CN112068629B - 一种稳压电源电路以及太阳能充电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳压电源电路，包括：电路输入端、电路输出端、开关单元、比较单元和控制单元，开关单元，其连接于电路输入端和电路输出端之间；比较单元，其与电路输出端连接且接地，比较单元用于根据电路输出端的实际输出电压与预设输出电压的比较以导通或断开本单元；控制单元，其与开关单元、比较单元、电路输入端连接且接地，控制单元用于根据比较单元的导通控制开关单元断开，以及根据比较单元的断开控制开关单元导通。在输入电压范围较大的场景中实施本发明来代替高耐压的LDO芯片，可以有效降低电路成本。

Description

一种稳压电源电路以及太阳能充电控制器

技术领域

本发明涉及充电设备技术领域，尤其涉及一种稳压电源电路以及太阳能充电控制器。

背景技术

稳压电源电路是常用的电路设计，可以通过常规的LDO芯片实现，常规的LDO芯片虽然稳压精度高，但是能承受的输入电压范围一般是30V以内，范围较窄，在输入电压范围较大的场景下无法适用，而使用输入电压范围宽的LDO芯片，即高耐压的LDO芯片则价格昂贵，会增加稳压电源电路应用的成本。

发明内容

本发明提供了一种稳压电源电路以及太阳能充电控制器，旨在解决现有技术中在输入电压范围较大的场景中稳压电源电路采用高耐压LDO芯片导致成本高的问题。

第一方面，本发明提供了一种稳压电源电路，其包括电路输入端、电路输出端、开关单元、比较单元和控制单元，开关单元，其连接于所述电路输入端和所述电路输出端之间；比较单元，其与所述电路输出端连接且接地，所述比较单元用于根据所述电路输出端的实际输出电压与预设输出电压的比较以导通或断开本单元；控制单元，其与所述开关单元、所述比较单元、所述电路输入端连接且接地，所述控制单元用于根据所述比较单元的导通控制所述开关单元断开，以及根据所述比较单元的断开控制所述开关单元导通。

进一步地，所述比较单元包括第一稳压管、第一电阻、第二电阻以及第一NPN三极管，所述第一稳压管的负极连接所述电路输出端，所述第一稳压管的正极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一NPN三极管的发射极接地，所述第一NPN三极管的集电极连接所述控制单元，所述第二电阻的一端连接于所述第一电阻的另一端与所述第一NPN三极管的基极之间，所述第二电阻的另一端接地。

进一步地，所述控制单元包括第二NPN三极管、第三电阻以及第四电阻，所述第二NPN三极管的基极连接所述第一NPN三极管的集电极，发射极接地，所述第三电阻的一端连接所述第二NPN三极管的集电极，另一端连接所述开关单元，第四电阻的一端连接于所述第二NPN三极管的基极与所述第一NPN三极管的集电极之间，另一端连接所述电路输入端。

进一步地，所述开关单元包括PNP三极管，所述PNP三极管的基极连接所述第三电阻的一端，发射极连接所述电路输入端，集电极连接所述电路输出端。

进一步地，还包括第一限流单元，所述第一限流单元包括第五电阻、第一二极管和第二二极管，所述第五电阻的一端连接所述PNP三极管的发射极，另一端连接所述电路输入端，所述第一二极管的正极连接所述电路输入端，所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述PNP三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接所述第一二极管的正极或者负极。

进一步地，还包括第一限流单元，所述第一限流单元包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述PNP三极管的发射极，另一端连接所述电路输入端，所述第六电阻的一端连接所述PNP三极管的基极，另一端连接所述电路输入端。

进一步地，还包括第二限流单元，其与所述控制单元连接，所述控制单元通过所述第二限流单元接地，所述第二限流单元用于限制所述控制单元的电流大小。

进一步地，所述第二限流单元包括第七电阻和第二稳压管，所述第二稳压管的正极接地，所述第二稳压管的负极连接所述第二NPN三极管的基极，所述第七电阻的一端连接所述第二NPN三极管的发射极，所述第七电阻的另一端接地。

进一步地，所述第二限流单元包括第七电阻、第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极连接所述第二NPN三极管的基极，所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的正极，所述第四二极管的负极接地，所述第七电阻的一端连接所述第二NPN三极管的发射极，所述第七电阻的另一端接地。

