CN212463068U

CN212463068U - 恒流零功耗双稳态电路

Info

Publication number: CN212463068U
Application number: CN202021794613.4U
Authority: CN
Inventors: 黄忠东; 杨杰
Original assignee: Emate Electronics Co ltd
Current assignee: Fujian Tiancheng Times New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-08-25

Abstract

本实用新型提出一种恒流零功耗双稳态电路，包括：设置在电源和地之间的控制臂、负载臂以及两臂之间的反馈控制桥；所述控制臂包括启动支路、保持支路和放电支路；所述启动支路用于对电容C1充电；所述保持支路、放电支路、反馈控制桥和负载臂均包括有一个开关管；所述电容C1经触点开关作为反馈控制桥的开关管Q2的控制开关；所述反馈控制桥的开关管Q2作为保持支路的开关管Q3和负载臂的开关管Q4的控制开关；所述保持支路的开关管Q3作为放电支路的开关管Q1的控制开关；所述放电支路用于对电容C1放电；所述开关管Q2和开关管Q3之间构成自锁。其仅通过电阻、三极管、电容等最基本的电子元件，即低成本地实现了恒流零功耗双稳态的效果。

Description

恒流零功耗双稳态电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种恒流零功耗双稳态电路。

背景技术

现有的电源开关电路如果要实现恒流、双稳态的输出，一般需要较为复杂的电路结构，乃至于需要利用到控制芯片，因为这些功能性器件不可避免地会产生功耗，因此要做到零功耗以最大限度节能减耗几乎是不可能的。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的缺陷和不足，提出一种恒流零功耗双稳态电路，仅通过电阻、三极管、电容等最基本的电子元件，即低成本地实现了恒流零功耗双稳态的效果，还在优选方案当中进一步引入了防止电流过大、低电自动关闭等功能。

其具体采用以下技术方案：

一种恒流零功耗双稳态电路，其特征在于，包括：设置在电源和地之间的控制臂、负载臂以及两臂之间的反馈控制桥；

所述控制臂包括启动支路、保持支路和放电支路；

所述启动支路用于对电容C1充电；所述保持支路、放电支路、反馈控制桥和负载臂均包括有一个开关管；

所述电容C1经触点开关作为反馈控制桥的开关管Q2的控制开关；所述反馈控制桥的开关管Q2作为保持支路的开关管Q3和负载臂的开关管Q4的控制开关；所述保持支路的开关管Q3作为放电支路的开关管Q1的控制开关；所述放电支路用于对电容C1放电；所述开关管Q2和开关管Q3之间构成自锁。

优选地，所述启动支路包括相串联的电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电容C1的一端接地，另一端连接触点开关的一端；

所述保持支路包括相连接的开关管Q3、电阻R5和电阻R8；所述开关管Q3为PNP型三极管，发射极连接电源，集电极连接电阻R5；所述电阻R8接地；所述触点开关的另一端接入电阻R5和电阻R8之间；

所述放电支路包括开关管Q1和电阻R3；所述开关管Q1为NPN型三极管，基极经电阻R3连接开关管Q3的集电极，集电极接入电阻R1和电阻R2之间，发射极接地；

所述负载臂采用的开关管Q4为PNP型三极管，发射极连接电源，集电极通过电阻R16接地且作为连接负载的端口；

所述反馈控制桥包括相串联的电阻R15、电阻R10和开关管Q2；所述开关管Q2为NPN型三极管，发射极接地，集电极连接电阻R10，基极通过电阻R7接入电阻R5和电阻R8之间；所述电阻R10的另一端分别通过电阻R9和电阻R13连接开关管Q3和开关管Q4的基极。

优选地，所述触点开关并联有电容C2。

优选地，所述电阻R5的两端并联有第一保护电路；所述第一保护电路包括：电阻R4、电阻R6、NPN型三极管Q5和NPN型三极管Q6；所述NPN型三极管Q5的集电极连接开关管Q3的集电极，基极连接NPN型三极管Q6的集电极，发射极连接NPN型三极管Q6的基极；所述NPN型三极管Q6的发射极连接触点开关；所述电阻R4与NPN型三极管Q5的集电极和基极并联；所述电阻R6与NPN型三极管Q6的基极和发射极并联；

所述电阻R10的两端并联有第二保护电路；所述第二保护电路包括：电阻R12、电阻R14、NPN型三极管Q7和NPN型三极管Q8；所述NPN型三极管Q7的集电极经电阻R14连接于电阻R9和电阻R15之间，基极和NPN型三极管Q8的集电极连接于电阻R9和电阻R15之间，发射极连接NPN型三极管Q8的基极；所述NPN型三极管Q8的发射极连接开关管Q2的集电极；所述电阻R12与NPN型三极管Q8的基极和发射极并联；

