專利名稱：一種交流恒流源電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流恒流源電路，特別涉及一種基于比較器技術的交流恒流源模擬電路。
背景技術：
隨著電力工業的發展，交流恒流源在配電網絡中各種電子產品需求量大量增力口。目前主要使用的交流恒流源電路多數采用SPWM波形控制逆變電路，如中國專利文獻 CN2854922Y所披露的一種恒流源，其先將變壓器原側的交流電轉換為直流電，再將直流電經SPWM波形控制逆變電路逆變成所需的交流電。在該電路會產生大量諧波反饋到電網，容易干擾電子產品的正常工作，而且在使用過程中，用戶需先通過MCU設定電流值，整個恒流源的硬件電路所需元器件較多，成本也較高，容易出現故障。另外一種交流恒流源則是通過多重調壓器及相應的控制電路來實現。如中國專利文獻CN1479181所披露的一種模擬式交流恒流源，包括電壓粗調和電流細調兩級調節結構。在粗調調壓器滑動端連接有電壓傳感器，其信號反饋到粗調控制電路，形成粗調閉環結構。在輸出變壓器副側與負載之間串聯有電流傳感器，其信號反饋到細調控制電路，形成細調閉環結構。但是該交流恒流源的動態調節電流反應慢，而且調節機構存在機械磨損，噪音大，壽命短。對于電子產品來說，電源可靠性的高低直接影響著系統可靠性的高低，因此提供一種高靈敏度且具有高可靠性的交流恒流源電路很有必要。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于比較器技術的交流恒流源電路。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種交流恒流源電路，其至少包括變壓器、整流橋、AC/DC電源模塊、恒流控制電路，其中所述變壓器的原側與交流電源電連接，所述變壓器的副側與整流橋電連接，所述整流橋與所述恒流控制電路電連接，所述AC/ DC電源模塊與所述恒流控制電路電連接；
其特征在于所述恒流控制電路包括可調電位器、分壓電阻、電壓比較器芯片、MOSFET 芯片和大功率電阻；
其中所述可調電位器與所述分壓電阻串聯組成分壓電路后與所述整流橋的直流輸出端電連接，從而在所述可調電位器與所述分壓電阻的連接處產生基準比較電壓UREF ； 所述基準比較電壓UREF連接于所述電壓比較器芯片的第一輸入端； 所述MOSFET芯片和所述大功率電阻串聯后組成反饋電路后與所述整流橋輸出端電連接，從而在所述MOSFET芯片與大功率電阻的連接處產生反饋電壓UFB ； 所述反饋電壓UFB連接于所述電壓比較器芯片的第二輸入端； 所述電壓比較器芯片實時比較所述第一輸入端的基準比較電壓UREF和所述第二輸入端的反饋電壓UFB的幅值大小，電壓比較器芯片的輸出連接于所述MOSFET芯片的控制柵極；
當UFB小于UREF時，電壓比較器芯片產生高電平信號至所述MOSFET芯片控制柵極，從而導通所述MOSFET芯片；
當UFB大于UREF時，電壓比較器芯片不產生高電平信號至所述MOSFET芯片控制柵極， 從而關斷所述MOSFET芯片。進一步地，本發明的交流恒流源電路還包括電流顯示模塊，所述電流顯示模塊包括數字電流表和穿心式電流傳感器，所述穿心式電流傳感器穿過所述變壓器副側來檢測流經變壓器副側的電流，所述數字電流表顯示所述穿心式電流傳感器檢測的電流大小。進一步地，本發明的交流恒流源電路中所述變壓器原側輸入交流電的電壓為 220V，變壓器副側輸出交流電的交壓為5V。進一步地，本發明的交流恒流源電路中大功率電阻的額定功率為50W。
