一种兼容恒压源与恒流源的低成本供电电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源供电输出技术领域，尤其涉及一种兼容恒压源与恒流源的低成本供电电路。


背景技术：

2.伴随我国新能源产业的迅速发展，储能技术及其产业的发展日渐成为各方关注的重点。目前储能在我国的发展刚刚起步，但随着我国新电改方案的实施，新能源发电、智能微电网、新能源汽车等行业的发展将不断提速，储能技术的应用将形成新的发展趋势。
3.dc电源，direct current，即直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。直流电源有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。
4.在便携式光伏产品中需兼容太阳能板和dc电源充电，且产品对成本要求敏感。市场上这种单电池线性充电ic是针对dc电源供电设计，往往用在太阳能充电时工作异常，且这种ic输入耐压偏低，太阳能板输出电压波动大可能超过ic输入耐压导致失效。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种兼容恒压源与恒流源的低成本供电电路，解决了现有的便携式光伏产品无法兼容太阳能板和dc电源充电，产品制造成本高、充电稳定性差的技术问题。
6.为解决以上技术问题，本实用新型提供一种兼容恒压源与恒流源的低成本供电电路，包括串联稳压电路和电流反馈电路，所述串联稳压电路包括稳压放大模块和稳压调整模块；所述稳压放大模块的输入端与供电输入端连接，控制端、输出端均与所述稳压调整模块连接；所述电流反馈电路的控制端与所述稳压调整模块连接，输入端接入所述稳压放大模块内部回路。
7.本基础方案设置与稳压放大模块连接的稳压调整模块，组成串联稳压电路，利用稳压调整电路的对稳压放大电路的输出电压进行稳压调整，同时利用电流反馈电路调整稳压放大模块的输出电流，进而使得充电电压、充电电流稳定可控，进而对太阳能板和dc电源充电的兼容，输入耐压高；电路简单，成本低。
8.在进一步的实施方案中，所述稳压放大模块包括第一电阻、第一开关管、第二开关管，当所述第一开关管为pnp型三极管、第二开关管为npn型三极管时：
9.所述第一开关的发射极作为输入端与所述供电输入端连接，集电极作为输出端与充电接口连接；所述第二开关的基极通过第一电阻与所述供电输入端连接，集电极与所述第一开关管的基极连接，发射极与所述第一开关的集电极连接。
10.在进一步的实施方案中，所述稳压调整模块包括三端可调电压源、第二电阻、第三电阻；所述第二电阻一端与所述充电接口连接、另一端通过第三电阻与所述电流反馈电路的控制端连接；所述三端可调电压源的正极接地、负极与所述第二开关管的基极连接，参考
极接入所述第二电阻、第三电阻之间。
11.本方案采用三端可调电压源、第二电阻、第三电阻组建稳压调整模块，三端可调电压源通过参考极实时检测稳压放大模块的输出电压(即采集充电电池的电池电压)，进而调整第二开关管的基极电压，以达到调整输出电压的效果，实现对输出电压的稳定控制。
12.在进一步的实施方案中，所述电流反馈电路包括第三开关管、第四电阻、第一电容，当所述第三开关管为npn型三级管时：
13.所述第四电阻的一端与所述第三电阻连接，另一端接地；所述第三开关管的基极和发射极分别连接所述第四电阻的两端，集电极接入所述第二开关的基极和所述第一电阻之间；所述第一电容的一端与所述第三开关管的集电极连接，另一端接地。
14.本方案设置电流反馈电路，通过检测连接到充电输出端的第四电阻的电压值，即可对当前充电回路的电流状态进行检测，从而在电流过流时，通过第四电阻提高第三开关管的导通电流，对充电主回路进行分流，降低第二开关管的控制端电流值；在电流减小时，通过第四电阻降低第三开关管的导通电流，保证第二开关管的控制端电流输入，如此实现了对输出充电电流的自动调整。
