[发明专利]具有恒功率输出特性的直流电源

说明书

所属技术领域

本发明涉及一类新型开关型直流电源，它输出的是稳定的直流功率，而非稳定的电压或电流。 

目前市场上的通用直流电源基本上分为稳压(恒压)电源和稳流(恒流)电源，专用直流电源领域也基本上是这俩类电源，只有少量的是以可控硅技术或以计算机仿真模拟控制技术的恒功率直流电源。 

在半个世纪前，也曾有过一阵恒功率输出调节或控制的热潮，其主角是现在已被人渐渐淡忘的可控硅，而可控硅的功率调节方式竟然与现代开关电源的控制方式类似，早期的“导通角”控制法与PWM(脉宽控制法)同样是控制单个电流的强度来完成。后期的(周波控制法)与FWM(脉间控制法)同样是通过控制t时间段内的电流密度来达到目的。这是它们所谓类似之处。但实用效果没有可比性。 

再谈一下某些用开关电源技术制作的恒功率电源。这其实是将变频器电源中的关键控制技术抠出来，仅用于充电电源的一些产品。均采用计算机模拟仿真控制技术，做出的产品其输出特性曲线，非本发明的是一条光滑笔直的斜倾线段，而是与该线段相似的有一定波动幅度，有一定时间间隔的波纹线段，其波动的上下幅度就是控制误差的幅度，幅度的相隔时间，就是控制芯片的采样校正时间。因此此类电源虽与本发明制作风格接近，但不能进行类比。况且此类电源因上述所说的原因，仅适用于容忍度较大的容性负载，对尤其是电流瞬变较大的电感性负载，此类电源完全不适用。而本发明的电源没有这样情况。 

发明内容

为方便阐述，将目前市场上通用的直流电源，通分为恒压电源与恒流电源两 大类。本发明为第三类电源称之为恒功率电源。 

先分析一下前两类电源。恒压电源，又称稳压电源，其特征是控制电压波动对电流不作任何控制，只有在达到电源所能提供的电流极限值时，电流进入保护状态，关断输出。 

恒流电源；其特征是控制电流波动，对电压不作任何控制，只是在其达到电源所能提供的电压极限值时，电源进入保护状态，关掉输出。 

本人设计的恒功率电源的技术特征是只设定电压与电流保护的极限值，不做任何控制。空载时，电源输出的电压为极限值，接上负载R，当流经的电流与其相乘小于极限电压值时，电源呈现的是恒压电源的输出特征。当负载R继续减小，流经的电流持续增加，两者的乘积等于电源电压值时，我们将该点称之为恒功率起始点。随着负载电阻继续减小，电压随之降低，电流持续增加，至最大限流值的90～95％处设点，称之为恒功率截止点。再往下达到设定的电流限定值，电源进入保护状态，在这个变化过程中，电压电流的乘积为一恒定值，所以我们称之为恒功率电源。 

现在我们来分析一下这三种电源的输出特性；我们知道电源内阻的表达公式 

ΔR内阻＝ΔV/ΔI    公式(1) 

ΔV是电源电压的变量，ΔI是电流的变量。 

恒压电源的输出特性描述如下，当电源设定一个输出电压值后，不论负载如何变化，电压没有任何波动，只有在电流超过设定极限(Ah)值后，电源进入保护状态，减少直至关断输出。(图示1) 

根据公式(1)我们推断出该类型电源内阻无穷小。 

恒流型电源输出特性描述如下：当电源设定一个输出电流值后不论负载如何变化，电流没有任何变动，电压却随着负载的变化上下波动，当电压值超出设 定极限(Vh)值后电源进入保护状态，减少直至关断输出。(图示2) 

根据公式(1)推断出该类型电源内阻无穷大。 

本设计的恒功率输出特性描述如下：其中A为最高电压设定点，B为最大电流设定点，C为电流进入恒功率状态的拐点(起始点)，D点为最大电流与最低电压的设定点(截止点)。(图示3) 

C与D之间的斜线，即为恒功率输出特性曲线，表达如下V↓×I↑＝P_恒定即变化方向相反乘积相同。根据输出特性曲线图及公式(1)我们可以推断其内阻为变量，且随着电流的变化而变化。由此得出R_i(内阻与负载之和)与电压变量(V_i)和电流变量(I_i)相对应的变化曲线。(图示4.图示5) 

而恒功率电源的神奇之处，就在于这内阻的神奇变化。 

下面阐述本恒功率电源的设计原理。 

根据P＝V×I＝V²/R公式(2) 

推定出本恒功率的经验公式为