CN217561963U

CN217561963U - 一种恒流控制电路、雾化设备

Info

Publication number: CN217561963U
Application number: CN202221500400.5U
Authority: CN
Inventors: 蔡镜波; 程自闯; 全寿锐
Original assignee: Foshan Golden Way Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Foshan Golden Way Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2032-06-15

Abstract

本实用新型涉及一种恒流控制电路、雾化设备，其中电路包括运算放大器、开关管Q5、取样电路、供电电源、功率调节电路以及控制器，第一外部电源依次经所述开关管Q5、取样电路连接至地，所述取样电路用于输出取样电压至运算放大器的反相端，所述功率调节电路自供电电源取电并向运算放大器的同相端输出一平稳的直流基准电压，所述运算放大器的输出端连接至开关管Q5的受控端。本实用新型的电路能够实现工作电流的稳定，保障工作电流的一致性。

Description

一种恒流控制电路、雾化设备

技术领域

本实用新型涉及一种恒流控制电路、雾化设备，适用于电力控制，尤其是雾化类家电设备中雾化电流的稳定控制。

背景技术

现在市场上的雾化类家电设备，其雾化电路的工作电流普遍开环，此类型方案中，雾化电流不受控，容易发生电流变动影响雾化功率的输出。另有部分家电设备使用MCU芯片的AD功能检测雾化电流进行反馈调整PWM输出，即利用芯片PWM控制功能实现恒流，此类型方案中电流受AD精度、MCU供电精度和取样电阻一致性等因素的影响，也难以实际达到良好恒流效果。换言之，现在市场上的雾化类家电设备，大部分存在雾化电流不稳定缺陷，或因工作时间的长短、外部环境温度的变化、器件参数的不一致等因素会使得工作电流产生变化，从而影响雾化功率。

专利文献CN201810101068公开一种恒流实现方案，如图1所示，Rcs是采样电阻，M1在导通时，通过Sample&Hold(采样保持)模块检测Rcs的电流，Sample&Hold的输出节点为VFB，该节点接到误差放大器(Error Amp)反相端，误差放大器与接其输出的电容Ccomp构成一个积分电路，带宽远小于市电频率。这样，由于误差放大器带来的很高的环路增益使得误差放大器正反相端表现虚短特性，在系统达到稳定时VFB电压与基准电压Vref相等。此时，电容Ccomp保持一定的电压，并通过锯齿波和运算放大器转换成占空比信息传递到M1，调整M1的导通占空比来调整LED电流的大小，该方案中，设计范围内的线电压变化、负载电压变化、温度变化或器件特性退化都可通过环路调整占空比来对输出电流保持稳定。但CN201810101068的方案需要采样保持模块、误差放大器以及锯齿波的配合作用，实现架构较为复杂，成本或体积难以控制。

专利文献CN201310356095.6公开另一种恒流方案，如图2所示，当Vin低于LED的导通压降VF时，LED不足以导通，Iin和Io等于零，功率MOS管40、输出电流采样电阻50和误差放大器60构成的反馈控制回路处于待机状态，当Vin上升到LED的导通压降VF时，LED灯自动导通，反馈控制回路开始工作将Io调整为恒定值(Vref/Rs)，Vin继续按正弦波变化，LED灯的压降保持为VF，多余的压降(Vin-VF)由高压功率MOS管40承担，在此期间反馈控制回路使得Io一直保持为恒定值，当Vin下降到VF时，LED不足以导通，Iin和Io等于零，反馈控制回路处于待机状态。这一工作过程将不断重复。CN201310356095.6的方案中，40采用的MOS管即开即断，整个电路将频繁在开与关之间切换，此外基准Vref目前普遍采用MCU的PWM进行可调直流电压控制，电流同样受MCU供电精度影响。

实用新型内容

本实用新型目的是在成本可控的前提下，实现工作电流的稳定，保障工作电流的一致性。

为此，提供一种恒流控制电路，包括运算放大器、开关管Q5、取样电路、供电电源、功率调节电路以及控制器，第一外部电源依次经所述开关管Q5、取样电路连接至地，所述取样电路用于输出取样电压至运算放大器的反相端，所述功率调节电路自供电电源取电并向运算放大器的同相端输出一平稳的直流基准电压，所述运算放大器的输出端连接至开关管Q5的受控端。

进一步的，取样电路是电阻取样、电流互感器取样或霍尔电流传感器取样。

进一步的，功率调节电路是：可调电阻；或固定电阻；或斩波电路，所述斩波电路自供电电源取电并受控于控制器的PWM向运算放大器的同向端输出所述直流基准电压。

进一步的，包括电阻R28、可控精密稳压源U2，所述可控精密稳压源U2的阳极接地，其阴极与参考极相接并经电阻R28从第二外部电源取电，以可控精密稳压源U2的阴极作为所述供电电源的输出。

