CN107070264A - 多级开关电源电路及电压转换设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种多级开关电源电路及电压转换设备，其中，该电路包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；一级电压变换器的输入端与多级开关电源的输入端连接，一级电压变换器的第一输出端与开关组件的一端连接；一级电压变换器的第二输出端与二级电压变换器的第二输入端连接；开关组件的另一端与二级电压变换器的第一输入端连接；控制电路的第一输入端与多级开关电源的输入端连接，控制电路的输出端与开关组件的控制端连接。实现了在多级开关电源的输入端电压为零时，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。

Description

多级开关电源电路及电压转换设备
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种多级开关电源电路及电压转换设备。
背景技术
目前的多级开关电源中，各级电源的输出端都包括滤波电容，用于进行滤波。且为了达到较好的滤波效果，通常电源的输出电压越高，其后级的滤波电容就越大。
通常大电容中可以存储大量的电荷，这就导致了当多级开关电源的输入端电压为零时，输出端的电压不能及时为零，此时，若人员或导电物体接触多级开关电源，可能会造成触电的危险或将高压电容损坏，影响用户的使用，危及用户的安全，用户体验差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种多级开关电源电路，通过在一级电压变换器和二级电压变换器之间设置开关组件，并根据多级开关电源的输入端电压，控制开关组件的工作状态，实现了在多级开关电源的输入端电压为零时，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
本发明的第二个目的在于提出一种电压转换设备。
为达到上述目的，本发明实施例提出的一种多级开关电源电路，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；
所述一级电压变换器的输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述一级电压变换器的第一输出端与所述开关组件的一端连接；
所述一级电压变换器的第二输出端与所述二级电压变换器的第二输入端连接；
所述开关组件的另一端与所述二级电压变换器的第一输入端连接；
所述控制电路的第一输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述开关组件的控制端连接，所述控制电路用于根据所述第一输入端检测的电压值，控制所述开关组件的工作状态。
本申请实施例提供的多级开关电源电路，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；一级电压变换器的输入端与多级开关电源的输入端连接，一级电压变换器的第一输出端与开关组件的一端连接；一级电压变换器的第二输出端与二级电压变换器的第二输入端连接；开关组件的另一端与二级电压变换器的第一输入端连接；控制电路的第一输入端与多级开关电源的输入端连接，控制电路的输出端与开关组件的控制端连接，控制电路用于根据第一输入端检测的电压值，控制开关组件的工作状态。由此，通过在一级电压变换器和二级电压变换器之间设置开关组件，并根据多级开关电源的输入端电压，控制开关组件的工作状态，实现了在多级开关电源的输入端电压为零时，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
此外，本发明实施例还提出了一种电压转换设备，包括如上所述的多级开关电源电路。
本申请实施例提供的电压转换设备中，多级开关电源电路包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；一级电压变换器的输入端与多级开关电源的输入端连接，一级电压变换器的第一输出端与开关组件的一端连接；一级电压变换器的第二输出端与二级电压变换器的第二输入端连接；开关组件的另一端与二级电压变换器的第一输入端连接；控制电路的第一输入端与多级开关电源的输入端连接，控制电路的输出端与开关组件的控制端连接，控制电路用于根据第一输入端检测的电压值，控制开关组件的工作状态。由此，通过在一级电压变换器和二级电压变换器之间设置开关组件，并根据多级开关电源的输入端电压，控制开关组件的工作状态，实现了在多级开关电源的输入端电压为零时，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图；
图2为本申请另一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图；
图3为本申请一个实施例的多级开关电源电路的系统框图；
图4为本申请另一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图；
图5为本申请另一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图；
