CN101399499A - 一种宽输入电压范围的电源模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽输入电压范围的电源模块，包括第一、二电源输入端、整流滤波电路、连接在所述第一、二电源输入端和所述整流滤波电路之间的变换电路，所述变换电路通过整流电路连接到所述第一、二电源输入端，所述变换电路包括第一变换器和第二变换器；在低压工作模式下，所述第一变换器与第二变换器并联输出；在高压工作模式下，所述第一变换器与第二变换器串联输出。实施本发明的宽输入电压范围的电源模块能够实现高压输入，单个变换器的输入电压为输入电压的一半，解决了功率器件的电压限制问题。低压时并联，有利于选择电流较小的其它功率管。功率器件损耗分散，有利于热设计。宽电压范围下，输入直流滤波电容的利用率大大提高。更改电压范围仅需要使用前进行简单配置。

Description

一种宽输入电压范围的电源模块
技术领域
本发明涉及电源模块，更具体地说，涉及一种宽输入电压范围的电源模块。
背景技术
对于全球市场，电网制式繁多：如欧洲和中国的220V/380V系统，北美有208V，还有480V和600V。目前市场的电源模块，通常是输入电压限于220V，有些也可兼容110V。对于600V输入，考虑电网10％的波动，经过整流后电压超过900V。在这样高的电压下，功率器件的选择十分困难。直接设计宽电压范围的变换器也可以实现。如可以采用三电平实现高输入电压，但是这样设计器件电流应力需要针对低压时考虑，电压应力需要按高压考虑，成本大大增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种宽输入电压范围的电源模块。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽输入电压范围的电源模块，包括第一、二电源输入端、整流滤波电路、连接在所述第一、二电源输入端和所述整流滤波电路之间的变换电路，所述变换电路通过整流电路连接到所述第一、二电源输入端，所述变换电路包括第一变换器和第二变换器；在高压工作模式下，所述第一变换器与第二变换器串联输出；在低压工作模式下，所述第一变换器与第二变换器并联输出。
在本发明所述的宽输入电压范围的电源模块中，所述高压工作模式的交流输入电压范围为380V至600V，其下限可以下浮15％，其上限可以上浮10％；所述低压工作模式的交流输入电压范围为208V至240V，其下限可以下浮15％，其上限可以上浮10％。
在本发明所述的宽输入电压范围的电源模块中，所述第一变换器、第二变换器是双管正激变换器，或者双管反激变换器。
优选的，所述第一变换器包括：第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管M1、第二开关管M2和第一变压器T1；
其中，所述第一电容C1连接在所述整流电路的第一输出端和第二输出端之间；
所述第一二极管D1的阳极与所述整流电路的第二输出端连接、阴极与所述第一变压器T1的第一端连接；
所述第二二极管D2的阳极与所述第一变压器T1的第二端连接、阴极与所述整流电路的第一输出端连接；
所述第一开关管M1的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述整流电路的第一输出端连接、控制端连接到控制器；
所述第二开关管M2的第一端与所述整流电路的第二输出端连接、第二端与所述第一变压器T1的另一端连接、控制端连接到所述控制器；
所述第二变换器包括：第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管M3、第四开关管M4和第二变压器T2；
其中，所述第二电容C2连接在所述整流电路的第一输出端和第二输出端之间；
所述第三二极管D3的阳极与所述整流电路的第二输出端连接、阴极与所述第二变压器T2的第一端连接；
所述第四二极管D4的阳极与所述第二变压器T2的第二端连接、阴极与所述整流电路的第一输出端连接；
所述第三开关管M3的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述整流电路的第一输出端连接、控制端连接到控制器；
所述第四开关管M2的第一端与所述整流电路的第二输出端连接、第二端与所述第二变压器T2的另一端连接、控制端连接到所述控制器。
其中，所述第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4是MOS管或者其它功率管。
优选的，所述第一变换器包括：第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管M1、第二开关管M2和第一变压器T1；
其中，所述第一电容C1的一端接所述整流电路的第一输出端，第一电容C1的另一端与所述第一二极管D1的阳极、第二开关管M2的第一端接于中点C；
所述第一二极管D1的阴极与所述第一变压器T1的第一端连接；
所述第二二极管D2的阳极与所述第一变压器T1的第二端连接、阴极与所述整流电路的第一输出端连接；
所述第一开关管M1的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述整流电路的第一输出端连接、控制端连接到控制器；
所述第二开关管M2的第二端与所述第一变压器T1的另一端连接、控制端连接到所述控制器；
所述第二变换器包括：第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管M3、第四开关管M4和第二变压器T2；
其中，所述第二电容C2的一端接中点C；第二电容C2的另一端与所述第三二极管D3的阳极、所述第四开关管M4的第一端接于所述整流电路的第二输出端；
所述第三二极管D3的阴极与所述第二变压器T2的第一端连接；
