CN107154743A - 一种可控制两档电压切换输出的开关电源 - Google Patents

一种可控制两档电压切换输出的开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控制两档电压切换输出的开关电源，包括：变压器，具有一个原边绕组和两个完全相同的副边绕组，该两个副边绕组串联连接；副边整流滤波电路，包含第一整流滤波单元和第二整流滤波单元，第一整流滤波单元和第二整流滤波单元均与两个副边绕组连接，第二整流滤波单元的输出电压为第一整流滤波单元的两倍；切换开关，具有第一档位和第二档位，第一档位将第一整流滤波单元连接至输出接口，第二档位将第二整流滤波单元连接至输出接口；控制单元，可接收外部遥控信号并控制切换开关的档位切换。本发明还提出了一种上述绑定效果检测装置的检测方法。本发明有效简化了配电系统的结构和控制。

Description

一种可控制两档电压切换输出的开关电源
技术领域
本发明涉及应用在充电桩、汽车充电领域的电源，尤其涉及一种可控制两档电压切换输出的开关电源。
背景技术
随着充电桩技术行业的不断兴起，对于汽车电池充电和BMS配电系统，有24V和12V高低两档不同电池电压的需求。为满足高低档不同充电电压，现有技术中主要采用两种方法实现。
第一种方法的供电原理框图如图1所示，以现有的给汽车BMS系统供电以及汽车电池的充电一般是针对12V和24V两种电压，设计制造出两个输出电压的充电功率模块系统，即单路固定输出电压的单路电源，此种方法只能对同一规格电压的电池充电，而针对两种不同规格电压的充电用户群，就无法实现有效利用，就需要配置至少2个功率模块，甚至多个模块组合，并通过开关切换来实现不同电压系统的需求，单个的功率模块电路结构如图2所示。
另一种方法就是采用多路电压同时输出的多路电源，此种电源虽然可以降低成本，且可以满足不同电池电压的充电需求，但电源结构复杂，电源效率和电压稳压精度都极低，而且为了散热需增加极大散热器，所占空间较大。前者电路输出的电源即便是使用多台电源备用内置安装，但由于设备调试时需人为操作进行电源电压切换合格后才能继续使用，不仅增加设备成本，也增加人力维护成本，影响了设备的可靠性，这种方法复杂、繁琐、可靠性差、且容易造成使用终端客户的误操作导致设备损坏。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种可控制两档电压切换输出的开关电源，该开关电源在变压器的副边绕组侧增加了一个对称绕组，再在变压器的副边绕组侧设置整流滤波电路，输出仅需一个开关切换控制即可得到不同需求的电压，简化了配电系统的结构和控制。
本发明采用的技术方案是，设计一种可控制两档电压切换输出的开关电源，包括：变压器，具有一个原边绕组和两个完全相同的副边绕组，该两个副边绕组串联连接；副边整流滤波电路，包含第一整流滤波单元和第二整流滤波单元，第一整流滤波单元和第二整流滤波单元均与两个副边绕组连接，第二整流滤波单元的输出电压为第一整流滤波单元的两倍；切换开关，具有第一档位和第二档位，第一档位将第一整流滤波单元的输出正极端连接至输出接口的正极，第二档位将第二整流滤波单元的输出正极端连接至输出接口的正极，第一整流滤波单元和第二整流滤波单元的输出负极端连接至输出接口的负极；控制单元，可接收外部遥控信号并控制切换开关的档位切换。
其中，两个副边绕组分别为第一副边绕组和第二副边绕组，副边整流滤波电路包括：由第一至第四共四个二极管构成的桥式整流电路、由第一至第二共两个电容构成的滤波电路。
第一二极管的负极和第三二极管的正极连接至第一副边绕组的PIN2脚，第二二极管的负极和第四二极管的正极连接至第二副边绕组的PIN4脚，第一二极管的正极、第二二极管的正极及第二电容的负极连接输出接口的负极上，所述第三二极管的负极、第四二极管的负极及第一电容的正极均连接至切换开关的第二档位，所述第一副边绕组的PIN1脚、第二副边绕组的PIN3脚、第一电容的负极、第二电容的正极均连接至切换开关的第一档位。
第一二极管、第二二极管及第二电容构成第一整流滤波单元，第一二极管至第四二极管、第一电容及第二电容构成第二整流滤波单元。
优选的，输出接口的正负两极之间连接有第三电容。
优选的，切换开关为继电器，控制单元与继电器的线圈连接。
优选的，控制单元的输入端连接有接收外部遥控信号的阻尼电阻。
优选的，变压器的原边绕组连接有功率变换单元，功率变换单元通过电气隔离电路连接至控制单元，副边整流滤波电路的输出负极端与输出接口的负极之间连接有电阻RS1，控制单元接收电阻RS1的电流检测信号，并根据电流检测信号向功率变换单元发出电流叠加控制信号，调整功率变换单元的输出功率。
与现有技术相比，本发明通过同时利用变压器副边绕组正激、反激两个方向的脉冲电压，在通过桥式整流电路以及滤波电路就可以增加第二输出电压，以往需要多个电源模块才能实现不同电压需求的功能现在仅需一个模块即可实现，这样即简化了配电系统的控制，节省系统使用空间，且控制稳压精度极高，尤其极大降低了制造成本。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是现有技术的电源控制原理框图；
