CN116880639B - 一种使用三极管实现恒功率的电路及恒功率方法 - Google Patents

Abstract

一种使用三极管实现恒功率的电路及方法，主控单元U3一端设有电压Vb，信号源Vsen与输出电压Vo相连为等势点，其中输出电压Vo范围为电压U1～电压U2；端点b还连接有电阻R6，电阻R6与三极管Q1连接，三极管Q1通过电阻R5与信号源VCC1连接，三极管Q1的一端通过电阻R4连接、另一端通过电阻R2接地，端点p对地电压为电压Vp,电源输出电流为电流Io，输出的电流Io的范围为电流A1～电流A2；其中电流有电流I1、电流I2、电流I3、电流I4，本专利申请使用三极管、电阻、运算放大器等电子元器件组合来实现恒功率电路，设计简单、稳定可靠、容易实现，同时降低了成本。

Description

一种使用三极管实现恒功率的电路及恒功率方法

技术领域

本发明涉及恒功率领域，尤其涉及一种使用三极管实现恒功率的电路及方法。

背景技术

目前市场上恒功率的方式主要有两种，一种为通过检测电压变化自动调整电流大小来保证恒功率，一种为检测电流变化来自动调整电压大小来实现恒功率；其两种方式中后者应用得多，且两种控制试主要都是采用单片机软件配合来控制实现。

采用单片机软件+硬件方式来实现恒功率，其中也有一些问题：

1、材料成本较高，增加单片机、伴随增加供电电路、防雷电路、连接匹配电路；

2、人力成本增加，招聘软件人员进行编程、增加上位机的开发与维护等；

3、稳定性隐患、单片机为高集成芯片、易受各类环境因素影响，如温度、湿度、静电等；

4、可靠性怀疑，编程对专业技术人员要求高、其中主要为经验最重要，实践中容易出现BUG，要不断重复测试、验证、改进，同时硬件控制电路也复杂。

发明内容

为解决上述问题，本技术方案提供一种使用三极管实现恒功率的电路及方法，本申请摒弃了传统的单片机控制方式 ，而开发了一种使用三极管、电阻及运放放大器等电子元器件组合的模拟电路来实现恒功率电路，设计简单、稳定可靠、容易实现，同时降低了成本。

为实现上述目的，本技术方案如下：

一种使用三极管实现恒功率的电路，包括；

主控单元U3；

所述主控单元U3为运算放大器、其一端设有端点b，所述端点b通过电阻R3接地、端点b对地电压为Vb,所述端点b通过电阻R1连接信号源Vsen，信号源Vsen与输出电压Vo相连其为等势点，其中输出电压Vo范围为电压U1～电压U2

所述端点b还连接有电阻R6，所述电阻R6与三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的集电极通过电阻R5与信号源VCC1连接、信号源VCC1为系统供电源，所述三极管Q1的基极一端与电阻R4连接、另一端通过电阻R2接地、三极管Q1与电阻R4、电阻R2交于端点p、端点p对地电压为Vc,电源输出电流为Io，输出电流Io的范围为电流A1～电流A2；

其中所述电流有，流过R1的电流为I1、流过R6的电流为I2、流过R3的电流为I3、端点Vb与主控单元U2之间的电流为I4。

本申请基于上述所述的一种使用三极管实现恒功率的电路，还包括如下步骤：

当电流Io增大、电压Vp增大，电压Vp＜电压Vb+电压Vf时，三极管Q1截止，电压Vf为三极管Q1导通时基极与发射级间的压降值，此时电流I2=0 、电流I4=0（运放放大器输入阻抗很大、输入电压约为0）电流I1=电流I3，电压Vo=电压U2，电压Vo=(1+电阻R1的阻值/电阻R3的阻值)*电压Vref,电压U2的值可通过调整电阻R1的阻值/电阻R3的阻值来实现；

当输出电流Io增大、电压Vp增大，输出电流Io增大到Io=电流A1、电压Vp=电压Vb+电压Vf，三极管Q1临界状态但未导通，此时电流I2=0 、电流I4=0、电流I1=电流I3、电压V0=电压U2；而当输出电流Io继续增大、电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2=（电压Vp-电压Vf-电压Vref）/电阻R6的阻值、此时电流I1+电流I2=电流I3、电流I4=0，因为电压Vb=电压Vref不变、电阻R3阻值确定即电流I3不变，电流I1变小，在相比电流I2=0时，电压Vo下降；

当输出电流I0持续增大到输出电流Io=电流A2，此时电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2达到最大、电流I1降至最小、致使电压Vo降至最小电压Vo=电压U1。