所述第四二极管D4的阳极与所述第二变压器T2的第二端连接、阴极与中点C连接；
所述第三开关管M3的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述中点C连接，控制端连接到控制器；
所述第四开关管M4的第二端与所述第二变压器T2的另一端连接、控制端连接到所述控制器。
其中，所述第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4是MOS管或者其它功率管。
本发明的有益效果是，可使高压输入，单个变换器的输入电压为输入电压的一半，解决了功率器件的电压限制问题。低压时并联，有利于选择电流较小的其它功率管。功率器件损耗分散，有利于热设计。宽电压范围下，输入直流滤波电容的利用率大大提高。更改电压范围仅需要使用前进行简单配置。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明所述的宽输入电压范围的电源模块第一实施例在低压模式下的电路方框图；
图2是本发明所述的宽输入电压范围的电源模块第一实施例在高压模式下的电路方框图；
图3是本发明所述的宽输入电压范围的电源模块第二实施例在低压模式下的电路方框图；
图4是本发明所述的宽输入电压范围的电源模块第二实施例在高压模式下的电路方框图；
图5是本发明所述的宽输入电压范围的电源模块第三实施例在低压模式下的电路方框图；
图6是本发明所述的宽输入电压范围的电源模块第三实施例在高压模式下的电路方框图。
具体实施方式
如图1～6所示的一种宽输入电压范围的电源模块，包括第一、二电源输入端108、110、整流滤波电路100、连接在所述第一、二电源输入端108、110和所述整流滤波电路100之间的变换电路1，变换电路1通过整流电路连接到第一、二电源输入端108、110，变换电路1包括第一变换器11和第二变换器12；在低压工作模式下，所述第一变换器11与第二变换器12并联输出；在高压工作模式下，所述第一变换器11与第二变换器12串联输出。在第一实施例中采用反激变换电路；在第二实施例中采用正激变换电路；在第三实施例中副边采用双电感。
高压工作模式的交流输入电压范围为380V至600V，其下限可以下浮15％，其上限可以上浮10％；低压工作模式的交流输入电压范围为208V至240V，其下限可以下浮15％，其上限可以上浮10％。
变换器的控制芯片，发出两路对称并且互差180度的PWM脉冲，分别控制两个变换器其它功率管开关。控制环路稳定时，两路PWM脉冲宽度相同，两个正激变换器输出功率相同，串联模式下，输入整流滤波电容可以实现均压。
图1、3、5分别为第一、二、三实施例在低压工作模式下，变换电路1中的第一、二变换器并联连接的结构。其中，第一变换器11包括：第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管M1、第二开关管M2和第一变压器T1；其中，所述第一电容C1连接在所述整流电路的第一输出端118和第二输出端120之间；第一二极管D1的阳极与第二输出端120连接、阴极与第一变压器T1的第一端连接；第二二极管D2的阳极与第一变压器T1的第二端连接、阴极与整流电路的第一输出端118连接；第一开关管M1的第一端与变压器的第一端连接、第二端与第一输出端118连接、控制端连接到控制器；第二开关管M2的第一端与第二输出端120连接、第二端与第一变压器T1的另一端连接、控制端连接到控制器；第二变换器12包括：第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管M3、第四开关管M4和第二变压器T2；其中，第二电容C2连接在整流电路的第一输出端118和第二输出端120之间；第三二极管D3的阳极与第二输出端120连接、阴极与第二变压器T2的第一端连接；第四二极管D4的阳极与第二变压器T2的第二端连接、阴极与第一输出端118连接；第三开关管M3的第一端与变压器的第一端连接、第二端与第一输出端118连接、控制端连接到控制器；第四开关管M2的第一端与第二输出端120连接、第二端与第二变压器T2的另一端连接、控制端连接到控制器。第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4是MOS管或者其它功率管。根据不同需要，可以对A、B、C、D进行适当的短接来实现电压的输入范围要求。短接，可以采用导线，也可以使用继电器等实现。
图2、4、6分别为第一、二、三实施例在高压工作模式下，变换电路1中的第一、二变换器串联连接的结构。其中，第一变换器11包括：第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管M1、第二开关管M2和第一变压器T1；其中，第一电容C1的一端接整流电路的第一输出端118，第一电容C1的另一端与所述第一二极管D1的阳极、第二开关管M2的第一端接于中点C；第一二极管D1的阴极与第一变压器T1的第一端连接；第二二极管D2的阳极与第一变压器T1的第二端连接、阴极与第一输出端118连接；第一开关管M1的第一端与变压器的第一端连接、第二端与第一输出端118连接、控制端连接到控制器；第二开关管M2的第二端与第一变压器T1的另一端连接、控制端连接到控制器；第二变换器12包括：第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管M3、第四开关管M4和第二变压器T2；其中，第二电容C2的一端接中点C；第二电容C2的另一端与所述第三二极管D3的阳极、第四开关管M4的第一端接于整流电路的第二输出端120；第三二极管D3的阴极与第二变压器T2的第一端连接；第四二极管D4的阳极与第二变压器T2的第二端连接、阴极与中点连接C；第三开关管M3的第一端与变压器的第一端连接、第二端与所述中点C连接，控制端连接到控制器；第四开关管M4的第二端与第二变压器T2的另一端连接、控制端连接到控制器。第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4是MOS管或者其它功率管。根据不同需要，可以对A、B、C、D进行适当的短接来实现电压的输入范围要求。短接，可以采用导线，也可以使用继电器等实现。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (7)

