可控直流电源及血压计气泵控制装置的制作方法

本发明关于可控电源，尤其关于可控直流电源及血压计气泵控制装置。

背景技术：

可控电源或受控电源，通过控制信号可以控制可控电源或受控电源输出的电压或电流，在信号采集、自动控制领域应用广泛。在电子电路中，直流稳压器分为线性稳压器和开关稳压器。集成稳压器又叫集成稳压电路，其为将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压的集成电路，一般分为线性集成稳压器和开关集成稳压器两类。

线性稳压器(linearregulator)使用在其线性区域内运行的晶体管或fet，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。开关稳压器使用输出级，重复切换“开”和“关”状态，与能量存贮部件(电容器和电感器)一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。

血压计气泵以电力为动力，通过电力不停压缩空气来产生气压，给血压计袖带充气。气泵控制电路是充气式电子血压计必须具有的电路，用于控制气泵的充气。测量血压时，气泵向袖带中充气。目前常用的控制方式为pwm方式，控制器输出pwm控制信号，控制场效应管q1的导通和截止，进而控制气泵m1的充气速度，如图1所示。在上升法测量的血压计中，对充气速度的线性度要求较高，采用pwm控制时，在相同占空比的pwm信号的情况下，如果供电电源vcc电压不稳定(例如电池供电)，随着工作时间的推移，vcc电压会变化，导致气泵m1的充气速度发生变化。当气泵m1开始对袖带充气后，随着袖带内气压的增加，气泵m1的负荷增加，气泵m1充气速度会发生变化。在气泵充气过程出现上述问题时，会影响气泵充气的稳定性，影响控制的精度，增加充气控制的难度。在供电电源电压不稳定并且对充气速度控制要求较高的情况下，通过常规的pwm控制难以达到目的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种可控直流电源，以解决上述问题。

根据本发明实施例第一方面，提供一种可控直流电源，包括：稳压器，包含接收直流输入的输入端、输出可控直流输出的输出端以及反馈端；以及取样电路，接收所述可控直流输出和控制信号，根据所述控制信号产生输出信号至所述反馈端；其中，所述稳压器具有负反馈机制，根据所述反馈端的所述输出信号的电压变化调整所述可控直流输出的电压，使得所述电压稳定。

根据本发明实施例第二方面，提供一种血压计气泵控制装置，包含可控直流电源以及气泵负载。所述可控直流电源包括：稳压器，包含接收直流输入的输入端、输出可控直流输出的输出端以及反馈端；以及取样电路，接收所述可控直流输出和控制信号，根据所述控制信号产生输出信号至所述反馈端；其中，所述稳压器具有负反馈机制，根据所述反馈端的所述输出信号的电压变化调整所述可控直流输出的电压，使得所述电压稳定。所述气泵负载耦接于所述输出端与地之间，其中所述气泵的充气速度是根据所述可控直流输出的电压来控制的。

本发明实施例提供的可控直流电源，在器件的正常工作条件下，即使输入的直流电源的电压发生变化或者可控直流电源的负载发生变化，仍然可以根据控制信号控制可控直流电源的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为气泵控制电路的传统pwm控制方式。

图2为根据本发明实施例的可控直流电源200的示意图。

图3为根据本发明实施例的可控直流电源300的示意图。

图4为根据本发明实施例的可控直流电源400的示意图。

图5为根据本发明实施例的可控直流电源500的示意图。

图6为根据本发明实施例的可控直流电源600的示意图。

图7为根据本发明实施例的可控直流电源700的示意图。

图8为根据本发明实施例的可控直流电源800的示意图。

图9-10为根据本发明另一实施例的可控直流电源的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，其中自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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

本发明所提供提出的可控直流电源。在器件的正常工作条件下，即使输入的直流电源的电压发生变化或者可控直流电源的负载发生变化，仍然可以根据控制信号来控制可控直流电源的输出，稳定输出电压。

