CN116191873A - 一种流控电压变换的变结构电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流控电压变换的变结构电路及控制方法，包括电流采样单元、结构选择单元、控制单元、恒压输出变结构单元；电流采样单元在检测状态与工作状态下皆实时采集经过负载的电流，并将电流信号送至结构选择单元；结构选择单元根据电流采样单元输入的电流信号，在检测状态下自动检测出负载的类型，在工作状态下监控流经负载电流的大小，输出对应的信号到恒压输出变结构单元与控制单元；控制单元对恒压输出变结构单元输出相应的控制信号；恒压输出变结构单元根据继电器的通断状态，使得不同的结构电路接入工作电路，同时在控制单元不同的控制信号输入下，检测状态输出检测电压，工作状态输出不同负载所需的不同恒定电压。

Description

一种流控电压变换的变结构电路及控制方法

技术领域

本发明涉及电压变换技术领域，特别是涉及一种流控电压变换的变结构电路及控制方法。

背景技术

不同的设备、元器件对于工作电源的需求不一，一种常见的情形是需要恒压控流性质的工作电源。

典型的例子如日常生活充电场景中的电子设备，电子设备需要大小恒定的充电电压、同时对充电电流有范围限制。进一步地，不同类型的电子设备需要大小不同的电压、对电流范围有不同的限制，因此对应而生的有不同类型的充电设备提供不同的电源。

若对不同的设备、元器件，都提供不同的电源产生设备，将有以下几个问题：安全隐患，错误使用电源产生设备，使得设备、元器件被破坏，甚至危及使用者；耗材与生产成本浪费，每使用一种设备与元器件都对应一种专用的电源产生设备，是耗材与生产成本的浪费，不符合绿色发展的原则；使用体验差，电源产生设备与设备、元器件需要人为判断连接，操作繁琐(CN202210020666.8)。

因此，如何设计一种能够自动地向不同类型负载，提供不同大小的恒压电源、同时控制电流大小在预设区间的电路、控制方法，是本领域人员亟需解决的关键问题。

实现多电压输出的方法：通过控制电路动态改变电压输出电路中的某个关键参数从而实现不同电压的输出，如在boost电路中改变占空比的大小来改变不同电压的输出。无法针对某个类型的负载进行不同的输出电流限制。现有的方法往往只有输出电压的控制。输出电压范围较小，无法保证接入不同负载时都处于高效率工作点。例如，通过改变boost电路占空比获得不同输出电压，该输出电压有一定的范围且范围较小，若负载所需的电压差距太大，往往无法保证为每个负载供电时电路都处于高效率工作点。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种流控电压变换的变结构电路及控制方法，变结构电路包括电流采样单元、结构选择单元、控制单元、恒压输出变结构单元；电流采样单元在检测状态与工作状态下皆实时采集经过负载的电流，并将电流信号送至结构选择单元；结构选择单元根据电流采样单元输入的电流信号，在检测状态下自动检测出负载的类型，在工作状态下监控流经负载电流的大小，输出对应的信号到恒压输出变结构单元与控制单元；控制单元对恒压输出变结构单元输出相应的控制信号；恒压输出变结构单元根据继电器的通断状态，使得不同的结构电路接入工作电路，同时在控制单元不同的控制信号输入下，检测状态输出检测电压，工作状态输出不同负载所需的不同恒定电压。本发明的变结构电路通过改变结构去输出不同电压，可以输出差距较大的电压值，同时保证输出不同电压值时仍然工作在高效率工作点；电路复杂，控制策略复杂。只需控制芯片实现简单的判断，其他的逻辑判断通过高效快速的逻辑电路实现，整体电路简单，控制简单。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种流控电压变换的变结构电路，包括：恒压输出变结构单元、电流采样单元、结构选择单元、控制单元；

电流采样单元的输入端与负载连接，用于采集流经负载的电流；电流采样单元的输出端与结构选择单元相连接，将采集的电流信号传递给结构选择单元；

结构选择单元与恒压输出变结构单元、控制单元的端口对应连接；

控制单元与恒压输出变结构单元相连接，控制单元处理结构选择单元输入的信号后，输出相应的控制信号作用于恒压输出变结构单元；

恒压输出变结构单元接收结构选择单元、控制单元的信号后，完成结构电路的变换、不同电压的输出、状态的切换，整个电路达到根据不同的负载类型输出不同大小的恒定电压、同时监控电流的效果。

进一步地，所述恒压输出变结构单元包括固定结构、第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂、第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂、第一电阻r₀、第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂；所述固定结构包括直流电源V，开关管S，二极管D₁；

开关管S的第一端与直流电源V的正极相连接，开关管S的第二端与二极管D₁的阴极相连接，开关管S的第三端与控制单元中开关管驱动模块输出的PWM信号相连接；二极管D₁的阳极与直流电源V的阴极相连接；

第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂的第一端与开关管S的第二端相连接；第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂的第二端分别与第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂相连接；第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂的另一端均与二极管D₁的阳极相连接；第一电阻r₀的一端与电容C₀的一端相连接，第一电阻r₀的另一端与电容C₀相连接；

