CN2395306Y

CN2395306Y - 一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置

Info

Publication number: CN2395306Y
Application number: CN 99238901
Authority: CN
Inventors: 朱坚明
Original assignee: Shenzhen Zte Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2000-09-06
Anticipated expiration: 2009-09-29

Abstract

一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置,主要由三极管Q₁、Q₂、Q₃,稳压管D₁,电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅及电解电容C₁构成,无需专用控制模块或控制芯片就能够将输入电压在一定条件下转换成恒流输出或恒压输出;本实用新型电路原理和结构简单,成本低廉,能随着负载的变化提供恒流或恒压输出,方便地设置恒流恒压的转换点;既可以用分立元件实现,又可以做成厚膜电路呈集成电路芯片,具有很高的技术高度和应用价值。

Description

一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置

本实用新型涉及一种DC-DC电源转换装置，具体地说，涉及一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置。

目前，有许多的电源模块或芯片，比如DC-DC转换器，LDO(低压差稳压器)等等，无论是采用开关电路还是采用线性电路，一般只提供了恒压输出的功能，目前尚未见到能够直接提供恒流输出的电源芯片。但是在某些情况下，不但需要有恒压输出，还需要有恒流输出，比如在对锂离子电池进行充电的过程中，需要经过两个阶段：恒流充电阶段和恒压充电阶段。在恒流充电的过程中，电路对负载(锂离子电池)恒流输出，负载(锂离子电池)的端电压不断上升；当达到规定的端电压时，充电过程并没有完成，锂离子电池只充到了大约80％至85％的容量；这时需要转入恒压充电模式，在这种模式下，电路负载(锂离子电池)的端电压保持不变，而输出电流逐步减小。目前能完成上述恒流一恒压充电过程的大都采用控制芯片或控制模块的办法，如飞利浦公司出品的TEA1102芯片就是专门开发的充电控制芯片，为了完成上述恒流一恒压充电功能还必须增加额外的接口电路和电源电路，电路复杂，成本很高；武汉力源公司提供的PS1718也是专用充电控制模块，同样存在上述成本高电路复杂的缺点。

本实用新型的目的是提出一种结构简单、成本低廉，且无需使用专用的控制模块或控制芯片的电源转换装置，这种装置既能提供恒流输出又能提供恒压输出，并且能够方便地设置恒流恒压的转换点。

一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置，包括PNP三极管Q₁、Q₂，NPN三极管Q₃，稳压管D₁，电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅及电解电容C₁，其中电阻R₃、R₄的阻值需保证流过R₃和R₄的电流远小于设定的恒流值；三极管Q₁、Q₂的发射级接输入电压的正端，三极管Q₁的基极接三极管Q₂的集电极并连接在电阻R₂的一端，电阻R₂的另一端接输入电压的负端，三极管Q₁的集电极接电阻R₁的一端，电阻R₁的另一端接稳压管D₁的负端和三极管Q₃的基极，稳压管D₁的正端接输入电压的负端；电阻R₃的一端接输入电压正端，另一端接三极管Q₂的基极和电阻R₄的一端，电阻R₄的另一端接三极管Q₃的集电极；在三极管Q₃的发射级和输入电压负端之间串接着电阻R₅；输出端的一端接输入电压正端，输出端的另一端接在三极管Q₃的集电极上，电解电容C₁按极性跨接在输出端的两端。

上述方案还可以将NPN三极管换成PNP三极管，PNP三极管换成NPN三极管，相应地，将输入电压正负端反接，稳压管D₁和电解电容C₁反接。

为了增大三极管Q₃的放大倍数，三极管Q₃可以用三极管的达林顿复合来代替；

在三极管Q₁的发射极与基极跨接一个电容C₂，则能更好地提高恒流/恒压的精度。

上述方案中，恒流恒压的转换点是能够设定的。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1是本实用新型的电路原理图。

