CN210041624U - 一种恒压恒流控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种恒压恒流控制电路。本实用新型所述的恒压恒流控制电路包括：包括开关电源芯片、开关器件、电流检测电路和电压检测电路；所述开关电源芯片具有电流采样端口、电压采样端口和驱动信号输出端；所述开关器件的输入端连接至电源输入端，输出端连接至电源输出端，驱动端连接至所述开关电源芯片的驱动信号输出端；所述电流检测电路的输出端连接至所述开关电源芯片的电流采样端口；所述电压检测电路的输出端连接至所述开关电源芯片的电压采样端口。本实用新型所述的恒压恒流控制电路能够对输出电流和输出电压进行同步调节以获得恒压恒流源的输出。

Description

一种恒压恒流控制电路

技术领域

本实用新型涉及电源管理电路领域，特别是涉及一种恒压恒流控制电路。

背景技术

降压式变换器，即BUCK变换器是一种输出电压小于输进电压的单管不隔离直流变换器。而基于降压式变换器的电源电路为降压稳压电路，通常称为BUCK电路，其输出均匀电压小于输进电压，且极性相同。一般的BUCK电路不能实现恒流功能，但在一些特殊的场合下，例如给电池充电时就需要在BUCK电路中增加恒流功能。

请参阅图1，其为一般的基于BUCK变换器的恒压恒流电路的原理图,该基于BUCK变换器的恒压恒流电路，能够给负载提供恒压恒流电源。所述恒压恒流电路包括电源控制电路11、恒流控制环12和恒压控制环13；所述电源控制电路11的开关电源芯片U301的电源输入端口Vin连接至上级电源取电，其输出端口SW输出经调节后的电源。所述恒流控制环12和恒压控制环13的输出端均连接至所述开关电源芯片U301的电压采样引脚FB。

所述恒流控制环12包括检测电阻R324和比较器U303A；所述检测电阻R324串联于开关电源芯片U301的输出端；所述比较器U303A的两输入端并联于所述检测电阻R324的两端，获取流经检测电阻R324两端的电压差值，经过比较器U303A比较后输出第一电压值至三极管Q303的发射极e，当三极管Q303的发射极e和基极b之间的电压达到三极管的导通电压时，三极管Q303的发射极e与集电极c之间导通，将所述第一电压值反馈至所述开关电源芯片U301的电压采样引脚FB。当流经检测电阻R324的电流发生变化时，其两端的电压差值也会发生变化，使三极管Q303的集电极c的电压输出跟随变化，开关电源芯片U301根据三极管Q303集电极c的电压大小调节并于SW输出端输出相应占空比的脉冲信号以实现恒流源输出。

所述恒压控制环13的比较器U303B的同相输入端连接至参考电源，其反向输入端连接至所述开关电源芯片U301的输出端获取输出电压值，并将输出电压值与参考电源的电压值进行比较后输出一电压值至三极管Q302的基极，当采样到的电压差值发生变化时，比较器U303B的输出端的第二电压值也发生变化，并经过三极管Q302和Q303后将第二电压值反馈至所述开关电源芯片U301的电压采样引脚FB，开关电源芯片U301根据所述第二电压值的大小调节并于SW输出端输出相应占空比的脉冲信号以实现恒压源输出。

该基于BUCK变换器的恒压恒流电路在给电池充电初始时，恒流控制环12工作，恒压控制环13不工作，此时通过恒流控制环12采样检测电阻R324两端的电压差值反馈至开关电源芯片的电压采样引脚FB，开关电源芯片控制调节输出以实现恒流源的输出。当电池的充电电压达到一定值时，检测电阻R324两端的电压差值恒定，此时恒流控制环12不工作，恒压控制环13开始工作，恒压控制环13采样输出电压反馈至开关电源芯片，开关电源芯片控制调节输出相应占空比的脉冲信号以实现恒压输出。

可见，该基于BUCK变换器的恒压恒流电路存在以下不足：该恒压恒流电路中的恒流控制电路和恒压控制电路是分时段工作的，无法对输出电流和输出电压进行同步调节。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于，提供一种恒压恒流控制电路，能够对输出电流和输出电压进行同步调节以实现恒压恒流源的输出。

