CN1684015A - 高效率的恒流源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效率恒流源电路，它利用可调整直流输出开关电源为恒流源电路及负载电路提供电源，利用恒流源电路本身的电压压降做为开关电源输出电压的控制信号，从而实现恒流源电路两端电压保持在恒流源电路所允许的最低范围，不随负载的变化而改变，实现高效率与高性能。本发明适用于任何使用恒流源的场合。

Description

高效率的恒流源

技术领域：

本发明涉及一种高效率的恒流源。

技术背景：

恒流源是在很多场合都有应用，其特点是通过它的电流为恒定值，不随负载电阻大小的变化而变化，但做为有源电路，要正常工作必须有一定的供电电压。通常给恒流源的供电电压都要求在最大负载电阻下或最小输入电源电压能正常工作，相应当恒流源负载电阻相对小或输入电压较大时在恒流源电路上的压降增大，引起恒流源的功耗增大，尤其是当恒流源电流较大时，如果它的负载小，则会因其功耗大而带来低效率和散热的问题，如专利号为89101207.9的专利中所述的恒流源，当其负载的电阻小时调整管上的压降将增大，效率降低。为解决效率问题而采用斩波方式工作的恒流源虽然解决了效率问题，但其电流因斩波方式而带有不可避免的电流脉动，恒流效果不佳，不能满足高性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼顾高效率的高效率恒流源，避免工作中出现电流脉动，能满足高性能要求。

为达到上述目的，本发明的构思是：利用可调整直流输出开关电源为恒流源电路及负载电路提供电源，利用恒流源电路本身的电压压降做为开关电源输出的控制信号，从而实现恒流源电路两端电压保持在恒流源电路所允许的最低范围，不随负载的变化而改变，实现高效率与高性能。

根据上述构思，本发明采用下述技术方案：

一种高效率的恒流源，包括一个恒流源电路和与其相连得负载电路，其特征在于由可调整直流输出开关电源的输出为恒流源电路及负载电路提供电源，即所述的恒流源电路与负载电路串联，而共同组成所述的可调整直流输出开关电源电路的负载，其中：负载电路的一端接可调整直流输出开关电源的输出端，负载电路的另一端接恒流源电路的输出端，恒流源电路的另一端接可调整直流输出开关电源的返回端，即地线端；还有一个反馈网络与恒流源电路并联，即其两端分别与恒流源电路的输入输出并联；采用反馈网络输出与恒流源电路两端电压成正比的反馈信号做为可调整直流输出开关电源的电压控制信号，接到可调整直流输出开关电源的调整端，当可调整开关电源工作时，它的输出电压由反馈调整端电压控制，其自动调整反馈过程使调整端电压保持不变，从而实现恒流源电路两端电压保持在恒流源电路所允许的最低范围，实现高效率。

上述的可调整直流输出开关电源可采用降压式工作方式，其一种实现的电路结构是：一个型号为MC33063的开关电源芯片，其1脚接8脚；4脚经一个电容接外部供电的地线；6脚同时并接电源20V阳极输入端及经一个电阻接7脚，20V阳极输入端还并接一个电容后接地线；2脚同时接一个二极管的阴极及一个电感的一端，该二极管的阳极接地线并通过一个电容接所述电感的一端而构成可调整直流输出开关电源的输出端；而开关电源芯片的COMP脚外接构成可调整直流输出开关电源的调整端。

上述的可调整直流输出开关电源也可采用升压式工作方式，其一种实现的电路结构是：一个型号为MC33063的开关电源芯片，其1脚接一个二极管的阳极和一个电感的一端，该电感的另一端接6脚，该二极管的阴极接出为可调整直流输出开关电源的输出端，并经一个电容接2脚并接地；3脚经一个电容和4脚一起接地，6脚并接一个电阻和5V电源，该电阻的7脚并经另一个电阻接8脚；5V电路还经一个电容外接构成可调整直流输出开关电源的返回端，即地线端；开关电源芯片的5脚外接构成可调整直流输出开关电源的调整端。

上述的恒流源电路的电路一种实现的结构是：一个型号为LM337的集成稳压电路芯片，其1脚接负载电路，同时经一个电阻接2脚、经一个电容接3脚，3脚并接可调整直流输出开关电源的返回端，即地线端；而2脚并接反馈网络。

上述的反馈网络的电路结构是：两个串联的电阻，其一端连接恒流源电路中集成稳压电路芯片的2脚。另一端连接该芯片的3脚，而该两电阻的串联连线连接可调整直流输出开关电源的调整端。本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：利用通常的高性能恒流源电路提供所需要的电流，实现高性能，利用可调整直流输出开关电源为恒流源电路提供电源，保证恒流源电路工作的电压保持在允许的最低值，实现高效率。本发明可应用于任何采用恒流源电路的场合。