第一继电器J₀的常闭端与第一电感L₀、第一电容C₀、第一电阻r₀的公共端相连接，第一继电器J₀的常开端悬空，第一继电器J₀的信号端与结构选择单元的第一信号放大结构的输出端相连接；第二继电器J₁的常闭端悬空，第二继电器J₁的常开端与第二电感L₁、第二电容C₁的公共端相连接，第二继电器J₁的信号端与结构选择单元的第二信号放大结构的输出端相连接；第三继电器J₂的常闭端悬空，第三继电器J₂的常开端与第三电感L₂、第三电容C₂的公共端相连接，第三继电器J₂的信号端与结构选择单元的第三信号放大结构的输出端相连接；第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂的公共端都与负载的第一端相连接；负载的第二端与二极管D₁的阳极相连接。

进一步地，所述结构选择单元包括第二电阻r、第四继电器J₃、第一电压比较结构、第二电压比较结构，第三电压比较结构、第四电压比较结构，第一或门OR₁、第二或门OR₂、第一信号放大结构、第二信号放大结构、第三信号放大结构、第四信号放大结构；

第二电阻r的一端与第四继电器J₃的公共端相连接；第二电阻r的另一端接地；第二电阻r的作用在于将输入的电流信号转化为电压信号；第四继电器J₃的信号端与第四信号放大结构的输出端相连接。

进一步地，第一电压比较结构包括第一比较器、第二比较器、第一非门、第一与门，所述第一比较器的反相端与第一参考检测电压V′_t1相连接，所述第一比较器的同相端与所述第二比较器的反相端相连接；所述第二比较器的同相端与第二参考检测电压V″_t1相连接；所述的第二比较器的输出端和第一非门的输入端相连接；所述的第一比较器的输出端、第一非门的输出端分别与第一与门的两个输入端相连接；第一与门的输出端与结构选择单元的第一或门的输入端、第二信号放大结构的输入端相连接；

第二电压比较结构包括第三比较器、第四比较器、第二非门、第二与门；所述第三比较器的反相端与第三参考检测电压V^′ ₂相连接，所述第三比较器的同相端与所述第四比较器的反相端相连接；所述第四比较器的同相端与第四参考检测电压V^′ ₂ ^′相连接；所述的第四比较器的输出端和第二非门的输入端相连接；所述的第三比较器的输出端、第二非门的输出端分别与第二与门的两个输入端相连接；第二与门的输出端与结构选择单元的第一或门的输入端、第三信号放大结构的输入端相连接；

第三电压比较结构包括第五比较器、第六比较器、第三非门、第三与门；所述第五比较器的反相端与第一参考工作电压V^′ ₁相连接，所述第六比较器的同相端与所述第五比较器的反相端相连接；所述第六比较器的同相端与第二参考工作电压V^′ ₁ ^′相连接；所述的第六比较器的输出端和第三非门的输入端相连接；所述的第五比较器的输出端、第三非门的输出端分别与第三与门的两个输入端相连接；第三与门的输出端与结构选择单元的第二或门的输入端、第二信号放大结构的输入端、控制单元的控制芯片的输入端相连接；

第四电压比较结构包括第七比较器、第八比较器、第四非门、第四与门；所述第七比较器的反相端与第三参考工作电压V^′ ₂相连接，所述第八比较器的同相端与所述第七比较器的反相端相连接；所述第八比较器的同相端与第四参考工作电压V^′ ₂ ^′相连接；所述的第八比较器的输出端和第四非门的输入端相连接；所述的第七比较器的输出端、第四非门的输出端分别与第四与门的两个输入端相连接；第四与门的输出端与结构选择单元的第二或门的输入端、第三信号放大结构的输入端、控制单元的控制芯片的输入端相连接。

进一步地，第一信号放大结构包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容、第一三极管；所述第一三极管的第一端与地相连接，第一三极管的第二端与所述第四电容的第一端、第三电阻的第一端相连接；第一三极管的第三端与第四电阻的第一端、第五电容的第一端相连接；第四电阻的第二端与接第一信号放大结构电源Vs₁；第五电阻的一端接地，另一端与第五电容的第二端相连接；第五电容的第二端是第一信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第一继电器J₀的信号输入端相连接；第四电容的第二端是第一信号放大结构的输入端，与恒压输出变结构单元的第一或门、第二或门的输出端相连接；

第二信号放大结构包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第六电容、第七电容、第二三极管；所述第二三极管的第一端与地相连接，第二三极管的第二端与所述第六电容的第一端、第六电阻的第一端相连接；第二三极管的第三端与第七电阻的第一端、第七电容的第一端相连接；第七电阻的第二端与接第二信号放大结构电源Vs₂；第八电阻的一端接地，另一端与第七电容的第二端相连接；第七电容的第二端是第二信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第二继电器J₁的信号输入端相连接；第六电容的第二端是第二信号放大结构的输入端，与第一电压比较结构的第一与门的输出端相连接。

进一步地，第三信号放大结构包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第八电容、第九电容、第三三极管；所述第三三极管的第一端与地相连接，第三三极管的第二端与所述第八电容的第一端、第九电阻的第一端相连接；第三三极管的第三端与第十电阻的第一端、第九电容的第一端相连接；第十电阻的第二端与接第三信号放大结构电源Vs₃；第十一电阻的一端接地，另一端与第九电容的第二端相连接；第九电容的第二端是第三信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第三继电器J₂的信号输入端相连接；第八电容的第二端是第三信号放大结构的输入端，与第二电压比较结构的第二与门的输出端相连接。

