CN102714464A - 一种多输入直流变换器以及一种pfc电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多输入直流变换器以及PFC电路。本发明多输入直流变换器，包括n个二极管，变压器、开关管、整流滤波电路和负载，变压器包括原边绕组和副边绕组，原边绕组的匝数为N1，原边绕组通过特定方式引出n-1个中间抽头被分为n段；n个二极管的阳极依次分别连接n个输入源，n个二极管的阴极依次分别连接原边绕组的第一端和n-1个中间抽头端，原边绕组的第二端通过开关管接地，副边绕组将能量通过整流滤波电路后传递至负载。本发明将变换器原边绕组按照特定方式抽出中间抽头，使得组成的多输入直流变换器可利用多个输入源中的一个或者多个同时供电，结构简单，成本较低。本发明的PFC电路，电路中接入双输入直流变换器，可提高PFC电路的效率。

Description

一种多输入直流变换器以及一种PFC电路
【技术领域】
本发明涉及直流/直流变换器，特别是涉及一种多输入直流变换器以及应用其中的双输入直流变换器的PFC电路。
【背景技术】
现有的直流/直流变换器，如图1所示，包括变压器T、开关管S1、二极管D、滤波电容C和负载R，变压器T包括原边绕组N1，副边绕组N2。变压器原边绕组N1第一端连接直流输入源V，原边绕组N1第二端通过开关管S1接地，副边绕组N2的第一端连接二极管D的阳极，二极管D的阴极连接滤波电容C和负载R的第一端，副边绕组N2的第二端连接滤波电容C和负载R的第二端。配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，直流/直流变换器将直流输入源V的能量通过变压器传递至副边端连接的负载。然而上述直流/直流变换器，仅能实现单一供电。如为了将实现两路直流输入源供电，则需要两个上述直流/直流变换器。现有技术中也有提出双输入直流变换器的电路，如公开号为CN102097943A，名称为双输入直流变换器的专利申请文件，其中提出的双输入直流变换器能实现双输入电源供电，但是其电路结构要借助较多开关管，元器件较多，控制复杂，导致电路结构较复杂，电路成本较高。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种双输入直流变换器，电路结构较简单，电路成本较低。
本发明进一步所要解决的技术问题是，提出一种多输入直流变换器，电路结构简单，电路成本较低。
本发明更进一步所要解决的技术问题是，提出一种PFC电路，其中应用上述双输入直流变换器，从而可降低PFC电路中二极管的电压波形振荡，提高PFC电路的效率。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种双输入直流变换器，利用第一输入源（V1）和第二输入源（V2）两者中的一个或者两个同时供电；包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、变压器（T）、开关管（S1）、整流滤波电路和负载（R）；所述变压器（T）包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的匝数为N1，所述原边绕组通过引出一个中间抽头被分为第一段绕组（N11）和第二段绕组（N12），所述第一段绕组（N11）和所述第二段绕组（N12）的匝数根据如下两个关系式确定：
Figure BDA00001664610700021
N1=N11+N12；其中，N11表示所述原边绕组的第一端（A）与所述中间抽头（P）之间的第一段绕组的匝数，N12表示所述中间抽头（P）与所述原边绕组的第二端（B）之间的第二段绕组的匝数，V1表示所述第一输入源的电压值，V2表示所述第二输入源的电压值，且V1＞V2；所述第一二极管（D1）的阳极连接所述第一输入源（V1），阴极连接所述原边绕组的第一端（A），所述第二二极管（D2）的阳极连接所述第二输入源（V2），阴极连接所述原边绕组的中间抽头（P），所述原边绕组的第二端（B）通过所述开关管（S1）接地，所述副边绕组将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载（R）。
一种双输入直流变换器，利用第一输入源（V1）和第二输入源（V2）两者中的一个或者两个同时供电；且供电时，所述第二输入源（V2）的供电能量不足以影响所述第一输入源（V1）的电压波动；包括第二二极管（D2）、变压器（T）、开关管（S1）、整流滤波电路和负载（R）；所述变压器（T）包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的匝数为N1，所述原边绕组通过引出一个中间抽头被分为第一段绕组（N11）和第二段绕组（N12），所述第一段绕组（N11）和所述第二段绕组（N12）的匝数根据如下两个关系式确定：
Figure BDA00001664610700022
N1=N11+N12；其中，N11表示所述原边绕组的第一端（A）与所述中间抽头（P）之间的第一段绕组的匝数，N12表示所述中间抽头（P）与所述原边绕组的第二端（B）之间的第二段绕组的匝数，V1表示所述第一输入源的电压值，V2表示所述第二输入源的电压值，且V1＞V2；所述第一输入源（V1）连接所述原边绕组的第一端（A），所述第二二极管（D2）的阳极连接所述第二输入源（V2），阴极连接所述原边绕组的中间抽头（P），所述原边绕组的第二端（B）通过所述开关管（S1）接地，所述副边绕组将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载（R）。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：
