一种用于实现直流恒功率的控制电路的制作方法

本发明属于功率电力电子与开关电源，具体涉及一种用于实现直流恒功率的控制电路。

背景技术：

1、在开关电源产品领域，buck型dc/dc变换器获得了广泛的应用，特别是近些年来推出的大功率高效无续流二极管式buck控制器电路，其dc/dc功率转换效率可达到97％以上，大大缩小了dc/dc变换器的体积，极大地提高了其功率密度，是理想的绿色节能产品，可广泛应用于通信、军工、仪器仪表等众多领域。

2、但在实际应用中，这类buck控制器电路也存在着很多设计缺陷，有些甚至是致命的。首先，buck控制器电路中无法实现对于直流恒功率的控制；其次，buck控制器电路中输出过载保护单元设计很不完善；以上两种情况，均会导致buck控制器电路输出过载损坏，致使其功率器件短路，这时，输入到buck控制器电路的dc高电压就会直接加载到其输出端的负载，致使负载设备因电压过高而烧毁，不仅造成设备停机，而且会带来很大的经济损失；另外，有的buck控制器电路要求输出电流取样分流器串联在其输出端，因buck控制器电路的输出电流较大，根据电功率公式，功率损耗与流经其电流的平方成正比，这样就增加了buck控制器电路的功率损耗，导致buck控制器电路的整机效率降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出了一种用于实现直流恒功率的控制电路。本发明可在直流电流和直流电压均在变化的情况下，实时计算后续连接的电路的输入直流功率，并产生对后续电路的工作/保护指令，特别是在可调直流负载电压时，也能够实现恒功率控制，以保证后续电路中功率器件的正常工作，消除了功率器件因过载而损坏的风险，极大地提高后续电路工作的可靠性。本发明设计简洁、接口简单、工作性能可靠、功率损耗小、功率转换效率高、可集成化及可实现smt生产等特点。

2、本发明提出一种用于实现直流恒功率的控制电路，包括：电流取样单元、电压取样单元、电流信号放大器单元、功率运算及电压表达单元、以及恒功率指令生成单元；其中，所述电流取样单元的电流输入端与外部的电压源电路的输出端相连接，所述电流取样单元的电流输出端分别与所述电压取样单元的输入端和外部的电源控制器电路的输入端相连接；所述电流取样单元的电流取样输出端连接所述电流信号放大器单元的输入端；所述功率运算及电压表达单元的两个输入端分别连接所述电流信号放大器单元的输出端和所述电压取样单元的输出端，所述功率运算及电压表达单元的输出端连接所述恒功率指令生成单元的输入端；所述恒功率指令生成单元的输出端连接所述电源控制器电路的控制输入端；

3、所述电压源电路为一种输出变化直流电压和变化直流电流的直流功率源电路，并为所述电源控制器电路提供功率；

4、所述电源控制器电路，是指一种能够输出稳定直流电压和额定直流电流并驱动负载工作的功率变换和控制电路；

5、所述电流取样电路，用于对输入到所述电源控制器电路的直流电流进行取样得到电流信号并输出到所述电流信号放大器单元；

6、所述电压取样单元，用于对输入到所述电源控制器电路的直流电压进行取样，为所述功率运算及电压表达单元提供直流电压变量；

7、所述电流信号放大器单元，用于将所述电流取样单元取得的电流信号按设定的放大倍数进行线性放大，并将放大后的直流电流变量输出到所述功率运算及电压表达单元；

8、所述功率运算及电压表达单元，用于根据所述电压取样单元输入的直流电压变量和所述电流信号放大器单元输入的直流电流变量，进行实时直流功率运算，并将直流功率运算的结果转换为对应的电压信号并发送至所述恒功率指令生成单元；

9、所述恒功率指令生成单元，用于将从所述功率运算及电压表达单元输入的电压信号进行处理，当所述电压信号高于等于设定的电压阈值时，所述恒功率指令生成单元生成关机指令用于关闭所述电源控制器电路；当所述电压信号低于设定的电压阈值时，所述恒功率指令生成单元产生工作指令用于开启所述电源控制器电路进行工作。

10、在本发明的一个具体实施例中，所述用于实现直流恒功率的控制电路包含一条电流变量通路、一条电压变量通路和一条控制通路；

11、所述电流变量通路依次经过所述电流取样单元、所述电流信号放大器单元、所述功率运算及电压表达单元，用于为所述功率运算及电压表达单元提供直流电流变量；

12、所述电压变量通路依次经过所述电压取样单元、所述功率运算及电压表达单元，用于为所述功率运算及电压表达单元提供直流电压变量；

13、所述控制通路依次经过所述功率运算及电压表达单元、所述恒功率指令生成单元并最终连接至所述电源控制器电路，所述功率运算及电压表达单元将所述直流电流变量和所述直流电压变量相乘后得到直流功率变量并以电压信号进行表达，所述恒功率指令生成单元根据所述电压信号与设定的电压阈值进行比较生成对所述电源控制器电路的控制指令。

14、在本发明的一个具体实施例中，所述电源控制器电路采用buck控制器电路。

15、在本发明的一个具体实施例中，所述电流取样单元采用电阻式分流器，所述电流信号放大器单元采用电流信号放大器，所述电压取样单元采用第一电阻，所述第一电阻还与第二电阻和第三电阻共同组成所述功率运算及电压表达单元，所述恒功率指令生成单元由电压基准电路和电压比较器组成；

16、其中，所述电压基准电路一端连接所述电压比较器的第一输入端，所述电压基准电路的另一端接地，所述电压比较器的第二输入端连接所述功率运算及电压表达单元的输出端，所述电压比较器的输出端连接所述电源控制器电路的控制输入端；

17、所述第一电阻的一端与所述电流取样单元的电流输出端相连接，所述第二电阻的一端与所述电流信号放大器单元的输出端连接，所述第三电阻的一端接地，所述第一电阻、第二电阻和所述第三电阻的另一端互连形成功率运算及电压表达单元的输出端。

18、本发明的特点及有益效果：

19、1)本发明可实现对电源控制器电路(例如：buck控制器电路)的恒功率控制，使得后续电路中的功率开关管可靠地工作在其安全工作区soa内。

20、2)本发明电路在工作时，可实时地运算直流输入功率，一旦直流输入功率超过设定的恒功率值，即会瞬时发出关机指令，没有延时滞后现象，可有效避免了负载功率冲击对电源控制器电路中的功率开关管所造成的损坏。

21、3)本发明通过将电流取样单元设置在电源控制器电路的输入侧可减小功率损耗，提高电源控制器电路(如buck控制器电路)的功率转换效率。

22、4)本发明具有工作稳定可靠、电路简洁、可微电子化并集成于控制器芯片内以及可smt化生产等特点，因而适应了当前设备发展日益小型化和微型化的要求。

23、5)本发明可广泛应用于功率电力电子设备和开关电源设备等领域中，特别适用于要求嵌入式设计来解决大功率buck变换器、有源功率因数校正变换器apfc、dc/dc变换器、各种开关电源、ups电源、逆变电源、变频电源等的功率控制问题，从而保证了功率设备的可靠工作。