进一步地，第四信号放大结构包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十电容、第十一电容、第四三极管；所述第四三极管的第一端与地相连接，第四三极管的第二端与所述第十电容的第一端、第十二电阻的第一端相连接；第四三极管的第三端与第十三电阻的第一端、第十一电容的第一端相连接；第十三电阻的第二端接第四信号放大结构电源Vs₄；第十四电阻的一端接地，另一端与第十一电容的第二端相连接；第十一电容的第二端是第四信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第四继电器J₃的信号输入端相连接；第十电容的第二端是第四信号放大结构的输入端，与恒压输出变结构单元的第二或门的输出端相连接。

进一步地，电流采样单元使用霍尔电流传感芯片，采集流经负载的电流并将其传递给结构选择单元中第四继电器。

进一步地，控制单元包括控制芯片STM32、开关管驱动模块；控制芯片STM32是嵌入式单片机，可以编写程序处理输入信号、输出相应的控制信号，其中控制芯片STM32的两个输入端分别和控制单元的第一端口、第二端口相连接，控制芯片STM32的其中一个输出端与开关管驱动模块的输入端相连接；开关管驱动模块根据输入信号，输出大小足以驱动所述开关管S的PWM信号，所述开关管驱动模块的输入端与控制芯片STM32的输出端相连接，输出端与控制单元的第三端口相连接；所述开关管驱动模块输出PWM信号至开关管S的信号端。

实现所述的一种流控电压变换变结构电路的控制方法，包括以下步骤：

Step₁、没有负载接入电路，电路处于检测状态：恒压输出变结构单元保持检测结构接入与负载相连接的电路回路；

Step₂、负载接入电路·，电路处于检测状态；电流采样单元采样电流信号传输给结构选择单元，结构选择单元判断负载类型；

Step₃、若负载不为预设负载类型，与负载相连接的电路回路、结构选择单元保持检测状态；若负载为预设负载类型，结构选择单元向恒压输出变结构单元、控制单元发送相应信号；控制单元处理该信号后向恒压输出变结构单元输出控制信号；

Step₄、根据结构选择单元输入的信号，恒压输出变结构单元的部分继电器的通断发生变换，改变接入电路的结构电路；同时，在控制单元的控制信号的影响下，向负载两端输出合适的恒定电压；同时，结构选择单元的继电器通断发生变化，此时和电流信号相连接的是结构选择单元的第二部分电路；

Step₅、电路由检测状态进入工作状态：当流经负载的电流在预设范围内，电路保持当前工作状态不变；

Step₆、当流经负载的电流不在预设范围内，或将负载与电路的连接断开时，所有继电器的输入信号为低电平，电路重新由工作状态进入检测状态，即分别回到步骤Step₁或步骤Step₂。

与现有的技术相比，本发明的有益效果为：自动判断设备、元器件类型，对其提供不同的输出电压，自动判断设备、元器件类型，将输出电流限制在预设范围，只需要一个供电源就可以满足不同的设备、元器件的输电要求；减少因错误使用电源造成的安全隐患；减少生产成本的浪费。只需一个专用电源设备即可满足多个设备的供电需求；提高用户体验。若每个设备都各自配备单独电源，需要不断地人为判断连接，操作繁琐。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的流控电压变换的变结构电路的结构及拓扑示意图；

图2为本申请一个实施例中提供的流控电压变换的变结构电路中结构选择单元的内部结构示意图；

图3为本申请一个实施例中提供的流控电压变换的变结构电路中结构选择单元内信号放大结构的结构示意图；

图4为本申请一个实施例中提供的流控电压变换的变结构电路中结构选择单元内电压比较结构的结构示意图；

图5为本申请一个实施例中提供的流控电压变换的变结构电路的控制方法的流程图示意图；

图6为本申请一个实施例中提供的流控电压变换的变结构电路的整体结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

实施例1

如图1、图6所示，提供一种流控电压变换的变结构电路，包括恒压输出变结构单元、电流采样单元、结构选择单元、控制单元；

电流采样单元的输入端与负载连接，用于采集流经负载的电流；电流采样单元的输出端与结构选择单元相连接，将采集的电流信号传递给结构选择单元；

结构选择单元与恒压输出变结构单元、控制单元的端口对应连接；

控制单元与恒压输出变结构单元相连接，控制单元处理结构选择单元输入的信号后，输出相应的控制信号作用于恒压输出变结构单元；

恒压输出变结构单元接收结构选择单元、控制单元的信号后，完成结构电路的变换、不同电压的输出、状态的切换，整个电路达到根据不同的负载类型输出不同大小的恒定电压、同时监控电流的效果。

所述恒压输出变结构单元包括固定结构、第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂、第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂、第一电阻r₀、第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂；所述固定结构包括直流电源V，开关管S，二极管D₁；

其中，第一电感L₀、第一电容C₀、第一电阻r₀构成检测结构，第二电感L₁、第二电容C₁构成第一结构电路1；第三电感L₂、第三电容C₂构成第二结构电路2；

开关管S的第一端与直流电源V的正极相连接，开关管S的第二端与二极管D₁的阴极相连接，开关管S的第三端与控制单元中开关管驱动模块输出的PWM信号相连接；二极管D₁的阳极与直流电源V的阴极相连接；

第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂的第一端与开关管S的第二端相连接；第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂的第二端分别与第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂相连接；第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂的另一端均与二极管D₁的阳极相连接；第一电阻r₀的一端与电容C₀的一端相连接，第一电阻r₀的另一端与电容C₀相连接；

