CN203674978U - 直流限压电路、包含该直流限压电路的电子设备及温控器 - Google Patents
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Abstract
提供了直流限压电路、包含该直流限压电路的电子设备及温控器。该直流限压电路包括:连接在电压输入端与电压输出端之间的第一晶体管,其集电极连接在所述电压输入端,发射极连接在所述电压输出端,基极通过第一电阻连接在所述电压输入端;第二晶体管,其基极通过第一稳压管和第二电阻连接在所述电压输入端,集电极与所述第一晶体管的基极相连,发射极连接在所述电压输出端;第三晶体管,其集电极通过第三电阻与所述第一晶体管的基极连接,发射极接地,基极通过第二稳压管和第四电阻连接在所述电压输出端。相比现有技术,该直流限压电路有宽的输入电压范围,并且功率消耗低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种直流限压电路,还涉及一种包含该直流限压电路的电子设备以及一种温控器。
背景技术
在电子设备中,以温控器为例,传统的温控器中设有降压式变换电路(即BUCK电路)提供电压以保证位于BUCK电路之后的电子模块有充足的电量供应。随着科技技术的发展,温控器中需要增加一些无线通讯技术,例如增加Wi-Fi功能模块。然而具有Wi-Fi功能的模块需要较大的电量消耗,那么需要采用直流/交流供电、或者“偷电”模式供电来满足电量的消耗。因此,需要为BUCK电路提供足够的大容量电容,以便该电容能够存储足够的电量来为BUCK电路提供大电压。而电容的尺寸与电容量成正比,所以大容量电容的尺寸会很大。但是基于机械设计,放置这种大尺寸电容的空间有限,为了保持电容值,只能选择低额定电压的相对小尺寸的电容,所以需要设计直流限压电路来限制提供给该低额定电压的电容的输入电压。也就是说,要为电子设备提供充足的电量供应,需要在BUCK电路前增加一个大尺寸的电容,由于PCB(印刷电路板)上没有充足空间,所以需要设计直流限压电路和小尺寸的电容来减小电容的大尺寸。
现有的限压电路有分压电阻和稳压二极管两种方法。但这两种方法有许多缺点:分压电阻方法的电力损耗高,且不能提供可变的输入电压。稳压二极管方法的电压是不连续的,并且其输出能力取决于耗散功率Pw,而稳压管的耗散功率很低。两种方法的优缺点及使用条件如下表所示:
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题,本实用新型实施例提供了一种直流限压电路,包括:
连接在电压输入端与电压输出端之间的第一晶体管,所述第一晶体管的集电极连接在所述电压输入端,所述第一晶体管的发射极连接在所述电压输出端,所述第一晶体管的基极通过第一电阻连接在所述电压输入端;
第二晶体管,所述第二晶体管的基极通过第一稳压管和第二电阻连接在所述电压输入端,所述第二晶体管的集电极与所述第一晶体管的基极相连,所述第二晶体管的发射极连接在所述电压输出端;和
第三晶体管,所述第三晶体管的集电极通过第三电阻与所述第一晶体管的基极连接,所述第三晶体管的发射极接地,所述第三晶体管的基极通过第二稳压管和第四电阻连接在所述电压输出端。
进一步地,上述第一电阻可包含至少两个子电阻,且所有子电阻的阻值之和等于所述第一电阻的阻值。优选地,上述第一电阻包含四个串联的子电阻。
进一步地,上述直流限压电路还包括连接在所述电压输入端和地之间的第一电容,该第一电容起滤波作用。
本实用新型实施例还提供了一种电子设备,所述电子设备包括上述直流限压电路,还包括连接在所述电压输出端和地之间的第二电容。
进一步地,所述电子设备还包括在所述直流限压电路之前的整流桥和在所述直流限压电路之后的BUCK电路,所述BUCK电路即降压式变换电路;所述整流桥的电压输出端即为所述直流限压电路的电压输入端,所述直流限压电路的电压输出端即为所述BUCK电路的电压输入端。
