CN114915182A - 一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路 - Google Patents
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Abstract
一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，涉及到EDI纯水设备或者智能充电器领域。解决现有的EDI纯水设备或者智能充电器无法实现稳定超宽输出电压范围、宽恒流范围供电的技术不足，包括有：输入电路、LDO供电电路、功率传输输出电路、输出电路、输入欠压保护检测电路、PWM驱动控制电路、过流及过压保护电路、稳压取样反馈电路、恒流取样反馈电路和恒流值调节电路；在轻载到重载整个功率端内，工作频率不会变化，也不会间歇、降频；采用将过流保护方式由触发模式改为限制模式，输出采用通过恒流值调节电路改基准电压方式，实现不同档位恒流，实现宽范围稳压、恒流功能，具备输入欠压、输入反接、输出过流、过压、短路保护功能。
Description
技术领域
本发明涉及到EDI纯水设备或者智能充电器领域。
背景技术
在EDI（连续电除盐技术）纯水设备或者智能充电器领域，需要电源输出范围非常宽，比如智能充电器，要适应不同串数电池，不同容量电池，有时需要充电范围从0-96VDC，输出恒流范围0.5-3A，又比如某些EDI纯水设备，需要输出电压2-110VDC，恒流范围从50-200mA，这对于常规电源来说这是极难实现的，常规电源要实现稳定工作的范围一般只能达到30-110VDC，需要有一种更适合的方案来实现稳定超宽输出电压范围、宽恒流范围供电，满足EDI设备/充电器可靠、稳定工作需求。
现有常规的方案，在轻载时PWM控制芯片会进入间歇、降频模式，导致在极轻载时工作不稳定，很难兼顾到极宽的环路稳定度，且环路过慢了会导致刚上电时给输出电容充电过程中触发过流保护问题，输出电压过高，充电时间较久，此时产生的大电流会导致PWM控制芯片过流保护动作。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的EDI纯水设备或者智能充电器无法实现稳定超宽输出电压范围、宽恒流范围供电的技术不足，而提出一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：
一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于所述电路包括有：输入电路、LDO供电电路、功率传输输出电路、输出电路、输入欠压保护检测电路、PWM驱动控制电路、过流及过压保护电路、稳压取样反馈电路、恒流取样反馈电路和恒流值调节电路；其中，
输入电路，用于直流供电输入，为LDO供电电路和功率传输输出电路供电；
LDO供电电路，用于将输入电路的输入电压转化成稳定的PWM驱动控制电路所需要的电压，为PWM驱动控制电路供电；
功率传输输出电路，用于将输入电路的输入电压进行变压、整流和滤波后经输出电路进行输出；
输出电路，用于为用电设备供电；
输入欠压保护检测电路，用于检测输入电路的输入电压，在输入电压低于预设值时为PWM驱动控制电路提供输入欠压保护信号；
过流及过压保护电路，用于检测功率传输输出电路输出电压和检测功率传输输出电路的变压器初级电流，在检测功率传输输出电路输出电压高于预设值时，或者在变压器初级电流大于预设值时为PWM驱动控制电路提供过压或过流保护信号；
稳压取样反馈电路，用于检测功率传输输出电路输出电压，并与恒流值调节电路提供的基准电压比较，为PWM驱动控制电路提供PWM占空比调节反馈信号；
恒流取样反馈电路，用于检测功率传输输出电路输出电流，并反馈给PWM驱动控制电路；
恒流值调节电路，用于调节恒流取样反馈电路的恒流取样的基准值；
PWM驱动控制电路，用于根据稳压取样反馈电路和恒流取样反馈电路的反馈信号调节PWM占空比，驱动功率传输输出电路，并根据输入欠压保护检测电路的输入欠压保护信号进行欠压保护，根据过流及过压保护电路提供的过压或过流保护信号进行过流保护。
对发明作进一步限定的技术方案包括有：