所述开关管Q2与地之间设置有第三保护电路；所述第三保护电路包括：NPN型三极管Q11和电阻R11；所述NPN型三极管Q11的集电极和基极分别连接开关管Q2的基极和发射极，发射极接地；所述电阻R11的一端连接开关管Q2的发射极，另一端接地。

优选地，所述电阻R16两端并联有低电压关闭电路；所述低电压关闭电路包括：电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、NPN型三极管Q9、NPN型三极管Q10和温漂补偿二极管D1；所述NPN型三极管Q9的集电极和基极分别通过电阻R21和电阻R22连接开关管Q4的集电极，发射极通过电阻R19接地；所述NPN型三极管Q10的发射极接地，基极连接NPN型三极管Q9的集电极，集电极连接触点开关远离电容C1的一端；所述温漂补偿二极管D1连接NPN型三极管Q9的基极，与电阻R18和电阻R20构成串联后接地。

本实用新型及其优选方案在不采用控制器的前提下，仅通过电阻、三极管、电容等最基本的电子元件，即低成本地实现了恒流零功耗双稳态的效果，其成本低廉、操控简单、性能稳定。还在优选方案当中同样采用简单的器件进一步引入了防止电流过大、低电自动关闭等功能，进一步保障了整体电路的工作稳定性，使负载和电源能够始终维持在良好的工作状态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

图1为本实用新型第一个实施例电路原理示意图；

图2为本实用新型第二个实施例电路原理示意图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

如图1所示，在本实用新型第一个实施例中，旨在实现恒流零功耗双稳态的电源开关电路，从功能上看，包括：

设置在电源和地之间的控制臂、负载臂以及两臂之间的反馈控制桥。

其中，控制臂包括启动支路、保持支路和放电支路。

启动支路用于对电容C1充电；保持支路、放电支路、反馈控制桥和负载臂均包括有一个开关管（即三极管，在本实施例中，一般仅利用三极管的截止和饱和两种工作状态）。

在本实施例中，电容C1经触点开关作为反馈控制桥的开关管Q2的控制开关，这是通过控制电阻R8两端，即开关管Q2的基极和发射极之间的电压来实现的，只要使开关管工作在截止区或饱和区就能够控制开关管Q2的通断；同理，反馈控制桥的开关管Q2作为保持支路的开关管Q3和负载臂的开关管Q4的控制开关，只要开关管Q2导通，则电阻R15两端就产生压降，从而使Q3和Q4导通。保持支路的开关管Q3则进一步作为放电支路的开关管Q1的控制开关；放电支路用于对电容C1放电，从而能够为整个电路的关断提供准备。

特别地，在本实施例设计的电路当中，开关管Q2和开关管Q3之间构成自锁的关系，因Q2控制Q3导通时，位于保持支路的电阻R8两端即能形成稳定的压降，从而反过来维持了开关管Q2的导通，这也是本实施例方案能够通过触点开关即实现状态的稳定切换的要点之一。

如图1所示，具体地，启动支路包括相串联的电阻R1、电阻R2和电容C1；电容C1的一端接地，另一端连接触点开关的一端；

保持支路包括相连接的开关管Q3、电阻R5和电阻R8；开关管Q3为PNP型三极管，发射极连接电源，集电极连接电阻R5；电阻R8接地；触点开关的另一端接入电阻R5和电阻R8之间；

放电支路包括开关管Q1和电阻R3；开关管Q1为NPN型三极管，基极经电阻R3连接开关管Q3的集电极，集电极接入电阻R1和电阻R2之间，发射极接地；

负载臂采用的开关管Q4为PNP型三极管，发射极连接电源，集电极通过电阻R16接地且作为连接负载的端口；

反馈控制桥包括相串联的电阻R15、电阻R10和开关管Q2；开关管Q2为NPN型三极管，发射极接地，集电极连接电阻R10，基极通过电阻R7接入电阻R5和电阻R8之间；电阻R10的另一端分别通过电阻R9和电阻R13连接开关管Q3和开关管Q4的基极。

根据以上电路结构，在接入电源的初始状态，只有启动支路导通，负载臂、反馈控制桥、保持支路和放电支路的开关管的基极均处于0电位，使各开关管均工作在截止状态，相当于对应支路断开，此时电容C1在很短时间内被充电至饱和状态（此过程因功耗极小可以约等于零功耗）。

之后即可以通过触点开关在以下两个状态之间切换：

状态1：在初始状态下，第一次按下触点开关的时候，节点A、B之间导通，此时对电阻R8两端施加了电容C1提供的电位差，只要合理设定电阻的阻值，即可以使开关管Q2通过电容C1提供的电位差导通，进入饱和区。

此时由于反馈控制桥支路的导通，使电阻R15的两端产生压降，只要大于三极管器件的内置阈值，即可以使保持支路和负载臂中的开关管导通。

这样，负载臂即可以向负载输出功率，而在控制臂，由于开关管Q2和Q3的自锁关系，随着Q3的导通反过来也保障了开关管Q2能得到一个稳定的导通压降（电阻R8两端）。另一方面，开关管Q3的导通还使得开关管Q1也得以导通，相当于将电容C1两端短接，使其放电，回到最初始的状态。

