7，电阻R7连接输出电压Vo接点，运算放大器U5的1脚连接电容C2和电阻R3，电阻R3连接二极管D1，二极管D1连接电源电路；电阻R14连接电阻R15和运算放大器U6的3脚，运算放大器U6的1脚连接故障信号F4接点和或门U2的2脚，运算放大器U6的2脚连接运算放大器U7的3脚和基准电压Vref接点，运算放大器U7的2脚连接电阻R10和电阻R9，电阻R9连接电压Vc接点，运算放大器U7的1脚连接或门U2的1脚和故障信号F1接点，或门U2的3脚连接或非门U1的2脚和电阻R4，电阻R4连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地和电阻R10、电阻R15、电容C4、电容C7接地；

所述的电流管理电路包括（电流）准电压VIG电路，（电流）误差放大电路和过流保护电路；（电流）准电压VIG电路由恒流源M8、电压跟随器M7、电容C9组成；（电流）误差放大电路由运算放大器U8、电流检测电路M4、电阻R5、电阻R8、电阻R11、电阻R13、电容C3、电容C5和二极管D3组成；过流保护电路由运算放大器U9、电阻R17、电阻R18、电阻R6、三极管Q2组成；

电压Vc接点连接恒流源M8的1脚,恒流源M8的2脚连接插座J1的4脚、（电流）准电压VIG接点、电容C9和电压跟随器M7的1脚，电压跟随器M7的2脚连接（电流）准电压VIG1接点、电阻R17和电阻R13，电阻R13连接电容C5、电容C3、三极管Q2的集电极、运算放大器U8的2脚，运算放大器U8的1脚连接电容C3和电阻R5，电阻R5连接二极管D3，二极管D3连接电源电路；电阻R17连接电阻R18和运算放大器U9的3脚，运算放大器U9的2脚连接基准电压Vref接点，运算放大器U9的1脚连接故障信号F8接点、或非门U1的1脚和电阻R6，电阻R6连接三极管Q2的基极，电流检测电路M4的3脚连接电阻R8，电阻R8连接电阻R11、电压Vz接点和运算放大器U8的3脚；三极管Q2的发射极、电阻R11、电阻R18、电容C5和电容C9接地；

所述的主电源开/关控制电路由或非门U1和电阻R1组成；或非门U1的3脚连接电阻R1，电阻R1连接电源电路；

所述的显示电路包括指示灯显示电路和电表显示电路；所述指示灯显示电路由限流电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、发光二极管DS1、发光二极管DS2、发光二极管DS3、发光二极管DS4组成；故障信号F4、F1、F8的接点分别对应连接电阻R23、电阻R24、电阻R25，电阻R23、电阻R24、电阻R25分别连接发光二极管DS1、发光二极管DS2、发光二极管DS3；电压Vc接点连接电阻R26，电阻R26连接发光二极管DS4，所有发光二极管的阴极接地；所述电表显示电路包括准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2，（电压）准电压VVG1、输出电压Vo、（电流）准电压VIG1、电压Vz接点分别连接准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的信号输入端，准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的电源正极连接电压Vcc接点，准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的负极接地；

所述接口电路由插座J1和插头P1组成，插座J1的1、2、3、4脚分别对应连接插头P1的a、b、c、d脚；

所述DC用电器E4电路由（电流）基准电阻R21、（电压）基准电阻R22、负载LR组成，插头P1的a脚连接（电压）基准电阻R22，插头P1的b脚连接负载LR，插头P1的d脚连接（电流）基准电阻R21，插头P1的c脚、（电流）基准电阻R21、负载LR、（电压）基准电阻R22接地；（电流）基准电阻R21的电阻值与DC用电器E4的额定电流值（负载LR所需电流值）等值（只是数值相等，以下“等值”都为数值相等），（电压）基准电阻R22的电阻值与DC用电器E4的额定电压值（负载LR所需电压值）等值。

进一步地，所述的电源电路包括整流滤波电路E1、辅助电源E2、主电源E3；～220V市电插头P连接整流滤波电路E1，整流滤波电路E1连接辅助电源E2的1脚和主电源E3的1脚，辅助电源E2的2脚连接电阻R2，电阻R2连接电容C6、电压Vc接点、稳压电路U4的输入端2脚，稳压电路U4的输出端3脚连接电容C10、电压Vcc接点和电阻R19，电阻R19连接基准电压Vref接点和电阻R20；主电源E3的2脚连接电容C1和电流检测电路M4的1脚，电流检测电路M4的2脚连接电阻R16、电容C8、插座J1的2脚和输出电压Vo接点；辅助电源E2的3脚、主电源E3的5脚、稳压电路U4的1脚、电阻R16、电阻R20、电容C1、电容C6、电容C8、电容C10和插座J1的3脚接地；二极管D1连接主电源E3的3脚和电压/电流控制信号CS接点；二极管D3连接主电源E3的3脚；电阻R1连接主电源E3的4脚。