所述的LDO供电电路包括有第一电阻、第二电阻、第二三极管、第二二极管、第一稳压二极管和第一电容；第一电阻一端连接输入电压正极，另一端经第二三极管和第二二极管接供电电压端；第二电阻一端连接输入电压正极，另一端经第一稳压二极管接地，第二电阻与第一稳压二极管公共端与第二三极管基极连接，第一电容连接在供电电压端与地之间。
所述的输出电路串联有第二NTC热敏电阻和第八二极管。
所述的输入欠压保护检测电路包括有设于输入电压正极与地之间，依次串联的第十电阻、第十一电阻、第十二电阻，以及与第十二电阻并联的第六电容，第十一电阻与第十二电阻的公共端连接PWM驱动控制电路的欠压保护功能引脚连接。
所述的PWM驱动控制电路采用不带间歇和降频功能的NCP1252B型PWM控制芯片。
所述的恒流值调节电路包括有第三接口，第三接口的三个端子分别连接有阻值不同的第二十八电阻、第二十九电阻和第三十电阻的一端；第二十八电阻、第二十九电阻和第三十电阻的另一端经第三十一电阻接地，同时连接恒流取样反馈电路；第三十一电阻还并联有第十六电容。
所述的输入电路为防反接输入滤波电路，包括有串联在电路上的第一NTC热敏电阻和第一二极管，以及并联在电路上的第一电解电容。
所述的过流及过压保护电路包括有联连在功率传输输出电路变的压器初级与地之间的第七电阻，在第七电阻与功率传输输出电路变的压器初级连接端经第八电阻连接所述的PWM驱动控制电路的过压保护功能引脚连接；还包括有串联在所述的功率传输输出电路输出端与第八电阻之间的第二稳压二极管、第三稳压二极管及第九电阻；在第八电阻与第九电阻公共端与地之间还连接有第七电容。
所述的稳压取样反馈电路包括有用于对功率传输输出电路输出端进电压采样的第二十一电阻和第二十二电阻，以及用于对功率传输输出电路输出端采样电压与第三接口提供的准基电压进行比较，为PWM驱动控制电路提供稳压反馈信号的第一比较器。
所述的PWM控制芯片的FB脚与地之间设串联的第十三电阻和光耦器件，以及并联的第十四电阻和第五电容。
本发明的有益效果为：本发明电路的PWM控制芯片可以选用不带间歇、降频等功能PWM控制芯片，在轻载到重载整个功率端内，工作频率不会变化，也不会间歇、降频；同时采用LDO供电电路供电，确保给PWM 控制芯片稳定的供电，且针对启动时误触发PWM 控制芯片过流保护的问题，采用将过流保护方式由触发模式改为限制模式，输出采用通过恒流值调节电路改基准电压方式，实现不同档位恒流，实现宽范围稳压、恒流功能，且输出端串联NTC和二极管，在输出电压为0 V时，可在NTC和二极管上产生损耗，确保PWM控制芯片在极小的占空比时稳定工作，可实现输出电压为0V时的恒流功能。本发明电路使得超宽输出稳压、宽输出恒流的方案得以实现，且电流工作稳定，同时具备输入欠压、输入反接、输出过流、过压、短路保护功能。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明的电路原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的结构作进一步地说明。
参照图1和图2中所示，本发明公开的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，包括有：输入电路、LDO供电电路、功率传输输出电路、输出电路、输入欠压保护检测电路、PWM驱动控制电路、过流及过压保护电路、稳压取样反馈电路、恒流取样反馈电路和恒流值调节电路。
输入电路，用于直流供电输入，为LDO供电电路和功率传输输出电路供电；所述的输入电路优选为防反接输入滤波电路，在本实施例中，具体电路包括有串联在电路上的第一NTC热敏电阻NTC1和第一二极管D1，以及并联在电路上的第一电解电容EC1。
LDO供电电路，用于将输入电路的输入电压转化成稳定的PWM驱动控制电路所需要的电压，为PWM驱动控制电路供电；在本实施例中，所述的LDO供电电路具体包括有第一电阻R1、第二电阻R2、第二三极管Q2、第二二极管D2、第一稳压二极管ZD1和第一电容C1；第一电阻R1一端连接输入电压正极，另一端经第二三极管Q2和第二二极管D2接供电电压端VCC，通过供电电压端VCC为PWM驱动控制电路和稳压取样反馈电路供电；第二电阻R2一端连接输入电压正极，另一端经第一稳压二极管ZD1接地，第二电阻R2与第一稳压二极管ZD1公共端与第二三极管Q2基极连接，在第一稳压二极管ZD1对第二三极管Q2基极的稳压控制作用下，供电电压端VCC保持对PWM驱动控制电路和稳压取样反馈电路进行稳定的电压输出，第一电容C1连接在供电电压端VCC与地之间。