图2为根据本发明实施例的可控直流电源200的示意图。如图2所示，在本实施例中，可控直流电源200包括稳压器202、取样电路204，其中稳压器202包括用以接收直流输入的输入端、用以输出可控直流输出的输出端以及一反馈输入端fb，取样电路204包括用以接收控制信号的控制端，用以接收可控直流输出的输入端、以及输出端，用以产生输出信号给稳压器202的fb端。其中控制信号可以为模拟信号。直流输入电源输入到稳压器202的电源输入端，稳压器202的输出端输出的可控直流输出反馈到取样电路204，同时控制信号也输入到取样电路204，取样电路204产生输出信号到稳压器202的反馈输入端fb。稳压器具有负反馈机制，当控制信号有效且不变时，通过稳压器202的负反馈机制稳定可控直流输出的输出电压。稳压器202的输出端可直接或间接耦接于可控直流电源200的输出端。并且，可以根据不同的控制信号输入，输出不同电压的直流输出，且不受输入直流电源的影响。稳压器202的类型包括但不限于线性稳压器和开关稳压器。稳压器的组成形式包括但不限于集成稳压器和分立稳压器，分立稳压器由分立器件构成。

图3为根据本发明实施例的可控直流电源300的示意图。如图3所示，在本实施例中，可控直流电源300包括稳压器u1302和取样电路，其中稳压器302为线性稳压器，包括用以接收直流输入uin的输入端vin、用以输出可控直流输出的输出端vout以及一反馈输入端fb，取样电路包括电阻器r1、r2和r3，其中uc为控制信号。当稳压器u1302正常工作时，fb端对gnd的电压ufb保持固定不变。uin为输入的直流电源，连接到稳压器u1302的电源输入端vin。uout为可控直流电源输出，连接到稳压器u1302的输出端vout。ifb为流入稳压器u1302的fb端的电流。ir1为流经电阻r1的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir2为流经电阻r2的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir3为流经电阻r3的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。

根据本实施例，可控直流电源300的工作原理如下。稳压器u1302具有负反馈机制。当稳压器u1302工作在正常状态下，稳压器u1302根据ufb输入的电压的变化，调整稳压器输出的电压uout，使得可控直流电源300的输出电压uout稳定，同时fb端的输入电压ufb也保持稳定。

由于稳压器u1302的fb端输入阻抗非常大，故流入到稳压器u1302的fb端的电流ifb远小于流经电阻r2的电流ir2，故ifb可以忽略不计，所以：

ir2＝ir1+ir3，则

通过化简可以得出：

通过公式1可知，当uc＝0v时，此时输出最高电压：

通过公式1可知，当时，输出电压为0v。

通常稳压器为单电源供电，输出最低电压为0v，因此进一步增加uc的电压时，输出电压不会降低。

综合上述对图3的实施例的分析，可知：

(1)当uc＝0v时，输出电压达到最大值

(2)当时，uout输出电压为0v。

(3)当时，uout输出电压随着uc的增加而减小。

因此，当稳压器u1302的型号确定后，ufb的电压是不变的，并且r1、r2、r3的电阻值确定后，uout输出电压只与控制信号uc的电压相关，与输入的直流电源uin电压无关。

此外，rl1为可控直流电源300的负载，耦接于可控直流电源300的输出端与地gnd之间。c1为电容器，可根据稳压器u1302的特性和电路性能的要求，选择是否需要。实际电路中，电容器c1可能由1个或多个电容器构成，通常可构成稳压器电路的一部分，耦接于可控直流电源300的输出端uout与地gnd之间。当负载rl1是气泵时，根据可控直流电源输出可以用于控制血压计气泵的充气速度。