本发明具有两部分独立控制电路（参见图1），中间粗线上半部分为电压管理电路，下半部分为电流管理电路。电压管理电路推动主电源E3输出与DC用电器E4相同步的电压；或电流管理电路推动主电源E3输出与DC用电器E4相同步的电流；同时具有欠压和过压保护电路，以及过流保护电路。通过以上电路的融合可适应不同功率的DC用电器，实现一机能带不同电压、电流的DC用电器。图1中两电路原理基本相同，为了区别所属电路，电压管理电路中的有关名称前面冠以“（电压）”；电流管理电路中的有关名称前面冠以“（电流）”。

本发明的有益效果是：本发明电路简单，便于制作，实现了不同种类的DC用电器利用电阻控制自身所需电压和电流，并用电阻阻值直接确定电压值或电流值，只要恒流源输出的电流和电阻有足够的精度，无论什么样的DC用电器都以较小的代价获得高质量的电压和电流。本发明对DC用电器负载在没有加载的情况下，进行过压、过流保护。本发明可减少调试，减少故障，提高的精度，即插即用给使用者带来极大的方便。其具有：

1、本发明与已有的适配器相比，在一定恒流电流的作用下，利用电阻直接控制电压和电流。选择电阻的好处是：其一、一批或多批电阻的参数可以保持一致。其二、电阻值可以分得很细，可生产出任何阻值的电阻。其三、电阻值可以做到精度高、误差小、而且受温度变化影响小，利用电阻能提高控制本发明输出电压和电流的精准度。其四、成本低、价格低、体积小。电阻值要比稳压器的稳压值要精确的多（如：稳压器的稳压值为5.1V,而电阻的阻值为5.100KΩ）,控制电压精度能力得以增强，以电阻值为基准控制输出电压Vo或输出电流Io，即简单又准确，而且容易选配。为了区分电阻的功能，控制输出电压Vo的电阻称为（电压）基准电阻，参见图1中的（电压）基准电阻R22；控制输出电流Io的电阻称为（电流）基准电阻，参见图1中的（电流）基准电阻R21。

2、（电压）基准电阻R22值是由DC用电器的额定电压值确定的，以此控制主电源E3输出与其等值的输出电压Vo；（电流）基准电阻R21值是由DC用电器的额定电流值确定的，以此控制主电源E3输出与其等值的输出电流Io。于是知道了电阻值就知道了要输出的电压或电流值，直观易操作、应用简单、减少调试、提高准确率，减少出错、便于统一标准。

3、本发明能对不同DC用电器实行不同的电压/电流限制，保护具有针对性,防止了对小功率DC用电器的高电压/大电流的冲击，有效的保护了电器设备。做到大马拉小车，小马不拉大车，减少故障发生，为推广应用一机能带不同电压、电流的DC用电器打下了基础。

4、本发明比以往适配器应用更加广泛，具有自动响应DC用电器的恒压或恒流需求，把（电压）基准电阻R22换成电位器可直接调节输出电压；把（电流）基准电阻R21换成电位器可直接调节输出电流，适用于不同种类的DC用电器。

5、与已有的适配器不同，本发明设有准电流表Am1，目的是显示DC用电器的额定电流，可作为DC用电器额定电流的电子标签。

附图说明：

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的指示灯显示电路的电路原理图；

图3为本发明的电表显示电路的电路原理图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：

如图1所示，一种同步电压-电流适配器，其包括：

1、电源电路：

电源电路包括整流滤波电路E1、辅助电源E2、主电源E3，～220V市电插头P连接整流滤波电路E1，整流滤波电路E1连接辅助电源E2的1脚和主电源E3的1脚，辅助电源E2的2脚连接电阻R2，电阻R2连接电容C6、电压Vc接点、稳压电路U4的输入端2脚，稳压电路U4的输出端3脚连接电容C10、电压Vcc接点和电阻R19，电阻R19连接基准电压Vref接点和电阻R20。主电源E3的2脚连接电容C1和电流检测电路M4的1脚，电流检测电路M4的2脚连接电阻R16、电容C8、插座J1的2脚和输出电压Vo接点。辅助电源E2的3脚、主电源E3的5脚、稳压电路U4的1脚、电阻R16、电阻R20、电容C1、电容C6、电容C8、电容C10和插座J1的3脚接地。