本实用新型实施例提供一种恒压恒流控制电路，包括开关电源芯片、开关器件、电流检测电路和电压检测电路；所述开关电源芯片具有电流采样端口、电压采样端口，以及由所述电流采样端口和所述电压采样端口的输入信号调节驱动信号输出的驱动信号输出端；所述开关器件的输入端连接至电源输入端，其输出端连接至电源输出端，驱动端连接至所述开关电源芯片的驱动信号输出端；所述电流检测电路的输出端连接至所述开关电源芯片的电流采样端口；所述电压检测电路的输出端连接至所述开关电源芯片的电压采样端口。

相比于现有技术中的恒压恒流电路，本实用新型实施例的方案通过电流检测电路对电源输出端的检测电阻两端的电压差值进行采集，并输出电流检测信号至开关电源芯片；通过电压检测电路对电源输出的电压值进行采集，并输出电压检测信号至开关电源芯片；开关电源芯片根据电流检测信号和电压检测信号的大小对其驱动信号输出端输出的驱动信号进行调节，从而实现输出电流和输出电压的同步调节，最终实现恒压恒流电源的输出。

进一步地，所述电流检测电路包括第一电阻、误差放大电路和电流调节器件；所述第一电阻串联于电源输出端；所述误差放大电路包括两输入端以及由所述两输入端的电压差调节输出信号的输出端；所述电流调节器件包括驱动端和由所述驱动端的电压信号调节输出电流信号的输出端；所述误差放大电路的两输入端并联于所述第一电阻的两端，所述误差放大电路的输出端连接至所述电流调节器件的驱动端；所述电流调节器件的输出端连接至所述开关电源芯片的电流检测端口。

进一步地，所述误差放大电路包括比较器、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述比较器的同相输入端通过所述第二电阻连接至所述第一电阻的第一端，通过所述第四电阻接地；所述比较器的反向输入端通过所述第三电阻连接至所述第一电阻的第二端，通过所述第五电阻连接至所述比较器的输出端；所述比较器的输出端连接至所述电流调节器件的驱动端。

进一步地，所述比较器的反向输入端和输出端之间还设置有第一补偿电路。

进一步地，所述电流调节器件为可控精密稳压源；所述可控精密稳压源的驱动端连接于所述误差放大电路的输出端，阴极连接至所述开关电源芯片的电流检测端口，阳极接地。

进一步地，所述可控精密稳压源的驱动端和阴极之间还设置有第二补偿电路。

进一步地，所述电压检测电路包括第六电阻和第七电阻；电源输出端通过所述第六电阻连接至所述开关电源芯片的电压检测端口；所述第六电阻与开关电源芯片的电压检测端口相连接的一端通过所述第七电阻接地。

进一步地，所述开关器件为P沟道场效应管；所述P沟道场效应管的栅极连接至所述开关电源芯片的驱动信号输出端，源极连接至电源输入端，漏极连接至电源输出端。

进一步地，所述开关器件的输出端还设置有充放电电路。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为一般的基于BUCK变换器的恒压恒流电路的原理图；

图2为本实用新型实施例的恒压恒流控制电路的结构框图；

图3为本实用新型实施例的恒压恒流控制电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

在图中，显示了本实用新型的实施例。然而，本实用新型可体现为多种不同的形式，并且不应理解为限于本文中所提出的特定实施例。确切地说，这些实施例用于将本实用新型的范围传达给本领域的技术人员。

除非另外限定，否则，本文中所使用的术语(包括技术性和科学性术语)应理解为具有与本实用新型所属的领域中的技术人员通常所理解的意义相同的意义。而且，要理解的是，本文中所使用的术语应理解为具有与本说明书和相关领域中的意义一致的意义，并且不应通过理想的或者过度正式的意义对其进行解释，除非本文中明确这样规定。

请同时参阅图2和图3，其中图2为本实用新型实施例的恒压恒流控制电路的结构框图；图3为本实用新型实施例所述的恒压恒流控制电路的原理图。

所述恒压恒流控制电路包括开关电源芯片21、开关器件22、电流检测电路23和电压检测电路24；所述开关电源芯片21具有电流采样端口ISEN、电压采样端口FB，以及由所述电流采样端口ISEN和所述电压采样端口FB的输入信号调节驱动信号输出的驱动信号输出端PGATE；所述开关器件22的输入端连接至电源输入端，输出端连接至电源输出端，驱动端连接至所述开关电源芯片21的驱动信号输出端；所述电流检测电路23的输出端连接至所述开关电源芯片21的电流采样端口ISEN；所述电压检测电路24的输出端连接至所述开关电源芯片21的电压采样端口FB。