第一继电器J₀的常闭端与第一电感L₀、第一电容C₀、第一电阻r₀的公共端相连接，第一继电器J₀的常开端悬空，第一继电器J₀的信号端与结构选择单元的第一信号放大结构1的输出端相连接；第二继电器J₁的常闭端悬空，第二继电器J₁的常开端与第二电感L₁、第二电容C₁的公共端相连接，第二继电器J₁的信号端与结构选择单元的第二信号放大结构2的输出端相连接；第三继电器J₂的常闭端悬空，第三继电器J₂的常开端与第三电感L₂、第三电容C₂的公共端相连接，第三继电器J₂的信号端与结构选择单元的第三信号放大结构3的输出端相连接；第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂的公共端都与负载的第一端相连接；负载的第二端与二极管D₁的阳极相连接；

当第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂的信号输入端都为低电平，检测结构接入电路，此时负载上的电压V_out大小为V₀；第一电阻r₀的作用为在未接入负载时，限制电流、保护电路、减少能耗；

当第一继电器J₀、第二继电器J₁的信号输入端为高电平，第三继电器J₂的信号输入端为低电平，第一结构电路1接入电路，此时负载上的电压V_out大小为V₁；

当第一继电器J₀、第三继电器J₂的信号输入端为高电平，第二继电器J₁的信号输入端为低电平，第二结构电路2接入电路，此时负载上的电压V_out大小为V₂；

所述结构选择单元包括第二电阻r、第四继电器J₃、第一电压比较结构、第二电压比较结构，第三电压比较结构、第四电压比较结构，第一或门OR₁、第二或门OR₂、第一信号放大结构1、第二信号放大结构2、第三信号放大结构3、第四信号放大结构4；

第二电阻r的一端与第四继电器J₃的公共端相连接；第二电阻r的另一端接地；第二电阻r的作用在于将输入的电流信号转化为电压信号；第四继电器J₃的信号端与第四信号放大结构的输出端相连接；

所述第一电压比较结构包括第一比较器、第二比较器、第一非门、第一与门，所述第一比较器的反相端与第一参考检测电压V′_t1相连接，所述第一比较器的同相端与所述第二比较器的反相端相连接；所述第二比较器的同相端与第二参考检测电压V″_t1相连接；所述的第二比较器的输出端和第一非门的输入端相连接；所述的第一比较器的输出端、第一非门的输出端分别与第一与门的两个输入端相连接；第一与门的输出端与结构选择单元的第一或门的输入端、信号放大结构2的输入端相连接；结构选择单元的第四继电器J₃的常闭端与所述第一比较器的同相端、所述第二比较器的反相端相连接，当从第四继电器J₃的常闭端输入的信号大于第一参考检测电压V′_t1、小与第二参考检测电压V″_t1时，第一电压比较结构的第一与门输出高电平；其他情况下，第一电压比较结构的第一与门输出低电平；

第二电压比较结构包括第三比较器、第四比较器、第二非门、第二与门；所述第三比较器的反相端与第三参考检测电压Vt^′ ₂相连接，所述第三比较器的同相端与所述第四比较器的反相端相连接；所述第四比较器的同相端与第四参考检测电压Vt^′ ₂ ^′相连接；所述的第四比较器的输出端和第二非门的输入端相连接；所述的第三比较器的输出端、第二非门的输出端分别与第二与门的两个输入端相连接；第二与门的输出端与结构选择单元的第一或门的输入端、信号放大结构3的输入端相连接；结构选择单元的第四继电器J₃的常闭端与所述第三比较器的同相端、所述第四比较器的反相端相连接，当从第四继电器J₃的常闭端输入的信号大于第三参考检测电压V′₂、小与第四参考检测电压V″₂时，第二电压比较结构的第二与门输出高电平；其他情况下，第二电压比较结构的第二与门输出低电平；

第三电压比较结构包括第五比较器、第六比较器、第三非门、第三与门；所述第五比较器的反相端与第一参考工作电压V′₁相连接，所述第六比较器的同相端与所述第五比较器的反相端相连接；所述第六比较器的同相端与第二参考工作电压V″_s1相连接；所述的第六比较器的输出端和第三非门的输入端相连接；所述的第五比较器的输出端、第三非门的输出端分别与第三与门的两个输入端相连接；第三与门的输出端与结构选择单元的第二或门的输入端、信号放大结构2的输入端、控制单元的控制芯片的输入端相连接；结构选择单元的第四继电器J₃的常开端与所述第五比较器的同相端、所述第六比较器的反相端相连接，当从第四继电器J₃的常开端输入的信号大于第一参考工作电压V′_s1、小于第二参考工作电压V″_s1时，第三电压比较结构的第三与门输出高电平；其他情况下，第三电压比较结构的第三与门输出低电平；

第四电压比较结构包括第七比较器、第八比较器、第四非门、第四与门；所述第七比较器的反相端与第三参考工作电压V′_s2相连接，所述第八比较器的同相端与所述第七比较器的反相端相连接；所述第八比较器的同相端与第四参考工作电压V″_s2相连接；所述的第八比较器的输出端和第四非门的输入端相连接；所述的第七比较器的输出端、第四非门的输出端分别与第四与门的两个输入端相连接；第四与门的输出端与结构选择单元的第二或门的输入端、信号放大结构3的输入端、控制单元的控制芯片的输入端相连接；结构选择单元的第四继电器J₃的常开端与所述第七比较器的同相端、所述第八比较器的反相端相连接，当从第四继电器J₃的常开端输入的信号大于第三参考工作电压V′_s2、小于第四参考工作电压V″_s2时，第四电压比较结构的第四与门输出高电平；其他情况下，第四电压比较结构的第四与门输出低电平；