220V交流电经整流滤波电路E1整流滤波后变为直流电提供给辅助电源E2和主电源E3。辅助电源E2（辅助电源E2为隔离电压变换器）把高压直流电压隔离变换为低压直流电压Vs，经电阻R2限流，电容C6滤波后得到的电压Vc，向本发明各级电路供电，输送给运算放大器U5和运算放大器U8、电压跟随器M5和电压跟随器M7，以及经稳压电路U4稳压和电容C10滤波输出电压Vcc，向本发明的或非门U1、或门U2、运算放大器U6、运算放大器U7、运算放大器U9供电和向电表显示电路供电，还要通过电阻R19和电阻R20分压导出基准电压Vref，提供给运算放大器U6和运算放大器U9的反相输入端，以及运算放大器U7的同相输入端。主电源E3为常用开关电源，电压/电流控制信号CS由主电源E3的3脚输入，经隔离电流/电压控制器M3（光耦电路）隔离耦合，控制PWM控制推动器M1的占空比，使高频变压器B1由高电压变为低电压，由二极管D2整流输出、电容C1滤波，进入电流检测电路M4的输入端（1脚），由输出端(2脚)输出，经电容C8滤波，电阻R16电流泄放，输出的输出电压Vo和输出电流Io通过插座J1的2脚和插头P1的b脚，向DC用电器E4的负载LR供电。开/关控制信号（ON/OFF）由主电源E3的4脚输入，经隔离开/关控制器M2（光耦电路）隔离控制PWM控制推动器M1的开启（ON/OFF为高电平）或关闭（ON/OFF为低电平）。

2、电压管理电路（参见图1中粗线上面电路所示）

电压管理电路包括（电压）准电压VVG电路、（电压）误差放大电路、过压保护电路、欠压保护电路，（电压）准电压VVG电路由恒流源M6、电压跟随器M5、电容C7；（电压）误差放大电路由运算放大器U5、电阻R3、电阻R7、电阻R12、电容C2、电容C4和二极管D1组成；过压保护电路由运算放大器U6、电阻R4、电阻R14、电阻R15、或门U2、三极管Q1组成；欠压保护电路由运算放大器U7、电阻R9和R10组成。

电压Vc接点连接恒流源M6的1脚,恒流源M6的2脚连接插座J1的1脚、（电压）准电压VVG接点、电容C7、电压跟随器M5的1脚，电压跟随器M5的2脚连接（电压）准电压VVG1接点、电阻R14和电阻R12，电阻R12连接电容C2、电容C4、三极管Q1的集电极和运算放大器U5的2脚，运算放大器U5的3脚连接电阻R7，电阻R7连接输出电压Vo接点，运算放大器U5的1脚连接电容C2和电阻R3，电阻R3连接二极管D1，二极管D1连接主电源E3的3脚和电压/电流控制信号CS接点。电阻R14连接电阻R15和运算放大器U6的3脚，运算放大器U6的1脚连接故障信号F4接点和或门U2的2脚，运算放大器U6的2脚连接运算放大器U7的3脚和基准电压Vref接点，运算放大器U7的2脚连接电阻R10和电阻R9，电阻R9连接电压Vc接点，运算放大器U7的1脚连接或门U2的1脚和故障信号F1接点，或门U2的3脚连接或非门U1的2脚和电阻R4，电阻R4连接三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极接地和电阻R10、电阻R15、电容C4、电容C7接地。

具体原理如下：

、（电压）准电压VVG电路

由恒流源M6、电压跟随器M5、电容C7组成。恒流源M6在电压Vc供给下，输出的电流I1为一恒定电流，输出的（电压）准电压VVG是随着DC用电器E4的（电压）基准电阻R22的阻值变化而变化，当选定（电压）基准电阻R22的阻值也就决定了（电压）准电压VVG，该电压经电压跟随器M5进行电流放大（提高带负载能力），输出（电压）准电压VVG1，又经电阻R12，向（电压）误差放大器（运算放大器U5的2脚）提供（电压）基准电压VVg，用来控制主电源E3的输出电压Vo；同时经电阻R14向过压保护电路（运算放大器U6的3脚）提供（电压）准电压VVG过压信号。

电容C7的作用是滤除高频干扰信号。

、（电压）误差放大电路

由运算放大器U5、电阻R3、电阻R7、电阻R12、电容C2、电容C4和二极管D1组成。(电压)准电压VVG1，通过电阻R12对电容C4充电建立（电压）基准电压VVg。运算放大器U5的同相输入端通过电阻R7输入的输出电压Vo与反相输入端输入的（电压）基准电压VVg，两者进行比较后输出误差信号经电阻R3限流和二极管D1变为电压/电流控制信号CS，送入主电源E3的3脚，于是从主电源E3的2脚输出DC用电器E4所需要的电压。