下面對本發明的電路的工作調節過程進行分析。當Ufb小于Ukef時，電壓比較器芯片產生高電平信號至MOSFET芯片的控制柵極G， 從而導通MOSFET芯片的源極S和漏極D。MOSFET芯片的源極S和漏極D導通時，在整流橋模塊、MOSFET芯片、大功率電阻Rl的回路中產生直流脈動電流II，從而在變壓器的副側，整流橋模塊和電子產品內阻回路產生交流電流10。同時，由于在整流橋模塊，MOSFET芯片，大功率電阻Rl的回路中產生脈動電流II， 隨著脈動電流Il上升，UFB也隨之上升；
當UFB上升至大于UREF時，電壓比較器芯片立即產生低電平信號至MOSFET芯片的控制柵極G，從而關斷MOSFET芯片的源極S和漏極D。脈動電流Il下降，UFB也隨之下降。UREF是由可調電位器的電阻決定的。也就是說，一旦確定了可調電位器的電阻大小，UREF也隨之確定，負載中的電流大小也就確定為恒定。AC/DC電源模塊為恒流控制電路的MOSFET芯片以及電流顯示模塊提供工作電壓。本發明的有益效果是本發明通過調節比較器參考電壓的方法實現輸出電流保持恒定，該電路具有靈敏度高且高可靠性的優點。
圖1所示的是本發明的電路原理結構框圖。圖2所示的是本發明實施例的電路原理圖。圖3所示的是圖2所示電路中的UFB電壓波形圖、UREF電壓波形圖及電壓比較器輸出的電平信號UC電壓波形圖。圖4所示的圖2所示電路中的流經電阻Rl的脈動電流11波形圖。圖5所示的圖2所示電路中輸出交流恒流IO波形圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖的具體實施方式
作進一步詳細的說明。 如圖1所示，本發明的交流恒流源電路，其包括變壓器Bi、整流橋Dl、AC/DC電源模塊B2、恒流控制電路、電流顯示模塊五部分。下面將對所述五個部分進行詳細介紹。
變壓器Bl原側輸入交流220V (L、N)，變壓器Bl副側輸出交流5V，本發明中所有交流電的電壓均為有效值；
變壓器Bl副側1腳與整流橋Dl輸入端ACl連接，變壓器Bl副側2腳與電子產品內阻 R的1腳連接，電子產品內阻R的2腳與整流橋Dl輸入端AC2連接； 電流顯示模塊包括數字電流表DP和穿心式電流傳感器CT。數字電流表DP輸入工作電源為交流220V (L、N)，穿心式電流傳感器CT穿過變壓器Bl副側2腳與電子產品內阻R的1腳連接線來檢測電流。穿心式電流傳感器CT 二次側出線連接數字電流表DP。AC/DC電源模塊B2輸入工作電源交流220V (L、N)，輸出DC12V電壓。其中 AC/DC電源模塊B2的輸出DC12V+連接按鈕開關SWl的1腳，12Vgnd連接整流橋Dl輸 出DC-。按鈕開關SWl的作用是控制DC12V的輸出。恒流控制電路由可調電位器VR、電壓比較器芯片Ul、MOSFET芯片U2及外圍大功率電阻R1，上拉電阻R2，分壓電阻R3組成。其中
可調電位器VR與分壓電阻R3串聯后組成分壓電路與所述整流橋Dl的直流輸出端 DC-和DC+電連接，從而在可調電位器VR與分壓電阻R3的連接處產生基準比較電壓UREF ； 具體的連接方式為
可調電位器VR的2腳和3腳短接并與整流橋Dl輸出的DC-連接； 可調電位器VR的1腳與電阻R3的2腳和電壓比較器芯片Ul第2腳連接； 電阻R3的1腳與MOSFET芯片U2的漏極D及整流橋Dl輸出的DC+連接。MOSFET芯片和大功率電阻串聯組成反饋電路后與整流橋Dl的直流輸出端DC-和 DC+電連接，從而在MOSFET芯片與大功率電阻的連接處產生反饋電壓UFB ；
大功率電阻Rl的2腳與整流橋Dl輸出的DC-連接；
大功率電阻Rl的1腳與MOSFET芯片的源極S及電壓比較器芯片Ul第3腳連接； MOSFET芯片的漏極D與電阻R3的1腳及整流橋Dl輸出的DC+連接。電壓比較器芯片Ul的第1腳與MOSFET芯片U2的柵極G及上拉電阻R2的第2腳連接，上拉電阻R2的第1腳與按鈕開關SWl的2腳連接，并連接到電壓比較器芯片Ul的第 8腳。電壓比較器芯片Ul的第3腳與MOSFET芯片U2的源極S及大功率電阻Rl的第1腳連接，大功率電阻Rl的第2腳與整流橋Dl輸出的DC-連接，并連接到電壓比較器芯片Ul 的第4腳。電壓比較器芯片Ul采用LM293P芯片，MOSFET芯片U2采用IRF1404芯片，可調電位器VR采用精密可調電位器。本領域技術人員也可以根據需要選擇其它型號的電壓比較器芯片、MOSFET芯片和可調電位器以實現類似的功能。電壓比較器芯片Ul的連接方式為
