CN202133921U - 一种可调恒流恒压电源 - Google Patents

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张腊梅
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Abstract

本实用新型公开了一种可调恒流恒压电源，包括恒压控制电路，负载，恒流控制电路，所述恒压控制电路输入端连接一电压微控制器，输出端连接负载正极；所述恒流控制电路输入端连接一电流微控制器，输出端连接负载负极。本实用新型不但可通过外部PWM给定电压信号自动调整负载的恒压值，而且可通过外部PWM给定电流信号自动调整负载的恒流值，还同时兼顾了负载的恒压和恒流，并且，本实用新型的各电路均采用电路分立器件，体积小可密封防水，成本低。

Description

一种可调恒流恒压电源
技术领域
本实用新型涉及一种电源控制技术领域，尤其涉及一种可以根据用户需求调节所需电压和电流的可调恒流恒压电源。
背景技术
目前，酸水机技术领域较常使用集成的恒流或恒压电源，虽然可以满足基本使用要求，但是还存在以下的不足：第一，体积大，成本高，难实现密封防水。例如，30V/30A恒流电源体积已达到30×20×6cm，零售价格过千元。第二，只可以选择恒压或恒流之一，不能同时兼顾恒流和恒压。第三，恒流值或恒压值需要通过手动调整，若要达到能通过外部信号的自动控制需要从厂家进行定制，非常不便利。
所以急需一种不但可以同时兼顾恒压和恒流，而且可通过外部信号自动调整恒流值和恒压值，并且成本低廉的电源。
实用新型内容
为了获得这种不但可以同时兼顾恒压和恒流，而且可以通过外部信号自动调整恒流值和恒压值，成本低廉的电源，本实用新型提出了新的技术解决方案，具体内容如下：
一种可调恒流恒压电源，包括恒压控制电路，负载，恒流控制电路，所述恒压控制电路输入端连接一电压微控制器，输出端连接负载正极；所述恒流控制电路输入端连接一电流微控制器，输出端连接负载负极。
更优选的是，所述恒压控制电路由恒压设定电路，恒压驱动电路和电压反馈电路组成；所述电压设定电路输入端连接电压微控制器，所述恒压设定电路输出端，电压反馈电路和恒压驱动电路，负载正极依次电性相连。其中，电压微控制器向恒压设定电路输入端输出PWM给定电压信号。
更优选的是，所述恒压设定电路由第一电阻，第二电阻，第一电容，第二电容,第三电容和第一运放组成;所述电压微控制器, 第一电阻和第二电阻依次串接后电性连接于第一运放正输入端；所述第一电容一端电性连接于第一电阻和第二电阻之间，另一端电性接地；所述第二电容一端电性连接于第一运放正输入端，另一端电性接地；所述第三电容一端同时电性连接第一运放负输入端和第一运放输出端，另一端电性接地。
更优选的是，所述电压反馈电路由第四电阻，第五电阻和第一比较器组成；所述第一比较器负输入端电性连接第一运放输出端；所述第一比较器正输入端电性连接第五电阻后电性接地；并且，所述第一比较器正输入端还电性连接第四电阻后连接负载正极。其中，电压反馈电路中起反馈功能的设备主要为第四电阻和第五电阻。
更优选的是，所述恒压驱动电路由第三电阻,第一稳压管，PMOS管，第四电容和第五电容组成；所述第一比较器输出端依次串接第三电阻和PMOS管的栅极；所述第一稳压管并接于PMOS管的栅极和漏极之间；所述PMOS管的源极电性连接负载正极，所述PMOS管的漏极还电性连接一工作电源；所述第四电容和第五电容并接后一端电性连接负载正极，另一端电性接地。通过第一比较器和PMOS管的通断最终达到使负载正极的电位保持为某一恒定数值，实现了恒压功能。
更优选的是，所述恒流控制电路由恒流设定电路，电流反馈比较控制电路和恒流驱动电路组成；所述恒流设定电路输入端连接电流微控制器；所述恒流设定电路输出端，电流反馈比较控制电路，恒流驱动电路，负载负极依次电性相连。其中，电流微控制器向恒流设定电路输入端输出PWM给定电流信号。