图2是现有技术中单个功率模块的电路连接示意图；
图3是本发明的电源控制原理框图；
图4是本发明的电路连接示意图；
图5是本发明中第一档位的电流流向示意图；
图6是本发明中第二档位的电流流向示意图。
具体实施方式
如图3所示，本发明提出的开关电源，该开关电源可接受外部控制信号、识别并自动控制内部开关的动作，达到两种电压的切换输出，满足用户BMS供电以及汽车电池充电的供电需求。开关电源包括：变压器、副边整流滤波电路、切换开关及控制单元等。
如图4所示，变压器T1具有一个原边绕组N1和两个副边绕组，该两个副边绕组分别为第一副边绕组N2和第二副边绕组N3，其中第一副边绕组N2与第二副边绕组N3串联绕制，且两个副边绕组匝数和绕组材料相同、输出电压相等。副边整流滤波电路包含第一整流滤波单元和第二整流滤波单元，第一整流滤波单元和第二整流滤波单元均与该两个副边绕组连接，第二整流滤波单元的输出电压为第一整流滤波单元的两倍，第一整流滤波单元和第二整流滤波单元的输出正极端连接至切换开关上、输出负极端连接至输出接口的负极VOUT-上。
切换开关RLY1具有第一档位和第二档位，第一档位将第一整流滤波单元的输出正极端连接至输出接口的正极VOUT+，第二档位将第二整流滤波单元的输出正极端连接至输出接口的正极VOUT+。切换开关采用继电器，控制单元与继电器的线圈连接，切换开关RLY1的档位切换由控制单元控制，控制单元可接收外部遥控信号，控制单元的输入端连接有用于接收外部遥控信号的阻尼电阻R10。当然，切换开关也采用任意接触器或其他形式开关。
本发明在副边整流滤波电路增加了第三二极管D3和第四二极管D4，利用变压器的正激脉冲和反激复位脉冲电压，通过第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4整流后，可同时输送VOUT1和VOUT2两档整流电压至后级，当控制单元未接收到遥控SHIFT信号时，第一整流滤波单元的输出正极端连接在输出接口的正极VOUT+上，电源默认输出VOUT1电压；当控制单元接收到遥控SHIFT信号时，控制单元控制切换开关完成切换动作，第二整流滤波单元的输出正极端连接在输出接口的正极VOUT+上，电源输出VOUT2电压，从而达到可根据实际系统需求来实现输出电压的两档切换。
如图4所示，第一副边绕组N2具有PIN1脚、PIN2脚，第二副边绕组N3具有PIN3脚、PIN4脚，其中PIN1脚和PIN4脚为同名端，切换开关RLY1具有一个动触点和两个静触点，两个静触点分别为PIN5、PIN7，动触点为PIN6。副边整流滤波电路包括：桥式整流电路和滤波电路，桥式整流电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4构成，滤波电路由第一电容C1和第二电容C2构成，第一电容C1和第二电容C2均为极性电容。第一二极管D1的负极和第三二极管D3的正极连接至第一副边绕组N2的PIN2脚，第二二极管D2的负极和第四二极管D4的正极连接至第二副边绕组N3的PIN4脚，第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极及第二电容C2的负极连接输出接口的负极VOUT-上，第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极及第一电容C1的正极均连接至切换开关RLY1的PIN7脚上，第一副边绕组N2的PIN1脚、第二副边绕组N3的PIN3脚、第一电容C1的负极、第二电容C2的正极均连接至切换开关RLY1的PIN5脚上。其中，第一二极管D1、第二二极管D2及第二电容C2构成第一整流滤波单元，第一二极管D1至第四二极管D4、第一电容C1及第二电容C2构成第二整流滤波单元。较优的，输出接口的正负两极之间连接有第三电容C3，以使输出接口的输出电压更平滑稳定。
下面详细介绍两档电压的输出过程，如图5所示，在第一实施例中，控制单元未接收到遥控SHIFT信号时，控制单元没有切换控制切换开关RLY1，切换开关RLY1默认PIN6与PIN5连接。变压器T1的副边脉冲电压由第一副边绕组N2的PIN1脚流向第二电容C2储能，经第一二极管D1整流后返回至第一副边绕组N2的PIN2脚；第一副边绕组N2截止时，副边脉冲电压由第二副边绕组N3的PIN3脚流向第二电容C2储能，经第二二极管D2整流后返回至第二副边绕组N3的PIN4脚。整流后的电压经第二电容C2储能滤波，得到第一输出电压VOUT1，经切换开关RLY1的PIN5脚、PIN6脚，及第三电容C3滤波后向外部供电。