功率传输输出电路，用于将输入电路的输入电压进行变压、整流和滤波后经输出电路进行输出；在本实施例中，功率传输输出电路的MOS管Q1根据PWM驱动控制电路输出的驱动脉冲信号执行开关动作，控制变压器TID将能量由初级传输给次级，实现变压后，再经第五二极管D5、第三电解电容EC3、第四电解电容EC4、第一电感L1、第十六电阻R16和第八电容C8构成的整流滤波电路进行整流和滤波后，经输出电路进行输出。
输出电路，用于为用电设备供电；为了实现防浪涌效果，所述的输出电路经串联有第二NTC热敏电阻NTC2和第八二极管D8接输出端。
输入欠压保护检测电路，用于检测输入电路的输入电压，在输入电压低于预设值时为PWM驱动控制电路提供输入欠压保护信号，以防输入电压过低而导致本发明工作不稳定；本实施例中，所述的输入欠压保护检测电路具体包括有设于输入电压正极与地之间，依次串联的第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12，以及与第十二电阻R13并联的第六电容C6，第十一电阻R11与第十二电阻R12的公共端连接PWM驱动控制电路的欠压保护功能引脚BO连接；根据第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12的阻值比例，确定输入电路接入电压的最低输入电压值，在低于该最低输入电压值时，PWM驱动控制电路进入的欠压保护状态。
过流及过压保护电路，用于检测功率传输输出电路输出电压和检测功率传输输出电路的变压器初级电流，在检测功率传输输出电路输出电压高于预设值时，或者在变压器初级电流大于预设值时为PWM驱动控制电路提供过压或过流保护信号；本实施例中，所述的过流及过压保护电路具体包括有联连在功率传输输出电路变的压器初级与地之间的第七电阻R7，在第七电阻R7与功率传输输出电路变的压器初级连接端经第八电阻R8连接所述的PWM驱动控制电路的过压保护功能引脚CS连接；还包括有串联在所述的功率传输输出电路输出端Vo+与第八电阻R8之间的第二稳压二极管ZD2、第三稳压二极管ZD3及第九电阻R9；在第八电阻R8与第九电阻R9公共端与地之间还连接有第七电容C7，也即是过流及过压保护电路可同时对变压器TID的初级输入电流和次级输出电压进行监测，不论是变压器TID的初级输入电流和次级输出电压超出预设范围后，都会触发PWM驱动控制电路进入过压保护状态，也即是过流及过压保护电路实现输出过压检测及逐周期限流，为PWM驱动控制电路提供反馈控制及保护。
稳压取样反馈电路，用于检测功率传输输出电路输出电压，并与恒流值调节电路提供的基准电压比较，为PWM驱动控制电路提供PWM占空比调节反馈信号；本实施例中，稳压取样反馈电路包括有用于对功率传输输出电路输出端Vo+进电压采样的第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，以及用于对功率传输输出电路输出端Vo+进行采样获得的采样电压与第三接口CON3提供的准基电压Vref进行比较，为PWM驱动控制电路提供稳压反馈信号的第一比较器U2A。
恒流取样反馈电路，用于检测功率传输输出电路输出电流，并反馈给PWM驱动控制电路；本实施例中，具体由第二比较器U2B，以及由第十七电阻R17、第十八电阻R18、第九二极管D9、第十二极管D10、第九电阻R9、第七二极管D7、第二十五电阻R25、第十四电容14、第二十六电阻R26、第十三电容C13、第二十七电阻R27和第十五电容C15构成的外围电路构成，恒流取样反馈电路采用现有电路原理，在此不作详细说明。
恒流值调节电路，用于调节恒流取样反馈电路的恒流取样的基准值；在本实施例中，所述的恒流值调节电路包括有第三接口CON3，第三接口CON3的三个端子分别连接有阻值不同的第二十八电阻R28、第二十九电阻R29和第三十电阻R30的一端；第二十八电阻R28、第二十九电阻R29和第三十电阻R30的另一端经第三十一电阻R31接地，同时连接恒流取样反馈电路；第三十一电阻R31还并联有第十六电容C16。在具体应用过程中，通过第三接口CON3实现恒流档位调节。