1、一种宽输入电压范围的电源模块，包括第一、二电源输入端(108、110)、整流滤波电路(100)、连接在所述第一、二电源输入端(108、110)和所述整流滤波电路(100)之间的变换电路(1)，所述变换电路(1)通过整流电路连接到所述第一、二电源输入端(108、110)，其特征在于，所述变换电路(1)包括第一变换器(11)和第二变换器(12)；在高压工作模式下，所述第一变换器(11)与第二变换器(12)串联输出；在低压工作模式下，所述第一变换器(11)与第二变换器(12)并联输出。
2、根据权利要求1所述的宽输入电压范围的电源模块，其特征在于，所述高压工作模式的交流输入电压范围为380V至600V，其下限可以下浮15％，其上限可以上浮10％；所述低压工作模式的交流输入电压范围为208V至240V，其下限可以下浮15％，其上限可以上浮10％。
3、根据权利要求2所述的宽输入电压范围的电源模块，其特征在于，所述第一变换器(11)、第二变换器(12)是双管正激变换器，或者双管反激变换器。
4、根据权利要求1至3任意所述的宽输入电压范围的电源模块，其特征在于，在低压工作模式下，所述第一变换器(11)包括：第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管M1、第二开关管M2和第一变压器T1；
其中，所述第一电容C1连接在所述整流电路的第一、二输出端(118、120)之间；
所述第一二极管D1的阳极与所述整流电路的第二输出端(120)连接、阴极与所述第一变压器T1的第一端连接；
所述第二二极管D2的阳极与所述第一变压器T1的第二端连接、阴极与所述整流电路的第一输出端(118)连接；
所述第一开关管M1的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述整流电路的第一输出端(118)连接、控制端连接到控制器；
所述第二开关管M2的第一端与所述整流电路的第二输出端(120)连接、第二端与所述第一变压器T1的第二端连接、控制端连接到所述控制器；
所述第二变换器(12)包括：第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管M3、第四开关管M4和第二变压器T2；
其中，所述第二电容C2连接在所述整流电路的第一、二输出端(118、120)之间；
所述第三二极管D3的阳极与所述整流电路的第二输出端(120)连接、阴极与所述第二变压器T2的第一端连接；
所述第四二极管D4的阳极与所述第二变压器T2的第二端连接、阴极与所述整流电路的第一输出端(118)连接；
所述第三开关管M3的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述整流电路的第一输出端(118)连接、控制端连接到控制器；
所述第四开关管M4的第一端与所述整流电路的第二输出端(120)连接、第二端与所述第二变压器T2的第二端连接、控制端连接到所述控制器。
5、根据权利要求4所述的宽输入电压范围的电源模块，其特征在于，所述第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4是MOS管或者其它功率管。
6、根据权利要求1至3任意所述的宽输入电压范围的电源模块，其特征在于，在高压工作模式下，所述第一变换器(11)包括：第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管M1、第二开关管M2和第一变压器T1；
其中，所述第一电容C1的一端接所述整流电路的第一输出端(118)，第一电容C1的另一端与所述第一二极管D1的阳极、第二开关管M2的第一端接于中点C；
所述第一二极管D1的阴极与所述第一变压器T1的第一端连接；
所述第二二极管D2的阳极与所述第一变压器T1的第二端连接、阴极与所述整流电路的第一输出端(118)连接；
所述第一开关管M1的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述整流电路的第一输出端(118)连接、控制端连接到控制器；
所述第二开关管M2的第二端与所述第一变压器T1的第二端连接、控制端连接到所述控制器；
所述第二变换器(12)包括：第二电容C2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三开关管M3、第四开关管M4和第二变压器T2；
其中，所述第二电容C2的一端接中点C；第二电容C2的另一端与所述第三二极管D3的阳极、所述第四开关管M4的第一端接于所述整流电路的第二输出端(120)；
所述第三二极管D3的阴极与所述第二变压器T2的第一端连接；
所述第四二极管D4的阳极与所述第二变压器T2的第二端连接、阴极与中点C连接；
所述第三开关管M3的第一端与所述变压器的第一端连接、第二端与所述中点C连接，控制端连接到控制器；
所述第四开关管M4的第二端与所述第二变压器T2的第二端连接、控制端连接到所述控制器。
7、根据权利要求6所述的宽输入电压范围的电源模块，其特征在于，所述第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4是MOS管或者其它功率管。
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