图4为根据本发明实施例的可控直流电源400的示意图。图4的实施例与图3的实施例类似，差别在于：(1)稳压器u2402为开关稳压器，而图3实施例中的稳压器u1302为线性稳压器。(2)由于稳压器u2402为开关稳压器，增加了电感器l2，且电容器c2是必须的，稳压器输出的脉冲信号经过l2和c2滤波后，变成稳定的直流电源。根据稳压器u2402的特性和电路性能的要求，电容器c2可能由1个或多个电容器构成，可构成稳压器电路的一部分，耦接于可控直流电源400的输出端uout与地gnd之间。

uin为输入的直流电源，连接到稳压器u2402的电源输入端vin。uout为可控直流电源输出，经过电感器l2连接到稳压器u2402的输出端vout。电阻r21、r22和r23构成取样电路。uc为控制信号。rl2为可控直流电源的负载，耦接于可控直流电源400的输出端与地gnd之间。fb为稳压器u2402反馈输入端，当稳压器u2402正常工作时，fb端对gnd的电压ufb保持固定不变。ifb为流入稳压器u2402的fb端的电流。ir21为流经电阻r21的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir22为流经电阻r22的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir23为流经电阻r23的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。图4所示实施例的工作原理与图3所示的实施例相同，在此不再赘述。类似的，当负载rl2是气泵时，可以用于控制血压计气泵的充气速度。

图5为根据本发明实施例的可控直流电源500的示意图。图5所示可控直流电源500与图4的可控直流电源400类似，其区别在于，在uc的输入处，串联一个二极管d3。d3的作用为：有些控制信号uc，只能输出电流，无法吸收电流，即图3所示实施例中ir3只能为正值，如果为负值，可能损坏产生控制信号uc的器件。二极管d3具有单向导电性，ir3不会出现负值，避免损坏产生控制信号uc的器件。

uin为输入的直流电源，连接到稳压器u3502的电源输入端vin。uout为可控直流电源输出。电阻r31、r32和r33构成取样电路。uc为控制信号。rl3为可控直流电源的负载，耦接于可控直流电源500的输出端与地gnd之间。fb端为稳压器u3502的反馈输入端，当u3502正常工作时，fb端对gnd的电压ufb保持固定不变。uin为输入的直流电源，连接到稳压器u3502的电源输入端vin。uout为可控直流电源输出。ifb为流入稳压器u3502的fb端的电流。ir31为流经电阻r31的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir32为流经电阻r32的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir33为流经电阻r33的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。

稳压器u3502的工作原理与稳压器u2402类似，但是由于二极管d3的作用，可控直流电源500的输出范围不同。假设二极管d3的正向导通压降为ud。由于u3502的fb端输入阻抗非常大，故流入到u3502的fb端的电流ifb远小于流经电阻r32的电流ir32，故ifb可以忽略不计，所以：

ir32＝ir31+ir33，则

当uc＜(ud+ufb)时，二极管d3截止，则ir33＝0，此时输出电压为：

当uc≥(ud+ufb)时，二极管d3导通，此时：

通过化简可以得出：

通过公式3可知，uc＝(ud+ufb)时，输出电压最高：

通过公式3可知，当时，输出电压为0v。

通常稳压器为单电源供电，输出最低电压为0v，因此进一步增加uc的电压时，输出电压不会降低。

综合上述对图5实施例的分析，可知：

(1)当uc≤(ud+ufb)时，uout输出电压达到最大值

(2)当时，uout输出电压为0v。

(3)当时，uout输出电压随着uc的增加而减小。

因此，当u3502的型号确定后，ufb的电压是不变的，并且r31、r32、r33的电阻值确定后，uout输出电压只与控制信号uc的电压相关，与输入的直流电源uin电压无关。当负载rl3是气泵时，可以用于控制血压计气泵的充气速度。

在一实施例中，针对图3所示实施例，也可以在控制电压uc输入处，串联一个二极管d3，并耦接于电阻器r3。由于二极管d3具有单向导电性，ir3不会出现负值，避免损坏产生控制信号uc的器件，在可控直流电源300中加入二极管d3同样能够达到相同目的。