其中，本实施例记载的方案中的电源输入端为整个恒压恒流控制电路的电源输入端，用于连接至外部电源端口取电；电源输出端为整个恒压恒流控制电路的电源输出端，用电负载连接于此端口获得电源后工作。

本实用新型实施例的技术方案，通过电流检测电路23对电源输出端的检测电阻两端的电压差值进行采集，并输出电流检测信号至开关电源芯片21的电流检测端口ISEN；同时，通过电压检测电路24对电源输出端的输出电压进行采样，并输出电压检测信号至开关电源芯片21的电压检测端口FB；开关电源芯片21根据电流检测端口ISEN检测到的电流检测信号和电压检测端口FB检测到的电压检测信号的大小调节输出脉冲驱动信号至开关器件22以控制其导通或关断，从而对输出电流以及输出电压进行同步调节，最终实现恒压恒流电源的输出。

所述开关电源芯片21获得电流检测信号和电压检测信号，并为恒压恒流电路提供脉冲驱动信号，从而实现输出电流及输出电压的同步调节。所述开关电源芯片21的电源端口VIN、VCC连接至电源输入端获得工作电源，且VCC引脚还连接有滤波电容C4；ADJ端口通过电阻R6连接至电源输入端，且电阻R6的两端还并联有电容C8；RT端口通过电阻R4连接至电源输入端，以获得一定占空比及一定频率的脉冲信号；GND端口接地。在电源输入端还设置有电容C2，串联有电阻R1，电阻R1的输出端还通过电阻R3连接至ISEN引脚。

所述开关器件22的输入端连接至电源输入端，输出端连接至电源输出端，驱动端连接至所述开关电源芯片21的驱动信号输出端。

在可选实施例中，所述开关器件22可以为P沟道场效应管Q1，P沟道场效应管Q1的源极S连接至电源输入端，漏极D连接至电源输出端，栅极G连接至所述开关电源芯片21的驱动信号输出端以获得开关信号，即占空比可调节的脉冲驱动信号。当Q1的栅极G的电平为低电平时，其源极S和漏极D之间导通，实现电源输出，当Q1的栅极G的电平为高电平时，其源极S和漏极D之间关断，电源无法输出。当开关电源芯片21的驱动信号输出端PGATE输出一定占空比的脉冲信号，就可以控制P沟道场效应管Q1的导通和关断时间，实现电流及电压输出的调节。

在其他实施例中，所述开关器件22还可以是其他开关器件，如三极管等。

所述开关器件22的输出端还设置有充放电电路。所述充放电电路包括第一电感L1、储能电容E1和二极管D1；所述第一电感L1的第一端连接至开关器件22，即场效应管Q1的漏极，第二端为电源输出端Vo1；所述储能电容E1的正极连接第一电感L1的第二端；所述二极管D1的正极连接所述储能电容E1的负极，所述二极管D1的负极连接第一电感L1的第一端，同时与场效应管Q1的漏极连接。当场效应管Q1导通时，输入电压Vin给第一电感L1和储能电容E1充电，同时为输出Vo供电；当场效应管Q1关断时，储存在第一电感L1和储能电容E1的电能经过续流二极管D1形成回路继续为负载供电。

作为本实用新型的一个可选的具体实施电路，所述电流检测电路23包括第一电阻R2、误差放大电路和电流调节器件U3；所述第一电阻R2串联于电源输出端；所述误差放大电路包括两输入端以及由所述两输入端的电压差调节输出信号的输出端；所述电流调节器件包括驱动端和由所述驱动端的电压信号调节输出电流信号的输出端；所述误差放大电路的两输入端并联于所述第一电阻R2的两端，所述误差放大电路的输出端连接至所述电流调节器件U3的驱动端；所述电流调节器件U3的输出端连接至所述开关电源芯片21的电流检测端口ISEN。

作为本实用新型的一个可选的具体实施电路，所述误差放大电路包括比较器U2A、第二电阻R8、第三电阻R9、第四电阻R7和第五电阻R11；所述比较器U2A的同相输入端通过所述第二电阻R8连接至所述第一电阻R2的第一端，通过所述第四电阻R7接地；所述第四电阻R7的两端还并联有滤波电容C3；所述比较器U2A的反向输入端通过所述第三电阻R9连接至所述第一电阻R2的第二端，通过所述第五电阻R11连接至所述比较器U2A的输出端；所述比较器的输出端连接至所述电流调节器件U3的驱动端。

