專利名稱：可調(diào)恒壓恒流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可調(diào)恒壓恒流電源(簡稱可調(diào)電源)，屬自動控制與電子設 備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在實驗室、電子裝備中電源作為一個獨立裝置或電子設備中的組成部分，其作用 非常重要，其成本也占據(jù)設備總成本相當大的比例，其可靠性、穩(wěn)定性對電子設備的 正常運行與工作更是有著舉足輕重的影響。
直流電壓源是最為常用的電源，有些帶有簡單電流限制功能，由于限流精度與輸 出響應速度的原因不適合同時作為電壓源與電流源使用。
帶有較高精度限流功能的電源，可以同時作為電壓源與電流源，并可作為電池充 電器使用的電源，但其電路較為復雜、成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是涉及一種可調(diào)恒壓恒流電源。 本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種可調(diào)恒壓恒流電源由電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)與電阻Rl、 二極管Dl 組成。電壓控制環(huán)節(jié)有一個接地端vg10、 一個電源端vpll、 二個信號端vsl2和vsl3。 電流控制環(huán)節(jié)有一個電源輸入端cp21、 一個信號端cs22、 一個電源輸出端cp23。其 特征在于電壓控制環(huán)節(jié)的接地端vglO接地，電壓控制環(huán)節(jié)的電源端vpll與電流控制 環(huán)節(jié)的電源輸入端cp21同時連接直流輸入電壓源，電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vsl2通過 電阻Rl接電源輸出，電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vsl3與電流控制環(huán)節(jié)的信號端cs22相 連接。電流控制環(huán)節(jié)的電源輸出端cp23接電源輸出。二極管Dl跨接在電源輸出與 接地之間，即D1的正端接地、負端接電源輸出?？烧{(diào)恒壓恒流電源結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。
上述的電壓控制環(huán)節(jié)由電壓標定單元與運算放大器A1 二個部分組成(如圖2所 示)。電壓標定單元有一個接地端bg110、 一個電源端bplll、 一個信號端bs112。所 述的電壓控制環(huán)節(jié)，其特征在于所述的電壓標定單元的接地端bgl10接為電壓控制環(huán) 節(jié)的接地端vg10，電壓標定單元的電源端bplll接為電壓控制環(huán)節(jié)的電源端vpll，
電壓標定單元的信號端bsll2與運放Al的負輸入端連接。運放A1的正輸入端接為 電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vs12，運放A1的輸出端接為電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vs13。
所述的電壓標定單元由電阻R110、電容Clll、穩(wěn)壓管Dlll、可變電阻R111組 成(圖4)。其特征在于所述的電阻R110的一端與穩(wěn)壓管DU1的負端連接，即R110 與D111串聯(lián)，電阻RllO的另一端接為電壓標定單元的電源端bplll，穩(wěn)壓管Dlll 的正端接為電壓標定單元的接地端bg110，電容C111與穩(wěn)壓管D111并聯(lián)，可變電阻 Rlll的固定端跨接在穩(wěn)壓管Dlll的兩端，可變電阻RllI的可調(diào)端接為電壓標定單 元的信號端bs112。
上述的電流控制環(huán)節(jié)由電流標定單元、功率驅(qū)動單元二個部分組成(如圖3所 示)。電流標定單元有一個電源端dp211、 二個信號端ds210和ds212。功率驅(qū)動單元 有一個功率輸入端qp221、 一個信號端qs222、 一個功率輸出端qp223。所述的電流 控制環(huán)節(jié)，其特征在于所述的電流標定單元的信號端ds210接為電流控制環(huán)節(jié)的信號 端cs22,電流標定單元的電源端dp211與功率驅(qū)動單元的功率輸入端qp221相連接并 接為電流控制環(huán)節(jié)的電源輸入端cp21，電流標定單元的信號端ds212與功率驅(qū)動單元 的信號端qs222相連接。功率驅(qū)動單元的功率輸出端qp223接為電流控制環(huán)節(jié)電源輸 出端cp23。
所述的電流標定單元由電阻R210、穩(wěn)壓管D211、可變電阻R211組成(圖5)。 其特征在于所述的電阻R210的一端與穩(wěn)壓管D211的正端連接，即R210與D211串 聯(lián)，電阻R210的另一端接為電流標定單元的信號端ds210，穩(wěn)壓管D211的負端接為 電流標定單元的電源端dp211，可變電阻R211的固定端跨接在穩(wěn)壓管D211的兩端， 可變電阻R211的可調(diào)端接為電流標定單元的信號端ds212。