更优选的是，所述恒流设定电路由第六电阻,第七电阻,第六电容，第七电容，第八电容和第二运放组成；所述电流微控制器，第六电阻和第七电阻依次串接后电性连接第二运放正输入端；所述第六电容一端电性连接于第六电阻和第七电阻之间，另一端电性接地；所述第七电容一端电性连接于第二运放正输入端，另一端电性接地；所述第八电容一端同时电性连接第二运放负输入端和第二运放输出端，另一端电性接地。
更优选的是，所述电流反馈比较控制电路包括第九电阻和第二比较器；所述第二比较器正输入端电性连接第二运放输出端；所述第二比较器负输入端还电性连接所述第九电阻后电性接地。其中，第九电阻在电流反馈比较控制电路中起反馈功能。
更优选的是，所述电流反馈比较控制电路还包括一放大电路；所述放大电路由第十电阻，第十一电阻和第三运放组成；所述第二比较器负输入端电性连接第三运放的输出端；所述第十电阻一端电性连接第三运放的输出端，另一端电性连接第三运放的负输入端后通过第十一电阻电性接地；所述第三运放的正输入端还电性连接第九电阻后电性接地。采用了这个放大电路，防止了因流经第九电阻的电流过小或者因第九电阻的阻值很小而产生的取样电压过低，出现电流控制精度不高的情况。
更优选的是，所述恒流驱动电路由第八电阻，第二稳压管和NMOS管组成；所述第二比较器输出端依次串接第八电阻和NMOS管的栅极；所述第二稳压管并接于NMOS管的栅极和地面之间；所述NMOS管的源极电性连接于第二比较器负输入端；所述NMOS管的漏极还电性连接负载负极。
利用NMOS管的通断并结合第二比较器，最终将流经负载的电流限定在某一个特定的数值，实现了恒流功能。
需要说明的是，所述负载为酸水机或其它可以接入本实用新型成为新的负载的任何设备。
需要说明的是，在恒压控制电路中，PWM给定电压信号的占空比与第一运放输出端（即第一比较器负输入端）的电压成正比，即占空比越大，第一运放输出端（即第一比较器负输入端）的电压就越大，所以通过调节PWM给定电压信号的占空比来实现对负载电压的恒压值调节控制。
需要说明的是，在恒流控制电路中，PWM给定电流信号的占空比与第二运放输出端（即第二比较器正输入端）的电压成正比，所以，即占空比越大，第二运放输出端（即第二比较器正输入端）的电压就越大，所以通过调节PWM给定电流信号的占空比来实现对负载电流的恒流值调节控制。
本实用新型产生如下有益效果：
本实用新型不但可通过外部PWM给定电压信号自动调整负载的恒压值，而且可通过外部PWM给定电流信号自动调整负载的恒流值，还同时兼顾了负载的恒压和恒流，并且，本实用新型的各电路均采用电路分立器件，体积小可密封防水，成本低。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型的放大电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括恒压控制电路1，负载2，恒流控制电路3，所述恒压控制电路1的输入端连接一电压微控制器，输出端连接负载2的正极A5；所述恒流控制电路3的输入端连接一电流微控制器，输出端连接负载负极B5。
所述恒压控制电路由恒压设定电路，恒压驱动电路和电压反馈电路组成；所述电压设定电路输入端连接电压微控制器，所述恒压设定电路输出端，电压反馈电路和恒压驱动电路，负载正极A5依次电性相连。其中，电压微控制器向恒压设定电路输入端输出PWM给定电压信号。
所述恒压设定电路由第一电阻R1，第二电阻R2，第一电容C1，第二电容C2,第三电容C3和第一运放AR1组成;所述电压微控制器, 第一电阻R1和第二电阻R2依次串接后电性连接于第一运放正输入端A1；所述第一电容C1一端电性连接于第一电阻R1和第二电阻R2之间，另一端电性接地；所述第二电容C2一端电性连接于第一运放正输入端A1，另一端电性接地；所述第三电容C3一端同时电性连接第一运放负输入端a1和第一运放输出端A2，另一端电性接地。
所述电压反馈电路由第四电阻R4，第五电阻R5和第一比较器AP1组成；所述第一比较器负输入端a4电性连接第一运放输出端A2；所述第一比较器正输入端A4电性连接第五电阻R5后电性接地；所述第一比较器正输入端A4还电性连接第四电阻R4后连接负载正极A5。其中，电压反馈电路中起反馈功能的设备主要为第四电阻R4和第五电阻R5。