電壓比較器芯片Ul的引腳1連接MOSFET芯片U2的柵極G，用以輸出比較結果電平信號UC ；以控制MOSFET芯片U2的源漏極之間的通斷。電壓比較器芯片Ul的引腳2連接可調電位器VR的1腳和電阻R3的2腳，用于接
收比較參考電壓Ukef。電壓比較器芯片Ul的引腳3連接MOSFET芯片U2的源極S及大功率電阻Rl的第 1腳，用于接收反饋電壓UFB。
電壓比較器芯片Ul的引腳4連接大功率電阻Rl的第2腳和整流橋Dl輸出的DC-。電壓比較器芯片Ul的引腳5連接AC/DC電源模塊B2的輸出DC12V+。在恒流控制電路中，可調電位器VR與電阻R3組成分壓電路，產生電壓比較器芯片 Ul的比較參考電壓。通過調節可以可調電位器VR的電阻值，就可以改變基準比較電壓UREF 的幅值。恒流控制電路中，大功率電阻Rl根據通過的直流脈動電流Il產生反饋電平信號 UFB，輸入電壓比較器芯片U1。直流脈動電流Il與MOSFET的導通或關斷相關。電壓比較器芯片Ul將UFB與UREF進行實時比較，當UFB<UREF時，電壓比較器芯片Ul立即產生電平信號UC至MOSFET控制柵極G，M0SFET立即導通，變壓器Bl副側輸出交流5V經整流橋D1、M0SFET芯片U2、大功率電阻R1、電子產品內阻R回路產生交流電流10， 同時在大功率電阻Rl上產生直流脈動電流I1,直流脈動電流I1通過大功率電阻Rl產生反饋電平信號Ufb輸入集成芯片U1。隨著脈動電流I1上升，當UFB > UREF時，電壓比較器芯片Ul不產生電平信號UC，MOSFET芯片U2立即關斷；隨著脈動電流I1下降，當UFB < UREF 時，MOSFET芯片U2又立即導通，通過電壓比較器芯片Ul控制MOSFET芯片U2的導通或關斷，從而實現控制輸出恒定交流電流IO的電流幅值的目的。在一個最優實施例中，采用LM293P芯片作為電壓比較器芯片U1，采用IRF1404芯片作為MOSFET芯片U2，可調電位器VR阻值為10K，電阻R3的阻值為10K，直流電壓5V。由于整流橋是壓降為1. 4V左右，大功率電阻Rl的阻值為0. 1 Ω，功率為50W，MOSFET芯片導通的壓降為0. 3V左右，其內阻為0. 004Ω。上拉電阻R2為10ΚΩ。Bl為變壓器AC220/5V， Β2為輸入AC220V/輸出DC12V電源模塊。Dl為QL50A IOOOV0穿心式電流傳感器CT變比 30Α/3. 53V，數字電流表DP數字電流表工作電源為交流220V，測量范圍交流0-30Α。該實施例中最大基準比較電壓UREF= (5-1. 4-0. 3)VX (10/10+10)=3. 3X (0.5) =1. 65Vο所以該實施例中最大恒定交流電流10=1. 65V/ (0. 1+0. 004) Ω =15. 86Α，也就是說實施例中輸出恒定交流電流IO的電流幅值的范圍為0-15. 86Α。由于，電子產品的內阻R阻值一般很小，因此在計算最大基準比較電壓時忽略不計。下面以輸出恒流交流IOA為例來說明本發明基準比較電壓UREF的設置方法 當輸出恒定交流電流IO的電流幅值為IA時，反饋電壓UFB=O. 1 Ω X IOA=IV,為保證比