15.在进一步的实施方案中，本实用新型还包括与所述供电输入端、所述串联稳压电路连接的充电指示电路，所述充电指示电路包括发光二极管和第五电阻、第六电阻，所述发光二极管包括第一二极管和第二二极管：所述第一二极管的正极通过第五电阻与所述供电输入端连接负极与所述电流反馈电路的控制端连接，所述第二二极管的正极与所述第二开关管的基极连接负极与所述三端可调电压源的负极连接，所述第六电阻与所述第二开关管并联。
16.本方案设计以发光二极管为核心的充电指示电路，通过对回路的电流检测，实现了对电池的充电状态的检测，从而给予用户相应的充电状态提示。
17.在进一步的实施方案中，本实用新型还包括与所述供电输入端、所述串联稳压电路连接的过压保护电路，所述过压保护电路包括第四开关管、第七电阻、第八电阻，当所述第四开关管为npn型开关管时：
18.所述第七电阻的一端与所述供电输入端连接，另一端通过所述第八电阻接地；所述第四开关管的基极接入所述第七电阻、第八电阻之间，集电极与所述稳压放大模块的控制端连接，发射极接地。
19.本方案根据电路安全，设置了过压保护电路，当电路过压时，第四开关管被导通，对第一电阻处的电流进行分流，使流过第二开关管的基极电流为零从而不充电，进而有效防止第一开关管因功耗过大而失效。
20.在进一步的实施方案中，本实用新型还包括串联在所述供电输入端上的防接反保护模块，所述防接反保护模块包括串联在所述供电输入端端口上的防反接二极管。
21.本方案采用防反接二极管设置简单的防接反保护模块，可有效防止第一开关管、第二开关管过压失效。
22.在进一步的实施方案中，所述三端可调电压源采用型号为tl431的三端可调电压源。
23.在进一步的实施方案中，所述发光二极管采用四脚双色发光二极管。
24.在进一步的实施方案中，本实用新型还包括串联在所述供电输入端端口上的分压
电阻。
25.本方案在供电输入端端口上设置分压电阻，可调节分摊第一开关管的功耗限制，进而可设定更大的充电电流。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例提供的一种兼容恒压源与恒流源的低成本供电电路的硬件电路图；
27.其中：第一开关管q1～第四开关管q4，第一电阻r1～第八电阻r8，分压电阻r9，第一电容c1，防反接二极管d1，发光二极管led1，三端可调电压源u1。
具体实施方式
28.下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。
29.本实用新型实施例提供的一种兼容恒压源与恒流源的低成本供电电路，如图1所示，在本实施例中，包括串联稳压电路和电流反馈电路，串联稳压电路包括稳压放大模块和稳压调整模块；稳压放大模块的输入端与供电输入端(如图1中的pv+/dc+，代表太阳能板充电或dc电源供电)连接，控制端、输出端(如图1中的vbat)均与稳压调整模块连接；电流反馈电路的控制端与稳压调整模块连接，输入端接入稳压放大模块内部回路。
30.在本实施例中，稳压放大模块包括第一电阻r1、第一开关管q1、第二开关管q2，当第一开关管q1为pnp型三极管、第二开关管q2为npn型三极管时：
31.第一开关的发射极作为输入端与供电输入端连接，集电极作为输出端与充电接口连接；第二开关的基极通过第一电阻r1与供电输入端连接，集电极与第一开关管q1的基极连接，发射极与第一开关的集电极连接。
32.在本实施例中，输入耐压取决于第一开关管q1vce电压，vce电压往往很大，故可提高电路输入耐压值。
33.在本实施例中，稳压调整模块包括三端可调电压源u1、第二电阻r2、第三电阻r3；第二电阻r2一端与充电接口连接、另一端通过第三电阻r3与电流反馈电路的控制端连接；三端可调电压源u1的正极接地、负极与第二开关管q2的基极连接，参考极接入第二电阻r2、第三电阻r3之间。
34.第二电阻r2、第三电阻r3采集电池电压并反馈给三端可调电压源u1的参考极，此时三端可调电压源u1通过调整第二开关管q2的基极电压以达到调整输出电压目的；其中，通过调整第二电阻r2、第三电阻r3的阻值可设定电池充满时的电压值，同时可设定充电电路向电池索取的静态电流，而保持第二电阻r2、第三电阻r3的阻值比例不变同时增大阻值可降低电池静态电流，延长电池待机时间。