一种多输入直流变换器，利用n个输入源中的一个或者多个同时供电，n≥3；包括n个二极管，变压器（T）、开关管（S1）、整流滤波电路和负载（R）；所述变压器（T）包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的匝数为N1，所述原边绕组通过引出n-1个中间抽头被分为n段，所述n段绕组的匝数根据如下n个关系式确定：
V 1 V 2 = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n
V 1 V 3 = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n
……
V 1 Vi = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 i + · · · + N 1 n
……
V 1 Vn = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 n
N1=N11+N12+N13+…+N1i+…+N1n
其中，i取1至n中任一值，N1i表示所述第i段绕组的匝数，Vi表示所述第i个输入源的电压值，且V1＞V2＞V3＞……＞Vn；所述n个二极管的阳极依次分别连接所述n个输入源，n个二极管的阴极依次分别连接所述原边绕组的第一端（A）和n-1个中间抽头端，所述原边绕组的第二端（B）通过所述开关管（S1）接地，所述副边绕组将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载（R）。
本发明的技术问题通过以下更进一步的技术方案予以解决：
一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第二电感（L1B）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第五二极管（D5）的阳极，输入电源的第二端通过所述第二电感（L1B）连接所述第六二极管（D6）的阳极，所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阴极连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阳极，所述无桥PFC电路还包括如上所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第五二极管（D5）的阳极，输入电源的第二端连接所述第六二极管（D6）的阳极，所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阴极连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阳极，所述无桥PFC电路还包括如上所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第二电感（L1B）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第三开关管（S3）的第一端，输入电源的第二端通过所述第二电感（L1B）连接所述第四开关管（S4）的第一端，所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第二端连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第一端，所述无桥PFC电路还包括如上所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第三开关管（S3）的第一端，输入电源的第二端连接所述第四开关管（S4）的第一端，所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第二端连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第一端，所述无桥PFC电路还包括如上所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的双输入直流变换器，其中变压器原边绕组引出中间抽头，中间抽头的位置依据待接收的两个输入源的电压比值关系确定，通过上述设置，将待接收的两个输入源分别通过二极管连接至变压器原边绕组的第一端，中间抽头端，即可实现两个输入源中的一个供电或者两者同时供电。本发明的双输入直流变换器，电路结构相对于现有单输入直流变换器，仅需将变压器原边绕组按关系式分成两段绕组，不需要依赖多个开关管，电路结构较简单，电路成本较低。类似地，多输入直流变换器实现多个输入源中的一个或者多个同时供电，电路结构简单，成本较低。本发明的PFC电路，其中应用上述双输入变换器，从而可降低PFC电路中的二极管的电压波形振荡，提高PFC电路的效率。
【附图说明】
图1是现有技术中的直流变换器的电路结构图；
图2是本发明具体实施方式一的双输入直流变换器的电路结构图；
图3是本发明具体实施方式一的双输入直流变换器中增加吸收尖刺电压电路后的电路结构图；
图4是本发明具体实施方式二的双输入直流变换器的电路结构图；
图5是本发明具体实施方式三的多输入直流变换器的电路结构图；
图6是本发明具体实施方式四的无桥PFC电路的电路结构图；
