用於通信電源的恆定功率輸出控制電路的製作方法

2023-05-13 13:55:31

專利名稱：：用於通信電源的恆定功率輸出控制電路的製作方法
技術領域：
：本發明屬於通信電源領域，涉及一種用於通信電源的恆定功率輸出控制電路。技術背景目前，通信電源大都釆用恆流輸出的開關電源系統。在通信電源系統中，為考慮到給已放電的蓄電池在某一特定時間內進行充電，電源系統的額定輸出功率僅僅考慮電信設備的最大負載功率是不夠的。究竟電源系統設計多大的功率，通常依據所需的最大負載、停電後蓄電池放電的安時數及恢復蓄電池容量所需的充電時間等三個因素來考慮。如果考慮可靠性n+l個冗餘，一般要留出33%~45%額定功率給停電後巳放電的蓄電池再充電，這也就相當於電源系統中33%以上的整流模塊長期處在等候備用狀態而未被充分利用。顯然這種電源系統不是最優設計。而如果採用恆功率輸出的開關電源系統，與現代通信設備的恆功率負載特性相匹配。一般只需考慮電信設備最大負載和一個整流模塊的冗餘就可以確定電源系統的額定輸出功率。其突出特點是在整個輸出電壓範圍內，在蓄電池低電壓時，仍能輸出額定功率，即在低電壓時，電源系統輸出更大的電流，從而可以減少電源系統中所需整流器的數目，節約投資。但將恆流輸出的開關電源系統設計成恆功率輸出的開關電源系統，需要做較複雜的電路變動，因此，目前通信電源大都還採用恆流輸出的開關電源系統。
發明內容本發明的目的在於提供一種可以使通信電源實現恆功率輸出、用於通信電源系統的恆定功率輸出控制電路。本發明採用的技術方案如下所述的用於通信電源的恆定功率輸出控制電路由運算放大器Ni、電阻RnR2、R3、二極體Vj且成，通信電源輸出電流檢測值Ui與輸出電壓設定值Uref分別通過電阻R2—起接到運算放大器M的同相輸入端，運算放大器K的反相輸人端接基準電壓Vref，二極體Vi的負極接運算放大器Ni的輸出端，二極體、的正極通過電阻R3接基準電壓Vref，同時，二極體W的正極接電阻R2，運算放大器&通過二極體V!的正極輸出受控的輸出電壓設定值Uref、恆功率輸出意即電源的輸出電壓和輸出電流乘積保持不變P0=VQIo。本發明解決該技術問題的思^^是在通信電源輸出電壓調節範圍內(43V—58V)用直線方程Vo-Po-Io擬合恆功率輸出特性曲線V0=Po/Io0本發明所提供的用於通信電源的恆定功率輸出控制電路工作原理如下通信電源輸出電流檢測值Ui和輸出電壓設定值Uref通過電阻&和R2線性相加，並一起接到運算放大器&的同相輸人端，運算放大器M的反向輸入端接通信電源的基準電壓Vref，顯然穩態下有下式成立]^Ui+k2Uref:Vref，即Uref:女Vref-七Ui。式中-R2k2=-R幽當因通信電源的輸出電流增大，輸出電流檢測值Ui增加到與輸出電壓設定值Uref比例之和出現超過基準電壓Vref趨勢時，運算放大器&輸出拉低的受控輸出電壓設定值Uref*，電源輸出電壓降低以保持輸出滿功率不變；同樣道理當輸出電壓處於電壓調節範圍的低端時，運算放大器Ni允許電源大電流輸出。二極體K的負極接到運算放大器A的輸出，設置二極體K的目的是當通信電源的輸出電流檢測值Ui與輸出電壓設定值Uref比例之和小於或等於基準電壓Vref未超過滿功率點時，用於通信電源的恆功率輸出控制電路不動作，運算放大器M的輸出對輸出電壓設定值無影響。在通信電源系統中採用本發明所提供的用於通信電源的恆定功率輸出控制電路，能有效地實現通信電源的恆功率輸出，使通信電源的輸出與現代通信設備的恆功率負載特性相匹配。因為現代電信用電源，既要向電信負載供電，又要向與負載並接的蓄電池充電。當恆功吸收更大的電流，呈恆功率負載特性，這與線形負載隨電壓下降而電流也下降有很大的區別。恆功率輸出的開關電源系統，一般只需考慮電信設備最大負載和一個整流模塊的冗餘就可以確定電源系統的額定輸出功率。恆功率輸出通信電源其突出特點是在整個輸出電壓範圍內，在蓄電池低電壓時，仍能輸出額定功率，即在低電壓時，電源系統輸出更大的電流，從而可以減少電源系統中所需整流器的數目，節約投資，並能為巳放電的蓄電池提供更大的充電電流，從而提高充電速度，縮短了蓄電池再充電時間。