本公開的實(shí)施例涉及開關(guān)式電源。

背景技術(shù)：

應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的電子產(chǎn)品，越來(lái)越期望能夠滿足盡可能寬的輸入電壓范圍，以增加產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合和可靠性，例如從80vac到580vac。相對(duì)于傳統(tǒng)的線性變壓器來(lái)說(shuō)，開關(guān)電源是一個(gè)理想的選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍的輸入電壓應(yīng)用。但與此同時(shí)，由于占空比在輸入電壓較高時(shí)偏小，就會(huì)造成電源效率偏低，進(jìn)而影響產(chǎn)品溫升和可靠性。

常規(guī)的解決方案可以按輸入電壓分為不同的型號(hào)分別設(shè)計(jì)，這種方法避免了寬范圍輸入的設(shè)計(jì)難度，可以分別實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，但增加了產(chǎn)品型號(hào)和管理成本，而且不能在一個(gè)產(chǎn)品上同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬范圍輸入。另外一種常規(guī)方法通過(guò)增加設(shè)計(jì)余量來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法實(shí)現(xiàn)了寬范圍輸入，但是沒(méi)有解決效率的問(wèn)題，通過(guò)增加設(shè)計(jì)余量來(lái)降低產(chǎn)品溫升，會(huì)帶來(lái)體積和成本的增加，不利于產(chǎn)品小型化和成本控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的實(shí)施例旨在提供至少部分地解決上述問(wèn)題的開關(guān)式電源。

根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種開關(guān)式電源，該開關(guān)式電源包括：變壓器，變壓器的原邊繞組的第一節(jié)點(diǎn)被耦合以接收輸入電壓；第一開關(guān)，被耦合至原邊繞組的中間節(jié)點(diǎn)；第二開關(guān)，被耦合至原邊繞組的第二節(jié)點(diǎn)；以及控制電路裝置，被耦合至第一開關(guān)和第二開關(guān)，并且被配置成根據(jù)輸入電壓的變化，向第一開關(guān)和第二開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，控制電路包括輸入電壓檢測(cè)器，被配置成響應(yīng) 于輸入電壓的變化，生成表示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給第一開關(guān)和第二開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)的控制信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，輸入電壓檢測(cè)器包括：滯回比較器，被配置成：在輸入電壓升高的情況下，根據(jù)輸入電壓高于第一閾值的確定，生成用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給第二開關(guān)的控制信號(hào)；以及在輸入電壓降低的情況下，根據(jù)輸入電壓低于第二閾值的確定，生成用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給第一開關(guān)的控制信號(hào)，其中第一閾值高于第二閾值。

在一些實(shí)施例中，控制電路裝置包括控制器，被配置成生成用于控制第一開關(guān)和第二開關(guān)中的任一開關(guān)通斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，控制電路裝置包括：切換器，被配置成響應(yīng)于輸入電壓的變化，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給第一開關(guān)和第二開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)。

在一些實(shí)施例中，切換器包括單刀雙擲開關(guān)。

在一些實(shí)施例中，切換器包括繼電器或者由分立電子器件組成的切換電路。

在一些實(shí)施例中，第一開關(guān)和第二開關(guān)包括以下類型的開關(guān)中的至少一項(xiàng)：mosfet、bjt和igbt。

在一些實(shí)施例中，第一開關(guān)和第二開關(guān)中的任一個(gè)與變壓器組成反激式轉(zhuǎn)換器的一部分。

在一些實(shí)施例中，原邊繞組的在第一節(jié)點(diǎn)與中間節(jié)點(diǎn)之間的第一部分和在中間節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間的第二部分彼此分立。

本公開的實(shí)施例所提供的開關(guān)式電源可以同時(shí)滿足相電壓和線電壓輸入，提高產(chǎn)品的可靠性，同時(shí)滿足全球市場(chǎng)不同電網(wǎng)電壓，減少產(chǎn)品型號(hào)，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，在寬范圍輸入的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，通過(guò)分段控制的方法提高電源的轉(zhuǎn)換效率，提高了能源的利用率，降低了產(chǎn)品的功耗，降低了產(chǎn)品的溫升，減小了產(chǎn)品的體積，提高了產(chǎn)品的可靠性。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本公開的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本公開的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本公開，并不構(gòu)成對(duì)本公開的不當(dāng)限定，其中：

圖1是示意性地圖示根據(jù)本公開的實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖中示出的若干示例性實(shí)施方式來(lái)描述本公開的原理和精神。應(yīng)當(dāng)理解，描述這些實(shí)施方式僅僅是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本公開，而并非以任何方式限制本公開的范圍。