进一步的，所述可控精密稳压源U2的阴极与地之间跨接有电容C10。

进一步的，所述斩波电路包括开关管Q6、电容C9，所述供电电源经开关管Q6连接至所述同相端，开关管Q6的受控端与所述控制器的PWM输出端口相接，所述电容C9跨接于同相端与地之间，且电容C9的容值足够大以使同相端处的电压形成平稳的直流基准电压。

进一步的，包括分压电路，所述斩波电路的输出是经分压电路分压后才送入至所述同相端。

进一步的，包括电阻R26、电阻R29，所述供电电源经电阻R26连接至所述反相端，且与取样电路的取样电压通过电阻R29获得电压静态偏置。

进一步的，所述运算放大器的输出驱动能力足以满足所述开关管Q5基极最大使用电流。

本实用新型还提供一种雾化设备，包括雾化片以及为所述雾化片提供振荡信号的振荡电路，还包括上述的恒流控制电路。

进一步的，所述振荡电路包括电容C3、C5、C6、C17和电阻R30、R25，以及电感L1、L2、L4，所述电感L1、L2串联于开关管Q5与取样电路之间，电感L1、L2之间的接点经电容C3连接至第一外部电源，所述开关管Q5的受控端依次经电阻R25、电阻R30、电感L4连接至所述同相端，所述雾化片的一端从第一外部电源取电，并经电容C6连接至开关管Q5的受控端，雾化片的另一端经电容C5连接至电阻R30、R25之间的接点，电阻R30、R25之间的接点经电容C17连接至电感L1、L2之间的接点。

进一步的，所述雾化设备是加湿器或香薰机。

与现有技术相比，本实用新型的电路具有如下效果：

(1)解决设计范围内因工作时间的长短、外部环境温度的变化、器件参数的不一致等因素导致的电流变化，实现工作电流的稳定，批量生产工作电流一致性能得到保障；

(2)解决MCU供电精度带来的不稳定影响；

(3)电路构造巧妙，成本可控；

(4)雾化设备的雾化性能得到保障。

附图说明

图1为现有技术中恒流方案的电路拓扑。

图2为现有技术中另一恒流方案的电路拓扑。

图3为本实用新型恒流控制电路使用斩波式功率调节电路的电路拓扑。

图4为本实用新型恒流控制电路使用可调电阻式功率调节电路的电路拓扑。

图5为本实用新型恒流控制电路使用固定电阻式功率调节电路的电路拓扑。

图6为本实用新型恒流控制电路使用电流互感器的电路拓扑。

图7为本实用新型恒流控制电路使用霍尔电流传感器的电路拓扑。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。

实施例1

参考图3，本实施例的恒流控制电路，包括运算放大器、开关管Q5、由R15构成的取样电阻，其中，第一外部电源用于提供34.5V直流电压，该电压依次经开关管Q5、取样电阻连接至地，取样电阻远离地的一端与运算放大器的反相端相接，运算放大器的输出端连接至开关管Q5的受控端，其中运算放大器的输出端电压至少输出0.1V以上电压。

假设初始状态运放的同相端、反相端、输出端电压都为0V，然后当同相端电压从0V开始增加且比反相端电压高的时候，输出端电压也会增加。这是因为假设同相端电压突然增大，输出端电压还没有响应增加依然是0V的时候，两个输入端之间的压差Ve是远大于0V的，所以乘上运放的反馈增益A，输出端电压Vout＝Ve*A，使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加。

当随着输出端电压Vout的增加，输出电压被反馈回到反相端，然后会减小运放两个输入端之间的压差，也就是Ve会减小，在同样的反馈增益的情况下，Vout自然会降低。最终的结果就是，无论输入电压是多少伏特(在运放的输入电压范围内)，运放输出端电压反馈到反相端的电压会是一个十分接近同相端的电压，但这个电压是刚好低于同相端电压的，以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve，来维持运放的输出，也就是Vout＝Ve*A。

如此，将运放的输出与运放的反相输入端连接起来形成负反馈，电路很快就会达到一个稳定状态，输出电压的幅值会很准确的维持在运放两个输入端之间的压差乘上运放的反馈增益A对对应的数值上，这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力，进而解决设计范围内因工作时间的长短、外部环境温度的变化、器件参数的不一致等因素导致的电流变化，实现雾化工作电流的稳定。

