一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置的製作方法
2023-07-16 01:57:46 1
專利名稱：一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種DC-DC電源轉換裝置，具體地說，涉及一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置。
目前，有許多的電源模塊或晶片，比如DC-DC轉換器，LDO(低壓差穩壓器)等等，無論是採用開關電路還是採用線性電路，一般只提供了恆壓輸出的功能，目前尚未見到能夠直接提供恆流輸出的電源晶片。但是在某些情況下，不但需要有恆壓輸出，還需要有恆流輸出，比如在對鋰離子電池進行充電的過程中，需要經過兩個階段恆流充電階段和恆壓充電階段。在恆流充電的過程中，電路對負載(鋰離子電池)恆流輸出，負載(鋰離子電池)的端電壓不斷上升；當達到規定的端電壓時，充電過程並沒有完成，鋰離子電池只充到了大約80％至85％的容量；這時需要轉入恆壓充電模式，在這種模式下，電路負載(鋰離子電池)的端電壓保持不變，而輸出電流逐步減小。目前能完成上述恆流一恆壓充電過程的大都採用控制晶片或控制模塊的辦法，如飛利浦公司出品的TEA1102晶片就是專門開發的充電控制晶片，為了完成上述恆流一恆壓充電功能還必須增加額外的接口電路和電源電路，電路複雜，成本很高；武漢力源公司提供的PS1718也是專用充電控制模塊，同樣存在上述成本高電路複雜的缺點。
本實用新型的目的是提出一種結構簡單、成本低廉，且無需使用專用的控制模塊或控制晶片的電源轉換裝置，這種裝置既能提供恆流輸出又能提供恆壓輸出，並且能夠方便地設置恆流恆壓的轉換點。
一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置，包括PNP三極體Q1、Q2，NPN三極體Q3，穩壓管D1，電阻R1、R2、R3、R4、R5及電解電容C1，其中電阻R3、R4的阻值需保證流過R3和R4的電流遠小於設定的恆流值；三極體Q1、Q2的發射級接輸入電壓的正端，三極體Q1的基極接三極體Q2的集電極並連接在電阻R2的一端，電阻R2的另一端接輸入電壓的負端，三極體Q1的集電極接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接穩壓管D1的負端和三極體Q3的基極，穩壓管D1的正端接輸入電壓的負端；電阻R3的一端接輸入電壓正端，另一端接三極體Q2的基極和電阻R4的一端，電阻R4的另一端接三極體Q3的集電極；在三極體Q3的發射級和輸入電壓負端之間串接著電阻R5；輸出端的一端接輸入電壓正端，輸出端的另一端接在三極體Q3的集電極上，電解電容C1按極性跨接在輸出端的兩端。
上述方案還可以將NPN三極體換成PNP三極體，PNP三極體換成NPN三極體，相應地，將輸入電壓正負端反接，穩壓管D1和電解電容C1反接。
為了增大三極體Q3的放大倍數，三極體Q3可以用三極體的達林頓複合來代替；在三極體Q1的發射極與基極跨接一個電容C2，則能更好地提高恆流/恆壓的精度。
上述方案中，恆流恆壓的轉換點是能夠設定的。
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
圖1是本實用新型的電路原理圖。
圖1中，Vin為輸入電壓，Vout為輸出電壓，Iout為輸出電流，RL為阻抗可變的負載，VD1為穩壓管D1負端的電壓，流過電阻R3的電流為I1，流過電阻R4的電流為I2，流入三極體Q3的集電極的電流為IC3，流過電阻R5的電流為IR5，三極體Q1的集電極電流為IC1，三極體Q2的集電極電流為IC2，三極體Q2的基極電流為Ib2，三極體Q3的基極電流為Ib3。
由於恆流和恆壓兩種狀態是不能同時提供的，本實用新型提供的恆流/恆壓兩種輸出狀態是在一定條件下相互轉化的，具體地說，本實用新型的輸出狀態可以根據負載阻抗的變化而自動地進行轉換。下面就從負載阻抗變化的情況來分析本實用新型的工作原理。
如圖1所示，當負載阻抗RL＝0時，Vout＝0，電阻R3、R4被短路，I1＝I2＝0，電阻R3兩端的電壓為零，即加在三極體Q2的發射極和基極上的電壓Veb＝0，因此Q2處於截止狀態，有IC2＝0。通過R2給三極體Q1加偏置電流可以使三極體Q1處於飽和導通狀態，由於飽和導通狀態下Q1中Vce≈0.3V，通過設置R1的阻值可以保證三極體Q1的集電極電流IC1足夠大，以使得穩壓管D1工作在穩壓狀態下，此時VD1保持穩定又由於三極體Q3的基極電流Ib3很小，三極體Q3工作在放大狀態下，因此Q3中的Veb≈0.7V，所以三極體Q3發射極上的電流為IR5＝(VD1-0.7)/R5。又因為I1＝I2＝0，所以有Iout＝IC3，而三極體Q3中IC3≈IR5，故有Iout≈IR5。
當負載阻抗RL逐漸增大時，Vout也從零開始增大，流過R3的電流增大，電阻R3兩端的電壓，即加在三極體Q2的的發射極和基極上的電壓Veb逐漸增大，但是只要Veb＜0.7V，三極體Q2就仍處於截止狀態，仍有IC2＝0，因為電阻R3、R4的阻值保證了流過電阻R3、R4的電流I1、I2遠小於恆流值Iout，因此有Iout≈IC3，最後仍可推出Iout≈IR5＝(VD1-0.7)/R5的結論。因為VD1穩定，R5的阻值不變，所以輸出電流Iout恆定，這一階段處於恆流輸出的狀態。