本發明的有益效果是在通信電源系統中採用本發明所提出的"用於通信電源系統的恆定功率輸出控制電路"可以實現通信電源的恆功率輸出。該電路簡單、控制可靠。圖1是恆功率輸出特性曲線與擬合該曲線的直線圖；圖2是本發明的實施例一的電路原理圖；圖3是本發明的實施例二、三的電路原理圖4是採用本發明所提供的"用於通信電源的恆定功率輸出控制電路"的恆功率輸出通信電源的原理方框圖。圖中Ui:通信電源輸出電流檢測值，Uref:通信電源輸出電壓設定值，Uref*:受控輸出電壓設定值，Vref:通信電源的基準電壓，N1:運算放大器，N2:射隨器，V1:二極體，R廣Ry電阻。具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施做進一步說明。圖1是恆功率輸出特性曲線與擬合該曲線的直線圖。這就是本發明解決通信電源恆定功率輸出的技術思^——在通信電源輸出電壓調節範圍內(43V-58V)用直線方程Vo=Po-Io(直線2)擬合恆功率輸出特性曲線Vo=Po/Io(曲線l)。圖2、圖3所示分別為本發明所提供用於通信電源的恆定功率輸出控制電路實施例一、二與三的電路原理圖，即是本發明所採用的技術方案。參見圖2可知本發明所述的恆定功率輸出控制電路由運算放大器N"電阻R!、R2、R3、二極體Vi組成，通信電源的輸出電流檢測值Ui與輸出電壓設定值Uref分別通過電阻&、R2—起接到運算放大器&的同相輸入端，運算放大器A的反相輸入端接基準電壓Vref，二極體、的負極接運算放大器]^的輸出端，二極體^的正極通過電阻R3接基準電壓Vref，同時，二極體Vi的正極接電阻R2，運算放大器&通過二極體K的正極輸出受控的輸出電壓設定值Uref*。電流檢測值Ui代表電源實際輸出電流的大小，輸出電壓設定值Uref是電源輸出電壓的參考值，作為電壓誤差放大器的有效給定，該點電壓值代表電源實際輸出電壓，基準電壓Vref是個含有功率特性的參數。由圖2可看到輸出電流檢測值Ui和輸出電壓設定值Uref通過電阻&和R2線性相加，並一起接到運算放大器&的同相輸入端，運算放大器W的反向輸入端接基準電壓Vref，顯然穩態下有下式成立k鋒k2Uref:Vref，即Uref=tVref-七Ui。R禹R2k2=-R幽當因通信電源的輸出電流增大，輸出電流檢測值Ui增加到與輸出電壓設定值Uref比例之和出現超過基準電壓Vref的趨勢時，運算放大器W輸出拉低的受控輸出電壓設定值Uref*,使電源輸出電壓降低以保持輸出功率不變；同樣道理當輸出電壓處於電壓調節範圍的低端時運算放大器Nl允許電源大電流輸出。二極體Vf的負極接到運算放大器Ni的輸出，其目的是當電源的輸出未超過滿功率點時，該恆定功率控制電路不動作，運算放大器A的輸出對輸出電壓設定fK影響。而當電源的輸出超過滿功率點時，恆定功率控制電路動作，輸出拉低的受控輸出電壓設定值Uref*。圖2中電阻R1、R2取值與輸出電流檢測值Ui、輸出電壓設定值Uref具體代表的輸出電流、輸出電壓值的大小有關，亦即涉及具體電路中輸出電壓、電流定標。在實施例一中Rf270IC，R2=270K歐姆；基準電壓Vref其精度和穩定性對通信電源輸出指標有影響，本例中Vref=2.5V;本例運算放大器型號為MC33172。本實施例中電源輸出功率P=1000W，則有等式0.5Ui+0.5Uref=2.5成立(即Uref=5-Ui)，將輸出電流檢測值Ui、輸出電壓設定值Uref進行如下標定輸出電流檢測值Ui=2.5￥代表輸出電流20八；輸出電壓設定值Uref-2.5V代表輸出電壓50V。具體計算數據見表一。表一:tableseeoriginaldocumentpage7從上表中可以看出最大輸出功率為1000W;最小輸出功率為974.4W。絕對誤差《25.6W;相對誤差《2.56%。圖3所示為本發明的實施例二，在實施例一所示恆定功率輸出控制電路中二極體W的正極與電阻R2間接射隨器N2，射隨器N2的同相輸入端接二極體Vi的正極與輸出電壓i殳定值Uref，其反相輸入端與輸出端通過電阻R2接運算放大器^的同相輸入端。