进一步地,所述整流桥包含第一端子和第二端子,所述第一端子与火线连接,所述第二端子与零线连接。
进一步地,所述第二端子有两条支路与所述零线连接,其中一条支路是所述第二端子与所述零线连接,另一条支路是所述第二端子通过负载与所述零线连接。
上述电子设备可为温控器。
另外,本实用新型实施例还提供了一种温控器,所述温控器包括:
整流桥,所述整流桥包含第一端子和第二端子,所述第一端子与火线连接,所述第二端子有两条支路与零线连接,其中一条支路是所述第二端子与所述零线连接,另一条支路是所述第二端子通过负载与所述零线连接;
上述直流限压电路,所述直流限压电路的电压输入端即为所述整流桥的电压输出端;
第二电容,其连接在所述直流限压电路的电压输出端和地之间;以及BUCK电路,所述BUCK电路的电压输入端即为所述直流限压电路的电压输出端。
与现有技术相比,本实用新型带来的有益技术效果是:本实用新型提供的直流限压电路有宽的输入电压范围(25VDC-42VDC),并且功率消耗低。
本实用新型实施例提供的直流限压电路带来的优点是:(1)适应宽的输入电压,直流范围是“25VDC-42VDC”;(2)支持较大的电压下降幅度;(3)设置快充、慢充路径,适合高输入和低输入电流;(4)电路没有高频干扰,并具体低噪声;(5)设计灵活,可支持多种通过改变稳压二极管的限压设计。
与分压电阻方法相比,本实用新型实施例提供的直流限压电路具有以下优点:(1)适应宽的输入电压;(2)电路自身的低电力消耗;(3)设计灵活。
与稳压二极管方法相比,本实用新型实施例提供的直流限压电路具有以下优点:(1)宽的输入电压;(2)电路自身的低电力消耗。
附图说明
参考附图本实用新型的实施例将被描述如下:
图1是具有直流限压电路的温控器的结构框图。
图2是本实用新型实施例提供的直流限压电路。
图3示出了图2中直流限压电路的一条快速充电路径。
图4示出了图2中直流限压电路的另一条慢速充电路径。
图5示出了图2中直流限压电路的阻止电容充电路径。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了用在整流桥之后、BUCK电路之前的直流限压电路。该直流限压电路适用于包含温控器在内的所有电子设备。下面仅以温控器为例说明该直流限压电路的细节电路及相关应用。
图1是具有直流限压电路的温控器的结构框图。
整流桥的输出电压是从25V-42V的宽范围直流电压。为了提供温控器在偷电模式下(例如Wi-Fi模块)的电量消耗,需要在BUCK电路前增加具有大的电容值的电容,但是电容的尺寸将会很大,以便有足够大的容量来匹配宽的电压范围(25VDC-42VDC)。由于PCB上没有充足空间,而为了保持电容值,只能选择低额定电压的小尺寸电容,所以需要设计直流限压电路和小尺寸电容,直流限压电路是用来限制提供给小尺寸电容的输入电压。
现有技术中,整流桥包含第一端子和第二端子,其中第一端子与火线连接,第二端子与零线连接,整流桥的电压输出端连接直流限压电路的电压输入端。本实用新型与现有技术的区别在于,整流桥的第二端子有两条支路与零线连接,其中一条支路是第二端子直接接在零线上,另一条支路是第二端子通过负载连接在零线上。整流桥设置两条支路与零线相联,其目的在于满足“偷电”模式供电。
直流限压电路的电压输出端连接BUCK电路的电压输入端。
图1中电容C1即为增加的为BUCK电路提供电压的第二电容,其连接在所述直流限压电路的电压输出端和地之间。
图2是图1中直流限压电路的细节电路。该直流限压电路包括:连接在电压输入端Vin与电压输出端Vout之间的第一三极管;第二三极管;第三三极管;以及连接在电压输入端Vin和地PWRGND之间的第一电容。
