本發(fā)明涉及電源的技術(shù)領域，更具體地說，涉及一種恒流輸入電源控制電路。

背景技術(shù)：

蓄電池需要定期進行充放電維護，以便提高使用壽命。目前市場上維護蓄電池的放電設備通常為PTC電阻(正溫度系數(shù)電阻)模式，這種模式的控制方式如下：根據(jù)電池放電電流的大小調(diào)整PTC電阻的散熱風扇轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)放電電流的基本恒定。即當放電電流大于設定值時，降低風扇轉(zhuǎn)速，PTC電阻溫度升高，阻值增大，放電電流降低；當放電電流小于設定值時，提高風扇轉(zhuǎn)速，PTC電阻溫度降低，阻值減小，放電電流增大；通過上述的反復調(diào)節(jié)過程，使得電池放電電流基本穩(wěn)定在設定值。

上述蓄電池恒流放電設備結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。但此種放電設備存在如下一些缺點：第一、電池放電電流的調(diào)整根據(jù)PTC電阻溫度進行調(diào)整，調(diào)整速度慢；第二、受環(huán)境溫度影響較大，當環(huán)境溫度存在變化時，電池放電電流需要不斷調(diào)整；第三、不同電壓等級的蓄電池需要設置不同的PTC電阻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種恒流輸入電源控制電路。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種恒流輸入電源控制電路，包括：

與外部電路連接，接收輸入信號、對所述輸入信號進行濾波處理輸出濾波電壓并產(chǎn)生采樣信號的輸入模塊；

與所述輸入模塊連接，將所述輸入電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)整的交變電壓、并對所述交變電壓進行濾波輸出可調(diào)整的直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換模塊；

與所述電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，對所述可調(diào)整的直流電壓進行采樣產(chǎn)生第二采樣電壓的輸出模塊；

分別與所述輸入模塊、所述電壓轉(zhuǎn)換模塊、以及所述輸出模塊連接，基于所述采樣信號、所述第二采樣電壓輸出控制信號至所述電壓轉(zhuǎn)換模塊以調(diào)節(jié)輸入電流的控制模塊。

在本發(fā)明所述的恒流輸入電源控制電路中，優(yōu)選地，所述輸入模塊包括：

與外部電路連接的輸入接口；

與所述輸入接口連接、對所述電源啟動時產(chǎn)生的沖擊電流進行限制的軟啟動電路；

與所述軟啟動電路連接、對所述輸入信號進行濾波處理產(chǎn)生濾波電壓的第一濾波電路；

連接在所述輸入接口與所述軟啟動電路之間，對所述輸入信號進行電壓采樣產(chǎn)生第一采樣電壓的輸入電壓采樣電路；

連接在所述輸入接口與所述控制模塊之間，對所述輸入信號進行電流采樣產(chǎn)生采樣電流的輸入電流采樣電路。

在本發(fā)明所述的恒流輸入電源控制電路中，優(yōu)選地，所述電壓轉(zhuǎn)換模塊包括：

與所述第一濾波電路連接，將所述濾波電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)整的交變電壓的直流轉(zhuǎn)換電路；

與所述直流轉(zhuǎn)換電路連接，對所述可調(diào)整的交變電壓進行濾波處理輸出可調(diào)整的直流電壓的第二濾波電路；

分別與所述控制模塊、所述直流轉(zhuǎn)換電路連接，根據(jù)所述控制模塊輸出的控制信號控制所述直流轉(zhuǎn)換電路的驅(qū)動電路。

在本發(fā)明所述的恒流輸入電源控制電路中，優(yōu)選地，所述輸出模塊包括與所述第二濾波電路連接的負載、以及連接在所述第二濾波電路與所述負載之間的輸出電壓采樣電路；所述輸出電壓采樣電路對所述可調(diào)整的直流電壓進行采樣產(chǎn)生第二采樣電壓。

在本發(fā)明所述的恒流輸入電源控制電路中，優(yōu)選地，所述負載為恒電阻負載，所述恒電阻為功率電阻。

在本發(fā)明所述的恒流輸入電源控制電路中，優(yōu)選地，所述控制模塊包括分別與所述輸入電壓采樣電路、所述輸入電流采樣電路、所述驅(qū)動電路、以及所述輸出電壓采樣電路連接，基于所述采樣信號、所述第二采樣電壓輸出所述控制信號至所述驅(qū)動電路的控制電路。

在本發(fā)明所述的恒流輸入電源控制電路中，優(yōu)選地，所述控制模塊還包括與所述控制電路連接、供所述電源與外部監(jiān)控器進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嶋娐贰?/p>