为满足恒流控制电路同相端处电压的电控可调，以适应多种场景，本实施例的恒流控制电路采用控制器(MCU)的PWM功能进行基准电压控制。在此基础上，通过配置供电电源、斩波电路来解决MCU供电精度带来的不稳定影响(如供电波动导致的PWM输出电压的不精确)。使用时，可以设置斩波电路自供电电源取电，受控控制器的PWM向运算放大器的同相端输出一平稳的直流基准电压，此时基准电压的来源取源于供电电源的供能，即便是MCU的供电电压发生波动，如MCU的供电由5V变动至4.8V，对于PWM的影响只会变成高电平的电压下降，但占空比不变，因此依旧能够准确控制斩波电路的开关频率，确保斩波电路输出不受影响，进一步提高工作电流的稳定性。

本实施例中，供电电源的实现可以是多种方式，如稳压管、DC/DC、AC/DC、电池等等选择。作为精确控制方面的改进方案，本实施例采用电阻R28、可控精密稳压源U2来构建供电电源，其中可控精密稳压源U2的阳极接地，阴极与参考极相接并经电阻R28从第二外部电源取电，第二外部电源用于提供12V直流同时为比较器提供电源。在该改进方案中，以可控精密稳压源U2的阴极作为供电电源的输出，此时稳压管U2从12V处通过R28电阻得到高精度电压，高精度电压作为整个系统精准控制的基础，为后续控制准确性提供基础保障。

作为该改进方案的进一步优化，可以在可控精密稳压源U2的阴极与地之间跨接电容C10，电容C10对U2的输出电压进行滤波，使U2的电压更加平稳准确。

作为精确控制方面的另一种改进方案，可以设置一分压电路，如图3中由R17、R20构成的分压电路，控制斩波电路的输出经分压电路分压后才送入至同相端。这里的设计思想是为减少取样电阻对工作功率的能耗，设计上取样电阻的阻值选用越小越好，因此取样电压一般较低，本实施例为充分降低能耗，设计上取样电压最高只到0.13V。较低取样电压的情况下，如不加分压电路，PWM占空比需要输出得足够小才能提供与反相端相对应的电压，但MCU的时钟周期精度将会造成影响，为缩减这种影响，本实施例通过设置分压将斩波电路的输出比例降低，PWM占空比可以相应提升，从而确保控制精度，进一步提高工作电流的稳定性。

作为精确控制方面的第三种改进方案，如图3所示，可以使供电电源经电阻R26连接至反相端，且取样电阻经电阻R29连接至反相端，此时R26和R29电阻为比较器的反相端提供静态偏置电压，增强了控制电路的抗干扰能力，防止雾化工作信号的误触发。

本实施例的斩波电路可以是多种常规实现方式。作为成本控制的改进方案，本实施例的斩波电路选用开关管Q6、电容C9、电阻R33、电阻R18、电阻R7组成，供电电源依次经开关管Q6、电阻R7连接至同相端，开关管Q6的受控端经R33与控制器的PWM输出端口相接，电阻R18跨接于供电电源输出与开关管Q6受控端之间，电容C9跨接于同相端与地之间，且电容C9的容值足够大以使同相端处的电压形成平稳的直流基准电压。在该方案中，通过开关管Q6即可完成斩波，结构简单易于实现，电容C9通过其充放电能力使基准电压平稳无波动。电阻R18把PNP三极管的基极电平拉高，使三极管在常态下保持截止，同时使三极管在关闭时可以快速闭合。电阻R7与C9进一步构成RC滤波去除基准电压上的干扰。R33提供输入保护。

工作时，开关管Q6把从U2处得到的高精度电压提供给运算放大器的同相端。当Q6开关频率固定，同相端得到的电压也确定，雾化工作电流就在这个确定的电压上下不停的调整，使雾化电流也得到确定，通过PWM控制Q6的开通频率，就可以实现雾量大小的调节。

本实施例中，开关管Q5可以采用三极管，也可以是MOS管。

作为成本控制的另一改进方案，本实施例的比较器使用LM321运放构建，其本身输出端具有40mA的输出驱动能力，足以满足开关管Q5基极最大使用电流(13mA)，节省驱动电路。

本实施例还提供一种雾化设备，雾化设备中包括雾化片振荡电路，以及上述的恒流控制电路。

具体地，雾化片振荡电路包括雾化片Y1、电容C3、电容C5、电容C6、电容C17、电阻R30、电阻R25、电感L1、电感L2、电感L4，电感L1、电感L2串联于开关管Q5与取样电阻之间，电感L1、电感L2之间的接点经电容C3连接至第一外部电源，开关管Q5的受控端依次经电阻R25、电阻R30、电感L4连接至同相端，雾化片Y1的一端从第一外部电源取电，并经电容C6连接至开关管Q5的受控端，雾化片Y1的另一端经电容C5连接至电阻R30、电阻R25之间的接点，电阻R30、电阻R25之间的接点经电容C17连接至电感L1、电感L2之间的接点。这种拓扑下，雾化片Y1和电路以及Q5组成电容三点式自激振荡，达到电路简化。