图6为根据本发明实施例的可控直流电源600的示意图。图6所示可控直流电源600与图5的可控直流电源500类似，其区别在于，在uc的输入处，串联的二极管d3改为三极管q4，也可是其他半导体器件等。本实施例中，三极管q4仅作为示例说明，而不作为限制，使用其他晶体管也可实现q4的作用。三极管q4的发射结be端也是一个pn结，其导通压降为ube，实现与图5实施例中的二极管d3相同的作用。q4具有电流放大作用，因此控制信号uc只需要提供更小的电流，即可实现与图5实施例相同的效果。q4的集电极连接电源vdd，vdd与uin可以相同也可以不同。可控直流电源600的工作原理与图5相同，用ube代替ud即可，计算方式相同，此处不再赘述。当负载rl4是气泵时，可以用于控制血压计气泵的充气速度。

在一实施例中，针对图3所示实施例，也可以在控制电压uc输入处，串联一个三极管q4，并耦接于电阻器r3。由于三极管q4的发射结be端也是一个pn结，其导通压降为ube，实现与二极管d3相同的作用，在可控直流电源300中加入三极管q4同样能够达到相同目的。此外，三极管q4具有电流放大作用，因此控制信号uc只需要提供更小的电流，即可实现与图5实施例相同的效果。

图7为根据本发明实施例的可控直流电源700的示意图。图7所示实施例是对图5和图6实施例的改进。在图5的实施例中，二极管d3的导通压降ud离散性较大，即使是相同型号、相同批次生产的二极管也存在一定的离散性，并且随着二极管工作环境温度的变化，二极管的导通压降ud也会发生变化。在图6的实施例中，三极管q4的发射结be端本质也是pn结，其导通压降为ube也会存在类似图5实施例中二极管的问题。因此，在图7的实施例中，控制信号uc改为恒流源，恒流源的电流值ic可以根据控制需要改变，实现高精度控制。

稳压器u5702为开关稳压器。l5为电感器，c5为电容器，根据u5的特性和电路性能的要求，电容器c5可能由1个或多个电容器构成，通常可构成稳压器电路的一部分，耦接于可控直流电源700的输出端uout与地gnd之间。uin为输入的直流电源，连接到稳压器u5702的电源输入端vin。uout为可控直流电源输出。电阻r51、r52构成取样电路。ic为控制信号。rl5为可控直流电源的负载，耦接于可控直流电源700的输出端与地gnd之间。fb端为稳压器u5702的反馈输入端，当稳压器u5702正常工作时，fb端对gnd的电压ufb保持固定不变。ifb为流入稳压器u5702的fb端的电流。ir51为流经电阻r51的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir52为流经电阻r52的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。

图7所示实施例的工作原理为：

ir52＝ir51+ic，则

通过化简可以得出：

通过公式5可知，当ic＝0a时，此时输出最高电压：

通过公式5可知，当时，uout输出电压为0v。

通常稳压器为单电源供电，输出最低电压为0v，因此进一步增加ic的电流时，uout输出电压不会降低。

综合上述对图7实施例的分析，可知：

(1)当ic＝0a时，uout输出电压达到最大值

(2)当时，uout输出电压为0v。

(3)当时，uout输出电压随着ic的增加而减小。

因此，当稳压器u5702的型号确定后，ufb的电压是不变的，并且r51、r52的电阻值确定后，uout输出电压只与控制信号ic的电流值相关，与输入的直流电源uin电压无关。当负载rl5是气泵时，可以用于控制血压计气泵的充气速度。