图1中，Vin为输入电压，Vout为输出电压，Iout为输出电流，R_L为阻抗可变的负载，V_D1为稳压管D₁负端的电压，流过电阻R₃的电流为I₁，流过电阻R₄的电流为I₂，流入三极管Q₃的集电极的电流为I_C3，流过电阻R₅的电流为I_R5，三极管Q₁的集电极电流为I_C1，三极管Q₂的集电极电流为I_C2，三极管Q₂的基极电流为I_b2，三极管Q₃的基极电流为I_b3。

由于恒流和恒压两种状态是不能同时提供的，本实用新型提供的恒流/恒压两种输出状态是在一定条件下相互转化的，具体地说，本实用新型的输出状态可以根据负载阻抗的变化而自动地进行转换。下面就从负载阻抗变化的情况来分析本实用新型的工作原理。

如图1所示，当负载阻抗R_L＝0时，Vout＝0，电阻R₃、R₄被短路，I₁＝I₂＝0，电阻R₃两端的电压为零，即加在三极管Q₂的发射极和基极上的电压Veb＝0，因此Q₂处于截止状态，有I_C2＝0。通过R₂给三极管Q₁加偏置电流可以使三极管Q₁处于饱和导通状态，由于饱和导通状态下Q₁中Vce≈0.3V，通过设置R₁的阻值可以保证三极管Q₁的集电极电流I_C1足够大，以使得稳压管D₁工作在稳压状态下，此时V_D1保持稳定：又由于三极管Q₃的基极电流I_b3很小，三极管Q₃工作在放大状态下，因此Q₃中的Veb≈0.7V，所以三极管Q₃发射极上的电流为：

I_R5＝(V_D1-0.7)/R₅。又因为I₁＝I₂＝0，所以有Iout＝I_C3，而三极管Q₃中I_C3≈I_R5，故有：Iout≈I_R5。

当负载阻抗R_L逐渐增大时，Vout也从零开始增大，流过R₃的电流增大，电阻R₃两端的电压，即加在三极管Q₂的的发射极和基极上的电压Veb逐渐增大，但是只要Veb＜0.7V，三极管Q₂就仍处于截止状态，仍有I_C2＝0，因为电阻R₃、R₄的阻值保证了流过电阻R₃、R₄的电流I₁、I₂远小于恒流值Iout，因此有Iout≈I_C3，最后仍可推出Iout≈I_R5＝(V_D1-0.7)/R₅的结论。因为V_D1稳定，R₅的阻值不变，所以输出电流Iout恒定，这一阶段处于恒流输出的状态。

随着负载阻抗R_L的增加，I₁也逐渐增加，加在三极管Q₂的发射极和基极上的电压Veb也逐渐增大，当增加到Veb＝0.7V时，三极管Q₂导通进入放大区，此时本装置转入恒压输出状态。因为三极管Q₂的基极电流I_b2远小于I₁，故有I₁≈I₂，因此有关系式Veb＝I₁×R₃≈Vout×R₃/(R₃+R₄)＝0.7V，因为电阻R₃、R₄的阻值恒定，所以无论负载阻抗R_L增加到多大，输出电压Vout仍保持恒定。下面分析输出电压保持恒定的原因：当负载阻抗R_L增大到使加在三极管Q₂的发射极和基极上的偏置电压Veb＝0.7V时，三极管Q₂导通进入放大区，此时I_C2＝βI_b2≠0，流过电阻R₂的电流增大，电阻R₂两端的电压增大导致加在三极管Q₁的发射极和基极上的偏置电压Veb减小，三极管Q₁从饱和区转入放大区；由于三极管Q₁上的偏置电压Veb减小，所以三极管Q₁的基极电流I_b1减小，集电极电流I_C1＝βI_b1也减小；当I_C1减小到无法保持稳压管D₁工作在稳压状态下时，稳压管D₁的负端电压V_D1开始减小，进而三极管Q₃的基极电流I_b3减小和集电极电流I_R5减小，因为Iout≈I_R5，所以输出电流Iout减小。负载阻抗R_L增大，输出电流Iout减小，最终使得输出电压Vout仍保持恒定。