在一些实施例中，输出电流Io通过变阻器SVR1进行调节。

本申请有益效果为：

本申请采用常规成熟器件、成熟电路构造，控制简单、电路简洁、成本较低，是一种性价比高的恒功率（限功率）电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例的结构示意图一。

实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

请参照图1所示，一种使用三极管实现恒功率的电路，包括；

主控单元U3；

所述主控单元U3为运算放大器、其一端设有端点b，端点b对地电压为Vb,所述端点b通过电阻R3接地,所述端点b通过电阻R1与信号源Vsen连接，信号源Vsen与输出电压Vo相连其为等势点，其中输出电压Vo范围为电压U1～电压U2

所述端点b还连接有电阻R6，所述电阻R6与三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的集电极通过电阻R5与信号源VCC1连接、信号源VCC1为系统供电源，所述三极管Q1的基极一端通过电阻R4与端点p连接、另一端通过电阻R2接地、三极管Q1与电阻R4、电阻R2交于端点p、端点p对地电压为Vc,电源输出电流为Io，输出电流Io的范围为电流A1～电流A2，端点C信号取自基准点电压Vc

其中所述电流有，流过电阻R1的电流为I1、流过电阻R6的电流为I2、流过电阻R3的电流为I3、端点b与主控单元U2之间的电流为I4。

一种恒功率及方法，基于上述所述的一种使用三极管实现恒功率的电路，还包括如下步骤：

当输出电流Io增大、电压Vp增大，电压Vp＜电压Vb+电压Vf时，三极管Q1截止，电压Vf为三极管Q1导通时基极与发射级间的压降值，此时电流I2=0 、电流I4=0（运放放大器输入阻抗很大、输入电压约为0）电流I1=电流I3，电压Vo=电压U2，电压Vo=(1+电阻R1的阻值/电阻R3的阻值)*电压Vref,电压U2的值可通过调整电阻R1的阻值/电阻R3的阻值来实现；

当输出电流Io增大、电压Vp增大，输出电流Io增大到输出电流Io=电流A1、电压Vp=电压Vb+电压Vf，三极管Q1临界状态但未导通，此时电流I2=0 、电流I4=0、电流I1=电流I3、电压Vo=电压U2；而当输出电流Io继续增大、电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2=（电压Vp-电压Vf-电压Vref）/电阻R6的阻值、此时电流I1+电流I2=电流I3、电流I4=0，因为电压Vb=Vref不变、电阻R3阻值确定即电流I3不变，电流I1变小，在相比I2=0时，电压Vo下降；

当输出电流Io持续增大到输出电流Io=A2，此时电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2达到最大、电流I1降至最小、致使电压Vo降至最小电压Vo=电压U1。

在一些实施例中，输出电流Io通过变阻器SVR1进行调节

开关电源输出常规使用集成运算放大器对输出信号（电压Vo/输出电流Io）进行控制，首先用信号源给VCC1给单元U3供电，再通过信号源VCC1产生基准供至运放的同相输入端，然后通过反向输入端与输出电路相关联（如图1中信号源Ics、电压Vb、信号源Vsen等)，当检测输出的运放反向输入端电压超过同相输入端基准电压时，运放输出作出变化、隔离光耦反馈至初级端主控芯片，主控芯片调整控制信号来控制电源的输出，以达到功率恒定与限制目的，中期控制电流的运放及关联电路形成的闭环简称电流环、反之为电压环。

本发明为一种不使用单片机而采用三极管及电阻等电子元器件，结合可调电阻电位器调节输出电流的变化来控制电路输出电压的调整来达到恒功率目的，其工作原理与控制方式如下：

如图1，电源输出电压为Vo，输出电流为Io，恒功率电压范围为(电压U1～U电压2)、恒功率/限功率电流范围为(电流A1～电流A2) ，信号源VCC1为系统供电源、电压Vref为基准电压，电流环中电压Vcs(信号源Ics)为输出采样基点、电压Vc、电压Va为基准点电压，电阻SVR1为可调变阻器、阻值变化范围为0～Rmax,电压环中Vb为电压采样信号基点，电流I1、电流I2为流入端点b的电流，电流I3、电流I4为流出端点b的电流；而根据基尔霍夫定律有，电流I1+电流I2=电流I3+电流I4，由于（理想）运算放大器的输入阻抗很大、而输入电流很小，故有“虚短”、“虚断”的特性，所以电流I4≈0、电压Vb≈电压Vref 、电压Vcs≈电压Va,所以电流I1+电流I2=电流I3；

当输出电流Io增大（通过调整变阻器SVR1）、电压Vp增大，电压Vp＜电压Vb+电压Vf时，三极管Q1截止(电压Vf为三极管Q1导通时基极与发射级间的压降值），电流I2=0、电流I1=电流I3，电压Vo=电压U2（电压Vo=(1+电阻R1的阻值/电阻R3的阻值)*电压Vref,电压U2的值可通过调整电阻R1的阻值/电阻R3的阻值来实现）；