图6为本申请另一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图；
图7为本申请一个实施例的电压转换设备的结构示意图。
附图标记说明：
一级电压变换器-11； 二级电压变换器-12； 开关组件-13；
控制电路-14； 电压变换主体电路-111； 电容组件-112；
电容-C1； 第一二极管-D1； 电容-C2；
电容-C3； 第一电阻-R1； 第二电阻-R2；
开关器件-141； 第二二极管-D2； 电压转换设备-60；
多级开关电源电路-61； 电阻-R。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
具体的，本申请各实施例针对现有的多级开关电源，由于其中的高压电容中可以存储大量的电荷，导致当多级开关电源的输入端电压为零时，输出端的电压不能及时为零，此时，若人员或导电物体接触多级开关电源，可能会造成触电的危险或将高压电容损坏，影响用户的使用，危及用户的安全，用户体验差的问题，提出一种包含控制电路及开关组件的多级开关电源电路，当多级开关电源的输入端不为零时，利用控制电路控制开关组件导通，使多级开关电源电路正常工作，并在多级开关电源的输入端电压为零时，利用控制电路控制开关组件关断，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的多级开关电源电路及电压转换设备。
图1为本申请一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图。
如图1所示，多级开关电源电路，包括：一级电压变换器11、二级电压变换器12，开关组件13及控制电路14。
具体的，所述一级电压变换器11的输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述一级电压变换器11的第一输出端与所述开关组件13的一端连接；
所述一级电压变换器11的第二输出端与所述二级电压变换器12的第二输入端连接；
所述开关组件13的另一端与所述二级电压变换器12的第一输入端连接；
所述控制电路14的第一输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述控制电路14的输出端与所述开关组件13的控制端连接，所述控制电路14用于根据所述第一输入端检测的电压值，控制所述开关组件13的工作状态。
其中，一级电压变换器11，可以是交流-直流变换器，也可以是直流-直流变换器，另外，一级电压变换器11可以为任意拓扑形式，比如，可以是全桥、半桥、推挽、正激、反激等形式。
二级电压变换器12，可以是直流-直流变换器，另外，二级电压变换器12可以为任意拓扑形式，比如，可以是全桥、半桥、推挽、正激、反激、buck、boost等形式。
开关组件13，可以包括以下器件中的任意一种：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、继电器、断路器。
另外，为了使一级电压变换器11输出的电压更平滑，在本申请实施例中，如图2所示，一级电压变换器11中可以包括：电压变换主体电路111及电容组件112。
具体的，电压变换主体电路111的输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述电压变换主体电路111的两个输出端分别与所述电容组件112的两端并联连接。
其中，电容组件112可以为多个电容的串联或并联，也可以为单个电容，用于滤除电压变换主体电路111输出的电压中的交流成分。图2中以电容组件112包含单个电容C1进行示意。
相应的，本申请实施例提供的多级开关电源的系统框图可以为图3所示的形式。图3中以电压变换主体电路111为硅桥进行示意。
其中，整流二极管与滤波电路用于对变压器输出的电压进行整流和滤波，以使多极开关电源输出的电压更为平稳。
可以理解的是，由于高压电容中可以存储大量的电荷，因此当多级开关电源的输入端电压为零时，输出端的电压不能及时为零，此时，若人员或导电物体接触多级开关电源，可能会造成触电的危险或将高压电容损坏。因此，在本申请实施例中，可以在一级电压变换器11和二级电压变换器12之间设置开关组件13，并利用控制电路14控制开关组件13的工作状态，当控制电路14的第一输入端检测到多级开关电源的输入端电压不为零时，控制电路14可以通过开关组件13的控制端，控制开关组件13导通，使多级开关电源电路正常工作。当控制电路14的第一输入端检测到多级开关电源的输入端电压为零时，控制电路14可以通过开关组件13的控制端，控制开关组件13关断，使多级开关电源电路中的一级电压变换器11与二级电压变换器12断开，即，使高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
下面以一级电压变换器11为全桥整流器，二级电压变换器12为单端反激式为例，对本申请实施例提供的多级开关电源电路，进行具体说明。
图4为本申请另一个实施例的多级开关电源电路的结构示意图。
如图4所示，开关组件13为绝缘栅双极型晶体管或者金属氧化物半导体场效应晶体管时，控制电路14可以包括：第一二极管D1和电容C2。图4中以开关组件13为金属氧化物半导体场效应晶体管进行示意。