圖1是示意性地圖示根據(jù)本公開的實(shí)施例的開關(guān)式電源100的示意圖。如圖1所示，開關(guān)式電源100在in處接收輸入電壓，輸入電壓可以是穩(wěn)定的直流電壓，也可以是交流電壓經(jīng)整流等而獲得的脈動(dòng)的直流電壓。輸入電壓的范圍例如包括100v-800v。圖1中還示意性地示出了兩個(gè)可選的用于濾波的輸入電容器c1和c2。將輸入電壓經(jīng)由開關(guān)式電源100進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，在out處提供輸出電壓，例如24v的直流電壓。

此外，開關(guān)式電源100可以包括變壓器t1、二極管d2、輸出電容器c3等，這些部件可以與開關(guān)管q1和q2中的任一個(gè)組成反激式轉(zhuǎn)換器。應(yīng)當(dāng)注意，雖然在圖1中僅示出了反激式轉(zhuǎn)換器的拓?fù)洌潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的構(gòu)思很容易地?cái)U(kuò)展至正激式轉(zhuǎn)換器等其他拓?fù)?，為了?jiǎn)潔起見，不再贅述。

如圖1所示，轉(zhuǎn)換器t1包括原邊繞組和副邊繞組n3，原邊繞組分為兩個(gè)部分，分別為第一部分n1和第二部分n2。在圖1中，這兩個(gè)部分被示出為兩個(gè)分立的繞組。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這兩個(gè)繞組也可以通過(guò)對(duì)一個(gè)原邊繞組中間抽頭而實(shí)現(xiàn)。

原邊繞組的第一節(jié)點(diǎn)a1(即，最上部的節(jié)點(diǎn))接收輸入電壓，其中間節(jié)點(diǎn)a0(即，第一部分n1與第二部分n2之間的節(jié)點(diǎn))與開關(guān) 管q1耦合，其第二節(jié)點(diǎn)a2(即，最下部的節(jié)點(diǎn))與開關(guān)管q2耦合。

更具體地，由于在圖1中使用的為n型mosfet，因此，原邊繞組的這些節(jié)點(diǎn)分別與開關(guān)管的漏極耦合。盡管在圖1中示出了n型mosfet，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些開關(guān)(例如，開關(guān)管q1和q2)也可以是p型mosfet，或者由其他形式的半導(dǎo)體開關(guān)器件來(lái)實(shí)施，例如igbt、bjt、jfet等。在采用其他開關(guān)器件的情況下，只需對(duì)圖1中所示的電路圖進(jìn)行相應(yīng)修改即可，因此不再贅述。

開關(guān)管q1和q2的柵極分別從控制電路裝置10接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？刂齐娐费b置10響應(yīng)于輸入電壓的變化，向開關(guān)管q1和q2中的一個(gè)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。作為示例，控制電路裝置10可以根據(jù)輸入電壓的不同范圍而向開關(guān)管q1和q2中的一個(gè)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如，當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，可以將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給開關(guān)管q1，而非開關(guān)管q2，這樣可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制開關(guān)管q1通斷，從而利用開關(guān)管q1與原邊繞組的第一部分n1來(lái)實(shí)施反激式轉(zhuǎn)換器。例如，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，可以將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給開關(guān)管q2，而非開關(guān)管q1，這樣可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制開關(guān)管q2通斷，從而利用開關(guān)管q2與整個(gè)原邊繞組(包括第一部分n1和第二部分n2)來(lái)實(shí)施反激式轉(zhuǎn)換器。通過(guò)這種方式，開關(guān)式電源100的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比可以被控制在一個(gè)較高的水平，從而降低諸如開關(guān)損耗之類的損耗，提高其電源轉(zhuǎn)換效率。

作為示例，控制電路裝置10可以包括輸入電壓檢測(cè)器3，其響應(yīng)于輸入電壓的變化而生成表示將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給開關(guān)管q1和開關(guān)管q2中的一個(gè)開關(guān)管的控制信號(hào)。

作為示例，輸入電壓檢測(cè)器3可以由滯回比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在輸入電壓升高的情況下，滯回比較器根據(jù)輸入電壓高于第一閾值的確定，生成用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給第二開關(guān)的控制信號(hào)。此外，在輸入電壓降低的情況下，滯回比較器根據(jù)輸入電壓低于第二閾值的確定，生成用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給第一開關(guān)的控制信號(hào)，其中第一閾值高于第二閾值。第一閾值和第二閾值可以由電壓基準(zhǔn)源來(lái)提供，滯回比較器的實(shí)施方式在本領(lǐng)域中是公知的，因而不再贅述。此外，滯回比較器的 電源可以由in處的輸入電壓提供。

此外，控制電路裝置10還可以包括切換器2，切換器2用于將控制信號(hào)在開關(guān)管q1和q2之間進(jìn)行切換。切換器2可以是單刀雙擲開關(guān)，其可以由繼電器實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)由分立電子器件組成的切換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些分立電子器件可以包括各種類型的開關(guān)管，例如，mosfet、jfet、igbt和bjt等。