所述恒压驱动电路由第三电阻R3,第一稳压管DW1，PMOS管Q1，第四电容C4和第五电容C5组成；所述第一比较器输出端A3依次串接第三电阻R3和PMOS管Q1的栅极；所述第一稳压管DW1并接于PMOS管Q1的栅极和漏极之间；所述PMOS管Q1的源极电性连接负载正极A5，所述PMOS管Q1的漏极还电性连接一工作电源VCC；所述第四电容C4和第五电容C5并接后一端电性连接负载正极A5，另一端电性接地。
通过第一比较器AP1和PMOS管Q1的通断最终达到使负载正极A5的电位保持为某一恒定数值，实现了恒压功能。
所述恒流控制电路由恒流设定电路，电流反馈比较控制电路和恒流驱动电路组成；所述恒流设定电路输入端连接电流微控制器；所述恒流设定电路输出端，电流反馈比较控制电路，恒流驱动电路，负载负极B5依次电性相连。
其中，电流微控制器向恒流设定电路输入端输出PWM给定电流信号。
所述恒流设定电路由第六电阻R6,第七电阻R7,第六电容C6，第七电容C7，第八电容C8和第二运放AR2组成；所述电流微控制器，第六电阻R6和第七电阻R7依次串接后电性连接第二运放正输入端B1；所述第六电容C6一端电性连接于第六电阻R6和第七电阻R7之间，另一端电性接地；所述第七电容C7一端电性连接于第二运放正输入端B1，另一端电性接地；所述第八电容C8一端同时电性连接第二运放负输入端b1和第二运放输出端B2，另一端电性接地。
所述电流反馈比较控制电路包括第九电阻R9和第二比较器AP2；所述第二比较器正输入端B4电性连接第二运放输出端B2；所述第二比较器负输入端b4还电性连接所述第九电阻R9后电性接地。其中，第九电阻R9在电流反馈比较控制电路中起反馈功能。
更优选的是，如图2所示，所述电流反馈比较控制电路还包括一放大电路；所述放大电路由第十电阻R10，第十一电阻R11和第三运放AR3组成；所述第二比较器负输入端b4电性连接第三运放AR3的输出端；所述第十电阻R10一端电性连接第三运放AR3的输出端，另一端电性连接第三运放AR3的负输入端后通过第十一电阻R11电性接地；所述第三运放AR3的正输入端还电性连接第九电阻R9后电性接地。采用了这个放大电路，防止了因流经第九电阻R9的电流过小或者因R9阻值很小而产生的取样电压过低，出现电流控制精度不高的情况。
如图1所示，所述恒流驱动电路由第八电阻R8，第二稳压管DW2和NMOS管Q2组成；所述第二比较器输出端B3依次串接第八电阻R8和NMOS管Q2的栅极；所述第二稳压管DW2并接于NMOS管Q2的栅极和地面之间；所述NMOS管Q2的源极电性连接于第二比较器负输入端b4；所述NMOS管Q2的漏极还电性连接负载负极B5。
利用NMOS管Q2的通断并结合第二比较器AP2，最终将流经负载2的电流限定在某一个特定的数值，实现了恒流功能。
需要说明的是，所述负载2为酸水机或其它可以接入本实用新型成为新的负载的任何设备。
需要说明的是，在恒压控制电路中，PWM给定电压信号的占空比与第一运放输出端A2（即第一比较器负输入端a4）的电压成正比，即系占空比越大，第一运放输出端A2（即第一比较器负输入端a4）的电压就越大，所以通过调节PWM给定电压信号的占空比来可以实现对负载2的电压的恒压值调节控制。
需要说明的是，在恒流控制电路中，PWM给定电流信号的占空比与第二运放输出端B2（即第二比较器正输入端B4）的电压成正比，所以，即系占空比越大，第二运放输出端B2（即第二比较器正输入端B4）的电压就越大，所以通过调节PWM给定电流信号的占空比来实现对负载2的电流的恒流值调节控制。
如图1所示，本实用新型的恒压工作原理如下：
电压微控制器在第一电阻R1的A点输入PWM给定电压信号，其中，PWM给定电压信号的占空比在0-100的范围，那么就可以在第一运放输出端A2（即第一比较器负输入端a4）产生0-5V的电压信号，将这个电压信号送入第一比较器负输入端a4，以此作为比较参考电压。第一比较器正输入端A4的电压若低于在第一运放输出端A2（即第一比较器负输入端a4）的电压，即VA4 ＜VA2时，第一比较器输出端A3输出低电平，从而使PMOS管Q1的栅极电位低于工作电源VCC的电位，从而使PMOS管Q1导通，电流从工作电源VCC向第四电容C4充电，第四电容C4充电后电压上升，这个电压通过第四电阻R4和第五电阻R5分压后再送入第一比较器正输入端A4，其中第四电阻R4和第五电阻R5的分压关系为：VA4= (R5. VA5)/( R4+ R5)。