一种双向恒流源电路及家用电器的制作方法

1.本发明属于电源技术领域，具体地说，是涉及一种双向恒流源电路及家用电器。


背景技术：

2.近年来电子行业发展迅速，无论在工业上或者民用上，对双向电流执行器件的使用需求越来越大，比如马达、风扇等负载均属于双向电流控制的器件。在白电产品如冰箱、制冰机、空调、烤箱等产品中均有用到此类负载。
3.现有技术中，为了保证此类负载的正向与反向电流自由切换，一般使用驱动芯片对这类负载进行控制，具体为将负载的正负引脚接入芯片中输出驱动引脚上，通过控制驱动芯片的两个驱动引脚的正负极切换对负载电流的方向。这种控制方式一般只能以固定电压的方式控制驱动芯片的正负极输出引脚，无法实现恒流设定。而现有的恒流源设计大多使用电流单向控制，无法实现电流反向的功能。


技术实现要素：

4.本发明提供一种双向恒流源电路及家用电器，通过正负电压生成模块、输出模块、输出控制模块输出可控方向电源及通过补偿模块反馈实现正负电压源恒流，适应感性负载正反转需求，提高控制效率及效率。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种双向恒流源电路，用于为负载电路提供双向恒流电源，包括斩波电路模块、占空比调整模块、正负电压生成模块、输出模块、输出控制模块、补偿模块；
7.所述斩波电路模块包括第一电压输出端；
8.所述占空比调整模块可输出具有可调占空比的控制波，与所述斩波电路模块连接，用于控制所述第一电压输出端的输出电压；
9.所述正负电压生成模块与所述第一电压输出端连接，用于生成正负电压源；
10.所述输出模块分别与所述正负电压生成模块、所述负载电路连接，用于选择正电压源或者负电压源与所述负载电路连通；
11.所述输出控制模块与所述输出模块连接，用于控制所述输出模块选择所述正电压源或所述负电压源输出；
12.所述补偿模块分别与所述占空比调整模块、所述负载电路连接，采集所述负载电路的电信号用于调整所述控制波的占空比。
13.在一实施例中，所述斩波电路模块为buck斩波电路、boost斩波电路或buck-boost斩波电路，其包括第一可控开关件；
14.所述第一可控开关件包括控制端，其与所述占空比调整模块连接。
15.在一些实施例中，所述正负电压生成模块包括正激变压器，其包括原边绕组、副边绕组；所述副边绕组的中间抽头接地；所述副边绕组的两端分别生成所述正电压源、所述负电压源。
16.在一些实施例中，所述正负电压生成模块还包括第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻；
17.所述第一电容与所述原边绕组串联后与所述第一续流二极管并联；所述第一续流二极管的正极接地；
18.所述副边绕组的两端分别与所述第二续流二极管的正极、所述第三续流二极管的负极连接；所述第二电容与所述第一电阻并联生成第一并联电路；所述第三电容与所述第二电阻并联生成第二并联电路；所述第二续流二极管的负极与所述第一并联电路的一端、所述第四电容的一端连接；所述副边绕组的中间抽头与所述第一并联电路的另一端、所述第二并联电路的一端连接；所述第三续流二极管的正极与所述第二并联电路的另一端、所述第四电容的另一端连接。
19.在一实施例中，所述输出模块为三极管推挽电路，其包括第一三极管、第二三极管；
20.所述第一三极管为npn型三极管；所述第二三极管为pnp型三极管；所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接；所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接后与所述负载电路连接；所述第一三极管的集电极与所述正电压源连接；所述第二三极管的集电极与所述负电压源连接。
21.在一实施例中，所述输出控制模块包括第一放大器、第二放大器、第二可控开关件、第三可控开关件、第三电阻、第四电阻；
22.所述第一放大器的正输入端输入设定电压、负输入端输入第一基准电压、输出端接所述第二放大器的负输入端；所述第二放大器的正输入端接地、输出端接第二可控开关件的控制端；所述第二可控开关件分别连接所述第三可控开关件的控制端、地；所述第三可控开关件的两端分别连接所述负电压源、通过所述第三电阻连接所述正电压源；
23.所述第三电阻的一端与所述第一三极管的集电极连接，另一端与所述第一三极管的基极连接；
24.所述第四电阻的两端分别与所述第一三极管的集电极、发射极连接。
25.在一实施例中，还包括第四续流二极管；所述第二可控开关件为pnp型三极管；所述第三可控开关件为npn型三极管；
26.所述第四续流二极管的负极与所述第二可控开关件的基极连接，正极与所述第二可控开关件的发射极连接并接地；第二可控开关件的集电极与所述第三可控开关件的基极连接；所述第三可控开关件的集电极通过所述第三电阻与所述正电压源连接，发射极与所述负电压源连接。
27.在一些实施例中，所述补偿模块包括采样电阻、第三放大器、第四放大器；
28.所述采样电阻与所述负载电路串联后接地；所述第三放大器的正输入端与采样电阻的非接地端连接，负输入端与输出端连接；
29.所述第四放大器的正输入端输入第二基准电压、负输入端接所述第三放大器的输出端、输出端与所述占空比调整模块连接。
30.在一些实施例中，还包括第五电阻、第六电阻；所述第一放大器的输出端通过所述第五电阻与所述第四放大器的正输入端连接，通过所述第六电阻接地，输出所述第二基准电压。
31.一种家用电器，包括上述的双向恒流源电路。
32.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的双向恒流源电路及家用电器通过正负电压生成模块生成正负电压源；通过输出模块及输出控制模块控制输出正电压源或者负电压源与负载电路连接，使需要正反运转的感性负载快速高效实现正反转控制，提高控制效率；补偿模块分别与负载电路、占空比调整模块连接，采集负载电路的电信号实现对负载电流的反馈控制实现正负电压源为负载电路提供恒流电源，使分压恒定的负载电路电流保持恒定，保证负载电路恒压恒流，提高负载运转的稳定性及运转效率。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明所提出的一种双向恒流源电路的一种实施例的功能框图；
35.图2是本发明所提出的一种双向恒流源电路的一种实施例的电路原理示意图。
36.图中，
37.1、斩波电路模块；2、正负电压生成模块；3、输出模块；4、占空比调整模块；5、输出控制模块；6、补偿模块；lo、负载电路；p1、第一可控开关件；vi、输入电压；t、正激变压器；a1、原边绕组；a2、副边绕组；c1、第一电容；c2、第二电容；c3、第三电容；c4、第四电容；d1、第一续流二极管；d2、第二续流二极管；d3、第三续流二极管；d4、第四续流二极管；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；r7、第七电阻；r8、第八电阻；r9、第九电阻；r10、第十电阻；r11、第十一电阻；r12、第十二电阻；r13、第十三电阻；r14、第十四电阻；r15、第十五电阻；r16、第十六电阻；ri、采样电阻；u1、第一放大器；u2、第二放大器；u3、第三放大器；u4、第四放大器；q1、第一三极管；q2、第二三极管；q3、第二可控开关件；q4、第三可控开关件；vo1、第一电压输出端；vo