图7是本发明具体实施方式四的无桥PFC基本电路部分未连接双输入直流变换器时第七二极管D7两端的电压波形图；
图8是本发明具体实施方式四的无桥PFC基本电路部分连接双输入直流变换器后第七二极管D7两端的电压波形图；
图9是本发明具体实施方式五的无桥PFC电路的电路结构图；
图10是本发明具体实施方式六的无桥PFC电路的电路结构图；
图11是本发明具体实施方式七的无桥PFC电路的电路结构图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式一
如图2所示，为本具体实施方式中双输入直流变换器的电路结构图。双输入直流变换器包括第一二极管D1、第二二极管D2、变压器T、开关管S1、整流滤波电路1和负载R。该双输入直流变换器用于将已知电压值的第一输入源V1，第二输入源V2引入电路，利用两者中一个或者两个同时供电。
其中，变压器T包括原边绕组和副边绕组N2，原边绕组的匝数为N1，原边绕组通过引出一个中间抽头P被分为第一段绕组N11和第二段绕组N12。已知第一输入源V1的理论电压值，第二输入源V2的理论电压值，原边绕组匝数N1的值，即可根据如下两个关系式确定第一段绕组N11和第二段绕组N12的匝数值：
V 1 V 2 = N 11 + N 12 N 12 , N1=N11+N12；
其中，N11表示所述原边绕组的第一端A与中间抽头P之间的第一段绕组的匝数，N12表示中间抽头P与原边绕组的第二端B之间的第二段绕组的匝数，V1表示第一输入源的电压值，V2表示第二输入源的电压值，且V1＞V2。
如此便得到第一段绕组的匝数N11，第二段绕组的匝数N12，从而可确定中间抽头的位置，引出中间抽头P。
引出中间抽头P后，将第一输入源V1，第二输入源V2接入电路，具体连接为：第一二极管D1的阳极连接第一输入源V1，阴极连接原边绕组的第一端A，第二二极管D2的阳极连接第二输入源V2，阴极连接原边绕组的中间抽头P，原边绕组的第二端B通过开关管S1接地，副边绕组N2将能量通过整流滤波电路1后传递至负载R。本具体实施方式中，整流滤波电路1包括第三二极管D3和滤波电容C1，副边绕组N2的第一端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接滤波电容C1和负载R的第一端，副边绕组的第二端连接滤波电容C1和负载R的第二端。当然，整流滤波电路1还可以采用其它具体电路结构，在此不一一列举。
双输入直流变换器电路工作原理为：
因第一段绕组的匝数N11，第二段绕组的匝数N12是根据第一输入源V1，第二输入源V2的理论值确定的，而实际电路工作时，接收的第一输入源V1，第二输入源V2都存在一定的纹波电压或者尖刺，实际值并不完全与理论值相等。因此，就存在如下3种情形：
当第一输入源V1的实际值
Figure BDA00001664610700062
时，将第二输入源V2的实际值V2’视为等于其理论值V2，则第一输入源V1的实际值V1’大于其理论值V1。此时，双输入直流变换器将由第一输入源V1通过第一二极管D1给变压器原边第一段绕组N11和第二段绕组N12供电，则中间抽头P处分得的电压将大于第二输入源V2的实际值，因此第二二极管D2将截止。配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，即直流变换器通过第一输入源V1供电，将能量通过变压器传递至负载R。
当第一输入源V1的实际值
Figure BDA00001664610700071
时，仍然将第二输入源V2的实际值V2’视为等于其理论值V2，则第一输入源V1的实际值V1’小于其理论值V1。此时，双输入直流变换器将由第二输入源V2通过第二二极管D2给变压器原边第二段绕组N12供电，通过磁感应定律，原边第一段绕组N11上也感应出一个电压值，该感应电压值加上中间抽头P处的电压值（也即第二输入源V2的实际值V2’）得到原边绕组第一端A处的电压，其大于第一输入源V1的实际值，因此第一二极管D1截止。配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，即直流变换器通过第二输入源V2供电，将能量通过变压器传递至负载R。
当第一输入源V1的实际值
Figure BDA00001664610700072
时，仍然将第二输入源V2的实际值V2’视为等于其理论值V2，则第一输入源V1的实际值V1’等于其理论值V1。此时，双输入直流变换器中，第一输入源V1通过第一二极管D1加于变压器原边第一段绕组N11和第二段绕组N12上，第二输入源V2通过第二二极管D2加于变压器原边第二段绕组N12上。配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，即直流变换器通过第一输入源V1、第二输入源V2供电，将能量通过变压器传递至负载R。
通过上述工作原理分析，可知直流变换器可利用第一输入源V1和第二输入源V2两者中的一个或者两个同时供电，从而实现了双电源供电。相比现有技术通过两个单供电变换器实现双供电的电路，或者现有技术中通过设置多个开关管组成的双输入直流变换器，本具体实施方式的双输入直流变换器，仅需从变压器原边绕组引出中间抽头，以及增设两个二极管，电路结构较简单，成本较低。
优选地，为吸收第二输入源V2较大的尖峰电压，使通过第二二极管D2的电压较平稳，可增加吸收尖刺电压电路。如图3所示，吸收尖刺电压电路包括第四二极管D4和第二电容C2，第四二极管D4的阳极连接第二输入源V2，第四二极管D4的阴极连接第二电容C2的第一端和第二二极管D2的阳极，第二电容C2的第二端接地。需要说明的是，对于尖峰电压较大的输入源，可增加吸收尖刺电压电路，从而减小输入电压的尖刺或者纹波。而对于尖峰电压较小的输入源，则可省掉。