本实用新型的电路可以实现工作电流的稳定，不受工作时间的长短、外部环境温度的变化、MCU供电精度等因素的影响，保障雾化性能的稳定。

实施例2

本实用新型中，功率调节电路并非局限于采用实施例1的斩波电路方案，也可以是如实施例2所示，将斩波电路改为如图4所示的可调电阻或如图5所示的固定电阻以此替代。

实施例3

本实用新型中，取样电路也并非局限于采用实施例1的电阻方案，也可以是如实施例3所示，将取样电阻改为如图6所示的电流互感器以实现取样隔离，或改为如图7所示的霍尔电流传感器以实现高精度取样。并且此时，电阻R29变为跨接于电流互感器或霍尔电流传感器的输出端与地之间，实现电压的静态偏置。

上述具体实施例仅仅是本实用新型的几种优选的实施例，基于本实用新型的技术方案和上述实施例的相关启示，本领域技术人员对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合方案也在本实用新型权利保护范围内。

Claims

1.一种恒流控制电路，其特征在于：包括运算放大器、开关管Q5、取样电路、供电电源、功率调节电路以及控制器，第一外部电源依次经所述开关管Q5、取样电路连接至地，所述取样电路用于输出取样电压至运算放大器的反相端，所述功率调节电路自供电电源取电并向运算放大器的同相端输出一平稳的直流基准电压，所述运算放大器的输出端连接至开关管Q5的受控端。

2.根据权利要求1所述的一种恒流控制电路，其特征在于：取样电路是电阻取样或电流互感器取样或霍尔电流传感器取样。

3.根据权利要求1所述的一种恒流控制电路，其特征在于，功率调节电路是：

可调电阻；或

固定电阻；或

斩波电路，所述斩波电路自供电电源取电并受控于控制器的PWM向运算放大器的同向端输出所述直流基准电压。

4.根据权利要求1所述的一种恒流控制电路，其特征在于：包括电阻R28、可控精密稳压源U2，所述可控精密稳压源U2的阳极接地，其阴极与参考极相接并经电阻R28从第二外部电源取电，以可控精密稳压源U2的阴极作为所述供电电源的输出。

5.根据权利要求4所述的一种恒流控制电路，其特征在于：所述可控精密稳压源U2的阴极与地之间跨接有电容C10。

6.根据权利要求3所述的一种恒流控制电路，其特征在于：所述斩波电路包括开关管Q6、电容C9，所述供电电源经开关管Q6连接至所述同相端，开关管Q6的受控端与所述控制器的PWM输出端口相接，所述电容C9跨接于同相端与地之间，且电容C9的容值足够大以使同相端处的电压形成平稳的直流基准电压。

7.根据权利要求3或6所述的一种恒流控制电路，其特征在于：包括分压电路，所述斩波电路的输出是经分压电路分压后才送入至所述同相端。

8.根据权利要求1所述的一种恒流控制电路，其特征在于：包括电阻R26、电阻R29，所述供电电源经电阻R26连接至所述反相端，且与取样电路的取样电压通过电阻R29获得电压静态偏置。

9.根据权利要求1所述的一种恒流控制电路，其特征在于：所述运算放大器的输出驱动能力足以满足所述开关管Q5基极最大使用电流。

10.一种雾化设备，包括雾化片振荡电路，其特征在于还包括如权利要求1-9任一项所述的恒流控制电路。

11.根据权利要求10所述的雾化设备，其特征在于：所述雾化片振荡电路包括雾化片Y1、电容C3、电容C5、电容C6、电容C17、电阻R30、电阻R25、电感L1、电感L2、电感L4，所述电感L1、电感L2串联于开关管Q5与取样电路之间，电感L1、电感L2之间的接点经电容C3连接至第一外部电源，所述开关管Q5的受控端依次经电阻R25、电阻R30、电感L4连接至所述输出端，所述雾化片的一端从第一外部电源取电，并经电容C6连接至开关管Q5的受控端，雾化片的另一端经电容C5连接至电阻R30、电阻R25之间的接点，电阻R30、电阻R25之间的接点经电容C17连接至电感L1、电感L2之间的接点。

12.根据权利要求10所述的雾化设备，其特征在于：所述雾化设备是加湿器或香薰机。