35.在本实施例中，三端可调电压源u1采用型号为tl431的三端可调电压源u1。
36.本实施例采用三端可调电压源u1、第二电阻r2、第三电阻r3组建稳压调整模块，三端可调电压源u1通过参考极实时检测稳压放大模块的输出电压(即采集充电电池的电池电
压)，进而调整第二开关管q2的基极电压，以达到调整输出电压的效果，实现对输出电压的稳定控制。
37.在本实施例中，电流反馈电路包括第三开关管q3、第四电阻r4、第一电容c1，当第三开关管q3为npn型三级管时：
38.第四电阻r4的一端与第三电阻r3连接，另一端接地；第三开关管q3的基极和发射极分别连接第四电阻r4的两端，集电极接入第二开关的基极和第一电阻r1之间；第一电容c1的一端与第三开关管q3的集电极连接，另一端接地。
39.当充电过流时，第四电阻r4电压升高，使得第三开关管q3的基极电流增大，则第三开关管q3集电极电流增加，对第一电阻r1输出的电流进行分流，这样流经第二开关管q2基极电流减小，进而稳压放大模块放大后的输出电流减小；
40.当充电电流减小时，第四电阻r4电压降低，第三开关管q3基极电流降低导致其集电极电流降低，使得从第一电阻r1输出的流过第二开关管q2基极电流增加，稳压放大模块放大后输出电流增大，这样就实现调整充电恒流目的。
41.其中，第一电容c1用于滤波稳定第二开关管q2的基极电压，使输出电压、电流稳定避免振荡。
42.第一开关管q1、第二开关管q2的达林顿接法提高了电流放大倍数，这样第二开关管q2需要的基极电流减小，进而第三开关管q3需调整的集电极电流减小，对应第三开关管q3基极电流减小，这样第三开关管q3vbe电压基本恒定，流过第四电阻r4的电流就基本恒定，从而提高了充电电流精度，通过调整第四电阻r4的阻值即可设置充电电流。
43.本实施例设置电流反馈电路，通过检测连接到充电输出端的第四电阻r4的电压值，即可对当前充电回路的电流状态进行检测，从而在电流过流时，通过第四电阻r4提高第三开关管q3的导通电流，对充电主回路进行分流，降低第二开关管q2的控制端电流值；在电流减小时，通过第四电阻r4降低第三开关管q3的导通电流，保证第二开关管q2的控制端电流输入，如此实现了对输出充电电流的自动调整。
44.在本实施例中，可选的，本实用新型还包括与供电输入端、串联稳压电路连接的充电指示电路，充电指示电路包括发光二极管led1和第五电阻r5、第六电阻r6，发光二极管led1包括第一二极管(如图1中左侧的二极管)和第二二极管(如图1中右侧的二极管)：第一二极管的正极通过第五电阻r5与供电输入端连接负极与电流反馈电路的控制端连接，第二二极管的正极与第二开关管q2的基极连接负极与三端可调电压源u1的负极连接，第六电阻r6与第二开关管q2并联。
45.在本实施例中，发光二极管led1采用四脚双色发光二极管。输入供电时，若电压达到led1左边发光二极管开启电压左侧就会发光，代表充电，此时由于电池未充满，流经三端可调电压源u1电流可以忽略，故第六电阻r6电压未达到led1右侧发光二极管开启电压，故右侧灯不发光。当电池充满时流过第一电阻r1的电流几乎都进入三端可调电压源u1，此时第六电阻r6电压决定于电池电压+q2vbe-u1饱和压降，当第六电阻r6电压超过led1右侧发光二极管开启电压时右侧灯点亮，指示电池充满。
46.调整发光二极管led1和第五电阻r5、第六电阻r6可设置指示灯亮度、开启条件等。
47.本实施例设计以发光二极管led1为核心的充电指示电路，通过对回路的电流检测，实现了对电池的充电状态的检测，从而给予用户相应的充电状态提示。
48.在本实施例中，可选的，本实用新型还包括与供电输入端、串联稳压电路连接的过压保护电路，过压保护电路包括第四开关管q4、第七电阻r7、第八电阻r8，当第四开关管q4为npn型开关管时：
49.第七电阻r7的一端与供电输入端连接，另一端通过第八电阻r8接地；第四开关管q4的基极接入第七电阻r7、第八电阻r8之间，集电极与稳压放大模块的控制端连接，发射极接地。