PWM驱动控制电路，用于根据稳压取样反馈电路和恒流取样反馈电路的反馈信号调节PWM占空比，驱动功率传输输出电路，并根据输入欠压保护检测电路的输入欠压保护信号进行欠压保护，根据过流及过压保护电路提供的过压或过流保护信号进行过流保护。在本实施例中，所述的PWM驱动控制电路采用不带间歇和降频功能的NCP1252B型PWM控制芯片U1，所述的PWM控制芯片的FB脚与地之间设串联的第十三电阻R13和光耦器件OC1，以及并联的第十四电阻R14和第五电容C5。恒流取样反馈电路和恒流值调节电路通过光耦器件OC1为PWM控制芯片U1根供调节占空比的反馈信号，以实现输出的稳压及恒流。本发明电路，要实现输出超宽稳压范围，需要恒流取样反馈电路和恒流值调节电路反馈速度较慢，在启机时，给功率传输输出电路的输出端的第三电解电容EC3、第四电解电容EC4充电过程相对较慢，容易误触发到过流及过压保护电路向PWM控制芯片U1的3脚输出过流保护，而第十四电阻R14用以钳位PWM控制芯片U1的1脚上的电压，PWM控制芯片U1的3脚上电压在被过流及过压保护电路触发到过流保护之前，就会提前限制占空比，意味着过流及过压保护电路无法误触发PWM控制芯片U1进入过流保护状态，而是限制了最大占空比，即限制了最大的输出功率，同时，使得本发明的输出电压在0V－90V，或者更宽电压之间切换时，输出功率不会大幅度突增，提高了电路的稳定性及可靠性。
本发明功率传输输出电路根据PWM控制芯片U1控制的占空比，调节给输出端输送的功率大小，经过次级整流、滤波后输出稳定的电压及恒流；恒流值调节电路可利用改变基准的方式，输出不同的恒流值，此方法比改变取样电流大小的方式要好；输出电路为输出防浪涌电路，以防输出在高低电压之间切换时产生过高的浪涌电流，同时第二NTC热敏电阻NTC2和第八二极管D8的加入，使得在输出0V时，在第二NTC热敏电阻NTC2和第八二极管D8上产生压降，意味着有个最小转换功率，确保PWM控制芯片U1在最小占空比情况下稳定工作，另输出0V时仍可稳定恒流，解决输出电路输出0V时，PWM控制芯片U1容易失控，或在输出0V时输出过大的电流。
Claims (10)
1.一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于所述电路包括有：输入电路、LDO供电电路、功率传输输出电路、输出电路、输入欠压保护检测电路、PWM驱动控制电路、过流及过压保护电路、稳压取样反馈电路、恒流取样反馈电路和恒流值调节电路；其中，
输入电路，用于直流供电输入，为LDO供电电路和功率传输输出电路供电；
LDO供电电路，用于将输入电路的输入电压转化成稳定的PWM驱动控制电路所需要的电压，为PWM驱动控制电路供电；
功率传输输出电路，用于将输入电路的输入电压进行变压、整流和滤波后经输出电路进行输出；
输出电路，用于为用电设备供电；
输入欠压保护检测电路，用于检测输入电路的输入电压，在输入电压低于预设值时为PWM驱动控制电路提供输入欠压保护信号；
过流及过压保护电路，用于检测功率传输输出电路输出电压和检测功率传输输出电路的变压器初级电流，在检测功率传输输出电路输出电压高于预设值时，或者在变压器初级电流大于预设值时为PWM驱动控制电路提供过压或过流保护信号；
稳压取样反馈电路，用于检测功率传输输出电路输出电压，并与恒流值调节电路提供的基准电压比较，为PWM驱动控制电路提供PWM占空比调节反馈信号；
恒流取样反馈电路，用于检测功率传输输出电路输出电流，并反馈给PWM驱动控制电路；
恒流值调节电路，用于调节恒流取样反馈电路的恒流取样的基准值；
PWM驱动控制电路，用于根据稳压取样反馈电路和恒流取样反馈电路的反馈信号调节PWM占空比，驱动功率传输输出电路，并根据输入欠压保护检测电路的输入欠压保护信号进行欠压保护，根据过流及过压保护电路提供的过压或过流保护信号进行过流保护。
2.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的LDO供电电路包括有第一电阻、第二电阻、第二三极管、第二二极管、第一稳压二极管和第一电容；第一电阻一端连接输入电压正极，另一端经第二三极管和第二二极管接供电电压端；第二电阻一端连接输入电压正极，另一端经第一稳压二极管接地，第二电阻与第一稳压二极管公共端与第二三极管基极连接，第一电容连接在供电电压端与地之间。