第一或门OR₁的输出端与第一信号放大结构的输入端相连接；第二或门OR₂的输出端与第一信号放大结构、第四信号放大结构的输入端相连接；

所述的第一信号放大结构包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容、第一三极管；所述第一三极管的第一端与地相连接，第一三极管的第二端与所述第四电容的第一端、第三电阻的第一端相连接；第一三极管的第三端与第四电阻的第一端、第五电容的第一端相连接；第四电阻的第二端与接第一信号放大结构电源Vs₁；第五电阻的一端接地，另一端与第五电容的第二端相连接；第五电容的第二端是第一信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第一继电器J₀的信号输入端相连接；第四电容的第二端是第一信号放大结构1的输入端，与恒压输出变结构单元的第一或门、第二或门的输出端相连接；

第二信号放大结构包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第六电容、第七电容、第二三极管；所述第二三极管的第一端与地相连接，第二三极管的第二端与所述第六电容的第一端、第六电阻的第一端相连接；第二三极管的第三端与第七电阻的第一端、第七电容的第一端相连接；第七电阻的第二端与接第二信号放大结构电源Vs₂；第八电阻的一端接地，另一端与第七电容的第二端相连接；第七电容的第二端是第二信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第二继电器J₁的信号输入端相连接；第六电容的第二端是第二信号放大结构的输入端，与第一电压比较结构的第一与门的输出端相连接。

第三信号放大结构包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第八电容、第九电容、第三三极管；所述第三三极管的第一端与地相连接，第三三极管的第二端与所述第八电容的第一端、第九电阻的第一端相连接；第三三极管的第三端与第十电阻的第一端、第九电容的第一端相连接；第十电阻的第二端与接第三信号放大结构电源Vs₃；第十一电阻的一端接地，另一端与第九电容的第二端相连接；第九电容的第二端是第三信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第三继电器J₂的信号输入端相连接；第八电容的第二端是第三信号放大结构的输入端，与第二电压比较结构的第二与门的输出端相连接。

第四信号放大结构包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十电容、第十一电容、第四三极管；所述第四三极管的第一端与地相连接，第四三极管的第二端与所述第十电容的第一端、第十二电阻的第一端相连接；第四三极管的第三端与第十三电阻的第一端、第十一电容的第一端相连接；第十三电阻的第二端接第四信号放大结构电源Vs₄；第十四电阻的一端接地，另一端与第十一电容的第二端相连接；第十一电容的第二端是第四信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第四继电器J₃的信号输入端相连接；第十电容的第二端是第四信号放大结构的输入端，与恒压输出变结构单元的第二或门的输出端相连接。

信号放大结构能够将输入该单元的信号放大到能够改变继电器通断的大小；第一信号放大结构、第二信号放大结构、第三信号放大结构的输出端口分别输出继电器控制信号A₀、A₁、A₂至所述的恒压输出变结构单元的第一继电器J₀的信号端、第二继电器J₁的信号端、第三继电器J₂的信号端；第四信号放大结构与第四继电器J₃信号端相连接，输出的信号A₃控制第四继电器J₄的通断；

作为其中一种优选的实施例，所述电流采样单元使用霍尔电流传感芯片，采集流经负载的电流并将其传递给结构选择单元中第四继电器J₃的公共端；

所述控制单元包括控制芯片STM32、开关管驱动模块；控制芯片STM32是嵌入式单片机，可以编写程序处理输入信号、输出相应的控制信号，其中控制芯片STM32的两个输入端分别和控制单元的第一端口、第二端口相连接，控制芯片STM32的其中一个输出端与开关管驱动模块的输入端相连接；开关管驱动模块根据输入信号，输出大小足以驱动所述开关管S的PWM信号，所述开关管驱动模块的输入端与控制芯片STM32的输出端相连接，输出端与控制单元的第三端口相连接；所述开关管驱动模块输出PWM信号至开关管S的信号端；

作为其中一种优选的实施例，开关管驱动模块采用COS4427DT。

所述控制单元的控制芯片的两个输入端口分别与结构选择单元的电压比较结构3的与门的输出、电压比较结构4的与门的输出相连接；控制芯片的输出端口与开关管驱动模块的输入端口相连接；开关管驱动模块的输出端口与恒压输出恒压变结构单元的开关管S的信号端相连接；

当输入信号a₁为低电平、a₂为低电平时，控制芯片输出调整占空比为d₀的信号作用于开关管驱动模块，开关管驱动模块输出占空比为d₀的PWM波至恒压变结构单元的开关管S的信号端，当电路中接入检测结构时，作用在负载两端的电压Vout为V₀；当输入信号a₁为高电平、a₂为低电平时，控制芯片输出调整占空比为d₁的信号作用于开关管驱动模块，开关管驱动模块输出占空比为d₁的PWM波至恒压变结构单元的开关管S的信号端，当电路中接入第一结构电路1时，作用在负载两端的电压Vout为V₁；当输入信号a₁为低电平、a₂为高电平时，控制芯片输出调整占空比为d₂的信号作用于开关管驱动模块，开关管驱动模块输出占空比为d₂的PWM波至恒压变结构单元的开关管S的信号端，当电路中接入第二结构电路2时，作用在负载两端的电压Vout为V₂。

检测结构接入与负载相连接的电路回路是检测状态的标志；当第一继电器J₀的信号输入端为低电平时，检测结构接入与负载相连接的电路回路，恒压输出变结构单元可为负载提供检测电压V₀，并使整个电路在不处于工作状态时降低耗能；