第二方面，本发明还提供了一种太阳能充电控制器，其包括稳压电源电路，所述稳压电源电路为上述第一方面所述的稳压电源电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过比较单元根据电路输出端的实际输出电压与预设输出电压的比较以使本单元处于导通或断开的状态，再通过控制单元根据比较单元的导通控制开关单元断开，根据比较单元的断开控制开关单元导通，最终实现对实际输出电压的调节，使其等于预设输出电压，实现电路稳压功能。在输入电压范围较大的场景中实施本发明来代替高耐压的LDO芯片，可以有效降低电路成本。

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展示了本发明实施例提供的稳压电源电路的示意图；

图2展示了图1提供的稳压电源电路的电路图；

图3展示了包括第一限流单元的稳压电源电路的示意图；

图4展示了图3提供的稳压电源电路的电路图；

图5展示了图3提供的稳压电源电路的另一电路图；

图6展示了包括第二限流单元的稳压电源电路的示意图；

图7展示了图6提供的稳压电源电路的电路图；

图8展示了图6提供的稳压电源电路的另一电路图；

图9展示了图6提供的稳压电源电路的另一电路图。

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参照图1-9所示，为本发明提供的较佳实施例。

本实施例提供的一种稳压电源电路，如图1所示，包括：电路输入端、电路输出端、开关单元3、比较单元1和控制单元2，开关单元3，其连接于电路输入端和电路输出端之间；比较单元1，其与电路输出端连接且接地，比较单元1用于根据电路输出端的实际输出电压与预设输出电压的比较以导通或断开本单元；控制单元2，其与开关单元3、比较单元1、电路输入端连接且接地，控制单元用于根据比较单元的导通控制开关单元断开，以及根据比较单元的断开控制开关单元导通。

本实施例的预设输出电压的大小由稳压电源电路的设计和元器件的参数决定，根据需求确定电路需要稳定输出的电压后，再搭建相应的稳压电源电路，即可得到本实施例的预设输出电压。

本发明比较单元1根据电路输出端的实际输出电压与预设输出电压的比较以使本单元处于导通或断开的状态，再通过控制单元2根据比较单元1的导通控制开关单元3断开，根据比较单元1的断开控制开关单元3导通，最终实现对实际输出电压的调节，使其等于预设输出电压，实现电路稳压功能。在输入电压范围较大的场景中实施本发明来代替高耐压的LDO芯片，可以有效降低电路成本。电路采用分立器件搭建，可以根据需求选择高耐压的器件，增大输入电压范围，且采用分立器件降低了电路的成本。

本实施例中，电路输入端为VIN，电路输出端为VO。

本实施例中，如图2所示，比较单元1包括第一稳压管ZD1、第一电阻R1、第二电阻R2以及第一NPN三极管Q1，第一稳压管ZD1的负极连接电路输出端，第一稳压管ZD1的正极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一NPN三极管Q1的基极，第一NPN三极管Q1的发射极接地，第一NPN三极管Q1的集电极连接控制单元2，第二电阻R2的一端连接于第一电阻R1的另一端与第一NPN三极管Q1的基极之间，第二电阻R2的另一端接地；当电路输出端的实际输出电压大于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1导通；实际输出电压小于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1关断；实际输出电压等于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1临界导通。

具体地，控制单元2包括第二NPN三极管Q2、第三电阻R3以及第四电阻R4，第二NPN三极管Q2的基极连接第一NPN三极管Q1的集电极，发射极接地，第三电阻R3的一端连接第二NPN三极管Q2的集电极，另一端连接开关单元3，第四电阻R4的一端连接于第二NPN三极管Q2的基极与第一NPN三极管Q1的集电极之间，另一端连接电路输入端；当电路输出端的实际输出电压大于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1导通，第二NPN三极管Q2关断，进而控制开关单元3关断；当实际输出电压小于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1关断，第二NPN三极管Q2导通，进而控制开关单元3导通；当实际输出电压等于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1临界导通，第二NPN三极管Q2临界导通，进而控制开关单元3导通。