、过压保护电路

由运算放大器U6、电阻R4、电阻R14、电阻R15、或门U2、三极管Q1组成。(电压)准电压VVG1经电阻R14和电阻R15分压导出的电压Vz1，进入运算放大器U6的同相输入端，与反相输入端的基准电压Vref进行比较输出故障信号F4。通过调节R14和R15设定（电压）准电压VVG上限阀值(也就是设定输出电压Vo的上限阀值，防止输出电压Vo过压，例如本发明的额定输出电压Vo为25V，那么这个上限阀值就设定为25V)，当（电压）准电压VVG 超过这个上限阀值（25V）时，即(电压)准电压VVG1的分压Vz1高于基准电压Vref时，运算放大器U6的输出端（1脚）输出故障信号F4（高电平）。有以下情况会出现故障信号F4为高电平，当DC用电器E4的插头P1未插入或已拔出本发明的插座J1时，即插座J1空置时；或接触不良时；或DC用电器的额定电压高于本发明设定的输出电压Vo的上限阀值时，导致(电压)准电压VVG升高超过上限阀值（25V），使过压保护电路输出故障信号F4为高电平（出现过压故障）。

故障信号F4和故障信号F1分别进入或门U2输入端的2脚和1脚，当故障信号F4或故障信号F1为高电平时，或门U2的3脚输出高电平，经电阻R4限流，使三极管Q1导通，把电容C4上的电荷放掉，由于电阻R12限流，于是拉低(电压)基准电压VVg为“0”，使输出电压Vo为“0”。另外或门U2的3脚输出的高电平，进入或非门U1的2脚，由3脚输出开/关控制信号（ON/OFF）为低电平，关闭主电源E3。这时虽然(电压)准电压VVG1处于高电位，但由于三极管Q1饱和导通，迫使(电压)基准电压VVg为“0”，导致输出电压Vo为“0”。意味着凡是DC用电器的额定电压高于本发明的额定电压，或插座J1空置时，主电源E3关闭，实现DC用电器E4的负载LR在没有供电的情况下进行过压保护。

、欠压保护电路

由运算放大器U7、电阻R9和R10组成。电阻R9和R10对电压Vc进行分压得到电压Vz2，送入运算放大器U7的反相输入端，而同相输入端输入基准电压Vref，相比较后输出故障信号F1。当本发明万一自身出现问题，导致电压Vc欠压，这时反相输入端电压低于同相输入端电压，输出故障信号F1（高电平）。由于电压Vc欠压会导致电压管理电路和电流管理电路不能正常工作，输出不正确的电压和电流，为了解决这一问题必须加装欠压保护电路。

结合实际使用情况说明电压管理电路的工作流程

当DC用电器E4（例如一款额定电压为19V的笔记本电脑按图1所示，内置（电压）基准电阻R22为19.00KΩ电阻），所连接的插头P1插入插座J1时，电流I1（1mA）经（电压）基准电阻R22（19.00KΩ），拉低（电压）准电压VVG，拉低到（电压）准电压VVG=I1×R22=1mA×19.00KΩ=19V，低于（电压）准电压VVG上限阀值（25V），过压保护电路（运算放大器U6）输出故障信号F4由高电平转为低电平，同时故障信号F1也为低电平（电压Vc正常）的情况下，或门U2输出低电平，三极管Q1由导通转为截止，将已下降的（电压）准电压VVG1（19V）开始对电容C4充电，（电压）基准电压VVg由“0”升高并稳定在19V作为（电压）误差放大器（运算放大器U5）的基准电压，（由于电路中的运算放大器电压漂移小，输入阻抗大，电压损失较小，可忽略不计）控制输出电压Vo由0V变为19V，同时或门U2输出的低电平，使开/关控制信号（ON/OFF）为高电平打开主电源E3，向DC用电器E4（19V的笔记本电脑）供电。

当DC用电器E4拔出本发明的插座J1时，恒流源M6没有了负载，电流I1断流，（电压）准电压VVG迅速升高，超过（电压）准电压VVG上限阀值（25V），过压保护电路（运算放大器U6的1脚）输出的输出故障信号F4由低电平转换为高电平，使三极管Q1由截止变为导通，（电压）基准电压VVg不跟着（电压）准电压VVG升高反而下拉为“0”，控制主电源E3输出为“0”，同时故障信号F4的高电平使开/关控制信号（ON/OFF）为低电平，关闭主电源E3，电阻R16泄放电容C1和C8上的剩余电荷直到输出电压为“0”。通过以上原理得知平时本发明输出电压Vo为“0”，只有在接入合适的（电压）基准电阻R22的情况下，本发明才能输出相应的电压，（电压）基准电阻R22阻值的变化将导致输出电压Vo的相应的变化，因此应用于不同电压的DC用电器。