較基準電壓UREF =UFB=IV,即保證可調電位器VR與電阻R3分壓比為IV，即(5-1. 4) VX (VR/ (1+ 乂10=1￥，得到￥1 =385 0，可調電位器州阻值為385 Ω。如圖3所示，反饋電壓UFB的信號波形與比較基準電壓UREF的信號波形相同，電壓幅值相同。電壓比較器芯片Ul將反饋電壓UFB與比較基準電壓UREF進行實時比較。當 UFB<UREF時，電壓比較器芯片Ul立即產生電平信號UC號給MOSFET控制柵極G，M0SFET立即導通，產生脈動電流11 ；當UFB > UREF時，電壓比較器芯片Ul不產生電平信號UC，MOSFET 芯片U2立即關斷，脈動電流Il下降，；隨著脈動電流Il下降，UREF也隨之下降；當UFB < UREF時，MOSFET芯片U2又立即導通，通過電壓比較器芯片Ul控制MOSFET芯片U2的導通或關斷，從而實現控制輸出恒定交流電流IO的電流幅值的目的。如圖4和圖5所示，流經電阻Rl的脈動電流Il為脈動直流電流，輸出IO為交流
6電流，Il和IO的電流幅值相同。 上述實施例只是用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制。在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種交流恒流源電路，其至少包括變壓器、整流橋、AC/DC電源模塊、恒流控制電路， 其中所述變壓器的原側與交流電源電連接，所述變壓器的副側與整流橋電連接，所述整流橋與所述恒流控制電路電連接，所述AC/DC電源模塊與所述恒流控制電路電連接；其特征在于所述恒流控制電路包括可調電位器、分壓電阻、電壓比較器芯片、MOSFET 芯片和大功率電阻；其中所述可調電位器與所述分壓電阻串聯后組成分壓電路與所述整流橋的直流輸出端電連接，從而在所述可調電位器與所述分壓電阻的連接處產生基準比較電壓UREF ；所述基準比較電壓UREF連接于所述電壓比較器芯片的第一輸入端；所述MOSFET芯片和所述大功率電阻串聯組成反饋電路后與整流橋輸出端電連接，從而在所述MOSFET芯片與所述大功率電阻的連接處產生反饋電壓UFB ；所述反饋電壓UFB連接于所述電壓比較器芯片的第二輸入端；所述電壓比較器芯片實時比較所述第一輸入端的基準比較電壓UREF和所述第二輸入端的反饋電壓UFB的幅值大小，電壓比較器芯片的輸出連接于所述MOSFET芯片的控制柵極；當UFB小于UREF時，電壓比較器芯片產生高電平信號至所述MOSFET芯片控制柵極，從而導通所述MOSFET芯片；當UFB大于UREF時，電壓比較器芯片不產生高電平信號至所述MOSFET芯片控制柵極， 從而關斷所述MOSFET芯片。
2.如權利要求1所述的交流恒流源電路，其還包括電流顯示模塊，所述電流顯示模塊包括數字電流表和穿心式電流傳感器，所述穿心式電流傳感器穿過所述變壓器的副側來檢測電流，所述數字電流表顯示所述穿心式電流傳感器檢測的電流大小。
3.如權利要求1所述的交流恒流源電路，其中所述變壓器原側輸入交流電的電壓為 220V，變壓器副側輸出交流電的交壓為5V。
4.如權利要求1所述的交流恒流源電路，其中大功率電阻的額定功率為50W。
全文摘要
一種交流恒流源電路，其至少包括變壓器、整流橋、AC/DC電源模塊、恒流控制電路，其中所述變壓器的原側與交流電源電連接，所述變壓器的副側與整流橋電連接，所述整流橋與所述恒流控制電路電連接，所述AC/DC電源模塊與所述恒流控制電路電連接；所述恒流控制電路包括可調電位器、分壓電阻、電壓比較器芯片、MOSFET芯片和大功率電阻。本發明的交流恒流源電路還包括電流顯示模塊，所述電流顯示模塊包括數字電流表和穿心式電流傳感器。本發明通過調節比較器參考電壓的方法實現輸出電流保持恒定，該電路具有靈敏度高且可靠性高的優點。
文檔編號H02M7/04GK102223084SQ20111016119
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者羅湘煒, 賀曉紅 申請人:湖北網安科技有限公司