實施本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路，具有以下有益效果：本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路包括：與外部電路連接，接收輸入信號、對輸入信號進行濾波處理輸出濾波電壓并產(chǎn)生采樣信號的輸入模塊；與輸入模塊連接，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)整的交變電壓、并對交變電壓進行濾波輸出可調(diào)整的直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換模塊；與電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，對可調(diào)整的直流電壓進行采樣產(chǎn)生第二采樣電壓的輸出模塊；分別與輸入模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、以及輸出模塊連接，基于采樣信號、第二采樣電壓輸出控制信號至電壓轉(zhuǎn)換模塊以調(diào)節(jié)輸入電流的控制模塊。實施本發(fā)明可使電源的輸入電流快速穩(wěn)定，不受環(huán)境溫度的影響，輸入電壓范圍寬，可適用多種不同電壓等級的蓄電池放電，可滿足電力和通訊行業(yè)應用需求，適用性廣、實用性強。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明恒流輸入電源控制電路的原理框圖；

圖2是本發(fā)明恒流輸入電源控制電路恒流控制的邏輯圖；

圖3是本發(fā)明恒流輸入電源控制電路的電路原理圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1所示，為本發(fā)明恒流輸入電源控制電路的原理框圖。本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路包括：與外部電路連接，接收輸入信號、對輸入信號進行濾波處理輸出濾波電壓并產(chǎn)生采樣信號的輸入模塊10；與輸入模塊10連接，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)整的交變電壓、并對交變電壓進行濾波輸出可調(diào)整的直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換模塊20；與電壓轉(zhuǎn)換模塊20連接，對可調(diào)整的直流電壓進行采樣產(chǎn)生第二采樣電壓的輸出模塊30；分別與輸入模塊10、電壓轉(zhuǎn)換模塊20、以及輸出模塊30連接，基于采樣信號、第二采樣電壓輸出控制信號至電壓轉(zhuǎn)換模塊20以調(diào)節(jié)輸入電流的控制模塊40。

具體地，在本實施例中：

輸入模塊10包括：輸入接口101、軟啟動電路102、第一濾波電路103、輸入電壓采樣電路104、以及輸入電流采樣電路105。

輸入接口101，為電源與外界的接口，在具體電路中，輸入接口101與外部電路連接?？梢岳斫獾?，在實際應用中，可根據(jù)需要將輸入接口101設置為便于與外部電路連接的接口，進而可避免電源與外界連接錯誤的風險發(fā)生。

軟啟動電路102，與輸入接口101連接，在電源啟動時，對電源內(nèi)部所產(chǎn)生的沖擊電流進行限制，以防止電源在啟動過程中因沖擊電流的產(chǎn)生而損壞電源內(nèi)部的相關(guān)器件，提高了電源的安全性能。在本實施例中，軟啟動電路102優(yōu)選為限流電阻與繼電器組合構(gòu)成。

第一濾波電路103，與軟啟動電路102連接，對輸入信號進行濾波處理并輸出濾波電壓。可以理解地，第一濾波電路103主要是通過對輸入信號進行濾波處理進而降低輸入信號中的輸入電壓和輸入電流的紋波，使輸入電壓和輸入電流更加穩(wěn)定。優(yōu)選地，在本實施例中，第一濾波電路103可選用電感和電解電容對輸入信號進行濾波。

輸入電壓采樣電路104，連接在輸入接口101與軟啟動電路102之間，對輸入信號中的輸入電壓進行采樣產(chǎn)生第一采樣電壓。優(yōu)選地，在本實施例中，輸入電壓采樣電路104可選用電阻或電阻與差分運算放大器組合的方式實現(xiàn)。

輸入電流采樣電路105，連接在輸入接口101與軟啟動電路102之間，對輸入信號中的輸入電流進行采樣產(chǎn)生采樣電流。優(yōu)選地，在本實施例中，輸入電流采樣電路105可選用精密電阻配合差分網(wǎng)絡或電流互感器實現(xiàn)。

電壓轉(zhuǎn)換模塊20包括直流轉(zhuǎn)換電路201、第二濾波電路202、以及驅(qū)動電路203。

直流轉(zhuǎn)換電路201，與第一濾波電路103連接，將經(jīng)第一濾波電路103進行濾波處理后的濾波電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)整的交變電壓。優(yōu)選地，在本實施例中，直流轉(zhuǎn)換電路201可由開關(guān)管及二極管組成；開關(guān)管一般可采用MOSFET管(場效應管)或IGBT管(絕緣柵雙極型晶體管)。二極管可選用快恢得二極管。