当输出电流Io增大、电压Vp增大，输出电流Io增大到输出电流Io=电流A1、电压Vp=电压Vb+电压Vf，三极管Q1临界状态但未导通，此时电压Vo=电压U2 ; 而当输出电流Io继续增大（调整变阻器SVR1）、电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入b端点（电流I2=（电压Vp-电压Vf-电压Vref）/电阻R6的阻值)，因为电压Vb=电压Vref不变、电阻R3阻值确定、电流I3不变，依电流I1+电流I2=电流I3 、电流I1变小（相比电流I2=0时）、电压Vo下降；

当输出电流Io持续增大到输出电流Io=电流A2（电阻SVR1调至最大为Rmax、此时电流A2为输出最大电流）、此时电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2达到最大、电流I1降至最小、致使电压Vo降至最小即电压Vo=电压U1；

综上，输出电流Io增大，电压Vo减小，通过对电压R1 电阻R2 电阻R3....电阻R6阻值调整，保证输出电流Io、电压Vo在一个范围区域内变化，保证乘积功率在一个恒功率范围内，此发明专利采用常规成熟器件、成熟电路构造，控制简单、电路简洁、成本较低，是一种性价比高的恒功率电路。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本申请相同或近似的，均在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种使用三极管实现恒功率的电路，其特征在于，包括；

主控单元U3；

所述主控单元U3为运算放大器，其一端设有端点b，端点b对地电压为电压Vb，所述端点b通过电阻R3接地,所述端点b通过电阻R1与信号源Vsen相连，信号源Vsen与输出电压Vo相连为等势点，其中输出电压Vo范围为电压U1～电压U2；

所述端点b还连接有电阻R6，所述电阻R6与三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的集电极通过电阻R5与信号源VCC1连接，所述三极管Q1的基极一端与电阻R4连接、另一端通过电阻R2接地，三极管Q1与电阻R4、电阻R2交于端点p，所述端点p对地电压为电压Vp,电源输出电流为电流Io，输出的电流Io的范围为电流A1～电流A2；

恒功率电流包括：流过电阻R1的电流为电流I1、流过电阻R6的电流为电流I2、流过R3的电流为电流I3、端点b与主控单元运算放大器U2之间的电流为I4；

所述信号源VCC1分别设有电阻R46以及电阻R47，所述电阻R46与三极管Q7的集电极连接，其基极与所述电阻R47连接，还通过基准单元U10接地，所述基准单元U10的参考端通过电阻R49接地，还通过电阻R48与所述三极管Q7的发射极连接，其发射极输出有电压Vref；

所述电阻R4通过电阻R127与所述电压Vref连接，还依次通过电阻R51以及电阻R52与所述主控单元U3连接，其中所述电阻R52通过变阻器SVR1以及电阻R54接地；

所述主控单元U3还通过电阻R63与所述电压Vref连接。

2.一种恒功率方法，其特征在于：基于上述权利要求所述的一种使用三极管实现恒功率的电路，还包括如下步骤：

当输出的电流Io增大、电压Vp增大，电压Vp＜电压Vb+电压Vf时，三极管Q1截止，电压Vf为三极管Q1导通时基极与发射级间的压降值，此时电流I2=0 、电流I4=0，电流I1=电流I3，电压Vo=电压U2，电压Vo=(1+电阻R1的阻值/电阻R3的阻值)*电压Vref,电压U2的值可通过调整电阻R1的阻值/电阻R3的阻值来实现，所述电压Vref由所述信号源VCC1输出；

当输出电流Io增大、电压Vp增大，输出电流Io增大到输出电流Io=电流A1、电压Vp=电压Vb+电压Vf，三极管Q1临界状态但未导通，此时电流I2=0 、电流I4=0、电流I1=电流I3、电压Vo=电压U2；而当输出电流Io继续增大、电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2=（电压Vp-电压Vf-电压Vref）/电阻R6的阻值、此时电流I1+电流I2=电流I3、电流I4=0，因为电压Vb=电压Vref不变、电阻R3阻值确定即电流I3不变，电流I1变小，在相比电流I2=0时，电压Vo下降；

当输出电流Io持续增大到输出电流Io=电流A2，此时电压Vp＞电压Vb+电压Vf，三极管Q1导通，电流I2流入端点b，电流I2达到最大、电流I1降至最小、致使电压Vo降至最小电压Vo=电压U1。

3.根据权利要求2所述的一种恒功率方法，其特征在于：输出电流Io通过变阻器SVR1进行调节。