需说明的是，从图2中可知，本具体实施方式中变压器T是以反激式连入电路传递能量，而根据电路工作原理分析，变压器T的连接方式并不影响电路的工作，因此变压器的连接形式也可以是正激式或者其它形式。
具体实施方式二
如图4所示，为本具体实施方式的双输入直流变换器电路结构图，其与具体实施方式一的不同之处在于：本具体实施方式中，供电时所述第二输入源V2的供电能量不足以影响所述第一输入源V1的电压波动，比如，双输入直流变换器向负载R供应1000W的能量，而第一输入源V1提供其中999W的能量，而第二输入源V2仅提供其中1W的能量，此时即便第二输入源V2供电反灌至第一输入源V1，但第二输入源V2的供电能量太小，不会影响到第一输入源V1的电压波动，因此可以省略第一二极管D1。
如图4所示，双输入直流变换器包括第二二极管D2、变压器T、开关管S1、整流滤波电路和负载R。本具体实施方式中，因供电时所述第二输入源V2的供电能量不足以影响所述第一输入源V1的电压波动，因此省略第一二极管D1，第一输入源V1直接连接变压器T原边绕组第一端A，而关于其余器件的设置、连接均与具体实施方式一中相同，在此不重复说明。
电路工作原理方面，
当第一输入源V1的实际值
Figure BDA00001664610700081
由第一输入源V1单独供电时，工作原理同具体实施方式一，在此不重复。
当第一输入源V1的实际值
Figure BDA00001664610700082
由第二输入源V2单独供电时，双输入直流变换器将由第二输入源V2通过第二二极管D2给变压器原边第二段绕组N12供电，通过磁感应定律，原边第一段绕组N11上也感应出一个电压值，该感应电压值加上中间抽头P处的电压值（也即第二输入源V2的实际值V2’）得到原边绕组第一端A处的电压，其大于第一输入源V1的实际值。此时，虽然没有二极管D1的截止作用，但因第二输入源V2的供电能量较小不会影响到第一输入源V1的电压波动，因此此时也不会对第一输入源V1造成影响。此时，电路仍然由第二输入源V2供电正常工作。
当第一输入源V1的实际值由第一输入源V1和第二输入源V2共同供电时，工作原理同具体实施方式一，在此不重复。
由上分析，当第二输入源V2的供电能量不足以影响所述第一输入源V1的电压波动时，可省略第一二极管D1，电路仍然能正常工作。
具体实施方式三
如图5所示，为本具体实施方式的多输入直流变换器电路结构图。多输入直流变换器包括n个二极管（分别为图中标记为D11、D12、D13、……、D1n的二极管）、变压器T、开关管S1、整流滤波电路1和负载R。该多输入直流变换器用于将已知电压值的n个输入源（分别为图中标记为V1、V2、V3、……、Vn的输入源）引入电路，利用其中一个或者多个同时供电。
其中，变压器T包括原边绕组和副边绕组N2，原边绕组的匝数为N1，原边绕组通过引出n-1个中间抽头（分别为图中标记为P1、P2、……、P（n-1）的中间抽头）被分为n段绕组（分别为图中标记为N11、N12、……、N1n的绕组）。已知n个输入源的理论电压值，原边绕组匝数N1的值，即可根据如下n个关系式确定n段绕组的匝数值：
V 1 V 2 = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n
V 1 V 3 = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n
……
V 1 Vi = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 i + · · · + N 1 n
……
V 1 Vn = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 n
N1=N11+N12+N13+…+N1i+…+N1n
其中，i取1至n中任一值，N1i表示所述第i段绕组的匝数，Vi表示所述第i个输入源的电压值，且V1＞V2＞V3＞……＞Vn。
如此便得到n段绕组各段的匝数（N11、N12、……、N1n），从而可确定各中间抽头的位置，引出n-1个中间抽头P1、P2、……、P（n-1）。
引出各中间抽头后，将n个输入源接入电路，具体连接为：n个二极管的阳极依次分别连接n个输入源（即二极管D11的阳极连接第一输入源V1，二极管D12的阳极连接第二输入源V2，二极管D13的阳极连接第三输入源V3等等），n个二极管的阴极依次分别连接所述原边绕组的第一端A和n-1个中间抽头端（即二极管D11的阴极连接原边绕组的第一端A，二极管D12的阴极连接中间抽头P1，二极管D13的阴极连接中间抽头P2等等），原边绕组的第二端B通过开关管S1接地，副边绕组N2将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载R。本具体实施方式同具体实施方式一相同，整流滤波电路包括第三二极管D3和滤波电容C1，副边绕组N2的第一端连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接滤波电容C1和负载R的第一端，副边绕组的第二端连接滤波电容C1和负载R的第二端。
电路工作原理为：