本发明的工作原理如下：

1.当可调整开关电源(1)工作时，它的输出电压(VCC)由反馈调整端(ADJ)电压控制，其自动调整反馈过程使调整端(ADJ)电压保持不变；

2.设反馈网络(2)的传输系数为K，则(ADJ)端电压大小与恒流源电路两端电压(FB)关系如下：ADJ＝FB×K

3.当恒流源电路的负载(4)发生改变时，相应会导致(FB)电压的改变，从而使(ADJ)的电压发生变化，可调整开关电源(1)根据(ADJ)的变化调整输出电压，使其输出电压(VCC)发生变化，重新使FB电压回到原来大小。

4.反馈网络传递系数K的确定方法：恒流源电路保持正常工作的两端最小电压为FB，开关电源正常工作时调整端电压为ADJ，则有：

                 ADJ＝FB×K，即得

                 K＝ADJ/FB

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：利用通常的高性能恒流源电路提供所需要的电流，实现高性能，利用可调整直流输出开关电源为恒流源电路提供电源，保证恒流源电路工作的电压保持在允许的最低值，实现高效率。本发明可应用于任何采用恒流源电路的场合。

附图说明：

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的一个实施例的电路原理图；

图3是本发明的另一个实施例的电路原理图；

具体实施方式：

实施例一：参见图1和图2，本高效恒流源中采用降压式可调整直流输出开关电源工作方式。下面详述其电路结构和工作原理：图2中，系统的供电电压为20伏，两个供电端分别为20v及地线，结构组成如下：

开关电源芯片MC33063为图2中的U1，图2中的U2为集成稳压电路LM337。U1的1脚接8脚，U1的4脚接外部供电的地线；U1的6脚同时并接电源20V阳极输入端及电阻R2的一端，R2的另一端接到U1的7脚；U1的3脚接电容C1的一端，C1的另一端接地线；U1的2脚同时接D1的阴极及电感L1一端，D1的阳极接地线，L1的另一端同时并接C2的正极端及R1的一端，R1的另一端接到U2的1脚，C2的负极端接地线；R5的一端接LM337的1脚，另一端接U2的2脚；C4的一端接U2的1脚，另一端接地线；R3一端接U2的2脚，另一端同时并接U1的5脚及R4的一端，R4的另一端接地线；U2的3脚接地线。

所有以R为标识的元件为电阻，单位为欧姆，以C为标识的为电容，L1为储能电感，D1为高速整流二极管，在这里起续流作用；U1为可调整升压/降压型直流输出开关电源芯片MC33063，在这里使用降压工作方式(当输入电压低，恒流源负载电阻高时，可应用MC33063的升压工作模式给恒流源电路供电，如图3所示)；R2为限流电阻，作用是保护MC33063，U2为常用的三端负可调整稳压电源LM337，在这里用作恒流源，需要的恒流电流大小等于它的调整端电压与输出端电压的差值(固定为1.25伏)除以电阻R5；C1控制开关电源MC33063工作频率，这里使MC33063工作频率在100KHz；C2、C3为滤波电容，C4为去耦电容，它使LM337工作稳定。U2正常工作时要求输入输出压差至少为3伏，为保证在开关电源输出有一定波动情况下正常工作，取压差为3.5伏。恒流源电路的电流由电阻R5决定，大小为1.25V/R5，这里取R5为125欧姆，则电流I为100mA，R1为恒流源的负载。

当MC33063正常工作时调整端电压保持在1.25伏，因此取反馈系数K＝1.25/3.5，这里取反馈电阻R4＝18K，R3＝10K，得到反馈端电压ADJ＝K×3.5＝R3/(R3+R4)×3.5＝1.25(伏)，则当恒流源电路LM337正常工作时，其输入输出压差为3.5伏。在这里R3、R4的取值应使通过R3、R4的电流小于恒流源电路工作电流的1/10，减少对恒流源电流的影响。通过R3、R4的电流等于FB/(R3+R4)。FB为LM337输入输出压差。

电路中系统供电电压为20伏，由于可调整开关电源MC33063的作用，当恒流源负载R1取0至最大150欧姆负载时，LM337的输入输出压差保持在3.5伏，从而实现电路始终保持在高性能与高效率的工作状态下。

此电路中R1也可使用具有电抗性的的负载如电感型负载。

实施例二：参见图1和图3，本高效恒流源中采用升压式可调整直流输出开关电源工作方式。下面详述其电路结构和工作原理：图3中系统供电电压为5伏，当负载电阻为100欧姆，如要求恒流电流I为100毫安，则要求恒流源供电电压大于14伏，需采用MC33063的升压工作方式，其原理与图2所述相同，系统结构组成如下：