3、电流管理电路（参见图1中粗线下面电路所示）

电流管理电路包括（电流）准电压VIG电路，（电流）误差放大电路和过流保护电路。（电流）准电压VIG电路由恒流源M8、电压跟随器M7、电容C9组成；（电流）误差放大电路由运算放大器U8、电流检测电路M4、电阻R5、电阻R8、电阻R11、电阻R13、电容C3、电容C5和二极管D3组成；过流保护电路由运算放大器U9、电阻R17、电阻R18、电阻R6、三极管Q2组成。

电压Vc接点连接恒流源M8的1脚,恒流源M8的2脚连接插座J1的4脚、（电流）准电压VIG接点、电容C9和电压跟随器M7的1脚，电压跟随器M7的2脚连接（电流）准电压VIG1接点、电阻R17和电阻R13，电阻R13连接电容C5、电容C3、三极管Q2的集电极、运算放大器U8的2脚，运算放大器U8的1脚连接电容C3和电阻R5，电阻R5连接二极管D3，二极管D3连接主电源E3的3脚。电阻R17连接电阻R18和运算放大器U9的3脚，运算放大器U9的2脚连接基准电压Vref接点，运算放大器U9的1脚连接故障信号F8接点、或非门U1的1脚和电阻R6，电阻R6连接三极管Q2的基极，电流检测电路M4的3脚连接电阻R8，电阻R8连接电阻R11、电压Vz接点和运算放大器U8的3脚。三极管Q2的发射极、电阻R11、电阻R18、电容C5和电容C9接地。

具体原理如下：

、（电流）准电压VIG电路

由恒流源M8、电压跟随器M7、电容C9组成。同（电压）准电压VVG电路同理，（电流）准电压VIG是恒流源M8在电压Vc供给下输出一定值的电流I2，通过DC用电器E4的（电流）基准电阻R21而产生的电压，经电压跟随器M7电流放大后输出（电流）准电压VIG1，又经电阻R13向（电流）误差放大器（运算放大器U8的2脚）提供（电流）基准电压VIg，用来控制主电源E3的输出电流Io；同时又通过电阻R17向过流保护电路（运算放大器U9的3脚）提供（电流）准电压VIG过压信号。电容C9的作用是滤除高频干扰信号。

、（电流）误差放大电路

由运算放大器U8、电流检测电路M4、电阻R8、电阻R11、电阻R5、电阻R13、电容C3、电容C5和二极管D3组成。电流检测电路M4是把输出电流Io信号转变为（电流）取样电压VIo信号，由3脚输出，经电阻R8和R11分压，得到的电压Vz（与输出电流Io同值）进入运算放大器U8的同相输入端，与反相输入端输入的（电流）基准电压VIg进行比较，输出误差信号经电阻R5限流和二极管D3转变为电压/电流控制信号CS，送入主电源E3的3脚，然后从主电源E3的2脚输出DC用电器E4所需要的电流。

调节电阻R8和电阻R11的目的是使输出电流Io值等于电压Vz值，实现用（电流）基准电阻值最终控制主电源E3输出同值的输出电流Io，即（电流）基准电阻R21的阻值与输出电流Io值同值。

、过流保护电路

由运算放大器U9、电阻R6、电阻R17、电阻R18、三极管Q2组成。该电路是利用电阻R17和R18设定（电流）准电压VIG的上限阀值（即设定主电源E3输出电流Io的过流阀值），其目的是当遇到DC用电器额定电流大于本发明输出额定电流时，主电源E3不开机，该电路与已有电源过流保护不同，它不是利用过荷电流反馈进行保护的，而是利用（电流）准电压VIG的过压进行保护的，因而是在负载LR没有加电的情况下进行保护，不会造成电流冲击。电阻R17和电阻R18对（电流）准电压VIG1进行分压，得到的电压Vz3送入运算放大器U9的同相输入端，当（电流）准电压VIG1超过（电流）准电压VIG的上限阀值时，也就是电压Vz3高于反相输入端的基准电压Vref时，经比较后输出故障信号F8为高电平，一路经电阻R6，使三极管Q2导通，把电容C5上的电荷放掉，由于电阻R13限流，使（电流）基准电压VIg拉低为“0”，于是运算放大器U8输出“高电平”，控制主电源E3的2脚输出的输出电流Io为“0”；另一路经或非门U1的1脚，使或非门U1输出低电平，控制主电源E3关闭。例如本发明的输出额定电流Io为6.2A，那么通过调谐电阻R17和R18设定（电流）准电压VIG的上限阀值为6.2V，凡是（电流）准电压VIG超过6.2V，主电源E3关闭，实现过流保护，防止本发明过流。