因n段绕组的匝数N11、N12、……、N1n是根据n个输入源V1、V2、V3、……、Vn的理论值确定的，而实际电路工作时，接收的各个输入源都存在一定的纹波电压或者尖刺，实际值并不完全与理论值相等。因此，n个输入源分别代入如下n个式子计算，V1’， N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n V 2 ′ , N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n V 3 ′ , · · · · · · , N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 i + · · · + N 1 n Vi ′ , · · · · · · , N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 n V n ′ , 计算得到的n个式子之间的大小关系决定了电路的供电源，n个式子中哪一值较大，则由相应的输入源供电，哪几个值并列较大，则由相应的几个输入源供电。
例如，仅由n个输入源中一个供电的情形，如为第二输入源的实际值V2’代入计算的第2个式子
Figure BDA00001664610700105
最大，则由第二输入源为N12、N13、……、N1n段绕组供电，中间抽头P2至P（n-1）处分得的电压均会大于对应接入的输入源的实际值V3’至Vn’，从而使二极管D13至D1n截止；而根据磁感应定律，N11段绕组上也会感应出相应的电压，该感应的电压加上中间抽头P处的电压值（也即第二输入源V2的实际值V2’）得到原边绕组第一端A处的电压值，其大于对应接入的第一输入源的实际值V1’，从而使二极管D11截止，实现电路仅由第二输入源参与供电。配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，即直流变换器通过第二输入源V2供电，将能量通过变压器传递至负载R。
又例如，由n个输入源中多个供电的情形，如为第二输入源的实际值V2’代入计算的第2个式子
Figure BDA00001664610700106
和第n个输入源的实际值Vn’代入计算的第n个式子并列最大，则同上述分析，由第二输入源为N12、N13、……、N1(n-1)、N1n段绕组供电，第n个输入源为N1n段绕组供电，N11段绕组上感应出电压，且各抽头分得的电压使二极管D13至D1(n-1)均处于截止状态，感应的电压使二极管D11处于截止状态，实现电路由第二输入源和第n输入源共同参与供电。配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，即直流变换器通过第二输入源V2和第n输入源Vn共同供电，将能量通过变压器传递至负载R。
再例如，由n个输入源中n个同时供电的情形，此时各个输入源的实际值代入计算的n个式子均相等，原边绕组第一端A，各中间抽头处的电压均与对应连接的输入源的实际值相等，使得各二极管导通，各个输入源均参与供电，实现电路由n个输入源同时参与供电。配合配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，即直流变换器通过n个输入源同时供电，将能量通过变压器传递至负载R。
通过上述工作原理分析，可知直流变换器可利用n个输入源中的一个或者多个同时供电，从而实现了多输入电源供电。相比现有技术通过多个单供电变换器实现多输入供电的电路，本具体实施方式的多输入直流变换器，仅需从变压器原边绕组引出n-1个中间抽头，以及增设n个二极管，电路结构较简单，成本较低。
具体实施方式四
本具体实施方式为双输入直流变换器应用于第一种无桥PFC电路后形成的无桥PFC电路。如图6所示，为本具体实施方式的PFC电路的电路结构图，PFC电路包括两部分，第一部分为增加双输入直流变换器之前的PFC基本电路，第二部分为增加的双输入直流变换器。
PFC基本电路包括第一电感L1A、第二电感L1B、第一开关管S1、第二开关管S2、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7以及输出电容Co。无桥PFC电路接收的输入电源AC的第一端通过第一电感L1A连接第五二极管D5的阳极，输入电源AC的第二端通过第二电感L1B连接第六二极管D6的阳极，第五二极管D5和第六二极管D6的阴极连接输出电容Co的第一端，输出电容Co的第二端连接第七二极管D7的阳极，第七二极管D7的阴极分别通过第一开关管S1和第二开关管S2连接第五二极管D5和第六二极管D6的阳极。
增加的双输入直流变换器为图2所示具体实施方式一中优选的增加有吸收尖刺电压电路的双输入直流变换器，其组成和连接同具体实施方式一中所述，在此不重复。其与PFC基本电路的连接为：PFC基本电路的输出电容Co的第二端接地，输出电容Co的第一端引出的电压作为双输入直流变换器的第一输入源，第七二极管D7的阴极引出的电压作为双输入直流变换器的第二输入源。
PFC基本电路中第七二极管D7作为选择性导通单元，只允许其在希望的方向上导通，从而使得PFC基本电路的寄生电容（包括输出电容Co第一端对大地的寄生电容，输出电容第二端对大地的寄生电容，PFC基本电路输入端与输出端之间的寄生电容等效）在开关管开关周期内不会始终处于充放电的状态，这样，使得寄生电容上充电电流小，电压值较稳定，能有效减小共模噪声，降低EMI共模噪声。然而对于第七二极管D7两端的电压，如图7所示，为测得的PFC基本电路中第七二极管D7两端的电压Vd7的波形，从图中可知，电压Vd7有较大的振荡。为消除Vd7的振荡，常规的做法是在第七二极管D7的两端加上RC吸收电路，然而加RC吸收电路虽然可以降低第七二极管D7的电压应力和EMI噪声，但是此振荡的能量被RC消耗浪费掉了。本具体实施方式则是通过增加双输入直流变换器，将第七二极管D7的电压振荡能量通过双输入直流变换器传递至负载。这样，通过有效利用PFC基本电路中第七二极管D7的振荡能量，从而降低振荡。