当VA4 ＞VA2时，第一比较器输出端A3输出高电平，PMOS管Q1的栅极电位等于工作电源VCC的电位，从而使PMOS管Q1截止，并停止对第四电容C4充电。停止充电后，因C4通过负载放电，致使VA4下降，当下降到VA4 ＜VA2时，第一比较器输出端A3重新输出低电平，从而令到PMOS管Q1再次导通……这样周而复始地，始终保持将第一比较器正输入端A4处的电压控制到与第一运放输出端A2（即第一比较器负输入端a4）的电压相等，即VA4 =VA2，并且此时，VA5= ( 1+R4/ R5). VA2。而第一运放输出端A2（即第一比较器负输入端a4）的电压VA2取决于PWM给定电压信号的占空比，理论上，VA2与占空比成正比，即占空比越大，VA2的电压值越高，最终实现通过调节第一电阻R1的A点的PWM给定电压信号的占空比来实现对负载2电压的恒压值的调节控制。
另外，如图1所示，本实用新型的恒流工作原理如下：
电流微控制器在第六电阻R6的B点输入PWM给定电流信号，经过第六电阻R6, 第六电容C6和 第七电阻R7，第七电容C7的平波整流之后在第二运放正输入端B1出形成一个与PWM给定电流信号相对应的直流电压，经过第二运放AR2加强放大，并通过第八电容C8平波成更加稳定的直流电压，此直流电压作为电流比较信号引入到第二比较器正输入端B4，用于和第九电阻R9上取得的电流反馈电压进行比较运算，当第二比较器正输入端B4（即第二运放输出端B2）的电压小于第二比较器负输入端b4时，即Vb4 ＜VB4时，则第二比较器输出端B3输出高电平，致使NMOS管Q2导通，电流从负载正极A5流经负载负极B5,再流经NMOS管Q2到达第九电阻R9后流向地面。第九电阻R9因为有电流流过，所以Vb4升高，当流经第九电阻R9的电流增大到使Vb4 ＞VB4时，第二比较器输出端B3输出低电平，从而使NMOS管Q2截止，此时流经负载2的电流迅速减少，当较少到Vb4 ＜VB4时，NMOS管Q2再次导通，流经第九电阻R9的电流再次增大…...这样周而复始地，第二比较器负输入端b4的电压始终被限制在第二比较器正输入端B4（即第二运放输出端B2）的电压附近，即系Vb4 =VB2时，VB2=R9×IR9(其中，IR9为流经R9的电流)。同时，由于第二比较器AP2的输入阻抗很高，所以NMOS管的栅极可以认为几乎无电流通过，所以IR9又可看作是流经负载2的电流，即Vb4 = R9×IR9= R9×I负载。而由于VB2与B点的PWM给定电流信号的占空比成正比的线性关系，所以最终可以通过调节B点的PWM给定电流信号的占空比来实现对负载2的电流的恒流值的调节控制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，作出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调恒流恒压电源，其特征在于，包括恒压控制电路，负载，恒流控制电路，所述恒压控制电路输入端连接一电压微控制器，输出端连接负载正极(A5)；所述恒流控制电路输入端连接一电流微控制器，输出端连接负载负极(B5)。
2.如权利要求1所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述恒压控制电路由恒压设定电路，恒压驱动电路和电压反馈电路组成；所述电压设定电路输入端连接电压微控制器，所述恒压设定电路输出端，电压反馈电路和恒压驱动电路，负载正极(A5)依次电性相连。
3.如权利要求2所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述恒压设定电路由第一电阻(R1)，第二电阻(R2)，第一电容(C1)，第二电容(C2),第三电容(C3)和第一运放(AR1)组成;所述电压微控制器, 第一电阻(R1)和第二电阻(R2)依次串接后电性连接于第一运放正输入端(A1)；所述第一电容(C1)一端电性连接于第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，另一端电性接地；所述第二电容(C2)一端电性连接于第一运放正输入端(A1)，另一端电性接地；所述第三电容(C3)一端同时电性连接第一运放负输入端(a1)和第一运放输出端(A2)，另一端电性接地。