具体地，开关单元3包括PNP三极管Q3，PNP三极管Q3的基极连接第三电阻R3的一端，发射极连接电路输入端，集电极连接电路输出端；当电路输出端的实际输出电压大于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1导通，第二NPN三极管Q2关断，PNP三极管Q3关断；当实际输出电压小于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1关断，第二NPN三极管Q2导通，PNP三极管Q3导通；当实际输出电压等于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1临界导通，第二NPN三极管Q2临界导通，PNP三极管Q3导通，处于放大区。实际输出电压小于预设输出电压时，PNP三极管Q3处于导通状态，此时输入电压与实际输出电压的差值可以低至0.1V以下，实际输出电压的上限更高，通过调高输入电压，可以使得实际输出电压尽可能等于预设输出电压。

本实施例中，整个电路主要由第二NPN三极管Q2和PNP三极管Q3承受电压，根据需求选择具有高耐压值的第二NPN三极管Q2和PNP三极管Q3用于搭建电路，可以有效增大电路输入电压的范围。

本实施例中，如图3和图4所示，稳压电源电路还包括第一限流单元4，第一限流单元4包括第五电阻R5、第一二极管D1和第二二极管D2，第五电阻R5的一端连接PNP三极管Q3的发射极，另一端连接电路输入端，第一二极管D1的正极连接电路输入端，第一二极管D1的负极连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接PNP三极管Q3的基极，第四电阻R4的另一端连接第一二极管D1的正极或者负极。

当PNP三极管Q3的集电极和射极的电流比较小时，第五电阻R5和PNP三极管Q3的发射极到基极电压之和不足以让第一二极管D1和第二二极管D2导通；当电路输入端的输入电压增大时，PNP三极管Q3的电流增大，第五电阻R5的电压会增大，第五电阻R5的电压增大到使第一二极管D1和第二二极管D2导通后，第一二极管D1、第二二极管D2与第五电阻R5、PNP三极管Q3的发射极到基极是并联关系，由于二极管的导通电压基本不变，如果PNP三极管Q3的电流继续增大，第五电阻R5电压增大，PNP三极管Q3的发射极到基极电压就会减小，基极电流减小，发射极电流减小，因此可以限制PNP三极管Q3的电流继续增大，使电流保持在一定范围内，从而限制了电路的输入电流和输出电流，实现电路的限流功能，有利于保护电路的器件。

在其他实施例中，如图5所示，第一限流单元4仅包括第五电阻R5，第五电阻R5的一端连接PNP三极管Q3的发射极，另一端连接电路输入端，第五电阻R5本身会减小PNP三极管Q3的电流，对电路的输入电流和输出电流具有一定的限制作用。

在本实施例中，如图6所示，稳压电源电路还包括第二限流单元5，其与控制单元2连接，控制单元2通过第二限流单元5接地，第二限流单元5用于限制控制单元2的电流大小。

具体地，如图7所示，第二限流单元5包括第七电阻R7和第二稳压管ZD2，第二稳压管ZD2的正极接地，第二稳压管ZD2的负极连接第二NPN三极管Q2的基极，第七电阻R7的一端连接第二NPN三极管Q2的发射极，第七电阻R7的另一端接地。

当第二NPN三极管Q2的集电极和射极的电流比较小时，第七电阻R7和第二NPN三极管Q2的基极到发射极电压之和不足以让第二稳压管ZD2导通；而当电路输入端的输入电压升高时，第二NPN三极管Q2电流增大，第七电阻R7电压会增大，第七电阻R7电压增大到使第二稳压管ZD2导通后，第二稳压管ZD2与第七电阻R7、第二NPN三极管Q2的基极到发射极电压是并联关系，由于第二稳压管ZD2的导通电压基本不变，如果第二NPN三极管Q2电流继续增大，第七电阻R7电压增大，第二NPN三极管Q2的基极到发射极电压就会减小，基极电流减小，集电极电流减小，因此限制第二NPN三极管Q2的电流继续增大，使电流保持在一定范围内，即第二NPN三极管Q2的集电极电流大小达到一定值后基本保持不变，有利于电路输出端的实际输出电压保持稳定。