所述的功率驅(qū)動單元由運算放大器A2、大功率管Tp與穩(wěn)壓管D221、電阻R221、 R222、 R223組成(圖6)。其特征在于所述的運放A2的正輸入端接為功率驅(qū)動單元 的信號端qs222，運放A2的負輸入端通過電阻R221與大功率管Tp的發(fā)射極相連接， 運放A2的輸出端通過電阻R222與大功率管Tp的柵極相連接，穩(wěn)壓管D221跨接在 大功率管Tp的柵極與發(fā)射極之間，大功率管Tp的發(fā)射極通過電阻R223接為功率驅(qū) 動單元的功率輸入端qp221，大功率管Tp的集電極接為功率驅(qū)動單元的功率輸出端 qp223。
可調(diào)恒壓恒流電源電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖7所示，電壓標定單元的電源經(jīng)限流電阻 R110為穩(wěn)壓管Dili提供工作電流，穩(wěn)壓管Dili與電容Clll保持一個穩(wěn)定直流基
準電壓VZ1，可變電阻R1U則輸出一個穩(wěn)定可調(diào)的恒壓值標定電壓。 電壓標定單元的輸出電壓即標定電壓U1為
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式中K1為可變電阻Rlll的調(diào)節(jié)比，Kl的范圍為0 1。即電壓標定單元的輸 出電壓的范圍為0 VZ1?？梢栽诳勺冸娮韫潭ǘ舜腚娮璧姆椒ㄏ拗坪銐褐禈硕?br> 電壓設置的調(diào)整范圍。
電壓控制環(huán)節(jié)運放Al的輸出電壓與電流標定單元的電源電壓二者壓差經(jīng)電阻 R210與可變電阻R211為電流標定單元輸出一個電流調(diào)節(jié)電壓，當壓差足夠大時穩(wěn)壓 管D211進入限幅狀態(tài)，此時穩(wěn)壓管D211保持一個穩(wěn)定直流基準電壓VZ2，可變電 阻R211則輸出一個穩(wěn)定可調(diào)的恒流值標定電壓(相對于電源電位)。
電流標定單元進入限幅狀態(tài)時，電流標定單元的輸出電壓(相對于電源電位)即 恒流值標定電壓U2為
<formula>formula see original document page 6</formula>
式中K2為可變電阻R211的調(diào)節(jié)比，K2的范圍為0 1。即電流標定單元的輸 出電壓的范圍為0 VZ2?？梢栽诳勺冸娮韫潭ǘ舜腚娮璧姆椒ㄏ拗坪懔髦禈硕?電壓設置的調(diào)整范圍。
功率驅(qū)動單元的運放A2、大功率晶體管Tp、穩(wěn)壓管D221及電阻R221、 R222、 R223組成一個電壓電流轉(zhuǎn)換電路。工作時由于運放A2負反饋的作用，其正負輸入 端電壓保持一致，即電阻R223的壓降(Tp發(fā)射極電位相對于電源電位)與電流標定 單元的輸出電壓(相對于電源電位)保持一致。
當負載較輕即負載電流較小時，輸出電源電壓經(jīng)電阻R1、運放A1、R210、 R211、 運放A2、 R222、大功率管Tp再輸出電源電壓，形成一個負反饋，使輸出電源電壓 值與電壓標定單元輸出電壓值一致。電源輸出電壓等于標定電壓為
當負載較重即輸出電源電壓值低于電壓標定單元輸出電壓值時，運放Al輸出一 個低電平，電流標定單元進入限幅狀態(tài)，電源輸出電流等于恒流值標定電壓的對應值 即標定電流。電源輸出電流為
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可調(diào)恒壓恒流電源的輸出特性為一個較為理想的矩形曲線，如圖8所示。
運算放大器A1和A2的電源接法負電源端接地，運放A1和A2的正電源端接 直流輸入電壓源，如圖9所示。輸入電源電壓可以允許在一定的范圍內(nèi)波動，其最大 值在運放Al和A2容許的電源電壓范圍內(nèi)。
電阻R110、 Rlll、 R210、 R211的取值通常(但不限于)取5KQ 50KQ。電阻 Rl、 R221、 R222的取值通常(但不限于)取0Q 50KQ,取OQ相當于用導線短路。 電阻R223的取值通常(但不限于)取0.1Q 100Q。
大功率管Tp通常(但不限于)采用絕緣柵雙極晶體管IGBT或功率場效應管 MOSFET。
可調(diào)恒壓恒流電源的另一種形式是負電源形式，其電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖10所示。 與正電源形式的可調(diào)恒壓恒流電源相比除大功率管的極性不同外，其余元器件均相 同，電路結(jié)構(gòu)也基本一致。
可調(diào)恒壓恒流電源輸入為有波動的直流電壓，輸出為標定電壓與標定電流可調(diào)、 輸出電壓或電流恒定的直流電源。
本實用新型可調(diào)恒壓恒流電源僅采用半導體器件與阻容元件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡 單、成本低廉、性能穩(wěn)定、精度高、響應速度快、可靠性高、易于集成化等特點，在 實驗室、電子裝備、電源產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣泛的應用價值。

圖l可調(diào)恒壓恒流電源結(jié)構(gòu)框圖。