4.如权利要求2所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述电压反馈电路由第四电阻(R4)，第五电阻(R5)和第一比较器(AP1)组成；所述第一比较器负输入端(a4)电性连接第一运放输出端(A2)；所述第一比较器正输入端(A4)电性连接第五电阻(R5)后电性接地；所述第一比较器正输入端(A4)还电性连接第四电阻(R4)后连接负载正极(A5)。
5.如权利要求2所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述恒压驱动电路由第三电阻(R3),第一稳压管(DW1)，PMOS管(Q1)，第四电容(C4)和第五电容(C5)组成；所述第一比较器输出端(A3)依次串接第三电阻(R3)和PMOS管(Q1)的栅极；所述第一稳压管(DW1)并接于PMOS管(Q1)的栅极和漏极之间；所述PMOS管(Q1)的源极电性连接负载正极(A5)，所述PMOS管(Q1)的漏极还电性连接一工作电源（VCC）；所述第四电容(C4)和第五电容(C5)并接后一端电性连接负载正极(A5)，另一端电性接地。
6.如权利要求1所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述恒流控制电路由恒流设定电路，电流反馈比较控制电路和恒流驱动电路组成；所述恒流设定电路输入端连接电流微控制器；所述恒流设定电路输出端，电流反馈比较控制电路，恒流驱动电路，负载负极(B5)依次电性相连。
7.如权利要求6所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述恒流设定电路由第六电阻(R6),第七电阻(R7),第六电容(C6)，第七电容(C7)，第八电容(C8)和第二运放(AR2)组成；所述电流微控制器，第六电阻(R6)和第七电阻(R7)依次串接后电性连接第二运放正输入端(B1)；所述第六电容(C6)一端电性连接于第六电阻(R6)和第七电阻(R7)之间，另一端电性接地；所述第七电容(C7)一端电性连接于第二运放正输入端(B1)，另一端电性接地；所述第八电容(C8)一端同时电性连接第二运放负输入端(b1)和第二运放输出端(B2)，另一端电性接地。
8.如权利要求6所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述电流反馈比较控制电路包括第九电阻(R9)和第二比较器(AP2)；所述第二比较器正输入端(B4)电性连接第二运放输出端(B2)；所述第二比较器负输入端（b4）还电性连接所述第九电阻(R9)后电性接地。
9.如权利要求8所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述电流反馈比较控制电路还包括一放大电路；所述放大电路由第十电阻(R10)，第十一电阻(R11)和第三运放(AR3)组成；所述第二比较器负输入端（b4）电性连接第三运放(AR3)的输出端；所述第十电阻(R10)一端电性连接第三运放(AR3)的输出端，另一端电性连接第三运放(AR3)的负输入端后通过第十一电阻(R11)电性接地；所述第三运放(AR3)的正输入端还电性连接第九电阻(R9)后电性接地。
10.如权利要求6所述的可调恒流恒压电源，其特征在于，所述恒流驱动电路由第八电阻(R8)，第二稳压管(DW2)和NMOS管(Q2)组成；所述第二比较器输出端（B3）依次串接第八电阻(R8)和NMOS管(Q2)的栅极；所述第二稳压管(DW2)并接于NMOS管(Q2)的栅极和地面之间；所述NMOS管(Q2)的源极电性连接于第二比较器负输入端（b4）；所述NMOS管(Q2)的漏极还电性连接负载负极(B5)。
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