第一三极管连接在电压输入端Vin与电压输出端Vout之间。第一三极管的集电极连接在电压输入端Vin,第一三极管的发射极连接在电压输出端Vout,第一三极管的基极通过四个串联的电阻(每个电阻的阻值是270Ω)连接在电压输入端Vin。需要说明的是,这四个电阻可以用一个电阻替代,也可用两个、三个或者更多个电阻替代,只要满足电压输入端Vin与第一三极管的基极之间的阻值恒定即可。但是用四个电阻好于一个电阻,原因在于用一个电阻的话,其阻值会很大,这样不但电阻的散热效果不好,而且电阻会很大以致占用PCB的空间。
第二三极管的基极通过第一稳压管MMSZ4692T1G(图中所示其电压是6.8V)和第二电阻(图示阻值为10KΩ)连接在电压输入端Vin,第二三极管的集电极与第一三极管的基极相连,第二三极管的发射极连接在电压输出端Vout。
第三三极管的集电极通过第三电阻(图示阻值为510Ω)与第一三极管的基极连接,第三三极管的发射极接地PWRGND,第三三极管的基极通过第二稳压管MMSZ4713(图中所示其电压是30V)和第四电阻(图示阻值为10KΩ)连接在电压输出端Vout。
第一电容连接在电压输入端Vin和地PWRGND之间(图示电容值为2.2uF)。
上述第一三极管、第二三极管、第三三极管均为NPN三极管,图2中所示的型号为NSS60201LT1G,当然实践中不局限于此型号。这些三极管在电路中起电子开关作用。需要说明的是,任何起开关作用的电子器件都可应用于本实用新型,例如场效应管等。
另外,图2中所示元器件的值(包含阻值、电容值等)可以随电路要求的不同而改变,本实施例只是以带Wi-Fi功能的温控器为例做了说明。因为元器件的值不是本实用新型保护的重点,所以在此不做详细说明。
图2所示的直流限压电路有两条电容充电路径和一条阻止电容充电路径。下面来详细描述:
若Vin-Vout<7V,则电路会选择快速充电路径,充电电流方向如图3中的箭头所示。
若Vin-Vout>7V,则第一稳压管导通,电路会选择另一条慢速充电路径,从而保护快速充电路径中用到的第一三极管,充电电流方向如图4中的箭头所示。这里的慢速是相对于图3的快速充电路径而说的。
若Vout>=31V,则第二稳压管导通,电路阻止电容充电,Vout会保持在31V。阻止电容充电路径如图5中箭头所示。如果Vout上有电量消耗,那么自动重复图3、4和5的步骤。
本实用新型实施例还提供了一种电子设备,如图2所示,该电子设备包括上述直流限压电路,还包括连接在所述电压输出端Vout和地PWRGND之间的第二电容C1,因为第二电容C1需要的电容量大,所以优选为极性电容,图2中所示其电容值为820uF。
结合图1,该电子设备还可包括交流变直流的整流桥及将直流进行降压变换的BUCK电路,所述整流桥位于上述直流限压电路之前,所述BUCK电路位于上述直流限压电路之后;整流桥的电压输出端为直流限压电路的电压输入端,直流限压电路的电压输出端为BUCK电路的电压输入端。
整流桥有两个端子分别与火线R和零线C连接,这里记为第一端子和第二端子,第一端子与火线R连接,第二端子与零线C连接。
如以上描述,现有技术中只是将整流桥的第二端子直接与零线C连接,但是在本实用新型中,整流桥的第二端子设置两条支路与零线相联,其中一条支路是第二端子直接接在零线C上,另一条支路是第二端子通过负载连接在零线C上,这也是本实用新型为了满足电子设备功能模块多以致用电量大(例如从负载处“偷电”的供电模式)的独创之处。
在此再介绍一下本实用新型实施例提供的包含上述直流限压电路的温控器,如图1所示,所述温控器包括:
整流桥,整流桥包含第一端子和第二端子,其中第一端子与火线R连接,第二端子有两条支路与零线C连接,其中一条支路是第二端子与零线C连接,另一条支路是第二端子通过负载与零线C连接;
上述直流限压电路,所述直流限压电路的电压输入端即为所述整流桥的电压输出端;
第二电容,其连接在所述直流限压电路的电压输出端和地之间;以及
BUCK电路,所述BUCK电路的电压输入端即为所述直流限压电路的电压输出端。
此外,温控器还包含温度传感器、湿度传感器和Wi-Fi模块等。