在實施例一所示的恆定功率輸出控制電路接人射隨器N2後，減少了後級電路對前級電路的影響，因射隨器N2的電壓放大倍數為一，故電路工作原理不變。如實施例二中電阻I^、R2、基準電壓Vref及通信電源輸出功率與實施例一相同，運算放大器&與射隨器N2均可採用型號為MC33172的運算放大器。貝U實施例二的實際輸出電壓、實際輸出電流及實際輸出功率如實施例一中的表一。實施例三採用的電路同實施例二，但本實施例中採用R1=270K歐姆，R2二250K歐姆，基準電壓Vref=2.5V，電源輸出功率P=1000W。則&=270/520=0.52，K2=250/520=0.48，等式0.52Ui+0.48Uref=2.5成立，Uref=5.21-1.08Ui，將輸出電流檢測值Ui、輸出電壓設定值Uref進行同實施例一的標定。具體計算數據見下表。表二:電壓電流輸出功率(W)Uref(V)實際輸出電壓Ui實際輸出電流2.15432.8322.67974.82.2442.7922.32982.12.25452.7421.9985.52.3462.6921.5989.92.35472.6521.2996.42.4482.620.8998.42.45492.5520.451002.12.5502.520.07聽.52.55512.4619.71004.72.6522.4119.281002.62.65532.3718.961004.92.7542.3218.561002.22.75552.2718.221002.32.8562.2317.85999.72.85572.1817.44994.12.9582.1417.12992.968從上表中可以看出最大輸出功率為1004.9W;最小輸出功率為974.8W。絕對誤差《30.1W;相對誤差小於等於《3%。從以上實施例可以看出，採用本發明所提供的用於通信電源的恆定功率輸出控制電路，在通信電源輸出電壓調節範圍內(43V—58V)可以實現恆功率輸出。參見圖4所示是採用本發明所提供的恆定功率輸出控制電路的恆功率輸出通信電源的原理方框圖。由此可知在現有技術的通信電源系統中加入本發明所提供的恆定功率輸出控制電路可以方便地實現通信電源的恆功率輸出。權利要求1、一種用於通信電源的恆定功率輸出控制電路，其特徵在於由運算放大器(N1)、電阻(R1、R2、R3)、二極體(V1)組成，通信電源輸出電流的檢測值(Ui)與輸出電壓設定值(Uref)分別通過電阻(R1)、電阻(R2)一起加到運算放大器(N1)的同相輸入端，運算放大器(N1)的反相輸入端接基準電壓(Vref)，二極體(V1)的負極接運算放大器(N1)的輸出端，二極體(V1)的正極通過電阻(R3)接基準電壓(Vref)，同時，二極體(V1)的正極接電阻(R2)，運算放大器(N1)通過二極體(V1)輸出受控的輸出電壓設定值(Uref*)。2、根據權利要求1所述用於通信電源的恆定功率輸出控制電路，其特徵在於在二極體(V。的正極與電阻(R2)之間接有射隨器(N2)，射隨器(N2)的同相輸人端接二極體(Vi)的正極與輸出電壓設定值(Uref),其反相輸入端與輸出端通過電阻(R2)接運算放大器(A)的同相輸入端。全文摘要本發明屬於通信電源領域，涉及一種用於通信電源的恆定功率輸出控制電路。該電路由運算放大器N1、電阻R1-R3、二極體V1組成，通信電源輸出電流檢測值Ui與輸出電壓設定值Uref分別通過電阻R1、R2接到運算放大器N1的同相輸入端，運算放大器N1的反相輸入端接基準電壓Vref，二極體V1的負極接運算放大器N1的輸出，其正極通過電阻R3接基準電壓Vref，同時，二極體V1的正極接電阻R2，運算放大器N1通過二極體V1的正極輸出受控的輸出電壓設定值Uref*。當電源的輸出未超過滿功率點時，該電路不動作，當電源的輸出超過滿功率點時，該電路拉低輸出電壓，以保證通信電源的恆定功率輸出。文檔編號H02M7/04GK101308392SQ200710015539公開日2008年11月19日申請日期2007年5月15日優先權日2007年5月15日發明者程慶生申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所