圖2電壓控制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖。
圖3電流控制環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖。
圖4電壓標定單元電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5電流標定單元電路結(jié)構(gòu)圖。
圖6功率驅(qū)動單元電路結(jié)構(gòu)圖。
圖7可調(diào)恒壓恒流電源基本電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖8可調(diào)恒壓恒流電源輸出特性。
圖9可調(diào)恒壓恒流正電源電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖10可調(diào)恒壓恒流負電源電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖11可變電阻負載的恒壓恒流驅(qū)動電源。
圖12具有不間斷供電功能的后備直流穩(wěn)壓電源。
圖13可調(diào)恒壓恒流電源變負載輸出特性。
圖14可調(diào)恒壓恒流電源對電池充電的充電曲線。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細描述。 實施例l
可變電阻負載的恒壓恒流驅(qū)動電源，電路如圖11所示。
可調(diào)恒壓恒流電源由降壓變壓器、整流橋、濾波電容組成的初級電源供電。 可調(diào)恒壓恒流電源采用正電源形式，輸出接可變電阻性負載RL。 負載電阻RL變化時，可調(diào)恒壓恒流電源的輸出電壓、輸出電流、輸出功率曲線 如圖13所示。
輸出電壓、輸出電流、輸出功率曲線轉(zhuǎn)折點對應的電阻為
式中Uo為標定電壓、Io為標定電流。
當負載電阻RL阻值較Rz小時，恒壓恒流電源處于恒流輸出狀態(tài)，電壓與功率 隨電阻值的增大而增大，電壓或功率與電阻呈線性關(guān)系。
當負載電阻RL阻值較Rz大時，恒壓恒流電源處于恒壓輸出狀態(tài)，電流與功率 隨電阻值的增大而減小，電流或功率與電阻呈雙曲關(guān)系。 實施例2
具有不間斷供電功能的后備直流穩(wěn)壓電源，由二個可調(diào)恒壓恒流電源和一個可充 電電池及二極管組成，電路如圖12所示。
二個可調(diào)恒壓恒流電源采用正電源形式，充電用可調(diào)恒壓恒流電源輸出通過二極 管接待充電電池E,電池E與直流電壓源分別通過二極管接入輸出用可調(diào)恒壓恒流電 源，輸出用可調(diào)恒壓恒流電源輸出所需直流穩(wěn)壓電源。
當有直流電壓源輸入時，充電用可調(diào)恒壓恒流電源對電池進行充電，輸出用可調(diào) 恒壓恒流電源使用直流電壓源輸入來輸出 一個穩(wěn)壓直流電源。
充電用可調(diào)恒壓恒流電源的輸出電壓、輸出電流曲線即充電曲線如圖14所示。
充電的第一階段為恒流充電階段，在此階段中充電電流保持電源設置的恒值即標 定電流不變，電壓隨著充電的進行逐步升高。待電壓升高至電源電壓標定值時，充電 進入第二階段。
充電的第二階段為恒壓充電階段，在此階段中充電電壓保持電源設置的恒值即標 定電壓不變，電流隨著充電的進行逐步降低。
充電的第三階段為恒壓涓流充電階段，在此階段中充電電壓保持電壓標定值不 變，但由于電池充電已經(jīng)基本充滿，電池的電動勢與電源電壓標定值接近相等，充電 電流減小到較低的程度，呈涓流充電狀態(tài)。
當沒有直流電壓源輸入時，充電用可調(diào)恒壓恒流電源停止對電池充電，輸出用可 調(diào)恒壓恒流電源使用電池作為電源輸入來輸出一個穩(wěn)壓直流電源，實現(xiàn)對負載的不間 斷供電。
權(quán)利要求1. 一種可調(diào)恒壓恒流電源由電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)與電阻R1、二極管D1組成，電壓控制環(huán)節(jié)有一個接地端vg10、一個電源端vp11、二個信號端vs12和vs13，電流控制環(huán)節(jié)有一個電源輸入端cp21、一個信號端cs22、一個電源輸出端cp23，其特征在于電壓控制環(huán)節(jié)的接地端vg10接地，電壓控制環(huán)節(jié)的電源端vp11與電流控制環(huán)節(jié)的電源輸入端cp21同時連接直流輸入電壓源，電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vs12通過電阻R1接電源輸出，電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vs13與電流控制環(huán)節(jié)的信號端cs22相連接，電流控制環(huán)節(jié)的電源輸出端cp23接電源輸出；二極管D1跨接在電源輸出與接地之間，即D1的正端接地、負端接電源輸出。
2. 按權(quán)利要求1所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其特征在于所述的電壓控制環(huán)節(jié)由電壓 標定單元與運算放大器A1二個部分組成，電壓標定單元有一個接地端bg110、 一 個電源端bplll、 一個信號端bs112。