隨著負載阻抗RL的增加，I1也逐漸增加，加在三極體Q2的發射極和基極上的電壓Veb也逐漸增大，當增加到Veb＝0.7V時，三極體Q2導通進入放大區，此時本裝置轉入恆壓輸出狀態。因為三極體Q2的基極電流Ib2遠小於I1，故有I1≈I2，因此有關係式Veb＝I1×R3≈Vout×R3/(R3+R4)＝0.7V，因為電阻R3、R4的阻值恆定，所以無論負載阻抗RL增加到多大，輸出電壓Vout仍保持恆定。下面分析輸出電壓保持恆定的原因當負載阻抗RL增大到使加在三極體Q2的發射極和基極上的偏置電壓Veb＝0.7V時，三極體Q2導通進入放大區，此時IC2＝βIb2≠0，流過電阻R2的電流增大，電阻R2兩端的電壓增大導致加在三極體Q1的發射極和基極上的偏置電壓Veb減小，三極體Q1從飽和區轉入放大區；由於三極體Q1上的偏置電壓Veb減小，所以三極體Q1的基極電流Ib1減小，集電極電流IC1＝βIb1也減小；當IC1減小到無法保持穩壓管D1工作在穩壓狀態下時，穩壓管D1的負端電壓VD1開始減小，進而三極體Q3的基極電流Ib3減小和集電極電流IR5減小，因為Iout≈IR5，所以輸出電流Iout減小。負載阻抗RL增大，輸出電流Iout減小，最終使得輸出電壓Vout仍保持恆定。
從上述內容可以看出，當負載阻抗RL增加到使三極體Q2中的Veb＝0.7V時，三極體Q2導通進入放大區，這一點可視為是本裝置的恆流恆壓轉換點，恆流恆壓轉換點的計算公式也就是恆流恆壓值的計算公式Iout＝(VD1-0.7)/R5Vout＝0.7×(R3+R4)/R3本實用新型可實現370mA的恆流輸出和5.9V恆壓輸出。
本實用新型電路結構簡單，成本低廉，能隨著負載的變化提供恆流輸出或恆壓輸出，並能夠方便地設置恆流恆壓的轉換點；既可用分立元件實現，又可做成厚膜電路或集成電路晶片，具有很高的應用價值。
下面給出本實用新型電路所用的元器件清單D1 6.2V穩壓管 1個R1 300Ω 1個R2 15kΩ 1個R3 750Ω 1個R4 5.6Ω 1個R5 13Ω1個C1 470uF/16V 1個C2 0.22uF 1個Q1，Q2 9011三極體 2個Q3 可由1隻9012三極體與一隻2SB772構成達林頓複合三極體
權利要求1.一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置，其特徵在於包括PNP三極體Q1、Q2，NPN三極體Q3，穩壓管D1，電阻R1、R2、R3、R4、R5及電解電容C1，其中電阻R3、R4的阻值需保證流過R3和R4的電流遠小於設定的恆流輸出值；三極體Q1、Q2的發射級接輸入電壓的正端，三極體Q1的基極接三極體Q2的集電極並連接在電阻R2的一端，電阻R2的另一端接輸入電壓的負端，三極體Q1的集電極接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接穩壓管D1的負端和三極體Q3的基極，穩壓管D1的正端接輸入電壓的負端；電阻R2的一端接輸入電壓正端，另一端接三極體Q2的基極和電阻R4的一端，電阻R4的另一端接三極體Q3的集電極；在三極體Q3的發射級和輸入電壓負端之間串接著電阻R5；輸出端的一端接輸入電壓正端，輸出端的另一端接在三極體Q3的集電極上，電解電容C1按極性對應跨接在輸出端的兩端。
2.一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置，其特徵在於包括NPN三極體Q1、Q2，PNP三極體Q3，穩壓管D1，電阻R1、R2、R3、R4、R5及電解電容C1，其中電阻R3、R4的阻值需保證流過R3和R4的電流遠小於設定的恆流輸出值；三極體Q1、Q2的發射級接輸入電壓的負端，三極體Q1的基極接三極體Q2的集電極並連接在電阻R2的一端，電阻R2的另一端接輸入電壓的正端，三極體Q1的集電極接電阻R1的一端，電阻R1的另一端接穩壓管D1的正端和三極體Q3的基極，穩壓管D1的負端接輸入電壓的正端；電阻R3的一端接輸入電壓負端，另一端接三極體Q2的基極和電阻R4的一端，電阻R4的另一端接三極體Q3的集電極；在三極體Q3的發射級和輸入電壓正端之間串接著電阻R5；輸出端的一端接輸入電壓負端，輸出端的另一端接在三極體Q3的集電極上，電解電容C1按極性對應跨接在輸出端的兩端。
3.如權利要求1或2所述的一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置，其特徵在於所述的三極體Q3可以是三極體的達林頓複合。
4.如權利要求1或2所述的一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置，其特徵在於還有一個電容C2跨接在三極體Q1的發射極與基極上。
5.如權利要求1或2所述的一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置，其特徵在於恆流恆壓值的計算公式為Iout＝(VD1-0.7)/R5Vout＝0.7×(R3+R4)/R3，也就是恆流恆壓轉換點的計算公式。
專利摘要一種具有恆流/恆壓輸出的電源轉換裝置,主要由三極體Q
文檔編號H02J7/00GK2395306SQ9923890
公開日2000年9月6日 申請日期1999年9月29日 優先權日1999年9月29日
發明者朱堅明 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司