结合实际使用情况说明电流管理电路的工作流程

当DC用电器E4（例如上面提到的一款额定电压为19V的笔记本电脑的额定电流为4.2A，按图1所示内置（电流）基准电阻R21为4.20KΩ电阻）所连接的插头P1插入插座J1时，电流I2（1mA）经（电流）基准电阻R21（4.20KΩ），拉低（电流）准电压VIG，拉低到（电流）准电压VIG=I2×R21=1mA×4.20KΩ=4.2V，低于（电流）准电压VIG上限阀值（6.2V），过流保护电路（运算放大器U9）输出故障信号F8由高电平转为低电平，三极管Q2由导通转为截止，将已下降的（电流）准电压VIG1（4.2V）通过电阻R13开始向电容C5充电，（电流）基准电压VIg由“0”升高并稳定在4.2V，作为（电流）误差放大器（运算放大器U8）的（电流）基准电压VIg，控制输出电流Io由0A变为最高4.2A(起到恒流或限流保护作用)，向DC用电器E4（19V的笔记本电脑）供电。

当DC用电器E4连接的插头P1拔出插座J1时，即（电流）基准电阻R21断开时，恒流源M8没有了负载，电流I2断流，（电流）准电压VIG迅速升高，超过（电流）准电压VIG上限阀值（6.2V），过流保护电路（运算放大器U9的1脚）输出的输出故障信号F8由低电平转换为高电平，使三极管Q2由截止变为导通，（电流）基准电压VIg下拉为“0”，使输出电流Io为“0”。通过以上原理得知平时本发明输出电流Io为“0”，只有在接入合适的（电流）基准电阻R21的情况下，本发明才能输出相应的电流，（电流）基准电阻R21电阻值的变化将导致输出电流Io的相应的变化，因此应用于不同电流的DC用电器。

4、主电源开/关控制电路

由或非门U1和电阻R1组成。或非门U1的3脚连接电阻R1，电阻R1连接主电源E3的4脚。

当没有故障（故障信号F4、F1、F8均为低电平）时，或门U2的3脚和运算放大器U9的1脚输出的低电平分别进入或非门U1的2脚和1脚，于是或非门U1的3脚输出高电平，经电阻R1限流，输入主电源E3的4脚，开/关控制信号（ON/OFF）为高电平，开启主电源E3。故障信号F4、F1、F8只要有一路为高电平（出现故障），或非门U1的3脚就输出低电平，关闭主电源E3。

5、显示电路

、指示灯显示电路

指示灯显示电路参见图2、由限流电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、发光二极管DS1、发光二极管DS2、发光二极管DS3、发光二极管DS4组成。

由图1中的故障信号F4、F1、F8的接点分别对应连接电阻R23、电阻R24、电阻R25，电阻R23、电阻R24、电阻R25分别连接发光二极管DS1、发光二极管DS2、发光二极管DS3。电压Vc接点连接电阻R26，电阻R26连接发光二极管DS4，所有发光二极管的阴极接地。

发光二极管DS1-DS3为故障灯，点亮说明有故障。当输入的故障信号F4为高电位时，发光二极管DS1点亮,表示DC用电器E4的额定电压高于本发明的额定电压，本发明实施过压保护；当输入的故障信号F1为高电位时，发光二极管DS2点亮,表示本发明辅助电源E2输出电压Vc欠压，可能是辅助电源带负载能力差，或本发明电路过载等自身故障，本发明实施欠压保护；当输入故障信号F8为高电位时，发光二极管DS3点亮,表示DC用电器的额定电流超过本发明的额定电流，本发明实施过流保护；发光二极管DS4点亮，表示本发明加电工作。

、电表显示电路

电表显示电路参见图3，由图1中的（电压）准电压VVG1、输出电压Vo、（电流）准电压VIG1、电压Vz接点分别连接准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的信号输入端，这4只电表的电源正极连接电压Vcc接点，它们的负极接地。

从图1中的电压跟随器M5输出的（电压）准电压VVG1信号进入准电压表Vm1的输入端，显示准电压（用来预显接入的DC用电器E4的额定电压）；从图1中的电流检测电路M4的2脚输出的输出电压Vo信号进入电压表Vm2的输入端，显示本发明的实际输出电压Vo；从图1中的电压跟随器M7输出的（电流）准电压VIG1信号进入准电流表Am1的输入端，显示准电流（用来预显接入的DC用电器E4的额定电流）；从图1中的电阻R8和R11分压得到的电压Vz信号，进入

电流表Am2的输入端，显示本发明的实际输出电流Io。

6、接口电路

接口电路由插座J1和插头P1组成，插座J1的1、2、3、4脚分别对应连接插头P1的a、b、c、d脚。

7、DC用电器E4电路

DC用电器E4电路由（电流）基准电阻R21、（电压）基准电阻R22、负载LR组成，插头P1的a脚连接（电压）基准电阻R22，插头P1的b脚连接负载LR，插头P1的d脚连接（电流）基准电阻R21，插头P1的c脚、（电流）基准电阻R21、负载LR、（电压）基准电阻R22接地。