所述误差放大电路的第二电阻R8的阻值与第三电阻R9的阻值相同；第四电阻R7的阻值与第五电阻R11的阻值相同，该误差放大电路的放大倍数为通过第二电阻R8与第三电阻R9采样输出电流在第一电阻R2两端形成的电压差值，将电压差值放大一定倍数后输出持续一电压信号，并经过电阻R15输出至电流调节器件U3的驱动端R，以驱动电流调节器件U3导通。所述比较器U2A的反向输入端和输出端之间还设置有第一补偿电路，包括依次串联于所述比较器U2A的反向输入端和输出端之间的第一补偿电阻R16和第一补偿电容C7。第一补偿电路的设置能够改善由于比较器U2A内部自激引起的不稳定输出。另外，所述误差放大电路的输出端还通过一分压电阻R15连接至电流调节器件U3的驱动端，以保护电流调节器件。

在可选实施例中，所述电流调节器件U3可以为可控精密稳压源；所述可控精密稳压源的驱动端R连接于所述误差放大电路的输出端，阴极K连接至所述开关电源芯片21的电流检测端口ISEN，阳极A接地。比较器U2A的输出端的电压值的高低决定了可控精密稳压源的阴极K的电流大小。在电路设计中，可以根据需求设计检测电阻的阻值，即第一电阻R2的阻值，使其具有一定的额定功耗，电源输出端具有一定的恒流值。当流过第一电阻R2两端的电流小于预设的恒流值时，比较器U2A输出端的电压值较小，则可控精密稳压源的阴极的电流较小；开关电源芯片21的电流检测端口检测到该较小的电流值时，开关电源芯片21内部电路进行调节输出，增大驱动信号的脉冲宽度，使得输出电流增大。当流过第一电阻R2两端的电流大于预设的恒流值时，当第一电阻R2两端的电压差值时，比较器U2A输出端的电压值较大，则可控精密稳压源的阴极的电流较大；开关电源芯片21的电流检测端口检测到该较大的电流值时，开关电源芯片21内部电路进行调节输出，减小驱动信号的脉冲宽度，使得输出电流减小，从而最终实现输出电流大小的调节，使输出电流为一个恒定的值。

在其他实施例中，所述电流调节器件U3还可以是其他的电路结构或电流调节器件。

在本实施例中，为保护开关电源芯片21，还在可控精密稳压源U3的阴极K和电流检测端口ISEN串联一限流电阻R12。为保证可控精密稳压源U3的阴极K电流的稳定输出，还在可控精密稳压源的驱动端R和阴极K之间还设置有第二补偿电路，其包括依次串联于可控精密稳压源U3的驱动端R和阴极K之间的第二补偿电阻R14和第二补偿电容C5。

作为本实用新型的一个可选的具体实施电路，所述电压检测电路包括分压第六电阻R10和分压第七电阻R13；电源输出端通过所述第六电阻R10连接至所述开关电源芯片21的电压检测端口FB；所述第六电阻R10与开关电源芯片21的电压检测端口FB相连接的一端通过所述第七电阻R13接地。开关电源芯片21的电压检测端口FB检测到的信号为经过分压电阻分压后的电压信号，并根据FB端的电压值大小，调节驱动信号的脉冲宽度，以实现恒压源输出。

以下详细说明电流检测及调节、电压检测及调节的原理。

电流检测及调节原理：该恒压恒流控制电路在输出电信号的过程中，当输出电流较大时，检测电阻R2的两端会具有较大的电压差值，误差放大电路将该电压差值进行固定倍数的放大并输出至电流调节器件的驱动端，即U3的R端；当误差放大电路输出端的电压达到电流调节器件的内部导通电压2.5V时，可控精密稳压源U3的阴极K和阳极A之间就会导通，在可控精密稳压源U3的阴极K形成电流，该电流经过限流电阻R12后反馈至开关电源芯片U1的ISEN引脚。开关电源芯片U1根据电源输出端的电流变化状态，控制PGETE引脚输出占空比可调的脉冲信号至场效应管Q1的栅极。场效应管Q1在其栅极处于低电平的时候导通，栅极处于高电平的时候关断，从而实现场效应管Q1导通及关断时间的控制，最终控制电源输出端电流的恒定输出。所述第一电阻具有一定的功耗，在电路设计过程中，可以通过设定第一电阻的阻值来预设一个恒流值，当流过第一电阻R2的电流小于预设的恒流值时，开关电源芯片U1的电流检测端口ISEN检测到较小电流信号，并可以根据该电流检测信号的大小，增大脉冲驱动信号的宽度，使得电源输出端的输出电流增大；当流过第一电阻R2的电流大于预设的恒流值时，则减小驱动脉冲宽度，从而实现场效应管Q1导通及关断时间的控制，使得电源输出端的输出电流减小，最终使得输出电流恒定。