所述的结构选择单元以第四继电器J₃为界将结构选择单元分为两部分，将第四继电器J₃的常闭端连接的部分称为第一部分，将第四继电器J₃的常开端连接的部分称为第二部分；

在第一部分，通过第一参考检测电压Vt^′ ₁、第二参考检测电压Vt^′ ₁ ^′划分出第一检测电压区间；通过第三参考检测电压Vt^′ ₂、第四参考检测电压Vt^′ ₂ ^′划分出第二检测电压区间；经过第一部分且不属于以上所述两个区间的电压信号，划分为第三检测电压区间；

在第一部分，第一检测电压区间通过以下操作获得：在负载两端电压大小为V₀时，测试流经负载类型1的电流值I₁,第二电阻r的作用是将电流值转化为电压值；第一检测电压区间是以I₁r为中心值的区间；第二检测电压区间通过以下操作获得：在负载两端电压大小为V₂时，测试流经负载类型2的电流值I₂,第二检测电压区间是以I₂r为中心值的区间；第三检测电压区间通过以下操作获得：所有不在以上区间内的电压值都划分为第三检测电压区间；

在第一部分，通过判断采集信号从第四继电器J₃的常闭端输出后处于哪个电压区间，就可以知道连接上的负载类型，再通过第一电压比较结构、第二电压比较结构、第一或门OR₁、第二或门OR₂、第三信号放大结构，来输出不同的信号A₀、A₁、A₂，具体如下：

在第一部分，若从第四继电器J₃的常闭端输出的信号值处于第一检测电压区间，则第一电压比较结构输出1，第二电压比较结构输出0；第一或门OR₁输出1；第一信号放大结构、第二信号放大结构输出的信号A₀、A₁为高电平信号；

在第一部分，若从第四继电器J₃的常闭端输出的信号值处于第二检测电压区间，则第一电压比较结构输出0，第二电压比较结构输出1；第一或门OR₁输出1；第一信号放大结构、第三信号放大结构输出的信号A₀、A₂为高电平信号；

在第一部分，若从第四继电器J₃的常闭端输出的信号值处于第三检测电压区间，则所有第一部分的电压比较结构、第一或门OR₁输出0；第一信号放大结构、第二信号放大结构、第三信号放大结构为低电平输出；

在第二部分，通过第一参考工作电压Vs^′ ₁、第二参考工作电压Vs^′ ₁ ^′划分出第一工作电压区间；通过第三参考工作电压Vs^′ ₂、第四参考工作电压Vs^′ ₂ ^′划分出第二工作电压区间；经过第二部分且不属于以上所述区间的电压信号，划分为第三工作电压区间；

在第二部分，第一工作电压区间通过以下操作获得：在负载两端电压大小为V₁时，测试流经负载类型1的电流值Is₁,第一工作电压区间是以Is₁r为中心值的区间；第二工作电压区间通过以下操作获得：在负载两端电压大小为V₂时，测试流经负载类型2的电流值Is₂,第二工作电压区间是以Is₂r为中心值的区间；第三工作电压区间通过以下操作获得：所有不在以上区间内的电压值都划分为第三工作电压区间；

在第二部分，只有第一部分的采集信号不处于第三检测电压区间时，第二或门OR₁才有高电平输入，继而有高电平输出，第四信号放大结构输出高电平到第四继电器J₃的信号端，第四继电器J₃的常开端闭合，第二部分电路才会有信号输入；第二部分电路的功能在于，在电路已经切换好相应结构的情况下，根据负载类型的不同，起不同范围的流控作用；

在第二部分，通过判断采集信号从第四继电器J₃的常开端输出后处于哪个电压区间，就可以知道负载的电流是否超出预设范围；再通过第三电压比较结构、第四电压比较结构、第二或门OR₂、第一信号放大结构、第二信号放大结构、第三信号放大结构、第四信号放大结构，来输出不同的信号A₀、A₁、A₂、A₃、a₁、a₂，具体如下：

在第二部分，若第一部分判断负载属于负载类型1，第四继电器J₃的常开端输出的信号值处于在第一工作电压区间，则第三电压比较结构输出1，第四电压比较结构输出0；第二或门OR₂输出1；第一信号放大结构、第二信号放大结构输出信号A₀、A₁为高电平信号；第四信号放大结构输出高电平信号A₃至第四继电器J₃的信号端，第四继电器J₃的常开端保持闭合；

在第二部分，若第一部分判断负载属于负载类型2，从第四继电器J₃的常开端输出的信号值处于在第二工作电压区间，则第三电压比较结构输出0，第四电压比较结构输出1；第二或门OR₂输出1；第一信号放大结构、第三信号放大结构输出信号A₀、A₂为高电平信号；第四信号放大结构输出高电平信号A₃至第四继电器J₃的信号端，第四继电器J₃的常开端保持闭合；

在第二部分，若从第四继电器J₃的常开端输出的信号值处于第三工作电压区间，则所有电压比较结构、第二或门OR₂输出0；第二部分的电压比较结构、第二信号放大结构、第三信号放大结构、第四信号放大结构为低电平输出；第四继电器J₃的常闭端闭合；

在本申请提供的一个实施例中，如图2所示，提供一种流控电压变换变结构电路的控制方法，包括以下步骤；

Step₁:没有负载接入电路，电路处于检测状态：恒压输出变结构单元保持检测结构接入与负载相连接的电路回路；

Step₂：负载接入电路·，电路处于检测状态；电流采样单元采样电流信号传输给结构选择单元，结构选择单元判断负载类型；

Step₃：若负载不为预设负载类型，与负载相连接的电路回路、结构选择单元保持检测状态；若负载为预设负载类型，结构选择单元向恒压输出变结构单元、控制单元发送相应信号；控制单元处理该信号后向恒压输出变结构单元输出控制信号；