如图6所示，在第二实施例中，控制单元接收到遥控SHIFT信号时，此信号经放大电阻R10送至控制单元，控制单元将信号处理后调整切换开关的控制电压，使切换开关的PIN6脚与PIN7脚连接。变压器T1的副边脉冲电压由第一副边绕组N2和第二副边绕组N3串联后的PIN4脚、经第四二极管D4整流后，第一电容C1、第二电容C2串联储能，经第一二极管D1再返回至第一副边绕组N2的PIN2脚；反激复位时，副边脉冲电压由第一副边绕组N2和第二副边绕组N3串联后的PIN2脚、经第三二极管D3整流后，第一电容C1、第二电容C2串联储能，经第二二极管D2再返回至第二副边绕组N3的PIN4脚。整流后的电压经第一电容C1、第二电容C2串联叠加后储能滤波，得到第二输出电压VOUT2，经切换开关RLY1的PIN7脚、PIN6脚，及第三电容C3滤波后向外部供电，第二输出电压VOUT2是第一输出电压VOUT1的两倍。
本发明在变压器的副边绕组侧设置两个对称绕组，功率变压器的副边电压脉冲经由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4构成的整流电路，将变压器T1两个副边绕组的正激方向脉冲和反激复位脉冲同时利用起来，控制开关切换后输送到切换开关RLY1的PIN6脚，切换开关RLY1的PIN7脚电压实际上就是储存在第一电容C1、第二电容C2两路电压的叠加，亦就是将第一电容C1和第二电容C2两个串联起来使用，继而得到用户不同需求的高档位电压两倍的VOUT1，再经切换开关以及后级滤波电容C3传送至电池负载。
较优的，如图3、4所示，变压器T1的原边绕组N1连接有功率变换单元，功率变换单元通过电气隔离电路连接至控制单元，副边整流滤波电路的输出负极端与输出接口的负极VOUT-之间连接有电阻RS1，通过电阻RS1对副边整流滤波电路的电流进行检测，控制单元接收电阻RS1的电流检测信号，功率变换单元、变压器T1、副边整流滤波电路、电气隔离电路、控制单元及电阻RS1形成反馈环路。当控制单元接收到遥控SHIFT信号时，此信号经控制单元处理后，在发出切换开关RLY1控制信号的同时，控制单元还根据接收到的电流检测信号发出一种模拟电流叠加信号到反馈环路中，调整功率变换单元的输出功率，从而达到控制即使电源输出任何高低档位电压时，都可满足最高功率输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可控制两档电压切换输出的开关电源，其特征在于包括：
变压器，具有一个原边绕组和两个完全相同的副边绕组，该两个副边绕组串联连接；
副边整流滤波电路，包含第一整流滤波单元和第二整流滤波单元，所述第一整流滤波单元和第二整流滤波单元均与所述两个副边绕组连接，所述第二整流滤波单元的输出电压为第一整流滤波单元的两倍；
切换开关，具有第一档位和第二档位，所述第一档位将第一整流滤波单元的输出正极端连接至输出接口的正极，所述第二档位将第二整流滤波单元的输出正极端连接至输出接口的正极，所述第一整流滤波单元和第二整流滤波单元的输出负极端连接至输出接口的负极；
控制单元，可接收外部遥控信号并控制切换开关的档位切换。
2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述两个副边绕组分别为第一副边绕组和第二副边绕组，所述副边整流滤波电路包括：由第一至第四共四个二极管构成的桥式整流电路、由第一至第二共两个电容构成的滤波电路；
其中，第一二极管的负极和第三二极管的正极连接至第一副边绕组的PIN2脚，第二二极管的负极和第四二极管的正极连接至第二副边绕组的PIN4脚，第一二极管的正极、第二二极管的正极及第二电容的负极连接输出接口的负极上，所述第三二极管的负极、第四二极管的负极及第一电容的正极均连接至切换开关的第二档位，所述第一副边绕组的PIN1脚、第二副边绕组的PIN3脚、第一电容的负极、第二电容的正极均连接至切换开关的第一档位；
所述第一二极管、第二二极管及第二电容构成第一整流滤波单元，所述第一二极管至第四二极管、第一电容及第二电容构成第二整流滤波单元。
3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述输出接口的正负两极之间连接有第三电容。
4.如权利要求1至3任一项所述的开关电源，其特征在于，所述切换开关为继电器，所述控制单元与继电器的线圈连接。
5.如权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述控制单元的输入端连接有用于接收外部遥控信号的阻尼电阻。
6.如权利要求1至3、5任一项所述的开关电源，其特征在于，所述变压器的原边绕组连接有功率变换单元，所述功率变换单元通过电气隔离电路连接至控制单元，所述副边整流滤波电路的输出负极端与输出接口的负极之间连接有电阻RS1，所述控制单元接收电阻RS1的电流检测信号，并根据电流检测信号向功率变换单元发出电流叠加控制信号，调整功率变换单元的输出功率。
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