需要说明的是，滤波电路可以由电感和电容组成，也可以仅由电容组成，在本申请实施例的附图中，以滤波电路包含一个电容C3进行示意。
具体的，所述第一二极管D1的阳极与所述多级开关电源的正输入端连接，所述第一二极管D1的阴极，与所述电容C2的一端及所述开关组件13的控制端连接；
所述电容C2的另一端与地连接。
另外，如图4所示，电容C2还与电阻R并联，从而可以通过电阻R对电容C2进行放电。
具体的，当多级开关电源的输入端输入的为交流电时，在交流电的正半周期，第一二极管D1导通，并给电容C2充电，此时，开关组件13导通；在交流电的负半周期，第一二极管D1截止，电容C2通过电阻R放电，使开关组件13保持导通，因此，当多级开关电源的输入端输入的为交流电时，多级开关电源电路可以正常工作。
当多级开关电源的输入端输入的为直流电时，第一二极管D1持续导通，使开关组件13持续导通，多级开关电源电路可以正常工作。此时，控制电路14也可以不包括电容C2，只包括第一二极管D1，用来防止控制电路14中电压反灌到多级开关电源电路的主电路中。
当多级开关电源的输入端电压为零时，第一二极管D1截止，开关组件13关断，使多级开关电源电路中的电容C1与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
进一步的，由于多级开关电源电路的输入端输入的电压较大，而第一二极管D1导通时的压降很小，因此，若第一二极管D1阴极输出的电压直接输出到开关组件13的控制端，可能造成开关组件13的损坏。因此，在本申请实施例提供的多级开关电源电路中，如图5所示，控制电路14还可以包括：第一电阻R1及第二电阻R2。
其中，所述第一电阻R1的一端与所述第一二极管D1的阴极及所述电容C2的一端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端及所述开关组件13的控制端连接；
所述第二电阻R2的另一端与地连接。
具体的，由于开关组件13的控制端输入的电压，为第一二极管D1阴极输出的电压在第二电阻R2上的分压值，因此，根据电阻分压，以及第一电阻R1的限流作用，可以保护开关组件13不被损坏，提高电路的安全性和可靠性。
另外，在本申请实施例中，开关组件13为继电器时，如图6所示，控制电路14还可以包括开关器件141。
其中，开关器件141为以下器件中的任意一种：三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管。继电器可以为常开继电器。图6中以开关器件141为三极管为例进行示意。
具体的，所述开关器件141的控制端与所述第一二极管D1的阴极及所述电容C2的一端连接，所述开关器件141的一端与所述继电器的线圈的一端连接，所述开关器件141的另一端与地连接；
所述继电器线圈的另一端与直流供电电源连接；
所述继电器开关的一端与所述电容组件112的一端连接，所述继电器开关的另一端与所述二级电压变换器12的第一输入端连接。
可以理解的是，当多级开关电源的输入端电压不为零时，开关器件141导通，继电器线圈通电，继电器开关闭合，多级开关电源电路正常工作。当多级开关电源的输入端电压为零时，开关器件141关断，继电器线圈失电，继电器开关断开，使多级开关电源电路中的电容C1与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
需要说明的是，在附图6中，由于开关器件141为NPN型三级管，其导通时，导通电压只有零点几伏，因此，在本申请实施例中，可以在电容C2两端并联电阻R，或增加分压电路，以保证控制电路14可以快速检测多级开关电源的输入端电压是否为零。
另外，可以理解的是，在继电器线圈失电时，会产生一个与供电极性相反的电动势，这个电动势可能会高于三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管等开关器件的反向击穿电压，使开关器件141击穿损坏。因此，在本申请实施例提供的多级开关电源电路中，如图6所示，还可以包括：第二二极管D2。
其中，所述第二二极管D2的阴极与所述继电器线圈的另一端及所述直流供电电源连接；
所述第二二极管D2的阳极与所述继电器线圈的一端及所述开关器件141的一端连接。
具体的，第二二极管D2可以称为续流二极管，其并联在线圈两端，可以将继电器线圈失电时产生的电动势，通过线圈和第二二极管D2构成的通路，以“续电流”的方式泄放消耗，以保护开关器件不被损坏。
本申请实施例提供的多级开关电源电路，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；一级电压变换器的输入端与多级开关电源的输入端连接，一级电压变换器的第一输出端与开关组件的一端连接；一级电压变换器的第二输出端与二级电压变换器的第二输入端连接；开关组件的另一端与二级电压变换器的第一输入端连接；控制电路的第一输入端与多级开关电源的输入端连接，控制电路的输出端与开关组件的控制端连接，控制电路用于根据第一输入端检测的电压值，控制开关组件的工作状态。由此，通过在一级电压变换器和二级电压变换器之间设置开关组件，并根据多级开关电源的输入端电压，控制开关组件的工作状态，实现了在多级开关电源的输入端电压为零时，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种电压转换设备。