Step₄：根据结构选择单元输入的信号，恒压输出变结构单元的部分继电器的通断发生变换，改变接入电路的结构电路；同时，在控制单元的控制信号的影响下，向负载两端输出合适的恒定电压；同时，结构选择单元的继电器通断发生变化，此时和电流信号相连接的是结构选择单元；

Step₅：电路由检测状态进入工作状态：当流经负载的电流在预设范围内，电路保持当前工作状态不变；

Step₆：当流经负载的电流不在预设范围内，或将负载与电路的连接断开时，所有继电器的输入信号为低电平，电路重新由工作状态进入检测状态，即分别回到Step₁或Step₂。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，包括：恒压输出变结构单元、电流采样单元、结构选择单元、控制单元；

电流采样单元的输入端与负载连接，用于采集流经负载的电流；电流采样单元的输出端与结构选择单元相连接，将采集的电流信号传递给结构选择单元；

结构选择单元与恒压输出变结构单元、控制单元的端口对应连接；

控制单元与恒压输出变结构单元相连接，控制单元处理结构选择单元输入的信号后，输出相应的控制信号作用于恒压输出变结构单元；

恒压输出变结构单元接收结构选择单元、控制单元的信号后，完成结构电路的变换、不同电压的输出、状态的切换，整个电路达到根据不同的负载类型输出不同大小的恒定电压、同时监控电流的效果。

2.根据权利要求1所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，所述恒压输出变结构单元包括固定结构、第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂、第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂、第一电阻r₀、第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂；所述固定结构包括直流电源V，开关管S，二极管D₁；

开关管S的第一端与直流电源V的正极相连接，开关管S的第二端与二极管D₁的阴极相连接，开关管S的第三端与控制单元中开关管驱动模块输出的PWM信号相连接；二极管D₁的阳极与直流电源V的阴极相连接；

第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂的第一端与开关管S的第二端相连接；第一电感L₀、第二电感L₁、第三电感L₂的第二端分别与第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂相连接；第一电容C₀、第二电容C₁、第三电容C₂的另一端均与二极管D₁的阳极相连接；第一电阻r₀的一端与电容C₀的一端相连接，第一电阻r₀的另一端与电容C₀相连接；

第一继电器J₀的常闭端与第一电感L₀、第一电容C₀、第一电阻r₀的公共端相连接，第一继电器J₀的常开端悬空，第一继电器J₀的信号端与结构选择单元的第一信号放大结构1的输出端相连接；第二继电器J₁的常闭端悬空，第二继电器J₁的常开端与第二电感L₁、第二电容C₁的公共端相连接，第二继电器J₁的信号端与结构选择单元的第二信号放大结构2的输出端相连接；第三继电器J₂的常闭端悬空，第三继电器J₂的常开端与第三电感L₂、第三电容C₂的公共端相连接，第三继电器J₂的信号端与结构选择单元的第三信号放大结构3的输出端相连接；第一继电器J₀、第二继电器J₁、第三继电器J₂的公共端都与负载的第一端相连接；负载的第二端与二极管D₁的阳极相连接。

3.根据权利要求2所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，所述结构选择单元包括第二电阻r、第四继电器J₃、第一电压比较结构、第二电压比较结构，第三电压比较结构、第四电压比较结构，第一或门OR₁、第二或门OR₂、第一信号放大结构、第二信号放大结构、第三信号放大结构、第四信号放大结构；

第二电阻r的一端与第四继电器J₃的公共端相连接；第二电阻r的另一端接地；第二电阻r的作用在于将输入的电流信号转化为电压信号；第四继电器J₃的信号端与第四信号放大结构的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，

第一电压比较结构包括第一比较器、第二比较器、第一非门、第一与门，所述第一比较器的反相端与第一参考检测电压V′_t1相连接，所述第一比较器的同相端与所述第二比较器的反相端相连接；所述第二比较器的同相端与第二参考检测电压V″_t1相连接；所述的第二比较器的输出端和第一非门的输入端相连接；所述的第一比较器的输出端、第一非门的输出端分别与第一与门的两个输入端相连接；第一与门的输出端与结构选择单元的第一或门的输入端、第二信号放大结构的输入端相连接；

第二电压比较结构包括第三比较器、第四比较器、第二非门、第二与门；所述第三比较器的反相端与第三参考检测电压V′_t2相连接，所述第三比较器的同相端与所述第四比较器的反相端相连接；所述第四比较器的同相端与第四参考检测电压V″_t2相连接；所述的第四比较器的输出端和第二非门的输入端相连接；所述的第三比较器的输出端、第二非门的输出端分别与第二与门的两个输入端相连接；第二与门的输出端与结构选择单元的第一或门的输入端、第三信号放大结构的输入端相连接；

第三电压比较结构包括第五比较器、第六比较器、第三非门、第三与门；所述第五比较器的反相端与第一参考工作电压V′_s1相连接，所述第六比较器的同相端与所述第五比较器的反相端相连接；所述第六比较器的同相端与第二参考工作电压V″_s1相连接；所述的第六比较器的输出端和第三非门的输入端相连接；所述的第五比较器的输出端、第三非门的输出端分别与第三与门的两个输入端相连接；第三与门的输出端与结构选择单元的第二或门的输入端、第二信号放大结构的输入端、控制单元的控制芯片的输入端相连接；