在此过程中，本实施例提供的电路保持了零功耗。

状态2：在状态1下，如果再次按下触点开关，此时由于已经被放电的电容C1在短时间内相当于对电阻R8短路，即切断了关键的反馈控制桥的开关管Q2的导通状态，使其重新回到截止状态，此时保持支路和负载臂关断，启动支路导通，重新回到相当于初始状态的情形，电容C1在极短时间内被充电，电源不再对负载输出功率。

为了进一步提升电路的稳定性，触点开关并联有电容C2，其作用主要是抗抖动，避免开关状态被误触发。

如图2所示，本实用新型第二个实施例是在第一个实施例的基础上新增加了了防止电流过大、低电自动关闭等功能，使性能进一步提升，避免了电流过大的异常状况，同时在电压过低的情况下，自动识别并对电路进行关断。

其中，电阻R5的两端并联有第一保护电路；第一保护电路包括：电阻R4、电阻R6、NPN型三极管Q5和NPN型三极管Q6；NPN型三极管Q5的集电极连接开关管Q3的集电极，基极连接NPN型三极管Q6的集电极，发射极连接NPN型三极管Q6的基极；NPN型三极管Q6的发射极连接触点开关；电阻R4与NPN型三极管Q5的集电极和基极并联；电阻R6与NPN型三极管Q6的基极和发射极并联；

电阻R10的两端并联有第二保护电路；第二保护电路包括：电阻R12、电阻R14、NPN型三极管Q7和NPN型三极管Q8；NPN型三极管Q7的集电极经电阻R14连接于电阻R9和电阻R15之间，基极和NPN型三极管Q8的集电极连接于电阻R9和电阻R15之间，发射极连接NPN型三极管Q8的基极；NPN型三极管Q8的发射极连接开关管Q2的集电极；电阻R12与NPN型三极管Q8的基极和发射极并联；

开关管Q2与地之间设置有第三保护电路；第三保护电路包括：NPN型三极管Q11和电阻R11；NPN型三极管Q11的集电极和基极分别连接开关管Q2的基极和发射极，发射极接地；电阻R11的一端连接开关管Q2的发射极，另一端接地。

电阻R16两端并联有低电压关闭电路；低电压关闭电路包括：电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、NPN型三极管Q9、NPN型三极管Q10和温漂补偿二极管D1；NPN型三极管Q9的集电极和基极分别通过电阻R21和电阻R22连接开关管Q4的集电极，发射极通过电阻R19接地；NPN型三极管Q10的发射极接地，基极连接NPN型三极管Q9的集电极，集电极连接触点开关远离电容C1的一端；温漂补偿二极管D1连接NPN型三极管Q9的基极，与电阻R18和电阻R20构成串联后接地。

当电源电压低于设定的阈值时，低电压关闭电路能够自动将反馈控制桥的开关管关闭。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的恒流零功耗双稳态电路，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims

1.一种恒流零功耗双稳态电路，其特征在于，包括：设置在电源和地之间的控制臂、负载臂以及两臂之间的反馈控制桥；

所述控制臂包括启动支路、保持支路和放电支路；

2.根据权利要求1所述的恒流零功耗双稳态电路，其特征在于：所述启动支路包括相串联的电阻R1、电阻R2和电容C1；所述电容C1的一端接地，另一端连接触点开关的一端；

3.根据权利要求2所述的恒流零功耗双稳态电路，其特征在于：所述触点开关并联有电容C2。

4.根据权利要求2所述的恒流零功耗双稳态电路，其特征在于：所述电阻R5的两端并联有第一保护电路；所述第一保护电路包括：电阻R4、电阻R6、NPN型三极管Q5和NPN型三极管Q6；所述NPN型三极管Q5的集电极连接开关管Q3的集电极，基极连接NPN型三极管Q6的集电极，发射极连接NPN型三极管Q6的基极；所述NPN型三极管Q6的发射极连接触点开关；所述电阻R4与NPN型三极管Q5的集电极和基极并联；所述电阻R6与NPN型三极管Q6的基极和发射极并联；

5.根据权利要求2所述的恒流零功耗双稳态电路，其特征在于：所述电阻R16两端并联有低电压关闭电路；所述低电压关闭电路包括：电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、NPN型三极管Q9、NPN型三极管Q10和温漂补偿二极管D1；所述NPN型三极管Q9的集电极和基极分别通过电阻R21和电阻R22连接开关管Q4的集电极，发射极通过电阻R19接地；所述NPN型三极管Q10的发射极接地，基极连接NPN型三极管Q9的集电极，集电极连接触点开关远离电容C1的一端；所述温漂补偿二极管D1连接NPN型三极管Q9的基极，与电阻R18和电阻R20构成串联后接地。