CN109672333B - 一种储能放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能放大电路，包括依次连接的路径切换单元、一个初级储能放大单元和至少一个次级储能放大单元，所述初级储能放大单元包括充电端口和放电端口，所述路径切换单元用于切换所述充电端口和放电端口；所述初级储能放大单元与各次级储能放大单元并联。当执行器件的动作不频繁，而原规划供电电源不足以驱动该执行器件时，本发明可先将小电流电能收集存储，再释放大电流来驱动负载，仅用原有供电电源，就能驱动额定功率超过原有供电电源输出功率的设备，其有效供电时间还可通过增加储能放电单元来延长。

Description

一种储能放大电路
技术领域
本发明涉及供电电路领域，具体涉及一种储能放大电路。
背景技术
在现有的电源供电结构中，供电电源的额定输出功率需要大于或等于设备的额定功率，而当我们需要驱动的设备的额定功率大于供电电源的额定输出功率，但只能用原有供电电源来供电时，由于驱动电流不足，导致设备无法正常工作，因此，需要设计一种仅用原有供电电源，就能驱动额定功率超过原有供电电源输出功率的设备的电路。
授权公开号为CN204707027U的实用新型专利，公开了一种隔离MOSFET驱动电路，包
括高频隔离变压器T，隔直电容C1、隔直电容C2、电容C3，二极管D1、D2、D3，三极管V1、V2，MOSFET管Q，解决了因隔离变压器存在漏感而导致的驱动电流不足的问题。该方案虽然结构简单，但应用领域存在局限性，并且电路中没有调节单元，一旦各元件参数确定，则只能在相同参数的隔离变压器上使用，适应性差。
发明内容
为解决背景技术中驱动电路应用领域存在局限性、适应性差的问题，本发明提供了一种储能放大电路，具体技术方案如下：
一种储能放大电路，包括依次连接的路径切换单元、一个初级储能放大单元和至少一个次级储能放大单元，所述初级储能放大单元包括充电端口和放电端口，所述路径切换单元用于切换所述充电端口和放电端口，使所述充电端口与电源连接或使所述放电端口与负载连接；
所述初级储能放大单元与各次级储能放大单元并联；
所述初级储能放大单元包括初级储能电容和初级开关，所述初级储能电容与初级开关串联；
所述次级储能放大单元包括次级储能电容和次级开关，所述次级储能电容与次级开关串联；
所述次级储能放大单元中的开关在前一级储能放大单元中的储能电容放电过程完成后闭合；
所述初级开关包括初级PNP三极管Q1、初级电阻Rx1和初级可变电阻Rt1，所述初级PNP三极管Q1的集电极与所述放电端口连接，所述初级PNP三极管Q1的基极与初级电阻Rx1的第一端子以及初级可变电阻Rt1的第一端子连接，所述初级电阻Rx1的第二端子与所述放电端口连接，所述初级可变电阻Rt1的第二端子与所述初级PNP三极管Q1的发射极连接，该端同时连接到所述初级储能电容C1的第一端子；
所述次级开关包括次级PNP三极管Q、次级电阻Rx和次级可变电阻Rt，所述次级PNP三极管Q的集电极与所述放电端口连接，所述次级PNP三极管Q的基极与次级电阻Rx的第一端子以及次级可变电阻Rt的第一端子连接，所述次级电阻Rx的第二端子与所述初级PNP三极管Q1的发射极连接，所述次级可变电阻Rt的第二端子与所述次级PNP三极管Q的发射极连接，该端同时连接到所述次级储能电容C的第一端子；所述次级储能电容C的第二端子与所述初级储能电容C1的第二端子连接。
具体地，所述初级储能放大单元还包括初级二极管D1、二极管D0、限流电阻R0和滤波电容C0；所述限流电阻R0的第一端子与充电端口连接，限流电阻R0的第二端子与初级二极管D1的阳极连接，该端同时连接到二极管D0的阳极，所述二极管D0的阴极与放电端连接，该端同时连接到滤波电容C0的第一端子，所述滤波电容C0的第二端子与初级储能电容的第二端子连接。