图7为本申请一个实施例的电压转换设备的结构示意图。
如图7所示，该电压转换设备70包括：多级开关电源电路71。
其中，所述多级开关电源电路71的结构和工作原理可参照上述各实施例的解释说明，此处不再赘述。
本申请实施例提供的电压转换设备中，多级开关电源电路包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；一级电压变换器的输入端与多级开关电源的输入端连接，一级电压变换器的第一输出端与开关组件的一端连接；一级电压变换器的第二输出端与二级电压变换器的第二输入端连接；开关组件的另一端与二级电压变换器的第一输入端连接；控制电路的第一输入端与多级开关电源的输入端连接，控制电路的输出端与开关组件的控制端连接，控制电路用于根据第一输入端检测的电压值，控制开关组件的工作状态。由此，通过在一级电压变换器和二级电压变换器之间设置开关组件，并根据多级开关电源的输入端电压，控制开关组件的工作状态，实现了在多级开关电源的输入端电压为零时，使多级开关电源电路中的高压电容与后级电路断开，从而使多级开关电源快速断电，避免了人员或导电物体接触多级开关电源时，发生触电危险，提高了多级开关电源的安全性，改善了用户体验。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“面积”、“宽度”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的M个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多级开关电源电路，其特征在于，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，开关组件及控制电路；
所述一级电压变换器的输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述一级电压变换器的第一输出端与所述开关组件的一端连接；
所述一级电压变换器的第二输出端与所述二级电压变换器的第二输入端连接；
所述开关组件的另一端与所述二级电压变换器的第一输入端连接；
所述控制电路的第一输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述开关组件的控制端连接，所述控制电路用于根据所述第一输入端检测的电压值，控制所述开关组件的工作状态。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述一级电压变换器中包括：电压变换主体电路及电容组件；
电压变换主体电路的输入端与所述多级开关电源的输入端连接，所述电压变换主体电路的两个输出端分别与所述电容组件的两端并联连接。
3.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述开关组件包括以下器件中的任意一种：绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、继电器、断路器。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述开关组件为绝缘栅双极型晶体管或者金属氧化物半导体场效应晶体管；
所述控制电路包括：第一二极管和电容；
所述第一二极管的阳极与所述多级开关电源的正输入端连接，所述第一二极管的阴极，与所述电容的一端及所述开关组件的控制端连接；
所述电容的另一端与地连接。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述控制电路还包括：第一电阻及第二电阻；
所述第一电阻的一端与所述第一二极管的阴极及所述电容的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端及所述开关组件的控制端连接；
所述第二电阻的另一端与地连接。
6.如权利要求4或5所述的电路，其特征在于，所述开关组件为继电器；
所述控制电路还包括：开关器件；
所述开关器件的控制端与所述第一二极管的阴极及所述电容的一端连接，所述开关器件的一端与所述继电器的线圈的一端连接，所述开关器件的另一端与地连接；
所述继电器线圈的另一端与直流供电电源连接；
所述继电器开关的一端与所述电容组件的的一端连接，所述继电器开关的另一端与所述二级电压变换器的第一输入端连接。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述继电器为常开继电器。
8.如权利要求6或7所述的电路，其特征在于，还包括：第二二极管；
所述第二二极管的阴极与所述继电器线圈的另一端及所述直流供电电源连接；
所述第二二极管的阳极与所述继电器线圈的一端及所述开关器件的一端连接。
9.如权利要求6或7所述的电路，其特征在于，所述开关器件为以下器件中的任意一种：三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管。
10.一种电压转换设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意所述的多级开关电源电路。
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