50.第七电阻r7、第八电阻r8对输入电压进行采样，当第八电阻r8上的电压超过第四开关管q4的vbe电压时，第四开关管q4导通对第一电阻r1输出的电流分流，使流过第二开关管q2基极电流为零从而不充电，达到过压保护目的。
51.本实施例根据电路安全，设置了过压保护电路，当电路过压时，第四开关管q4被导通，对第一电阻r1处的电流进行分流，使流过第二开关管q2的基极电流为零从而不充电，进而有效防止第一开关管q1因功耗过大而失效。
52.在本实施例中，可选的，本实用新型还包括串联在供电输入端上的防接反保护模块，防接反保护模块包括串联在供电输入端端口上的防反接二极管d1。
53.本实施例采用防反接二极管d1设置简单的防接反保护模块，可有效防止第一开关管q1、第二开关管q2过压失效。
54.在本实施例中，可选的，本实用新型还包括串联在供电输入端端口上的分压电阻r9。由于第一开关管q1工作在放大区，故其功耗较大，充电电流受其额定功率及散热限制，增加分压电阻r9后，大部分电压降在分压电阻r9上，第一开关管q1工作在放大-饱和临界状态，可降低第一开关管q1功耗进而能设定更大的充电电流。
55.本实施例在供电输入端端口上设置分压电阻r9，可调节分摊第一开关管q1的功耗限制，进而可设定更大的充电电流。
56.在本实施例中，具体的充电调整原理如下：
57.(1)恒压源供电充电时，输入电压恒定，输入电流充足大于充电电流。
58.当电池电压偏低时，第二电阻r2、第三电阻r3采样电压低于三端可调电压源u1参考电压，流经三端可调电压源u1电流可忽略，流过第一电阻r1的电流几乎都流过第二开关管q2基极，经第一开关管q1、第二开关管q2放大后的充电电流流过第四电阻r4将大于第三开关管q3的vbe采样电压，如此经第三开关管q3放大后分掉多余的流经第一电阻r1的电流，使流经第二开关管q2基极的电流减小从而实现恒流充电；
59.当电池电压达到设定电压时，第二电阻r2、第三电阻r3采样电压等于三端可调电压源u1参考电压，流经三端可调电压源u1电流增加，流过第一电阻r1电流被三端可调电压源u1分掉部分，使得流过第二开关管q2基极电流减小，进而控制充电电流减小。此时流过第四电阻r4的电流减小，第四电阻r4的电压降低，并在低于第三开关管q3vbe开启电压后，第三开关管q3截止，此时输出表现为恒压模式，充电电流逐渐减小直至接近为零。
60.如此，实现先恒流、后恒压，满足电池充电的需求。
61.(2)恒流源供电充电：使用太阳能板充电时类似恒流源，输入电流恒定，输入电压变动决定于充电回路的输入阻抗。
62.当光照弱、输入电流低于充电电流且电池未充满时，充电电流为输入电流，第三开关管q3截止，三端可调电压源u1的电流可忽略，故第一电阻r1的电流几乎都流进第二开关
管q2基极，此时第二开关管q2基极电流由充电电流和稳压放大模块的放大倍数决定，第一电阻r1的电压由第二开关管q2的基极电流决定，故输入电压为电池电压+第二开关管q2vbe+第一电阻r1电压。输入电流越小、电池电压越低则输入电压越低，反之输入电压越高；
63.当光照强、输入电流大于充电电流且电池未充满时，充电电流被限制在设定值，由于需求电流小于太阳能板供电电流，太阳能板输出电压会升高，此时类似于恒压源供电，充电过程类似以上(1)中的充电过程；
64.当电池接近充满时，恒压充电电流减小，当充电电流小于太阳能板供电电流时，此时太阳能板输出电压会升高，此时类似于恒压源供电，充电过程类似以上(1)中的充电过程。
65.本实用新型实施例设置与稳压放大模块连接的稳压调整模块，组成串联稳压电路，利用稳压调整电路的对稳压放大电路的输出电压进行稳压调整，同时利用电流反馈电路调整稳压放大模块的输出电流，进而使得充电电压、充电电流稳定可控，进而对太阳能板和dc电源充电的兼容，输入耐压高；电路简单，成本低。
66.在本实施例中，以上充电指示电路、过压保护电路、防接反保护模块、分压电阻r9均为可选项(如图1中虚线框起部分)，可根据实际的应用需要选择其中的一种或多种连接串联稳压电路和电流反馈电路，本实施例并不对此做出限制。
67.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。