控制電路裝置10包括控制器1，其為開關(guān)管q1和q2中的任一個(gè)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，例如脈寬調(diào)制(pwm)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此外，控制器1可以通過(guò)反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。

下面結(jié)合具體的示例描述根據(jù)圖1所示的開關(guān)式電源100的工作原理。應(yīng)當(dāng)理解，如下具體示例主要用于使發(fā)明構(gòu)思對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言更加清楚，并不旨在限制本公開的范圍。

假設(shè)輸入電壓為交流電壓整流后的直流電壓或直接為直流電壓，其數(shù)值為100vdc到800vdc，輸出電壓為24vdc。

變壓器t1的原邊繞組包括串聯(lián)連接的第一部分n1和第二部分n2，在該示例中第一部分n1與第二部分n2為分立的繞組。變壓器t1的副邊繞組為n3。

輸入電壓可以分為兩個(gè)區(qū)間，例如，區(qū)間1：100vdc到400vdc，區(qū)間2：300vdc到800vdc。這樣，輸入電壓的范圍由原來(lái)的1:8分別變?yōu)?:4和1:2.67，降低了設(shè)計(jì)的困難。

輸入電壓檢測(cè)器3通過(guò)電阻分壓直接檢測(cè)輸入電壓，與基準(zhǔn)源進(jìn)行比較。例如，可以設(shè)置兩個(gè)閾值，即，第一閾值為400vdc，第二閾值為300vdc。具體地，如果電壓從低到高變化，則需要達(dá)到400vdc，才達(dá)到第一閾值，輸入電壓判斷為區(qū)間2；如果電壓從高到低變化，需要降低到300vdc，才達(dá)到第二閾值，輸入電壓判斷為區(qū)間1。這樣，可以避免輸入電壓在閾值附近波動(dòng)導(dǎo)致的控制電路裝置的頻繁切換。

兩個(gè)區(qū)間有100v電壓的重疊區(qū)域，這是為了滿足不同額定電壓的波動(dòng)范圍，并留有足夠的余量。比如，區(qū)間1可以滿足110vac、230vac等額定交流輸入，而區(qū)間2可以滿足277vac、400vac、480vac 等額定交流輸入。

下面描述該電路的具體操作。當(dāng)輸入電壓在區(qū)間1時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被提供給開關(guān)管q1而非開關(guān)管q2，從而開關(guān)管q1在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下通斷，而開關(guān)管q2保持關(guān)閉，原邊繞組的第一部分n1通過(guò)電流，而第二部分n2被禁用，變壓器的匝比為n1＝n1/n3。

當(dāng)輸入電壓在區(qū)間2時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被提供給開關(guān)管q2而非開關(guān)管q1，從而開關(guān)管q1保持關(guān)閉，而開關(guān)管q2在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下通斷，原邊繞組的兩個(gè)部分n1和n2通過(guò)電流，變壓器的匝比為n2＝(n1+n2)/n3。

顯然，n2大于n1，因此，對(duì)于反激式恒壓輸出的電路，輸出電壓24vdc保持不變，不同的匝比將帶來(lái)不同的反射電壓vor＝(vo+vf)*n，其中vo為輸出電壓，vf為副邊整流二極管的正向?qū)▔航?。而占空比d＝vor/(vor+vin)，通過(guò)反射電壓和輸入電壓的變化，就可以控制占空比。

常規(guī)方法由于沒(méi)有實(shí)施上述分段控制方法，因此，不存在原邊繞組的第二部分n2。與常規(guī)方法相比，在區(qū)間1，反射電壓不變，占空比也保持不變，但由于最大電壓相對(duì)較低，元器件應(yīng)力減?。辉趨^(qū)間2，由于原邊繞組的第二部分n2的使用，與常規(guī)方法相比，反射電壓增大，而最大輸入電壓不變，從而導(dǎo)致最小占空比增大。

由此可見，開關(guān)式電源100通過(guò)檢測(cè)輸入電壓，將輸入電壓分為不同的區(qū)間，在不同的電壓范圍內(nèi)由驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制不同的開關(guān)管。開關(guān)管分別連接變壓器原邊繞組的不同繞組的輸出端，從而實(shí)現(xiàn)占空比在不同輸入電壓下的分段控制，提高最小占空比，進(jìn)而提高效率。此外，開關(guān)式電源100還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，無(wú)需人為控制。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，盡管僅示出了兩段控制的實(shí)施例，但是本發(fā)明的構(gòu)思還很容易地?cái)U(kuò)展至多段控制的實(shí)施例，例如，原邊繞組可以分為多段，從而相應(yīng)地提供多個(gè)開關(guān)管，此外切換器也可以使用具有單刀多擲功能的開關(guān)，這種開關(guān)具體可以通過(guò)由分立電子器件組成的多個(gè)開關(guān)來(lái)實(shí)施。