图8为根据本发明实施例的可控直流电源800的示意图。稳压器由分立器件q61、q62、r64、r65、dz6构成。电阻器r61、r62和r63构成取样电路。uc为控制信号。rl6为可控直流电源的负载，耦接于可控直流电源800的输出端与地gnd之间。q61和q62为三极管，均可以由1个或多个三极管组成，也可是其他半导体器件等晶体管。本实施例中，q61和q62均为一个三极管作为示例说明。c6为电容器，通常可构成稳压器电路的一部分，耦接于可控直流电源800的输出端uout与地gnd之间。实际电路中，c6可能由1个或多个电容器构成。q62的基极为反馈输入端，以下称为fb端。当电路正常工作时，fb端对gnd的电压ufb保持固定不变，为q62的发射结电压ube与dz6的反向击穿电压udz之和，其中dz6可以是稳压二极管。uin为输入的直流电源。uout为可控直流电源输出。ifb为流入稳压器fb端的电流。ir61为流经电阻r61的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir62为流经电阻r62的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。ir63为流经电阻r63的电流，箭头方向为电流为正值时的电流方向。

分立稳压器具有负反馈机制。当电路正常状态时，稳压器根据ufb输入的电压的变化，调整稳压器输出的电压，使得uout输出电压稳定，同时fb的输入电压ufb也保持稳定。下面对稳压的原理进行分析：

三极管q61和q62工作在放大状态。

负载变化分析：uc不变时，若负载rl6的电流增加，导致uout输出电压降低时，ir61的电流减小，进而ifb减小，q62的集电极电压升高，q61基极电压升高，q61发射极电压升高，则uout输出电压升高，从而保持了uout输出电压的稳定。反之，若负载rl6的电流减小，导致uout输出电压升高时，ir61的电流增加，进而ifb增加，q62的集电极电压降低，q61基极电压降低，q61发射极电压降低，则uout输出电压降低，从而保持了uout输出电压的稳定。

输入直流电源变化分析：uc不变时，若uin增加，导致uout输出电压升高时，ir61的电流增加，进而ifb增加，q62的集电极电压降低，q61基极电压降低，q61发射极电压降低，则uout输出电压降低，从而保持了uout输出电压的稳定。反之，uin降低，导致uout输出电压降低时，ir61的电流减小，进而ifb减小，q62的集电极电压升高，q61基极电压升高，q61发射极电压升高，则uout输出电压升高，从而保持了uout输出电压的稳定。

计算方式与图3实施例类似：

ir62+ifb＝ir61+ir63，则

通过化简可以得出：

通常情况下，由于q62的放大倍数较大，故流入到fb端的电流ifb远小于流经电阻r62的电流ir62，故ifb可以忽略不计，所以公式6可以简化为公式7，与公式1类似：

通过公式7可知，当uc＝0v时，此时输出最高电压：

通过公式7可知，当时，uout输出电压为0v。

通常稳压器为单电源供电，输出最低电压为0v，因此进一步增加uc的电压时，uout输出电压不会降低。

综合上述对图8所示实施例的分析，可知：

(1)当uc＝0v时，uout输出电压达到最大值：

(2)当时，uout输出电压为0v。

(3)当时，uout输出电压随着uc的增加而减小。

因此，当dz6和q62的型号确定后，ufb的电压是不变的，并且r61、r62、r63的电阻值确定后，uout输出电压只与控制信号uc的电压相关，与输入的直流电源uin电压无关。当负载rl6是气泵时，可以用于控制血压计气泵的充气速度。

图9-10为根据本发明另一实施例的可控直流电源的示意图。在图1-8所示实施例的基础上，可增加使能输入控制引脚“ce”，如图10所示。当ce引脚的信号有效时，电路可以正常工作；当ce引脚的信号无效时，电路进入低功耗模式，可以极大减小电路的功耗。

本发明提出的可控直流电源，即使供电电源电压发生变化，和/或负载发生变化，通过稳压器的负反馈机制，仍然可以确保输出电压的稳定，并且控制器可以通过控制信号，控制本可控直流电源的输出电压。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的范围以所附权利要求书界定。本领域技术人员在不脱离本发明精神和原则下，所做的任何修改、替换和变型等，均应包含在本发明的保护范围内。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。