在其他实施例中，如图8所示，第二限流单元5包括第七电阻R7、第三二极管D3和第四二极管D4，第三二极管D3的正极连接第二NPN三极管Q2的基极，第三二极管D3的负极连接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极接地，第七电阻R7的一端连接第二NPN三极管Q2的发射极，第七电阻R7的另一端接地，第三二极管D3和第四二极管D4的作用与第二稳压管ZD2相同。

同理，当第二NPN三极管Q2的集电极和射极的电流比较小时，第七电阻R7和第二NPN三极管Q2的基极到发射极电压之和不足以让第三二极管D3和第四二极管D4导通；而当电路输入端的输入电压升高时，第二NPN三极管Q2电流增大，第七电阻R7电压会增大，第七电阻R7电压增大到使第三二极管D3和第四二极管D4导通后，第三二极管D3、第四二极管D4与第七电阻R7、第二NPN三极管Q2的基极到发射极电压是并联关系，由于二极管的导通电压基本不变，如果第二NPN三极管Q2电流继续增大，第七电阻R7电压增大，第二NPN三极管Q2的基极到发射极电压就会减小，基极电流减小，集电极电流减小，因此限制第二NPN三极管Q2的电流继续增大，使电流保持在一定范围内，即第二NPN三极管Q2的集电极电流大小达到一定值后基本保持不变，有利于电路输出端的实际输出电压保持稳定。

在说明书附图未示出的其他实施例中，第二限流单元5仅为第七电阻R7，第七电阻R7的一端连接第二NPN三极管Q2的发射极，第七电阻R7的另一端接地。第七电阻R7本身会减小第二NPN三极管Q2的电流，对第二NPN三极管Q2的电流具有一定的限制作用。

在说明书附图未示出的其他实施例中，第三电阻R3的阻值为零，即第三电阻R3短路为导线，可以减少电路器件数量，进一步降低成本。

在其他实施例中，如图9所示，第一限流单元4包括第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5的一端连接PNP三极管Q3的发射极，另一端连接电路输入端，第六电阻R6的一端连接PNP三极管Q3的基极，另一端连接电路输入端；采用第六电阻R6代替第一二极管D1和第二二极管D2，可以有效降低成本。

本发明的具体工作原理说明如下：

根据本发明的电路设计，预设输出电压为V预≈V(ZD1)+0.6×(R1+R2)÷R2，电路的稳压过程如下：

电路输入端VIN首次通电时，VO的值最初为0，此时电路输出端的实际输出电压小于预设输出电压，第一NPN三极管Q1的基极电压与V0同样是0，因此第一NPN三极管Q1截止关闭，电路输入端VIN的输入电流经过第四电阻R4使第二NPN三极管Q2导通，电路输入端VIN的输入电流再经过第五电阻R5使PNP三极管Q1导通，此时电路输出端VO的实际输出电压逐渐上升。

当实际输出电压上升到大于第一稳压管ZD1的稳压电压后，第一稳压管ZD1导通，电流经过第一电阻R1和第二电阻R2；如果实际输出电压继续增大，电流增大，使得第二电阻R2的电压大于第一NPN三极管Q1的导通电压(约为0.6V)，第一NPN三极管Q1导通，第二NPN三极管Q2的基极电压降低，基极电流和集电极电流减小，第二NPN三极管Q2临界导通，PNP三极管Q3的基极电流减小，集电极电流和集电极电压减小，PNP三极管Q3处于放大区，实际输出电压不再继续升高，此时实际输出电压等于预设输出电压。

若提高电路输入端的输入电压，导致电路输出端的实际输出电压大于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1导通，第二NPN三极管Q2的基极电压进一步降低，直至小于第二NPN三极管Q2的导通电压，使得第二NPN三极管Q2断开，PNP三极管Q3随之断开，使得电路输出端的实际输出电压降低，直至等于预设输出电压。

若降低电路输入端的输入电压，导致电路输出端的实际输出电压小于预设输出电压时，第一NPN三极管Q1的基极电压下降，电流减小，第一NPN三极管Q1断开，第一NPN三极管Q1的集电极也就是第二NPN三极管Q2的基极电压升高，第二NPN三极管Q2的基极电流和集电极电流升高，第二NPN三极管Q2导通，PNP三极管Q3的基极电流和集电极电流升高，PNP三极管Q3导通，电路输出端VO的实际输出电压升高。