、正电压源；vo-、负电压源；vt、设定电压；vcc、第一基准电压；vu1_out、第一放大器输出端电压；vu2_out、第二放大器输出端电压；vu3_out、第三放大器输出端电压；vu4_out、第四放大器输出端电压。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中至始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.参照图1，本发明公开一种双向恒流源电路及包括其的家用电器；双向恒流源电路包括斩波电路模块1、占空比调整模块4、正负电压生成模块2、输出模块3、输出控制模块5、补偿模块6。
40.斩波电路模块1包括第一电压输出端vo1，可输出和输入电压vi不同的第一输出电压。
41.占空比调整模块4与斩波电路模块1连接；占空比调整模块4可输出占空比可调的控制波，其输出至斩波电路模块1，用于调整第一输出电压的大小。
42.正负电压生成模块2与第一电压输出端vo1连接，用于生成正负电压源vo-。输出模
块3分别与正负电压生成模块2、负载电路lo连接，用于选择正电压源vo

或者负电压源vo-与负载电路lo连通，实现向负载电路lo提供正电压源vo

或负电压源vo-。
43.输出控制模块5与输出模块3连接，用于控制输出模块3选择正电压源vo

或负电压源vo-输出。
44.补偿模块6分别与占空比调整模块4、负载电路lo连接，采集负载电路lo的电压信号或者电流信号用于作为负载电路lo的反馈信号调整控制波的占空比，从而最终实现调整正电压源vo

或负电压源vo-的电压值，而保证负载电路lo的电流恒定，实现双向的恒流电源。
45.本发明的双向恒流源电路及家用电器通过正负电压生成模块2生成正负电压源vo-；通过输出模块3及输出控制模块5控制输出正电压源vo