具体地，所述次级储能放大单元还包括次级二极管D，所述次级二极管D的阳极与所述初级二极管D1连接，所述次级二极管D的阴极与所述次级储能电容的第一端子连接。
具体地，各次级储能放大单元中，相邻的前端的储能放电单元中的二极管D的阳极与后端的储能放电单元中的二极管D的阳极连接，相邻的前端的储能放电单元中的PNP三极管Q的发射极与后端的储能放电单元中的Rx的第二端子连接，相邻的前端的储能放电单元中储能储能电容C的第二端子与后端的储能放电单元中的储能电容C的第二端子连接。
具体地，所述路径切换单元用双路开关来实现路径切换。
优选地，所述初级PNP三极管Q1的基极与初级可变电阻Rt1的第一端子之间还设有初级限流电阻Ry1。
优选地，所述次级PNP三极管Q的基极与次级可变电阻Rt的第一端子之间还设有次级限流电阻Ry。
当执行器件的动作不频繁，而原规划供电电源不足以驱动该执行器件时，本发明可先将小电流电能收集存储，再释放大电流来驱动负载，仅用原有供电电源，就能驱动额定功率超过原有供电电源输出功率的设备，其有效供电时间还可通过增加储能放电单元来延长。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见图1，一种储能放大电路，Rx1、Rx2、Rx3为100K电阻；Ry1、Ry2、Ry3、Rt1、Rt2、Rt3为39K电阻；Vcc为24V功率5W；RL为一种带位置保持的节能电磁开关，动作时需电压24V±10％，功率10W，电阻57.6欧，驱动电流0.37～0.42A，需供电0.2S；因Vcc功率只有5W，电流只有0.21A，所以不能直接驱动负载。
利用本发明中的储能放大电路，将Vcc接入到所述储能放大电路中的输入端，将所述电磁开关接入到所述储能放大电路中的负载端。当电容充满电时电压为24V，V0和V1点电压相等，当K0或K1接通时电容放电，刚接通电容放电时，电容电压24V，因RL阻值57.6欧，因此电流0.42A，随着电容电量释放，供RL电压V0和电流会随之下降，V1(V1＝((V2-V0)*Rx/(Rx+Rt)+V0))电压也跟随下降，当V2和V1压差达到Q1导通的伏安特性0.7V时，则PNP三极管Q1导通，C1通过Q1给负载RL持续供电；当V2电压下降后，电路会自动接通下一个储能电容放电，持续保持驱动能力；K0、K1为负载接通控制开关，分别对应RL开关的正向动作和反向动作，也可通过控制器控制；D0、D1、D2、D3为二极管10A10，正向导通，反向截止；Q1、Q2、Q3为PNP功率三极管2SB772，PNP硅管基极要比发射极低0.7V左右时导通；C1、C2、C3为50V储能电容C＝10000μF，单个电容供电时间t＝RC*ln(E/Vt)＝57.6*10000*ln(24/21.6)*10-6＝0.06s，因此，需4个储能电容即可实现，供电时间可通过调整储能电容的个数来调整。
刚接通K0或K1时V0＝V2*e(-t/RC)
V2-V1＝V2-((V2-V0)*Rx/(Rx+Rt)+V0)＝(V2-V0)*(Rt/(Rx+Rt))＝V2*(1-e(-t/RC))*(Rt/(Rx+Rt))，随时间t增加，V2-V1增加至Q1导通的伏安特性0.7V时，Q1导通，C1开始放电。
电阻参数选择：
Ry＝Q1导通的伏安特性电压/Q1基极驱动电流
Vcc*(1-e(-t/RC))*(Rt/(Rx+Rt))＝Q1导通的伏安特性电压 (1)
Vcc*(1-e(-t/RC))*(Rx/(Rx+Rt))＝可用电压差值 (2)
根据公式(1)(2)即可计算出Rx、Rt。
工作时，双路开关首先打到位置A，充电路径接通，电源Vcc给储能电容C充电，此时负载处于断开状态；
当需要供电时，将双路开关首先打到位置B，供电电路接通，储能电容C给负载供电，此时电源Vcc处于断开状态。