第二濾波電路202，與直流轉(zhuǎn)換電路201連接，對直流轉(zhuǎn)換電路201輸出的可調(diào)整的交變電壓進行濾波處理，并輸出可調(diào)整的直流電壓。可以理解地，通過在負載301與直流轉(zhuǎn)換電路201之間增加第二濾波電路202可使負載301上的電壓波形更穩(wěn)定，同時還可限制該電源功率回路中電流的變化率，進一步提高了電源的可靠性。優(yōu)選地，在本實施例中，第二濾波電路202可選用電感與電解電容實現(xiàn)。電感主要用于限制功率回路的電流變化率，電解電容的作用是使負載上的電壓波形更穩(wěn)定。

驅(qū)動電路203分別與控制模塊40、直流轉(zhuǎn)換電路201連接，主要是根據(jù)控制模塊40輸出的控制信號控制直流轉(zhuǎn)換電路201中的開關(guān)管導通或關(guān)斷，通過驅(qū)動電路可增大控制模塊40輸出的控制信號的驅(qū)動能力，以便可以更好地控制直流轉(zhuǎn)換電路201中的開關(guān)管。優(yōu)選地，在本實施例中，驅(qū)動電路203可采用集成驅(qū)動IC或推挽驅(qū)動電路等形式實現(xiàn)。

在本實施例中，電壓轉(zhuǎn)換模塊20對本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路的輸入電壓特性有重要影響，換言之，本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路所能實現(xiàn)的寬范圍輸入電壓特性主要由電壓轉(zhuǎn)換模塊20來實現(xiàn)的。例如，假設輸入信號中的輸入電壓為Uin，根據(jù)設計要求恒流輸入的電流值為Iin，輸出的恒電阻值為Rl，控制電路的效率為η，理論上輸出電壓平均值為恒流輸入電流值Iin一定的情況下，只需根據(jù)輸入電壓Uin的范圍來設置合適的Rl即可將輸出電壓平均值Uo控制在合理的范圍內(nèi)。

輸出模塊30包括負載301以及輸出電壓采樣電路302。

負載301與第二濾波電路202連接，負載301一般采用電阻實現(xiàn)。優(yōu)選地，在本實施例中，為了避免負載301的電阻值受溫度的影響，負載301所采用的電阻為恒電阻，通常為功率電阻。由于電阻為恒定電阻，其不受溫度的影響進而確保了本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路不受溫度的影響。

輸出電壓采樣電路302，連接在第二濾波電路202與負載301之間，對第二濾波電路202輸出的可調(diào)整的直流電壓進行采樣并產(chǎn)生第二采樣電壓，輸出至控制模塊40，通過控制模塊40對輸出電壓平均值進行檢測、判斷其是否在合理范圍內(nèi)。優(yōu)選地，輸出電壓采樣電路302可采用電阻實現(xiàn)。

控制模塊40包括控制電路401以及通訊電路402。

控制電路401分別與輸入電壓采樣電路104、輸入電流采樣電路105、驅(qū)動電路203、以及輸出電壓采樣電路302連接，基于采樣信號、第二采樣電壓輸出控制信號至驅(qū)動電路203。即控制電路401主要是根據(jù)輸入電壓采樣電路104輸出的第一采樣電壓、輸入電流采樣電路105輸出的采樣電流以及輸出電壓采樣電路輸出的第二采樣電壓與在控制電路401內(nèi)部預先設定的對應值進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出相應的控制信號至驅(qū)動電路203，驅(qū)動電路203輸出至直流轉(zhuǎn)換電路201，以控制直流轉(zhuǎn)換電路201中的開關(guān)管的關(guān)斷，進而調(diào)節(jié)輸入電流，使輸入電流快速恒定在設計值。優(yōu)選地，在本實施例中，控制電路401可采用DSP處理器或單片機實現(xiàn)，通過采樣DSP處理器或單片機進行反饋控制調(diào)節(jié)可使電源的輸入電流能快速穩(wěn)定。

通訊電路402，與控制電路401連接、供電源與外部監(jiān)控器進行數(shù)據(jù)傳輸?？梢岳斫獾?，設置通訊電路402使電源與外部監(jiān)控器進行數(shù)據(jù)傳輸，進而可利用外部監(jiān)控器對電源進行檢測和控制。進一步增強對電源的監(jiān)測及管理。優(yōu)選地，在本實施例中，通訊電路402可采用RS485或CAN實現(xiàn)。