DC用电器E4（包含手机、显示器、笔记本电脑等）内置（电压）基准电阻R22和（电流）基准电阻R21，分别通过电压管理电路和电流管理电路控制主电源E3输出相应的输出电压Vo或输出电流Io向负载LR供电。

通过上述原理得知，输出电压Vo与（电压）准电压VVG同值，同理输出电流Io与（电流）准电压VIG同值，可用稳压器W本身的稳压值确定（电压）准电压VVG值或（电流）准电压VIG值，但为了克服在前面提到的稳压器W的一些缺点，所以DC用电器E4采用内置电阻来解决。电阻的阻值与稳压器W的稳压值不是一个概念，但它们之间存在某种关联，因此本发明变通的引进一个同值概念，以上谈到的电阻值和电压值同值，或电阻值和电流值同值，（是在电压单位为“V”、电流电位为“A”、电阻单位为 “KΩ”的前提下）只考虑数值同值，打破了以往繁杂的调式方法，实现电阻值控制同值电压或同值电流，致使DC用电器E4内置（电压）基准电阻R22的阻值采用该DC用电器的额定电压值；（电流）基准电阻R21的阻值采用该DC用电器的额定电流值，控制电路十分简单，成本低廉、操作十分方便，减少以往繁杂的调试，提高了工作效率，并提高了电压的精度。将来若用在本发明的恒流源成为统一标准的专用的精密的恒流源，精度会得到进一步的提高，下来电阻值的精度就决定了电压的精度，采用高精度的电阻就能达到更高的精度（±0.01%～±1%）要求，所控制的电压精度也会更高，不用以往电位器调节或4只电阻串并联搭配组合调节电压，而是本发明只要配上与电压或电流同值的精密电阻就能达到更高精度要求。本发明为调节电压和电流找到了一种提高精度的、操作简便的方法，提高了本发明精度的一致性，便于统一标准和助力推广应用。

本发明的电压管理电路和电流管理电路不能同时控制主电源E3，所以本发明具有恒压和恒流两种工作状态：（参见图1）电压管理电路通过二极管D1和电流管理电路通过二极管D3是以逻辑 “或门”的形式出现，哪一条电路为“高电平”哪一条电路就有权控制主电源E3。、恒压状态：电压管理电路（运算放大器U5的1脚）输出的“电平”高于电流管理电路（运算放大器U8的1脚）输出的“电平”，本发明工作处在恒压状态；/>、恒流状态：电流管理电路输出的“电平”高于电压管理电路输出的“电平”，本发明工作处在恒流状态。

例如：一款额定充电电压为5V、充电电流为1.5A的手机，内置（电压）基准电阻R22为 5.00KΩ和（电流）基准电阻R21为1.50KΩ，当手机连接的插头P1插入插座J1时，第一时间准电压表Vm1显示为5V（显示该手机的额定充电电压），准电流表Am1显示为1.5A（显示该手机的额定充电电流），当手机需要大电流充电时，本发明输出呈现恒流状态，以恒定电流1.5A向手机充电，输出电压表Vm2显示输出电压Vo为5V以下数值，输出电流表Am2显示输出电流Io为1.5A；当充电电流减少时，本发明呈现恒压状态，以恒定电压5V向手机充电，输出电压表Vm2显示输出电压Vo为5V，输出电流表Am2显示输出电流Io为1.5A以下数值。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1. 一种同步电压-电流适配器，其特征在于其包括电源电路, 电源电路连接电压管理电路、电流管理电路、主电源开/关控制电路、显示电路、接口电路，接口电路连接DC用电器E4电路；

所述的电压管理电路包括电压准电压VVG电路、电压误差放大电路、过压保护电路、欠压保护电路，电压准电压VVG电路由恒流源M6、电压跟随器M5、电容C7组成；电压误差放大电路由运算放大器U5、电阻R3、电阻R7、电阻R12、电容C2、电容C4和二极管D1组成；过压保护电路由运算放大器U6、电阻R4、电阻R14、电阻R15、或门U2、三极管Q1组成；欠压保护电路由运算放大器U7、电阻R9和R10组成；电压Vc接点连接恒流源M6的1脚,恒流源M6的2脚连接插座J1的1脚、电压准电压VVG接点、电容C7、电压跟随器M5的1脚，电压跟随器M5的2脚连接电压准电压VVG1接点、电阻R14和电阻R12，电阻R12连接电容C2、电容C4、三极管Q1的集电极和运算放大器U5的2脚，运算放大器U5的3脚连接电阻R7，电阻R7连接输出电压Vo接点，运算放大器U5的1脚连接电容C2和电阻R3，电阻R3连接二极管D1，二极管D1连接电源电路；电阻R14连接电阻R15和运算放大器U6的3脚，运算放大器U6的1脚连接故障信号F4接点和或门U2的2脚，运算放大器U6的2脚连接运算放大器U7的3脚和基准电压Vref接点，运算放大器U7的2脚连接电阻R10和电阻R9，电阻R9连接电压Vc接点，运算放大器U7的1脚连接或门U2的1脚和故障信号F1接点，或门U2的3脚连接或非门U1的2脚和电阻R4，电阻R4连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地和电阻R10、电阻R15、电容C4、电容C7接地；