3. 按權(quán)利要求2所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其特征在于所述的電壓標定單元的接地 端bgllO接為電壓控制環(huán)節(jié)的接地端vglO，電壓標定單元的電源端bplll接為電 壓控制環(huán)節(jié)的電源端vpll，電壓標定單元的信號端bsl12與運放Al的負輸入端 連接，運放Al的正輸入端接為電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vs12，運放Al的輸出端接 為電壓控制環(huán)節(jié)的信號端vs13。
4. 按權(quán)利要求2所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其中的電壓標定單元由電阻RllO、電容 Clll、穩(wěn)壓管Dlll、可變電阻R111組成，其特征在于所述的電阻RllO的一端 與穩(wěn)壓管Dlll的負端連接，即RllO與Dlll串聯(lián)，電阻R110的另一端接為電壓 標定單元的電源端bplll，穩(wěn)壓管Dili的正端接為電壓標定單元的接地端bgl10， 電容Clll與穩(wěn)壓管Dill并聯(lián)，可變電阻Rlll的固定端跨接在穩(wěn)壓管Dill的兩 端，可變電阻Rlll的可調(diào)端接為電壓標定單元的信號端bs112。
5. 按權(quán)利要求1所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其特征在于所述的電流控制環(huán)節(jié)由電流 標定單元、功率驅(qū)動單元二個部分組成，電流標定單元有一個電源端dp211、 二 個信號端ds210和ds212，功率驅(qū)動單元有一個功率輸入端qp221、 一個信號端 qs222、 一個功率輸出端qp223。
6. 按權(quán)利要求5所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其特征在于所述的電流標定單元的信號 端ds210接為電流控制環(huán)節(jié)的信號端cs22，電流標定單元的電源端dp211與功率 驅(qū)動單元的功率輸入端qp221相連接并接為電流控制環(huán)節(jié)的電源輸入端cp21，電 流標定單元的信號端ds212與功率驅(qū)動單元的信號端qs222相連接，功率驅(qū)動單 元的功率輸出端qp223接為電流控制環(huán)節(jié)電源輸出端cp23。
7. 按權(quán)利要求6所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其中的電流標定單元由電阻R210、穩(wěn)壓 管D211、可變電阻R211組成，其特征在于所述的電阻R210的一端與穩(wěn)壓管D211 的正端連接，即R210與D211串聯(lián)，電阻R210的另一端接為電流標定單元的信 號端ds210，穩(wěn)壓管D211的負端接為電流標定單元的電源端dp211 ，可變電阻R211 的固定端跨接在穩(wěn)壓管D211的兩端，可變電阻R211的可調(diào)端接為電流標定單元 的信號端ds212。
8. 按權(quán)利要求6所述的可調(diào)恒壓恒流電源，其中的功率驅(qū)動單元由運算放大器A2、 大功率管Tp與穩(wěn)壓管D221、電阻R221、 R222、 R223組成，其特征在于所述的 運放A2的正輸入端接為功率驅(qū)動單元的信號端qs222，運放A2的負輸入端通過 電阻R221與大功率管Tp的發(fā)射極相連接，運放A2的輸出端通過電阻R222與 大功率管Tp的柵極相連接，穩(wěn)壓管D221跨接在大功率管Tp的柵極與發(fā)射極之 間，大功率管Tp的發(fā)射極通過電阻R223接為功率驅(qū)動單元的功率輸入端qp221， 大功率管Tp的集電極接為功率驅(qū)動單元的功率輸出端qp223。
專利摘要本實用新型涉及一種可調(diào)恒壓恒流電源，屬自動控制與電子設備領(lǐng)域?？烧{(diào)恒壓恒流電源由電壓控制環(huán)節(jié)、電流控制環(huán)節(jié)等組成。其中電壓控制環(huán)節(jié)由電壓標定單元與運算放大器組成，電流控制環(huán)節(jié)由電流標定單元、功率驅(qū)動單元組成?？烧{(diào)恒壓恒流電源輸入為有波動的直流電壓，輸出為標定電壓與標定電流可調(diào)、輸出電壓或電流恒定的直流電源?？烧{(diào)恒壓恒流電源的輸出特性為一個較為理想的矩形曲線。本實用新型可調(diào)恒壓恒流電源僅采用半導體器件與阻容元件構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定、精度高、響應速度快、可靠性高、易于集成化等特點，在實驗室、電子裝備、電源產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣泛的應用價值。
文檔編號G05F1/10GK201203812SQ20082005454
公開日2009年3月4日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者霞 司, 張英姿, 張金龍, 明 朱, 高忠友 申請人:上海大學