或者负电压源vo-与负载电路lo连接，使需要正反运转的感性负载快速高效实现正反转控制，提高控制效率；补偿模块6分别与负载电路lo、占空比调整模块4连接，采集负载电路lo的电信号实现对负载电流的反馈控制实现正负电压源vo-为负载电路lo提供恒流电源，使分压恒定的负载电路lo电流保持恒定，保证负载电路lo恒压恒流，提高负载运转的稳定性及运转效率。
46.在一实施例中，参照图1，斩波电路为buck斩波电路，其包括第一可控开关件p1；第一可控开关件p1的控制端与占空比调整模块4连接。
47.优选的，占空比调整模块4可输出的控制波为锯齿波，其占空比可调。第一可控开关为mos管。
48.当然，斩波电路也可为boost斩波电路或buck-boost斩波电路，均可实现固定电压输入时调整第一输出电压的值。
49.在一实施例中，参照图1及图2，正负电压生成模块2包括正激变压器t，其包括原边绕组a1、副边绕组a2；原边绕组a1与斩波电路模块1连接，作为斩波电路模块1的负载；副边绕组a2的中间抽头接地；在副边绕组a2的两端分别生成正电压源vo

、负电压源vo-。
50.正负电压生成模块2还包括第一续流二极管d1、第二续流二极管d2、第三续流二极管d3、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第一电阻r1、第二电阻r2。
51.第一电容c1和原边绕组a1串联形成的串联电路与第一续流二极管d1并联，且第一续流二极管d1的正极接地。
52.优选的，第一电容c1的一端与第一续流二极管d1的正极连接。
53.副边绕组的两端分别与第二续流二极管d2的正极、第三续流二极管d3的负极连接；第二电容c2与第一电阻r1并联形成第一并联电路；第三电容c3与第二电阻r2并联形成第二并联电路；第二续流二极管d2的负极与第一并联电路的一端、第四电容c4的一端连接；副边绕组a2的中间抽头与第一并联电路的另一端、第二并联电路的一端连接；第一并联电路的另一端与第二并联电路的一端连接；第三续流二极管d3的正极与第二并联电路的另一端、第四电容c4的另一端连接。
54.本实施例的双向恒流源电路通过第一电阻r1、第二电阻r2为正负电压生成模块2的假负载电阻及第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4消除电压纹波，提供纹波率较低且电压稳定的双向电源。
55.在一实施例中，参照图1及图2，输出模块3为推挽电路。
56.输出模块3优选为三极管推挽电路，其包括第一三极管q1、第二三极管q2；第一三
极管q1为npn型三极管；第二三极管q2为pnp型三极管；第一三极管q1的集电极与正电压源vo

连接；第二三极管q2的集电极与负电压源vo-连接；第一三极管q1的基极与第二三极管q2的基极连接，为正负电压电源的输入端；第一三极管q1的发射极与第二三极管q2的发射极连接，且与负载电路lo连接，为正负电压电源的输出端。
57.本实施例的双向恒流源电路通过控制第一三极管q1或第二三极管q2连通，即可控制负载电路lo连通正电压源vo

或负电压源vo-，实现双向电源的切换，效率较高。
58.在一实施例中，参照图1及图2，输出控制模块5包括第一放大器u1、第二放大器u2、第二可控开关件q3、第三可控开关件q4、第三电阻r3、第四电阻r4。
59.第一放大器u1用作比较器，其正输入端通过输入电阻输入设定电压vt，负输入端通过放大电阻输入第一基准电压vcc。
60.输入电阻包括第七电阻r7、第八电阻r8；放大电阻为第九电阻r9；第一放大器u1还设置有第十电阻r10作为放大电阻。
61.第七电阻r7与第八电阻r8串联；第八电阻r8端接地；第七电阻r7与第八电阻r8的公共端与第一放大器u1的正输入端连接；所述第七电阻r7端为设定电压vt的输入端。
62.第九电阻r9与第十电阻r10串联；第九电阻r9端用于输入第一标准电压；第十电阻r10端与第一放大器u1的输出端连接；第九电阻r9与第十电阻r10的公共端与第一放大器u1的负输入端连接。
63.第一放大器输出端电压vu1_out根据放大器虚短与虚断原理计算如下：
[0064][0065]
第二放大器u2的正输入端接地；负输入端通过第十一电阻r11接第一放大器u1的输出端，通过第十二电阻r12连接其输出端；第二放大器输出端电压vu2_out根据放大器虚短与虚断原理计算如下：
[0066]
vu2_out＝vu1_out
·r12
/r
11
ꢀꢀ
(2)
[0067]
结合(1)式及(2)式得，
[0068][0069]
第二可控开关件q3为pnp型三极管，其发射极接地、基极与第二放大器u2的输出端连接；当第二放大器输出端电压vu2_out小于-0.7v时，第二可控开关件q3导通；当第二放大器输出端电压vu2_out不小于-0.7v时，第二可控开关件q3截止。
[0070]
第三可控开关件q4为npn型三极管，其基极通过第十三电阻r13与第二可控开关件q3的集电极连接，发射极接负电压源vo-，集电极与第一三极管q1和第二三极管q2的基极连接，且通过第三电阻r3接正电压源vo