第四电压比较结构包括第七比较器、第八比较器、第四非门、第四与门；所述第七比较器的反相端与第三参考工作电压V′_s2相连接，所述第八比较器的同相端与所述第七比较器的反相端相连接；所述第八比较器的同相端与第四参考工作电压V″_s2相连接；所述的第八比较器的输出端和第四非门的输入端相连接；所述的第七比较器的输出端、第四非门的输出端分别与第四与门的两个输入端相连接；第四与门的输出端与结构选择单元的第二或门的输入端、第三信号放大结构的输入端、控制单元的控制芯片的输入端相连接。

5.根据权利要求3所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，

第一信号放大结构包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四电容、第五电容、第一三极管；所述第一三极管的第一端与地相连接，第一三极管的第二端与所述第四电容的第一端、第三电阻的第一端相连接；第一三极管的第三端与第四电阻的第一端、第五电容的第一端相连接；第四电阻的第二端与接第一信号放大结构电源V_s1；第五电阻的一端接地，另一端与第五电容的第二端相连接；第五电容的第二端是第一信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第一继电器J₀的信号输入端相连接；第四电容的第二端是第一信号放大结构的输入端，与恒压输出变结构单元的第一或门、第二或门的输出端相连接；

第二信号放大结构包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第六电容、第七电容、第二三极管；所述第二三极管的第一端与地相连接，第二三极管的第二端与所述第六电容的第一端、第六电阻的第一端相连接；第二三极管的第三端与第七电阻的第一端、第七电容的第一端相连接；第七电阻的第二端与接第二信号放大结构电源V_s2；第八电阻的一端接地，另一端与第七电容的第二端相连接；第七电容的第二端是第二信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第二继电器J₁的信号输入端相连接；第六电容的第二端是第二信号放大结构的输入端，与第一电压比较结构的第一与门的输出端相连接。

6.根据权利要求3所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，第三信号放大结构包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第八电容、第九电容、第三三极管；所述第三三极管的第一端与地相连接，第三三极管的第二端与所述第八电容的第一端、第九电阻的第一端相连接；第三三极管的第三端与第十电阻的第一端、第九电容的第一端相连接；第十电阻的第二端与接第三信号放大结构电源V_s3；第十一电阻的一端接地，另一端与第九电容的第二端相连接；第九电容的第二端是第三信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第三继电器J₂的信号输入端相连接；第八电容的第二端是第三信号放大结构的输入端，与第二电压比较结构的第二与门的输出端相连接。

7.根据权利要求3所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，第四信号放大结构包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十电容、第十一电容、第四三极管；所述第四三极管的第一端与地相连接，第四三极管的第二端与所述第十电容的第一端、第十二电阻的第一端相连接；第四三极管的第三端与第十三电阻的第一端、第十一电容的第一端相连接；第十三电阻的第二端接第四信号放大结构电源V_s4；第十四电阻的一端接地，另一端与第十一电容的第二端相连接；第十一电容的第二端是第四信号放大结构的输出端，与恒压输出变结构单元的第四继电器J₃的信号输入端相连接；第十电容的第二端是第四信号放大结构的输入端，与恒压输出变结构单元的第二或门的输出端相连接。

8.根据权利要求4所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，电流采样单元使用霍尔电流传感芯片，采集流经负载的电流并将其传递给结构选择单元中第四继电器。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种流控电压变换的变结构电路，其特征在于，控制单元包括控制芯片STM32、开关管驱动模块；控制芯片STM32是嵌入式单片机，可以编写程序处理输入信号、输出相应的控制信号，其中控制芯片STM32的两个输入端分别和控制单元的第一端口、第二端口相连接，控制芯片STM32的其中一个输出端与开关管驱动模块的输入端相连接；开关管驱动模块根据输入信号，输出大小足以驱动所述开关管S的PWM信号，所述开关管驱动模块的输入端与控制芯片STM32的输出端相连接，输出端与控制单元的第三端口相连接；所述开关管驱动模块输出PWM信号至开关管S的信号端。

10.实现权利要求9所述的一种流控电压变换变结构电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step₁、没有负载接入电路，电路处于检测状态：恒压输出变结构单元保持检测结构接入与负载相连接的电路回路；

Step₂、负载接入电路·，电路处于检测状态；电流采样单元采样电流信号传输给结构选择单元，结构选择单元判断负载类型；

Step₃、若负载不为预设负载类型，与负载相连接的电路回路、结构选择单元保持检测状态；若负载为预设负载类型，结构选择单元向恒压输出变结构单元、控制单元发送相应信号；控制单元处理该信号后向恒压输出变结构单元输出控制信号；

Step₄、根据结构选择单元输入的信号，恒压输出变结构单元的部分继电器的通断发生变换，改变接入电路的结构电路；同时，在控制单元的控制信号的影响下，向负载两端输出合适的恒定电压；同时，结构选择单元的继电器通断发生变化，此时和电流信号相连接的是结构选择单元的第二部分电路；

Step₅、电路由检测状态进入工作状态：当流经负载的电流在预设范围内，电路保持当前工作状态不变；

Step₆、当流经负载的电流不在预设范围内，或将负载与电路的连接断开时，所有继电器的输入信号为低电平，电路重新由工作状态进入检测状态，即分别回到步骤Step₁或步骤Step₂。

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