CN102710152B - 一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路 - Google Patents

一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路 Download PDF

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Abstract

依据本发明的一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路，利用两级结构将输入的交流电压转换为一恒定的直流电压输出，其中第二级电压转换电路只需对第一级电压转换电路的一部分输出电压进行转换，从而降低了整个电路的耗能，提高转换效率；同时，第二级电压转换电路中的开关管只需要承受第一级电压转换电路输出电压中的一部分，而非全部输出电压，因此可以选用耐压以及体积较小的开关管，进一步节省了电路的成本和体积；第二级电压转换电路的控制方式优选为调节速度较快的PWM控制，而且控制电路接收所述交流-直流电压转换电的整个直流输出电压作为反馈信息，而非第二级电压转换电路的输出电压，因此，实现了对整个转换电路的输出电压的快速和精确的调节。<!--1-->

Description

一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，更具体的说，涉及一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路。
背景技术
目前交流-直流电压转换电路中比较常用的两级结构包括PFC电路和隔离型直流-直流变换器，其原理框图如图1所示。其中前一级的PFC电路用以提高功率因数，而后一级的反激式变换器用以将前级的输出电压通过隔离式的拓扑结构传输至副边。在这种拓扑结构中二极管D1、开关管Q1、开关管Q2以及电容C1均需要采用耐高压器件，同时光耦元件的使用进一步提高了电路成本，并使得电路响应变慢。
针对图1所示拓扑结构的不足，对其进行改进后的电路框图如图2所示，其中第一级电路结构利用反激式变换器达到功率因数校正功能，并输出一直流电压Vout1，第二级电路中的非隔离型直流-直流变换器结构将直流电压Vout1转换为最终的输出电压Vout。采用改进的电路结构与图1所示结构相比，电路更易集成、仅需要一个耐高压型开关管且采用原边控制无需光耦元件，使得成本有所降低；但是改进后的电路存在以下问题；第二级电路需要对第一级电路的整个输出电压进行调节，因此仍然存在不必要的耗能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路，以解决现有的两级式交流-直流电压转换电路存在不必要的耗能而导致的效率难以提高的问题。
依据本发明一实施例的一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路，用以将一交流输入电压转换为直流输出电压；包括：第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中，
所述第一级电压转换电路为具有功率因数校正功能的隔离型拓扑结构，用以将所述交流输入电压转换为依次串联连接的n路第一级电压，其中，n≥2；
所述第二级电压转换电路为非隔离型拓扑结构，用以将其中一路第一级电压转换为一第二级电压；
所述第二级电压和剩余的（n-1）路第一级电压串联连接，以在交流-直流电压转换电路的输出端产生所述直流输出电压。
进一步的，所述第二电压转换电路包括一PWM控制电路，其接收所述直流输出电压，并据此输出PWM信号控制所述第二电压转换电路中开关管的占空比，以将其中一路第一级电压转换为所述第二级电压。
进一步的，所述第一级电压转换电路包括一整流桥、一具有多路输出的隔离型变换器和一功率因数校正控制电路，其中，
所述整流桥，用以将所述交流输入电压转换为一直流电压；
所述隔离型变换器与所述整流桥连接以接收所述直流电压，并将其转换为依次串联的n路第一级电压；
所述功率因数校正控制电路用以控制所述隔离型变换器的输入电压和输入电流同相位。
优选的，所述隔离型变换器为正激式变换器或反激式变换器。
优选的，所述隔离型变换器采用原边控制方式，通过采样所述隔离型变换器的辅助绕组的输出电压控制所述隔离型变换器的工作状态。
优选的，所述功率因数校正控制电路采用准谐振控制方式控制原边开关管的开关动作。
优选的，所述第二级电压转换电路的拓扑结构为非隔离型降压调节器、非隔离型升压调节器或非隔离型升降压调节器。
依据本发明的交流-直流电压转换电路利用两级结构将输入的交流电压转换为一恒定的直流电压输出，其中第二级电压转换电路只需对第一级电压转换电路的一部分输出电压进行转换，从而降低了整个电路的耗能，提高转换效率；同时，第二级电压转换电路中的开关管只需要承受第一级电压转换电路输出电压中的一部分，而非全部输出电压，因此可以选用耐压以及体积较小的开关管，进一步节省了电路的成本和体积；第二级电压转换电路的控制方式优选为调节速度较快的PWM控制，而且控制电路接收所述交流-直流电压转换电的整个直流输出电压作为反馈信息，而非第二级电压转换电路的输出电压，因此，实现了对整个转换电路的输出电压的快速和精确的调节。
附图说明
图1所示为现有的一种两级式交流-直流电压转换电路的原理框图；
图2所示为现有的另一种两级式交流-直流电压转换电路的原理框图；
图3所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第一实施例的电路图；
图4所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第二实施例的电路图；
图5所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第三实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
参考图3，所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第一实施例；用以将一交流输入电压转换为直流输出电压；其包括：第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中，