如圖2所示，為本發(fā)明恒流輸入電源控制電路恒流控制的邏輯圖。當輸入電流大于設定值時，控制電路401根據(jù)輸入電流采樣電路105輸出的采樣電流、適當調(diào)整驅(qū)動電路輸出的占空比，進而改變直流轉(zhuǎn)換電路201的工作狀態(tài)，使輸出電壓減小，由于負載301所使用的電阻是恒定的，因此，可使得輸入電流減小，最終達到輸入電流的設定值。當輸入電流小于設定值時，控制電路401根據(jù)輸入電流采樣電路105輸出的采樣電流、適當調(diào)整驅(qū)動電路輸出的占空比，進而改變直流轉(zhuǎn)換電路201的工作狀態(tài)，使輸出電壓增大，由于負載301所使用的電阻是恒定的，因此，可使得輸入電流增大，最終達到輸入電流的設定值。

如圖3所示，為本發(fā)明恒流輸入電源控制電路的電路原理圖。具體地：

輸入接口101包括第一接口V+和第二接口V-，第一接口V+和第二接口V-分別與外部電路的相應的接口連接，使電源可與外界連接。

軟啟動電路102包括限流電阻R1以及繼電器K1，限流電阻R1的第一端與第一接口V+連接，限流電阻R1的第二端與第一濾波電路103連接，繼電器K1與限流電阻R1并聯(lián)。優(yōu)選地，限流電阻R1對輸入電流進行限流。

第一濾波電路103包括第一濾波電感L1和第一濾波電容C1，第一濾波電感L1的第一端與限流電阻R1的第二端連接，第一濾波電感L1的第二端與第一濾波電容C1的第一端連接，第一濾波電感L1的第二端與第一濾波電容C1的第一端連接的節(jié)點還連接至電壓轉(zhuǎn)換模塊20；第一濾波電容C1的第二端連接至第一參考地(且第一參考地與第二接口V-連接)。可以理解地，第一濾波電感L1和第一濾波電容C1的取值主要由輸入電流的紋波大小決定。優(yōu)選地，第一濾波電感L1的磁芯材料選擇磁粉芯；第一濾波電容C1選擇耐壓的電解電容。

輸入電壓采樣電路104包括電阻R4和電阻R5。電阻R4的第一端與第一接口V+連接，電阻R4的第二端與電阻R5的第一端連接；電阻R5的第二端連接至第一參考地；電阻R4與電阻R5之間的節(jié)點還連接至控制電路401的第一輸入端。可以理解地，電阻R4與電阻R5之間的節(jié)點電壓即為第一采樣電壓Vins。

輸入電流采樣電路105包括電阻RS、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及差分運算放大器。電阻RS的第一端與第一濾波電容C1的第二端連接，電阻RS的第一端還連接至第二接口V-，電阻RS的第二端與電阻R6的第一端連接；電阻R6的第二端與電阻R7的第一端連接并連接至差分運算放大器的同相輸入端，電阻R7的第二端連接至第一參考地；電阻R8的第一端與差分運算放大器的反相輸入端連接，電阻R8的第二端連接至第一參考地；電阻R9并聯(lián)在差分運算放大器的反相輸入端與輸出端之間；差分運算放大器的輸出端與控制電路401的第二輸入端連接?？梢岳斫獾?，電阻RS對輸入電流進行采樣，并經(jīng)差分運算放大器進行處理輸出采樣電流Iins至控制電路401的第二輸入端。優(yōu)選地，電阻RS為精密電阻。

直流轉(zhuǎn)換電路201包括開關(guān)管Q1和二極管D1。優(yōu)選地，開關(guān)管Q1為MOSFET管；二極管D1為快恢復二極管。開關(guān)管Q1的源極與電阻RS的第二端連接，開關(guān)管Q1的漏極與二極管D1的陽極連接，開關(guān)管Q1的柵極與驅(qū)動電路203連接。

第二濾波電路202包括第二濾波電感L2及第二濾波電容C2。第二濾波電感L2的第一端與開關(guān)管Q1的漏極連接，第二濾波電感L2的第二端與第二濾波電容C2的第二端連接，第二濾波電容C2的第一端與二極管D1的陰極連接。優(yōu)選地，第二濾波電容C2為電解電容。

驅(qū)動電路203包括驅(qū)動IC，驅(qū)動IC的輸入端與控制電路401的輸出端連接，驅(qū)動IC的輸出端與開關(guān)管Q1的柵極連接。

負載301包括負載電阻RL，負載電阻RL的第一端與第二濾波電容C2的第一端連接，負載電阻RL的第二端與第二濾波電容C2的第二端連接，負載電阻RL的第二端還連接至第二參考地。優(yōu)選地，負載電阻RL為阻值恒定的功率電阻。通過采用阻值恒定的功率電阻作為負載避免了負載的阻值受溫度的影響。