；第四电阻r4的两端分别与第一三极管q1的集电极、发射极连接。
[0071]
当第二可控开关件q3导通时，第三可控开关件q4导通，则第三电阻r3足够大使第二三极管q2导通、第一三极管q1截止，则输出端连通负电压源vo-，输出负电压源vo-至负载电路lo。
[0072]
第三可控开关件q4的基极电流i
q4_b
为：
[0073]iq4_b
＝(vo- 0.7v)/r13
[0074]
此时r3上压降为v
r3
＝β*i
q4_b
*r3，其中β为第三可控开关件q4的放大倍数，当选取足够大的r3的值时，可保证此时的第三可控开关件q4的集电极电压为(vo-) 0.3v，其中0.3v为第三可控开关件q4的集电极与发射极之间的电压。
[0075]
当第二可控开关件q3截止时，第三可控开关件q4截止，则第一三极管q1导通、第二三极管q2截止。第三可控开关件q4的集电极电压为正电压源vo

；第三可控开关件q4的集电极电压同时也是第一三极管q1与第二三极管q2的基极电压。输出端连通正电压源vo

，输出正电压源vo

。
[0076]
根据第一三极管q1和第二三极管q2的基极电压范围其输出电压vo的值为v
o
－0.7v或v
o- 1v的电压。
[0077]
本实施例的双向恒流源电路设定第一基准电压vcc及输入设定电压vt，通过第一放大电路比较设定电压vt与第一基准电压vcc控制正电压源vo

或者负电压源vo-输出，设计巧妙，控制效率高。
[0078]
在一些实施例中，参照图2，输出控制模块5还包括第四续流二极管d4，其正极与第二可控开关件q3的发射极连接，负极与第二可控开关件q3的基极连接。
[0079]
本实施例的第四续流二极管d4当第二放大器输出端电压vu2_out较小时保护第二可控开关件q3，防止由于第二可控开关件q3耐压不足损坏，提高输出控制模块5的稳定性及可靠性，进而提高双向恒流源电路稳定性及可靠性。
[0080]
在一些实施例中，参照图2，补偿模块6包括采样电阻ri、第三放大器u3、第四放大器u4。
[0081]
采样电阻ri与负载电路lo串联后接地；第三放大器u3的正输入端与采样电阻ri的非接地端连接，采集负载电路lo的代表电流信号的电压信号，负输入端与其输出端连接。
[0082]
优选的，第三放大器u3的正输入端通过第十四电阻r14与采样电阻ri的非接地端连接，进行限流。
[0083]
第四放大器u4的正输入端输入第二基准电压，负输入端通过第十五电阻r15接第一放大器u1的输出端、通过第十六电阻r16接其输出端；第四放大器u4的输出端接占空比调整模块4。
[0084]
本实施例的双向恒流源电路中，采样电阻ri的采样电压经第三放大器u3的电压跟随作用传输给第四放大器u4；第四放大器u4实为比较器，对采样电压与第二基准电压进行比较；采样电压反应负载电流；具体的，第四放大器输出端电压vu4_out计算如下：
[0085][0086]
vu3_out为第三放大器输出端电压。
[0087]
第四放大器u4的输出端与占空比调整模块4连接，通过第四放大器u4的输出端的电压调整锯齿波的占空比，进而调整正负电压源vo-的电压，使负载电路lo保持工作电流，实现正负电压源vo-的恒流。
[0088]
在一些实施例中，参照图2，还包括第五电阻r5、第六电阻r6；第一放大器u1的输出端通过第五电阻r5与第四放大器u4的正输入端连接，通过第六电阻r6接地。
[0089]
本实施例的双向恒流源电路的第四放大器输出端电压vu4_out根据放大器的虚短虚断原理具体计算如下：
[0090][0091]
vu3_out＝v
ri
ꢀꢀ
(6)
[0092]
结合式(1)、式(5)及式(6)得，
[0093][0094]
本实施例通过输入的第一基准电压vcc及设定电压vt确定第二基准电压。
[0095]
在一实施例中，参照图2，第一放大器u1、第二放大器u2、第三放大器u3、第四放大器u4的电源均须连接正负电源，使其可输出正电压及负电压。
[0096]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0097]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0098]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0099]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0100]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0101]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。