所述的电流管理电路包括电流准电压VIG电路，电流误差放大电路和过流保护电路；电流准电压VIG电路由恒流源M8、电压跟随器M7、电容C9组成；电流误差放大电路由运算放大器U8、电流检测电路M4、电阻R5、电阻R8、电阻R11、电阻R13、电容C3、电容C5和二极管D3组成；过流保护电路由运算放大器U9、电阻R17、电阻R18、电阻R6、三极管Q2组成；

电压Vc接点连接恒流源M8的1脚,恒流源M8的2脚连接插座J1的4脚、电流准电压VIG接点、电容C9和电压跟随器M7的1脚，电压跟随器M7的2脚连接电流准电压VIG1接点、电阻R17和电阻R13，电阻R13连接电容C5、电容C3、三极管Q2的集电极、运算放大器U8的2脚，运算放大器U8的1脚连接电容C3和电阻R5，电阻R5连接二极管D3，二极管D3连接电源电路；电阻R17连接电阻R18和运算放大器U9的3脚，运算放大器U9的2脚连接基准电压Vref接点，运算放大器U9的1脚连接故障信号F8接点、或非门U1的1脚和电阻R6，电阻R6连接三极管Q2的基极，电流检测电路M4的3脚连接电阻R8，电阻R8连接电阻R11、电压Vz接点和运算放大器U8的3脚；三极管Q2的发射极、电阻R11、电阻R18、电容C5和电容C9接地；

所述的主电源开/关控制电路由或非门U1和电阻R1组成；或非门U1的3脚连接电阻R1，电阻R1连接电源电路；

所述的显示电路包括指示灯显示电路和电表显示电路；所述指示灯显示电路由限流电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、发光二极管DS1、发光二极管DS2、发光二极管DS3、发光二极管DS4组成；故障信号F4、F1、F8的接点分别对应连接电阻R23、电阻R24、电阻R25，电阻R23、电阻R24、电阻R25分别连接发光二极管DS1、发光二极管DS2、发光二极管DS3；电压Vc接点连接电阻R26，电阻R26连接发光二极管DS4，所有发光二极管的阴极接地；所述电表显示电路包括准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2，电压准电压VVG1、输出电压Vo、电流准电压VIG1、电压Vz接点分别连接准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的信号输入端，准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的电源正极连接电压Vcc接点，准电压表Vm1、输出电压表Vm2、准电流表Am1、输出电流表Am2的负极接地；

所述接口电路由插座J1和插头P1组成，插座J1的1、2、3、4脚分别对应连接插头P1的a、b、c、d脚；

所述DC用电器E4电路由电流基准电阻R21、电压基准电阻R22、负载LR组成，插头P1的a脚连接电压基准电阻R22，插头P1的b脚连接负载LR，插头P1的d脚连接电流基准电阻R21，插头P1的c脚、电流基准电阻R21、负载LR、电压基准电阻R22接地；电流基准电阻R21的电阻值与DC用电器E4的额定电流值等值，电压基准电阻R22的电阻值与DC用电器E4的额定电压值等值。

2.根据权利要求1所述的一种同步电压-电流适配器，其特征在于所述的电源电路包括整流滤波电路E1、辅助电源E2、主电源E3；～220V市电插头P连接整流滤波电路E1，整流滤波电路E1连接辅助电源E2的1脚和主电源E3的1脚，辅助电源E2的2脚连接电阻R2，电阻R2连接电容C6、电压Vc接点、稳压电路U4的输入端2脚，稳压电路U4的输出端3脚连接电容C10、电压Vcc接点和电阻R19，电阻R19连接基准电压Vref接点和电阻R20；主电源E3的2脚连接电容C1和电流检测电路M4的1脚，电流检测电路M4的2脚连接电阻R16、电容C8、插座J1的2脚和输出电压Vo接点；

辅助电源E2的3脚、主电源E3的5脚、稳压电路U4的1脚、电阻R16、电阻R20、电容C1、电容C6、电容C8、电容C10和插座J1的3脚接地；二极管D1连接主电源E3的3脚和电压/电流控制信号CS接点；二极管D3连接主电源E3的3脚；电阻R1连接主电源E3的4脚。