輸出電壓采樣電路302包括電阻R2和電阻R3，電阻R2的第一端與第二濾波電容C2的第一端連接，電阻R2的第二端與電阻R3的第一端連接，電阻R3的第二端連接至第二參考地；電阻R2與電阻R3之間的節(jié)點隔離處理后連接至控制電路401的第三輸入端?？梢岳斫獾兀娮鑂2與電阻R3之間的節(jié)點電壓即為第二采樣電壓Vos。

控制電路401可采用DSP處理器及相應的外圍器件，或者單片機及相應的外圍器件?？刂齐娐?01的通訊接口與通訊電路402連接。

以下結(jié)合圖3對本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路的原理作進一步的詳細說明：

假設應用本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路的電源的輸入電壓范圍為40～300VDC，涵蓋了48V、110V和220V 3種常用電壓等級的蓄電池系統(tǒng)，蓄電池系統(tǒng)的放電電流要求為50A。首先將蓄電池系統(tǒng)與模塊輸入接口正確連接，模塊正常工作后，輸入電流首先經(jīng)過限流電阻R1，第一濾波電感L1給第一濾波電容C1充電，延時之后，K1將閉合。可以理解地，第一濾波電感L1的磁芯材料選擇磁粉芯，第一濾波電容C1選擇350V電解電容，第一濾波電感L1和第一濾波電容C1的取值主要由輸入電流的紋波大小決定。然后輸入電流流經(jīng)開關(guān)管Q1，二極管D1和第二濾波電感L2，第二濾波電容C2，其中開關(guān)管Q1選擇600V耐壓的COOLMOSFET，主要作用是實現(xiàn)輸入電壓到輸出電壓的變換。二極管D1選擇600V快恢復二極管，主要作用是對第二濾波電感L2中的電流續(xù)流；第二濾波電感L2的作用是限制功率回路的電流變化率，有助于開關(guān)管Q1的安全運行；第二濾波電容C2的作用是使得負載電阻RL上的電壓波形更穩(wěn)定，一般選擇電解電容；負載電阻RL的阻值由最低輸入電壓和最大輸入電流決定。電阻R4和電阻R5組成輸入電壓的采樣電阻網(wǎng)絡，將第一采樣Vins送入控制電路401；精密電阻RS和電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及運算放大器對輸入電流進行采樣，并輸出采樣電流Iins送入控制電路401；電阻R2和電阻R3組成輸出電壓采樣電路302，將第二采樣電壓Vos經(jīng)過隔離處理之后送入控制電路401，用于檢測負載電阻RL上的平均值電壓是否在合理范圍內(nèi)，如果超出合理范圍，控制電路401則控制電源停止工作。控制電路401根據(jù)第一采樣電壓、采樣電流的數(shù)值和相應的控制算法得到PWM方波，PWM方波經(jīng)過驅(qū)動IC芯片驅(qū)動開關(guān)管Q1，控制開關(guān)管Q1的導通和關(guān)斷。

假設當輸入電流小于50A，控制電路401根據(jù)采樣電流Iins，將PWM方波的占空比調(diào)大，使開關(guān)管Q1導通時間增大，輸出電壓增大，由于負載電阻RL的阻值是恒定的，最終使得輸入電流增大；當輸入電流大于50A，控制電路401根據(jù)采樣電流Iins，將PWM方波的占空比調(diào)小，使開關(guān)管Q1導通時間減小，輸出電壓減小，由于負載電阻RL的阻值是恒定的，最終使得輸入電流減小。經(jīng)過上述反饋調(diào)節(jié)之后，最終使輸入電流穩(wěn)定在50A。

實施本發(fā)明的恒流輸入電源控制電路，采用DSP處理器或單片機進行反饋控制調(diào)節(jié)，使電源的輸入電流可快速穩(wěn)定；同時采用恒阻值的電阻作為負載，不受環(huán)境溫度的影響，且輸入電壓范圍寬，可適用多種不同電壓等級的蓄電池放電，合理設置參數(shù)時，電壓范圍可涵蓋10V～400V等級的蓄電池級放電，可滿足電力和通訊行業(yè)應用需要，適用范圍廣、實用性更強。

以上實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)此實施，并不能限制本發(fā)明的保護范圍。凡跟本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。

應當理解的是，對本領域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。