分析第七二极管D7的电压可知，其高电平的平台电压是在第一开关管S1和第二开关管S2闭合，D7截止，第七二极管D7通过第一开关管S1与第五二极管D5串联后(或者第七二极管D7通过第二开关管S2与第六二极管D6串联后)并联在输出电容Co两端，第七二极管D7与第五二极管D5（或第六二极管D6）串联分输出电容Co两端电压，所以第二二极管D7上的电压Vd7为Co两端电压的一半，也即图中双输入直流变换器的第二输入源
Figure BDA00001664610700121
因此，带入具体实施方式一中确定两段绕组匝数的公式后，即可得到第一段绕组
Figure BDA00001664610700122
Figure BDA00001664610700123
中间抽头P从原边绕组的正中间抽出。
因此，双输入直流变换器应用于PFC基本电路后，按如下三种情形工作：
当第一输入源V1的实际值V1’＞2V2’时，双输入直流变换器将由第一输入源V1通过第一二极管D1给变压器原边第一段绕组N11和第二段绕组N12供电，配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，将能量通过变压器传递至负载R。
当第一输入源V1的实际值V1’＜2V2’时，双输入直流变换器将由第二输入源V2通过第二二极管D2给变压器原边第二段绕组N12供电，通过磁感应定律，原边第一段绕组N11上也感应出一个电压值，该感应电压值加上中间抽头P处的电压值（也即第二输入源V2的实际值V2’）得到原边绕组第一端A处的电压，其大于第一输入源V1的实际值，因此第一二极管D1截止，配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，将能量通过变压器传递至负载R。
当第一输入源V1的实际值V1’=2V2’时，双输入直流变换器将由第一输入源V1通过第一二极管D1加于变压器原边第一段绕组N11和第二段绕组N12上，由第二输入源V2通过第二二极管D2加于变压器原边第二段绕组N12上，配合开关管S1在PWM脉冲波的控制下，将能量通过变压器传递至负载R。
这样，增加上述双输入直流变换器的PFC电路后，测得PFC基本电路中第七二极管D7两端的电压Vd7的波形如图8所示，相对于图7，第七二极管D7两端的电压Vd7的振荡减小。也就是说，通过双输入直流变换器的供电在第一输入源V1与第二输入源V2之间切换，使得PFC电路中第七二极管D7上的振荡能量被有效利用掉，一方面，对于PFC电路而言，振荡减小；另一方面，对于双输入直流变换器而言，能有效利用振荡能量为负载供电。同时，上述双输入直流变换器电路结构简单，成本低，使得应用上述双输入直流变换器的PFC电路，在降低第七二极管电压振荡的同时，不会增加太多成本。
具体实施方式五
本具体实施方式为双输入直流变换器应用于第二种无桥PFC电路后形成的无桥PFC电路。本具体实施方式的PFC电路与具体实施方式四中的PFC电路，增设使用的双输入直流变换器均相同，为具体实施方式一中的双输入直流变换器，只是应用的PFC基本电路稍有不同，实施方式四中的PFC基本电路，电感由第一电感L1A、第二电感L1B组成，而本具体实施方式中PFC基本电路，电感仅由一个电感L1A组成。
如图9所示，为本具体实施方式的PFC电路的电路结构图，电路组成连接上，除PFC基本电路中电感部分稍有不同，其余部分组成连接均与具体实施方式四图6中的组成相同，在此不重复。由于本具体实施方式中PFC基本电路中由一个电感实现，因此第七二极管D7上的电压应力相对于实施方式四图6中的第七二极管D7上的电压应力较大，需选用电压应力较大的二极管作为第七二极管。而对于增设双输入直流变换器降低第七二极管D7的电压振荡能量，有效传递振荡能量至负载的工作原理，则与具体实施方式四中相同，在此不重复。
具体实施方式六
本具体实施方式为双输入直流变换器应用于第三种无桥PFC电路后形成的无桥PFC电路。本具体实施方式的PFC电路与具体实施方式四中的PFC电路，增设使用的双输入直流变换器均相同，为具体实施方式一中的双输入直流变换器，只是应用的PFC基本电路稍有不同，本具体实施方式中采用第三开关管S3，第四开关管S4代替实施方式四中第五二极管D5，第六二极管D6从而组成PFC基本电路部分。
如图10所示，为本具体实施方式的PFC电路的电路结构图。无桥PFC电路两部分，第一部分为PFC基本电路，包括第一电感L1A、第二电感L1B、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第七二极管D7以及输出电容Co，无桥PFC电路接收的输入电源AC的第一端通过第一电感L1A连接第三开关管S3的第一端，输入电源AC的第二端通过第二电感L1B连接第四开关管S4的第一端，第三开关管S3和第四开关管S4的第二端连接输出电容Co的第一端，输出电容Co的第二端连接第七二极管D7的阳极，第七二极管D7的阴极分别通过第一开关管S1和第二开关管S2连接第三开关管S3和第四开关管S4的第一端。第二部分为增加的双输入直流变换器，同具体实施方式四中相同，同样为图2所示具体实施方式一中优选的增加有吸收尖刺电压电路的双输入直流变换器，其组成和连接同具体实施方式一中所述，在此不重复。其与PFC基本电路的连接为：PFC基本电路的输出电容Co的第二端接地，输出电容Co的第一端引出的电压作为双输入直流变换器的第一输入源，第七二极管D7的阴极引出的电压作为双输入直流变换器的第二输入源。
本具体实施方式与具体实施方式四中的PFC基本电路不同，对于涉及到双输入直流变换器工作原理的部分，具体实施方式四中是第七二极管D7与第五二极管D5（或第六二极管D6）串联分压，第二输入源