电压检测及调节原理：该恒压恒流控制电路输出端的电压信号Vo经过第六电阻R10和分压第七电阻R13分压后输入至开关电源芯片U1的电压采样引脚FB以实现输出电压的采样，同时开关电源芯片U1的ADJ引脚和ISEN引脚采样流过电阻R1的电流信号，开关电源芯片U1根据电压检测端口所检测到的电压检测信号，调节脉冲驱动信号的宽度，从而实现场效应管Q1导通及关断时间的控制，使得输出电压恒定。即当电压检测端口检测到较大的电压信号时，减小脉冲驱动信号的宽度；当电压检测端口检测到较小的电压信号时，增大脉冲驱动信号的宽度，最终实现恒压源的输出。

本实用新型的恒压恒流控制电路可应用于电子产品中，分别通过电流采样端口和电压采样端口采集电流检测信号和电压检测信号，能够同时对输出电流及输出电压进行调节；且本案中的电流检测电路能够更准确地获得电流采样信号，更精准地调节恒流输出；同时，该恒压恒流控制电路的结构较为简单，元器件较少，易于实现，电路的可靠性也得到了提高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种恒压恒流控制电路，其特征在于：包括开关电源芯片、开关器件、电流检测电路和电压检测电路；所述开关电源芯片具有电流采样端口、电压采样端口，以及由所述电流采样端口和所述电压采样端口的输入信号调节驱动信号输出的驱动信号输出端；所述开关器件的输入端连接至电源输入端，其输出端连接至电源输出端，驱动端连接至所述开关电源芯片的驱动信号输出端；所述电流检测电路的输出端连接至所述开关电源芯片的电流采样端口；所述电压检测电路的输出端连接至所述开关电源芯片的电压采样端口。

2.根据权利要求1所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述电流检测电路包括第一电阻、误差放大电路和电流调节器件；所述第一电阻串联于电源输出端；所述误差放大电路包括两输入端以及由所述两输入端的电压差调节输出信号的输出端；所述电流调节器件包括驱动端和由所述驱动端的电压信号调节输出电流信号的输出端；所述误差放大电路的两输入端并联于所述第一电阻的两端，所述误差放大电路的输出端连接至所述电流调节器件的驱动端；所述电流调节器件的输出端连接至所述开关电源芯片的电流检测端口。

3.根据权利要求2所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述误差放大电路包括比较器、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述比较器的同相输入端通过所述第二电阻连接至所述第一电阻的第一端，通过所述第四电阻接地；所述比较器的反向输入端通过所述第三电阻连接至所述第一电阻的第二端，通过所述第五电阻连接至所述比较器的输出端；所述比较器的输出端连接至所述电流调节器件的驱动端。

4.根据权利要求3所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述比较器的反向输入端和输出端之间还设置有第一补偿电路。

5.根据权利要求2所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述电流调节器件为可控精密稳压源；所述可控精密稳压源的驱动端连接于所述误差放大电路的输出端，阴极连接至所述开关电源芯片的电流检测端口，阳极接地。

6.根据权利要求5所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述可控精密稳压源的驱动端和阴极之间还设置有第二补偿电路。

7.根据权利要求1所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述电压检测电路包括第六电阻和第七电阻；电源输出端通过所述第六电阻连接至所述开关电源芯片的电压检测端口；所述第六电阻与开关电源芯片的电压检测端口相连接的一端通过所述第七电阻接地。

8.根据权利要求1所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述开关器件为P沟道场效应管；所述P沟道场效应管的栅极连接至所述开关电源芯片的驱动信号输出端，源极连接至电源输入端，漏极连接至电源输出端。

9.根据权利要求1所述的恒压恒流控制电路，其特征在于：所述开关器件的输出端还设置有充放电电路。

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