系统的供电电压为5伏，两个供电端分别为5v端及地线端。开关电源芯片MC33063为图3中的U1，图3中的U2为集成稳压电路LM337。U1的1脚接D1的阳极及L1的一端，L1的另一端接U1的6脚，D1的阴极接R1的一端及C2的阳极，R1的另一端接U2的1脚，C2的阴极接地线；U1的2脚及4脚接外部供电的地线；C1的一端接U1的3脚，C1的另一端接地线；R6的一端接U1的8脚，另一端接U1的7脚；R2的一端接U1的6脚，另一端接U1的7脚；C3的阳极接5V供电端，C3的阴极接地线；R4的一端接U1的5脚，另一端接地线；R3的一端接U1的5脚，另一端接U2的2脚；R5的一端接U2的2脚，另一端接U2的1脚；C4的一端接U2的1脚，另一端接地线；U2的3脚接地线。

上述两实施例电路中除已经说明的以外对所有元件没有特殊要求。实施例中恒流源电路及可调直流输出开关电源电路可采用其它类似产品。

MC33063为on semiconductor公司产品。

Claims (5)

1.一种高效率的恒流源，包括一个恒流源电路(3)和与其相连的负载电路(4)，其特征在于由可调整直流输出开关电源(1)的输出为恒流源电路(3)及负载电路(4)提供电源，即所述的恒流源电路(3)与负载电路(4)串联，而共同组成所述的可调整直流输出开关电源电路(1)的负载，其中：负载电路(4)的一端接可调整直流输出开关电源(1)的输出端，负载电路(4)的另一端接恒流源电路(3)的输出端，恒流源电路(3)的另一端接可调整直流输出开关电源(1)的返回端，即地线端；还有一个反馈网络(2)与恒流源电路(3)并联，即其两端分别与恒流源电路(3)的输入输出并联；采用反馈网络(2)输出与恒流源电路(3)两端电压成正比的反馈信号做为可调整直流输出开关电源(1)的电压控制信号，接到可调整直流输出开关电源(1)的调整端，当可调整开关电源(1)工作时，它的输出电压由反馈调整端电压控制，其自动调整反馈过程使调整端电压保持不变，从而实现恒流源电路(3)两端电压保持在恒流源电路所允许的最低范围，实现高效率。

2.根据权利要求1所述的高效率的恒流源，其特征在于，可调整直流输出开关电源(1)可采用降压式工作方式，其电路结构是：一个型号为MC33063的开关电源芯片(U1)，其1脚接8脚；4脚经一个电容(C1)接外部供电的地线；6脚同时并接电源20V阳极输入端及经一个电阻(R2)接7脚，20V阳极输入端还并接一个电容(C3)后接地线；2脚同时接一个二极管(D1)的阴极及一个电感(L1)的一端，该二极管(D1)的阳极接地线并通过一个电容(C2)接所述电感(L1)的一端而构成可调整直流输出开关电源(1)的输出端；而开关电源芯片(U1)的COMP脚外接构成可调整直流输出开关电源(1)的调整端。

3.根据权利要求1所述的高效率的恒流源，其特征在于，可调整直流输出开关电源(1)还可采用升压式工作方式，其电路结构是：一个型号为MC33063的开关电源芯片(U1)，其1脚接一个二极管(D1)的阳极和一个电感(L1)的一端，该电感(L1)的另一端接6脚，该二极管(D1)的阴极接出为可调整直流输出开关电源(1)的输出端，并经一个电容(C2)接2脚并接地；3脚经一个电容(C1)和4脚一起接地，6脚并接一个电阻(R2)和5V电源，该电阻(R2)的7脚并经另一个电阻(R6)接8脚；5V电路还经一个电容(C3)外接构成可调整直流输出开关电源(1)的返回端，即地线端；开关电源芯片(U1)的5脚外接构成可调整直流输出开关电源(1)的调整端。

4.根据权利要求1所述的高效率的恒流源，其特征在于，恒流源电路(3)的电路结构是：一个型号为LM337的集成稳压电路芯片(U2)，其1脚接负载电路(4，即R1)，同时经一个电阻(R5)接2脚、经一个电容(C4)接3脚，3脚并接可调整直流输出开关电源(1)的返回端，即地线端；而2脚并接反馈网络(2)。

5.根据权利要求4所述的高效率的恒流源，其特征在于，反馈网络(2)的电路结构是：两个串联的电阻(R3、R4)，其一端连接恒流源电路(3)中集成稳压电路芯片(U2)的2脚。另一端连接该芯片(U2)的3脚，而该两电阻(R3、R4)的串联连线连接可调整直流输出开关电源(1)的调整端。