Figure BDA00001664610700141
本具体实施方式中是第七二极管D7与第三开关管S3（或第四开关管S4）串联分压，虽然具体分压值有微小不同，但该影响较小，仍然可视为分压后，第二输入源因此对于增设双输入直流变换器降低第七二极管D7的电压振荡能量，有效传递振荡能量至负载的工作原理，则与具体实施方式四中相同，在此不重复。
具体实施方式七
本具体实施方式为双输入直流变换器应用于第四种无桥PFC电路后形成的无桥PFC电路。本具体实施方式的PFC电路与具体实施方式五中的PFC电路，增设使用的双输入直流变换器均相同，为具体实施方式一中的双输入直流变换器，只是应用的PFC基本电路稍有不同，实施方式六中的PFC基本电路，电感由第一电感L1A、第二电感L1B组成，而本具体实施方式中PFC基本电路，电感仅由一个电感L1A组成。
如图11所示，为本具体实施方式的PFC电路的电路结构图，电路组成连接上，除PFC基本电路中电感部分稍有不同，其余部分组成连接均与具体实施方式六图10中的组成相同，在此不重复。由于本具体实施方式中PFC基本电路中由一个电感实现，因此第七二极管D7上的电压应力相对于实施方式六图10中的第七二极管D7上的电压应力较大，需选用电压应力较大的二极管作为第七二极管。而对于增设双输入直流变换器降低第七二极管D7的电压振荡能量，有效传递振荡能量至负载的工作原理，则与具体实施方式四中相同，在此不重复。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双输入直流变换器，利用第一输入源（V1）和第二输入源（V2）两者中的一个或者两个同时供电；其特征在于：包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、变压器（T）、开关管（S1）、整流滤波电路和负载（R）；
所述变压器（T）包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的匝数为N1，所述原边绕组通过引出一个中间抽头被分为第一段绕组（N11）和第二段绕组（N12），所述第一段绕组（N11）和所述第二段绕组（N12）的匝数根据如下两个关系式确定：
Figure FDA00001664610600011
N1=N11+N12；其中，N11表示所述原边绕组的第一端（A）与所述中间抽头（P）之间的第一段绕组的匝数，N12表示所述中间抽头（P）与所述原边绕组的第二端（B）之间的第二段绕组的匝数，V1表示所述第一输入源的电压值，V2表示所述第二输入源的电压值，且V1＞V2；
所述第一二极管（D1）的阳极连接所述第一输入源（V1），阴极连接所述原边绕组的第一端（A），所述第二二极管（D2）的阳极连接所述第二输入源（V2），阴极连接所述原边绕组的中间抽头（P），所述原边绕组的第二端（B）通过所述开关管（S1）接地，所述副边绕组将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载（R）。
2.根据权利要求1所述的双输入直流变换器，其特征在于：所述整流滤波电路包括第三二极管（D3）和滤波电容（C1），所述副边绕组的第一端连接所述第三二极管（D3）的阳极，所述第三二极管（D3）的阴极连接所述滤波电容（C1）和负载（R）的第一端，所述副边绕组的第二端连接所述滤波电容（C1）和负载（R）的第二端。
3.根据权利要求1所述的双输入直流变换器，其特征在于：还包括吸收尖刺电压电路，所述第二输入源（V2）通过所述吸收尖刺电压电路连接所述第二二极管（D2）的阳极；所述吸收尖刺电压电路包括第四二极管（D4）和第二电容（C2），所述第四二极管（D4）的阳极连接所述第二输入源（V2），所述第四二极管（D4）的阴极连接所述第二电容（C2）的第一端和所述第二二极管（D2）的阳极，所述第二电容（C2）的第二端接地。
4.一种双输入直流变换器，利用第一输入源（V1）和第二输入源（V2）两者中的一个或者两个同时供电；且供电时，所述第二输入源（V2）的供电能量不足以影响所述第一输入源（V1）的电压波动；其特征在于：包括第二二极管（D2）、变压器（T）、开关管（S1）、整流滤波电路和负载（R）；
所述变压器（T）包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的匝数为N1，所述原边绕组通过引出一个中间抽头被分为第一段绕组（N11）和第二段绕组（N12），所述第一段绕组（N11）和所述第二段绕组（N12）的匝数根据如下两个关系式确定：
Figure FDA00001664610600021
N1=N11+N12；其中，N11表示所述原边绕组的第一端（A）与所述中间抽头（P）之间的第一段绕组的匝数，N12表示所述中间抽头（P）与所述原边绕组的第二端（B）之间的第二段绕组的匝数，V1表示所述第一输入源的电压值，V2表示所述第二输入源的电压值，且V1＞V2；
所述第一输入源（V1）连接所述原边绕组的第一端（A），所述第二二极管（D2）的阳极连接所述第二输入源（V2），阴极连接所述原边绕组的中间抽头（P），所述原边绕组的第二端（B）通过所述开关管（S1）接地，所述副边绕组将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载（R）。
5.一种多输入直流变换器，利用n个输入源中的一个或者多个同时供电，n≥3；其特征在于：包括n个二极管，变压器（T）、开关管（S1）、整流滤波电路和负载（R）；