从上述内容可以看出，当负载阻抗R_L增加到使三极管Q₂中的Veb＝0.7V时，三极管Q₂导通进入放大区，这一点可视为是本装置的恒流恒压转换点，恒流恒压转换点的计算公式也就是恒流恒压值的计算公式：

Iout＝(V_D1-0.7)/R₅

Vout＝0.7×(R₃+R₄)/R₃

本实用新型可实现370mA的恒流输出和5.9V恒压输出。

本实用新型电路结构简单，成本低廉，能随着负载的变化提供恒流输出或恒压输出，并能够方便地设置恒流恒压的转换点；既可用分立元件实现，又可做成厚膜电路或集成电路芯片，具有很高的应用价值。

下面给出本实用新型电路所用的元器件清单：

D1 6.2V稳压管 1个

R1 300Ω 1个

R2 15kΩ 1个

R3 750Ω 1个

R4 5.6Ω 1个

R5 13Ω 1个

C1 470uF/16V 1个

C2 0.22uF 1个

Q1，Q2 9011三极管 2个

Q3 可由1只9012三极管与一只2SB772构成达林顿复合三极管

Claims

1.一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置，其特征在于：包括PNP三极管Q₁、Q₂，NPN三极管Q₃，稳压管D₁，电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅及电解电容C₁，其中电阻R₃、R₄的阻值需保证流过R₃和R₄的电流远小于设定的恒流输出值；三极管Q₁、Q₂的发射级接输入电压的正端，三极管Q₁的基极接三极管Q₂的集电极并连接在电阻R₂的一端，电阻R₂的另一端接输入电压的负端，三极管Q₁的集电极接电阻R₁的一端，电阻R₁的另一端接稳压管D₁的负端和三极管Q₃的基极，稳压管D₁的正端接输入电压的负端；电阻R₂的一端接输入电压正端，另一端接三极管Q₂的基极和电阻R₄的一端，电阻R₄的另一端接三极管Q₃的集电极；在三极管Q₃的发射级和输入电压负端之间串接着电阻R₅；输出端的一端接输入电压正端，输出端的另一端接在三极管Q₃的集电极上，电解电容C₁按极性对应跨接在输出端的两端。

2.一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置，其特征在于：包括NPN三极管Q₁、Q₂，PNP三极管Q₃，稳压管D₁，电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅及电解电容C₁，其中电阻R₃、R₄的阻值需保证流过R₃和R₄的电流远小于设定的恒流输出值；三极管Q₁、Q₂的发射级接输入电压的负端，三极管Q₁的基极接三极管Q₂的集电极并连接在电阻R₂的一端，电阻R₂的另一端接输入电压的正端，三极管Q₁的集电极接电阻R₁的一端，电阻R₁的另一端接稳压管D₁的正端和三极管Q₃的基极，稳压管D₁的负端接输入电压的正端；电阻R₃的一端接输入电压负端，另一端接三极管Q₂的基极和电阻R₄的一端，电阻R₄的另一端接三极管Q₃的集电极；在三极管Q₃的发射级和输入电压正端之间串接着电阻R₅；输出端的一端接输入电压负端，输出端的另一端接在三极管Q₃的集电极上，电解电容C₁按极性对应跨接在输出端的两端。

3.如权利要求1或2所述的一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置，其特征在于：所述的三极管Q₃可以是三极管的达林顿复合。

4.如权利要求1或2所述的一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置，其特征在于：还有一个电容C₂跨接在三极管Q₁的发射极与基极上。

5.如权利要求1或2所述的一种具有恒流/恒压输出的电源转换装置，其特征在于：恒流恒压值的计算公式为：

Iout＝(V_D1-0.7)/R₅

Vout＝0.7×(R₃+R₄)/R₃，也就是恒流恒压转换点的计算公式。