所述第一级电压转换电路为具有功率因数校正功能的隔离型拓扑结构，用以将所述交流输入电压转换为依次串联连接的n路第一级电压Vbus1、Vbus2、···Vbusn，其中，n≥2；
所述第二级电压转换电路为非隔离型拓扑结构，用以将其中一路第一级电压Vbus2转换为一第二级电压V2；所述第二级电压V2和剩余的（n-1）路第一级电压串联连接，以在交流-直流电压转换电路的输出端产生所述直流输出电压Vo。
依据本发明的交流-直流电压转换电路第二级电压转换电路只需对第一级电压转换电路的一部分输出电压进行转换，从而降低了整个电路的耗能，提高转换效率。
参考图4，所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第二实施例的电路图；在本实施例中以第一级电压转换电路输出两路第一级电压为例，即n=2，对所述交流-直流电压转换电路的具体实现进行说明。所述第一级电压转换电路具体包括：一整流桥、一具有两路输出的反激式变换器和一功率因数校正控制电路，其中，
所述整流桥，用以将所述交流输入电压转换为一直流电压；
所述反激式变换器与所述整流桥连接以接收所述直流电压，并将其转换为依次串联的两路第一级电压Vbus1和Vbus2；
所述功率因数校正控制电路优选准谐振方式控制所述原边开关管Q1的开关动作，以达到所述反激式变换器的输入电压和输入电流同相位。
所述第二级电压转换电路的拓扑结构优选为由开关管Q2、Q3、电感L1、以及输出电容Cout组成非隔离型降压调节器，其接收所述第一级电压转换电路输出的第一级电压Vbus1，通过一PWM控制电路，将其转换为第二级电压V2；所述第二级电压V2与另一路第一级电压Vbus2串联连接作为所述交流-直流电压转换电路的输出电压Vo。
所述PWM控制电路接收所述交流-直流电压转换电路的输出电压Vo，并据此输出PWM信号控制所述第二电压转换电路中开关管Q2、Q3的占空比。
在本实施例中，可以更明显的看出，由于第二级电压转换电路中的开关管只需要承受第一级电压转换电路输出电压中的一部分，而非全部输出电压，因此开关管Q2、Q3可以选用耐压以及体积较小的开关管，进一步节省了电路的成本和体积；另外，第二级电压转换电路的控制方式优选为调节速度较快的PWM控制，而且控制电路接收所述交流-直流电压转换电的整个直流输出电压作为反馈信息，而非第二级电压转换电路的输出电压，因此，实现了对整个转换电路的输出电压的快速和精确的调节。
参考图5，所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第三实施例的电路图；与图4所示实施例相比，其不同之处在于：所述第一级电压转换电路中的具有多路输出的隔离型变换器为正激式变换器；而所述第二级电压转换电路的拓扑结构为由开关管Q4、电感L2、二极管D2、以及输出电容Cout2组成非隔离型升压调节器；其工作原理与图4所示实施例相似，在此不再赘述。其中所述正激式变换器可以采用原边控制方式，通过采样辅助绕组的输出电压控制所述正激式变换器的工作状态。
这里需要说明的是第二级电压转换电路可以为任何合适的非隔离型拓扑结构，如非隔离型升压调节器、降压调节器或升降压调节器等。图4所示实施例中第二级电压转换电路还可以变换为非同步降压调节器，相应的图5所示实施例中的第二级电压转换电路还可以变换为同步升压调节器，这些变换方式均在本发明的保护范围之内。
以上对依据本发明的优选实施例的交流-直流电压转换电路进行了描述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本领域技术人员在本发明实施例公开的电路的基础上所做的相关的改进、多个实施例的结合，以及采用其他技术、电路布局或元件而实现的相同功能的电路结构，也在本发明实施例的保护范围之内。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种高效率、快速响应的交流-直流电压转换电路，用以将一交流输入电压转换为直流输出电压，其特征在于，包括：第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中，
所述第一级电压转换电路为具有功率因数校正功能的隔离型拓扑结构，用以将所述交流输入电压转换为n路第一级电压，其中，n≥2；
所述第二级电压转换电路为非隔离型拓扑结构，用以将其中一路第一级电压转换为一第二级电压；
所述第二级电压转换电路包括一PWM控制电路，其接收所述直流输出电压，并据此输出PWM信号控制所述第二级电压转换电路中开关管的占空比，以将其中一路第一级电压转换为所述第二级电压；
所述第二级电压和剩余的(n-1)路第一级电压串联连接，以在交流-直流电压转换电路的输出端产生所述直流输出电压。
2.根据权利要求1所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述第一级电压转换电路包括一整流桥、一具有多路输出的隔离型变换器和一功率因数校正控制电路，其中，
所述整流桥，用以将所述交流输入电压转换为一直流电压；
所述隔离型变换器与所述整流桥连接以接收所述直流电压，并将其转换为依次串联的n路第一级电压；
所述功率因数校正控制电路用以控制所述隔离型变换器的输入电压和输入电流同相位。
3.根据权利要求2所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述隔离型变换器为正激式变换器或反激式变换器。
4.根据权利要求2所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述隔离型变换器采用原边控制方式，通过采样所述隔离型变换器的辅助绕组的输出电压控制所述隔离型变换器的工作状态。
5.根据权利要求2所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述功率因数校正控制电路采用准谐振控制方式控制原边开关管的开关动作。
6.根据权利要求1所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述第二级电压转换电路的拓扑结构为非隔离型降压调节器、非隔离型升压调节器或非隔离型升降压调节器。
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