所述变压器（T）包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组的匝数为N1，所述原边绕组通过引出n-1个中间抽头被分为n段，所述n段绕组的匝数根据如下n个关系式确定：
V 1 V 2 = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n
V 1 V 3 = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n
……
V 1 Vi = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 i + · · · + N 1 n
……
V 1 Vn = N 11 + N 12 + N 13 + · · · + N 1 i + · · · + N 1 n N 1 n
N1=N11+N12+N13+…+N1i+…+N1n
其中，i取1至n中任一值，N1i表示所述第i段绕组的匝数，Vi表示所述第i个输入源的电压值，且V1＞V2＞V3＞……＞Vn；
所述n个二极管的阳极依次分别连接所述n个输入源，n个二极管的阴极依次分别连接所述原边绕组的第一端（A）和n-1个中间抽头端，所述原边绕组的第二端（B）通过所述开关管（S1）接地，所述副边绕组将能量通过所述整流滤波电路后传递至负载（R）。
6.一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第二电感（L1B）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第五二极管（D5）的阳极，输入电源的第二端通过所述第二电感（L1B）连接所述第六二极管（D6）的阳极，所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阴极连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阳极，其特征在于：所述无桥PFC电路还包括如权利要求1所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
7.根据权利要求4所述的无桥PFC电路，其特征在于：所述双输入直流变换器还包括吸收尖刺电压电路，所述第二输入源（V2）通过所述吸收尖刺电压电路连接所述第二二极管（D2）的阳极；所述吸收尖刺电压电路包括第四二极管（D4）和第二电容（C2），所述第四二极管（D4）的阳极连接所述第七二极管（D7）的阴极，所述第四二极管（D4）的阴极连接所述第二电容（C2）的第一端和所述第二二极管（D2）的阳极，所述第二电容（C2）的第二端接地。
8.一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第五二极管（D5）的阳极，输入电源的第二端连接所述第六二极管（D6）的阳极，所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阴极连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第五二极管（D5）和所述第六二极管（D6）的阳极，其特征在于：所述无桥PFC电路还包括如权利要求1所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
9.一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第二电感（L1B）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第三开关管（S3）的第一端，输入电源的第二端通过所述第二电感（L1B）连接所述第四开关管（S4）的第一端，所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第二端连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第一端，其特征在于：所述无桥PFC电路还包括如权利要求1所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
10.一种无桥PFC电路，包括第一电感（L1A）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）、第三开关管（S3）、第四开关管（S4）、第七二极管（D7）以及输出电容（Co），所述无桥PFC电路接收的输入电源的第一端通过所述第一电感（L1A）连接所述第三开关管（S3）的第一端，输入电源的第二端连接所述第四开关管（S4）的第一端，所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第二端连接所述输出电容（Co）的第一端，所述输出电容（Co）的第二端连接所述第七二极管（D7）的阳极，所述第七二极管（D7）的阴极分别通过所述第一开关管（S1）和所述第二开关管（S2）连接所述第三开关管（S3）和所述第四开关管（S4）的第一端，其特征在于：所述无桥PFC电路还包括如权利要求1所述的双输入直流变换器，所述输出电容（Co）的所述第二端接地，所述输出电容（Co）的第一端引出的电压作为所述双输入直流变换器的第一输入源，所述第七二极管（D7）的阴极引出的电压作为所述双输入直流变换器的第二输入源。
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