工作原理：正常时，K0接通电源充电；当K0动作后，储能电容给负载RL供电，V0电压下降，V1电压下降，当V2和V1压差达到Q1导通的伏安特性，则C1通过Q1给负载RL供电；3、当C1供电，V2下降到一定值，C2会自动接入供电，C3、C4同理，总有效供电时为各个电容供电时间和。
本发明适用于：当执行器件的动作不频繁，而原规划供电电源不足以驱动该执行器件时，例如当一个RC电源驱动一个电磁继电器时，当需要一个大电流来驱动一个阀门时，当需要一个大电流来驱动一个电机锁动作，等等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种储能放大电路，包括依次连接的路径切换单元、一个初级储能放大单元和至少一个次级储能放大单元，其特征在于：所述初级储能放大单元包括充电端口和放电端口，所述路径切换单元用于切换所述充电端口和放电端口，使所述充电端口与电源连接或使所述放电端口与负载连接；
所述初级储能放大单元与各次级储能放大单元并联；
所述初级储能放大单元包括初级储能电容和初级开关，所述初级储能电容与初级开关串联；
所述次级储能放大单元包括次级储能电容和次级开关，所述次级储能电容与次级开关串联；
所述次级储能放大单元中的开关在前一级储能放大单元中的储能电容放电过程完成后闭合；
所述初级开关包括初级PNP三极管Q1、初级电阻Rx1和初级可变电阻Rt1，所述初级PNP三极管Q1的集电极与所述放电端口连接，所述初级PNP三极管Q1的基极与初级电阻Rx1的第一端子以及初级可变电阻Rt1的第一端子连接，所述初级电阻Rx1的第二端子与所述放电端口连接，所述初级可变电阻Rt1的第二端子与所述初级PNP三极管Q1的发射极连接，该端同时连接到所述初级储能电容C1的第一端子；
所述次级开关包括次级PNP三极管Q、次级电阻Rx和次级可变电阻Rt，所述次级PNP三极管Q的集电极与所述放电端口连接，所述次级PNP三极管Q的基极与次级电阻Rx的第一端子以及次级可变电阻Rt的第一端子连接，所述次级电阻Rx的第二端子与所述初级PNP三极管Q1的发射极连接，所述次级可变电阻Rt的第二端子与所述次级PNP三极管Q的发射极连接，该端同时连接到所述次级储能电容C的第一端子；所述次级储能电容C的第二端子与所述初级储能电容C1的第二端子连接；
各次级储能放大单元中，相邻的前端的储能放电单元中的PNP三极管Q的发射极与后端的储能放电单元中的Rx的第二端子连接，相邻的前端的储能放电单元中储能电容C的第二端子与后端的储能放电单元中的储能电容C的第二端子连接。
2.根据权利要求1所述的储能放大电路，其特征在于：所述初级储能放大单元还包括初级二极管D1、二极管D0、限流电阻R0和滤波电容C0；所述限流电阻R0的第一端子与充电端口连接，限流电阻R0的第二端子与初级二极管D1的阳极连接，该端同时连接到二极管D0的阳极，所述二极管D0的阴极与放电端连接，该端同时连接到滤波电容C0的第一端子，所述滤波电容C0的第二端子与初级储能电容的第二端子连接。
3.根据权利要求2所述的储能放大电路，其特征在于：所述次级储能放大单元还包括次级二极管D，所述次级二极管D的阳极与所述初级二极管D1连接，所述次级二极管D的阴极与所述次级储能电容的第一端子连接。
4.根据权利要求3所述的储能放大电路，其特征在于：各次级储能放大单元中，相邻的前端的储能放电单元中的二极管D的阳极与后端的储能放电单元中的二极管D的阳极连接。
5.根据权利要求1-4中任一所述的储能放大电路，其特征在于：所述路径切换单元用双路开关来实现路径切换。
6.根据权利要求1-4中任一所述的储能放大电路，其特征在于：所述初级PNP三极管Q1的基极与初级可变电阻Rt1的第一端子之间还设有初级限流电阻Ry1。
7.根据权利要求1-4中任一所述的储能放大电路，其特征在于：所述次级PNP三极管Q的基极与次级可变电阻Rt的第一端子之间还设有次级限流电阻Ry。
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