将本实用新型实施例提供的直流限压电路用在温控器中,有以下优越特性:(1)适应宽的输入电压,直流范围是“25VDC-42VDC”;(2)支持较大的电压下降幅度;(3)设置快充、慢充路径,适合高输入和低输入电流;(4)电路没有高频干扰,并具体低噪声;(5)设计灵活,可支持多种通过改变稳压二极管的限压设计。
与分压电阻方法相比,本实用新型实施例提供的直流限压电路具有以下优点:(1)适应宽的输入电压;(2)电路自身的低电力消耗;(3)设计灵活。
与稳压二极管方法相比,本实用新型实施例提供的直流限压电路具有以下优点:(1)宽的输入电压;(2)电路自身的低电力消耗。
尽管在此已详细描述本实用新型的各种实施方式,但是应该理解本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式,在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且,所有在此描述的构件都可以由其它技术性上等同的构件来代替。
Claims (10)
1.一种直流限压电路,其特征在于,包括:
连接在电压输入端与电压输出端之间的第一晶体管,所述第一晶体管的集电极连接在所述电压输入端,所述第一晶体管的发射极连接在所述电压输出端,所述第一晶体管的基极通过第一电阻连接在所述电压输入端;
第二晶体管,所述第二晶体管的基极通过第一稳压管和第二电阻连接在所述电压输入端,所述第二晶体管的集电极与所述第一晶体管的基极相连,所述第二晶体管的发射极连接在所述电压输出端;和
第三晶体管,所述第三晶体管的集电极通过第三电阻与所述第一晶体管的基极连接,所述第三晶体管的发射极接地,所述第三晶体管的基极通过第二稳压管和第四电阻连接在所述电压输出端。
2.根据权利要求1所述的直流限压电路,其特征在于,所述第一电阻可包含至少两个子电阻,且所有子电阻的阻值之和等于所述第一电阻的阻值。
3.根据权利要求2所述的直流限压电路,其特征在于,所述第一电阻包含四个串联的子电阻。
4.根据权利要求1所述的直流限压电路,其特征在于,所述直流限压电路还包括连接在所述电压输入端和地之间的第一电容。
5.一种电子设备,其特征在于,包括权利要求1-4中任一项所述的直流限压电路,还包括连接在所述电压输出端和地之间的第二电容。
6.根据权利要求5所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备还包括在所述直流限压电路之前的整流桥和在所述直流限压电路之后的BUCK电路,所述BUCK电路即降压式变换电路;所述整流桥的电压输出端即为所述直流限压电路的电压输入端,所述直流限压电路的电压输出端即为所述BUCK电路的电压输入端。
7.根据权利要求6所述的电子设备,其特征在于,所述整流桥包含第一端子和第二端子,所述第一端子与火线连接,所述第二端子与零线连接。
8.根据权利要求7所述的电子设备,其特征在于,所述第二端子有两条支路与所述零线连接,其中一条支路是所述第二端子与所述零线连接,另一条支路是所述第二端子通过负载与所述零线连接。
9.根据权利要求8所述的电子设备,其特征在于,所述电子设备为温控器。
10.一种温控器,其特征在于,包括:
整流桥,所述整流桥包含第一端子和第二端子,所述第一端子与火线连接,所述第二端子有两条支路与零线连接,其中一条支路是所述第二端子与所述零线连接,另一条支路是所述第二端子通过负载与所述零线连接;
权利要求1-4中任一项所述的直流限压电路,所述直流限压电路的电压输入端即为所述整流桥的电压输出端;
第二电容,其连接在所述直流限压电路的电压输出端和地之间;以及
BUCK电路,所述BUCK电路的电压输入端即为所述直流限压电路的电压输出端。
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20140625 Termination date: 20211106 |
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