3.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的输出电路串联有第二NTC热敏电阻和第八二极管。
4.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的输入欠压保护检测电路包括有设于输入电压正极与地之间，依次串联的第十电阻、第十一电阻、第十二电阻，以及与第十二电阻并联的第六电容，第十一电阻与第十二电阻的公共端连接PWM驱动控制电路的欠压保护功能引脚连接。
5.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的PWM驱动控制电路采用不带间歇和降频功能的NCP1252B型PWM控制芯片。
6.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的恒流值调节电路包括有第三接口，第三接口的三个端子分别连接有阻值不同的第二十八电阻、第二十九电阻和第三十电阻的一端；第二十八电阻、第二十九电阻和第三十电阻的另一端经第三十一电阻接地，同时连接恒流取样反馈电路；第三十一电阻还并联有第十六电容。
7.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的输入电路为防反接输入滤波电路，包括有串联在电路上的第一NTC热敏电阻和第一二极管，以及并联在电路上的第一电解电容。
8.根据权利要求1所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的过流及过压保护电路包括有联连在功率传输输出电路变的压器初级与地之间的第七电阻，在第七电阻与功率传输输出电路变的压器初级连接端经第八电阻连接所述的PWM驱动控制电路的过压保护功能引脚连接；还包括有串联在所述的功率传输输出电路输出端与第八电阻之间的第二稳压二极管、第三稳压二极管及第九电阻；在第八电阻与第九电阻公共端与地之间还连接有第七电容。
9.根据权利要求6所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的稳压取样反馈电路包括有用于对功率传输输出电路输出端进电压采样的第二十一电阻和第二十二电阻，以及用于对功率传输输出电路输出端采样电压与第三接口提供的准基电压进行比较，为PWM驱动控制电路提供稳压反馈信号的第一比较器。
10.根据权利要求5所述的一种超宽输出电压及宽恒流范围应用电路，其特征在于：所述的PWM控制芯片的FB脚与地之间设串联的第十三电阻和光耦器件，以及并联的第十四电阻和第五电容。
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| CN (1) | CN114915182A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117277787A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-12-22 | 苏州博沃创新能源科技有限公司 | 一种高压宽电压范围输入电源dc-dc变换器及控制方法 |
| CN118399759A (zh) * | 2024-06-26 | 2024-07-26 | 深圳市南霸科技有限公司 | 一种升压恒流电路以及应急启动电源 |
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2022
- 2022-06-22 CN CN202210715909.XA patent/CN114915182A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117277787A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-12-22 | 苏州博沃创新能源科技有限公司 | 一种高压宽电压范围输入电源dc-dc变换器及控制方法 |
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