本发明还提供了一种太阳能充电控制器，其包括稳压电源电路，所述稳压电源电路为上述实施例中所述的稳压电源电路，本发明太阳能充电控制器的实施例通过比较单元1对电路输出端的实际输出电压和预设输出电压进行比较以导通或断开本单元，再通过控制单元2根据比较单元1的导通控制开关单元3断开，根据比较单元1的断开控制开关单元3导通，最终实现对实际输出电压的调节，使其等于预设输出电压，实现电路稳压功能，保障了太阳能充电控制器充电时电压稳定；在输入电压范围较大的场景中实施本实施例来代替高耐压的LDO芯片，可以有效降低电路成本，稳压电源电路采用分立器件搭建，可以根据需求选择高耐压的器件，增大输入电压范围，且采用分立器件降低了电路的成本，使得太阳能充电控制器整体成本降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种稳压电源电路，其包括电路输入端和电路输出端，其特征在于，还包括：开关单元、比较单元和控制单元；

所述比较单元包括第一稳压管、第一电阻、第二电阻以及第一NPN三极管，所述第一稳压管的负极连接所述电路输出端，所述第一稳压管的正极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第一NPN三极管的基极，所述第一NPN三极管的发射极接地，所述第一NPN三极管的集电极连接所述控制单元，所述第二电阻的一端连接于所述第一电阻的另一端与所述第一NPN三极管的基极之间，所述第二电阻的另一端接地；

所述控制单元包括第二NPN三极管、第三电阻以及第四电阻，所述第二NPN三极管的基极连接所述第一NPN三极管的集电极，发射极接地，所述第三电阻的一端连接所述第二NPN三极管的集电极，另一端连接PNP三极管的基极，第四电阻的一端连接于所述第二NPN三极管的基极与所述第一NPN三极管的集电极之间，另一端连接所述电路输入端；

所述开关单元包括PNP三极管，所述PNP三极管的基极连接所述第三电阻的一端，发射极连接所述电路输入端，集电极连接所述电路输出端；

其中，电路输出端的实际输出电压小于预设输出电压时，第一NPN三极管截止关闭，第二NPN三极管导通，PNP三极管导通，以使电路输出端的实际输出电压上升；电路输出端的实际输出电压变化至第一NPN三极管导通，第二NPN三极管临界导通，PNP三极管处于放大区时，电路输出端的实际输出电压等于预设输出电压；电路输出端的实际输出电压大于预设输出电压时，第一NPN三极管导通，第二NPN三极管断开，PNP三极管断开，以使电路输出端的实际输出电压降低。

2.根据权利要求1所述的稳压电源电路，其特征在于，还包括第一限流单元，所述第一限流单元包括第五电阻、第一二极管和第二二极管，所述第五电阻的一端连接所述PNP三极管的发射极，另一端连接所述电路输入端，所述第一二极管的正极连接所述电路输入端，所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述PNP三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接所述第一二极管的正极或者负极。

3.根据权利要求1所述的稳压电源电路，其特征在于，还包括第一限流单元，所述第一限流单元包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述PNP三极管的发射极，另一端连接所述电路输入端，所述第六电阻的一端连接所述PNP三极管的基极，另一端连接所述电路输入端。

4.根据权利要求1-3任一项所述的稳压电源电路，其特征在于，还包括第二限流单元，其与所述控制单元连接，所述控制单元通过所述第二限流单元接地，所述第二限流单元用于限制所述控制单元的电流大小。

5.根据权利要求4所述的稳压电源电路，其特征在于，所述第二限流单元包括第七电阻和第二稳压管，所述第二稳压管的正极接地，所述第二稳压管的负极连接所述第二NPN三极管的基极，所述第七电阻的一端连接所述第二NPN三极管的发射极，所述第七电阻的另一端接地。

6.根据权利要求4所述的稳压电源电路，其特征在于，所述第二限流单元包括第七电阻、第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极连接所述第二NPN三极管的基极，所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的正极，所述第四二极管的负极接地，所述第七电阻的一端连接所述第二NPN三极管的发射极，所述第七电阻的另一端接地。

7.一种太阳能充电控制器，其特征在于，包括稳压电源电路，所述稳压电源电路为权利要求1-6任一项 所述的稳压电源电路。

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