CN107359798A - 一种适用于宽输入电压的电能转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于宽输入电压的电能转换电路，涉及电源电路设计技术领域。通过L1、Q1、C2、S1和D1组成的电路，在不同的输入Vin_1电压条件下，形成不同的电路，实现在低压输入条件下能够将输出电压上升到所需电压，避免低压条件下的电流过大，转换效率过低的问题，提高了转换电路的转换效率，同时不影响高压输入时的效率。解决了宽输入条件下电源转换器的设计瓶颈，大大简化了设计难度，均衡了高低压输入条件下的转换效率，降低了产品本身的热损耗，从而减少了环境的污染；也解决了现有技术中，采用两级转换电路的整体效率提高有，以及更加复杂并且成本较高的问题。

Description

一种适用于宽输入电压的电能转换电路

技术领域

本发明涉及电源电路设计技术领域，尤其涉及一种适用于宽输入电压的电能转换电路。

背景技术

对于AC/DC(交流转直流)电路，因为不同国家或地区之间电网电压不一样，为了兼顾不同国家或地区的应用，输入电压范围需要设计的比较宽；同样，对于DC/DC(直流转直流)电路，也需要考虑不同的应用场合或者某一固定应用场合中输入电压的波动范围比较宽的情况，因此也需要将输入电压范围设计的比较宽。即，对于AC/DC或者DC/DC的开关电源或变流器电路，普遍存在设计电路中输入电压比较宽的现象。

在宽范围的输入电压情况下，当输入电压比较低时，流过后接电路中各器件的电流会比在高输入电压条件下大很多，而较大的电流会导致电路损耗较大，从而降低电源电路的转换效率。这样在设计电源转换电路最优设计时，一般要综合考虑高低压下面折中设计，使得设计上存在冗余。

目前，为了解决低压输入时转换效率低的问题，通常采用两级电路，即先采用一级升压电路，将较宽范围的输入电压通过升压电路将电压升高，并且将升压后的电压维持在恒定值或者维持在较输入电压范围更窄的范围内；然后再通过第二级电路将电压转换为实际需要的电压，这样对于第二级电路来讲，其输入电压即为第一级电路的输出电压，该电压相对原输入电压更高，且其范围是相对稳定的或者范围相对更小，因此其转换效率更高；但是这种电路有两个弊端：一是由于全部能量进行了两次能量转换，两级电路的整体效率提高有限；二是相对于一级电路，两级电路更加复杂并且成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于宽输入电压的电能转换电路，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于宽输入电压的电能转换电路，包括：C1、L1、Q1、C2、S1和D1，C1的两端连接输入电压，C1和C2串联后连接输出电压，L1和Q1串联并与C1并联后与C2串联，C2与L1串联后与D1并联，C2与S1并联；

当输入电压为低电压时，S1常开，Q1、L1、C2和D1组成功率转换电路；

当输入电压为高电压时，Q1常开，S1闭合；

其中，

C1和C2为电解或者其他材料类型的储能介质；

L1为电感或者其他呈电感性材料的介质；

Q1为金属氧化物半导体场效应晶体管或者其他功率开关器件；

S1为任意开关器件；

D1为金属氧化物半导体场效应晶体管或者其他功率开关器件。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种适用于宽输入电压的电能转换电路，通过L1、Q1、C2、S1和D1组成的电路，在不同的输入Vin_1电压条件下，形成不同的电路，实现在低压输入条件下能够将输出电压上升到所需电压，避免低压条件下的电流过大，转换效率过低的问题，提高了转换电路的转换效率，同时不影响高压输入时的效率。解决了宽输入条件下电源转换器的设计瓶颈，大大简化了设计难度，均衡了高低压输入条件下的转换效率，降低了产品本身的热损耗，从而减少了环境的污染；也解决了现有技术中，采用两级转换电路的整体效率提高有，以及更加复杂并且成本较高的问题。

附图说明

图1是适用于宽输入电压的电能转换电路图；

图2是现有技术中反激电路图；

图3是现有技术中采用的功率转换电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种适用于宽输入电压的电能转换电路，包括：C1、L1、Q1、C2、S1和D1，C1的两端连接输入电压，C1和C2串联后连接输出电压，L1和Q1串联并与C1并联后与C2串联，C2与L1串联后与D1并联，C2与S1并联；

当输入电压为低电压时，S1常开，Q1、L1、C2和D1组成功率转换电路；

当输入电压为高电压时，Q1常开，S1闭合；

其中，

C1和C2为电解或者其他材料类型的储能介质；

L1为电感或者其他呈电感性材料的介质；

Q1为金属氧化物半导体场效应晶体管或者其他功率开关器件；

S1为任意开关器件；

D1为金属氧化物半导体场效应晶体管或者其他功率开关器件。

上述结构的电能转换电路，其工作原理为：

在Vin_1输入在低压输入条件下，本实施例提供的电能转换电路为：S1常开，Q1、L1、C2和D1组成功率转换电路，在C2上产电压生V2，输出电压Vin_2等于Vin_1+V2，从而实现了提升了输入电压的目的。

在Vin_1输入在高压输入条件下，本实施例提供的电能转换电路为：Q1常开，S1闭合，则输出电压Vin_2等于Vin_1。

可见，在上述电路中，无论是在低压输入条件下，还是在高压输入条件下，输出电压都比较高，则对于后接电路来讲，其输入电压都比较高，从而，由于在高压输入下，流经电路中各器件的电流不会过大，因此，其电路损耗也不会过大，解决了在宽范围电压输入条件下，经过转换电路后，损耗较大，在转换电路设计时，需要折中考虑的问题，即解决了宽输入条件下电源转换器的设计瓶颈，大大简化了设计难度，均衡了高低压输入条件下的转换效率，降低了产品本身的热损耗，从而减少了环境的污染；也解决了现有技术中，采用两级转换电路的整体效率提高有限，以及更加复杂并且成本较高的问题，本发明提供的转换电路，在低压输入下升压到所必须的电压，提高了转换电路的转换效率，同时不影响高压输入时的效率。

具体实施例：

传统的反激电路如电路图2所示，在低压输入下面，电路的损耗很大，C1上电压很小，在相同功率下面电流很大，导致电源效率比较低，所以目前一般做法会增加一级电路，比如电路图3当中功率转换电路，把C2电容抬高到很高的电压，此时流经Q2的管子的电流会降低，反激电路的损耗会减少，但是增加的L1、Q1和D1是串联到反激电路中，因为L1、Q1和D1都需要参与主功率转换，所以体积和成本都会明显增加，效率提升也会受功率转换电路影响。

本发明中采取如图1所示的转换电路控制Vin_2的电压，通过L1、Q1、C2、S1和D1组成的电路，在不同的输入Vin_1电压条件下，进行不同的动作行为，形成不同的功率转换电路，实现在低压输入条件下能够将输出电压上升到所需电压，避免低压条件下的电流过大，转换效率过低的问题。

具体的，在Vin_1输入在低压输入条件下，电路中，保持S1常开，那么Q1、L1、C2和D1组成功率转换电路，在C2上会产生V2电压，此时DC/DC输入电压Vin_2等于Vin_1+V2，实现了提升了输入电压的目的。而在Vin_1输入高压条件下，电路中，Q1保持常开，S1保持闭合，此时DC/DC输入电压Vin_2等于Vin_1。

另外，如图2所示，传统的反激电路(由Q2、T1、D2和C2组成)在Vo带相同负载情况下，Vin_1在低输入电压的情况下，流过T1和Q2的电流会比Vin_1在高输入电压条件下大很多，这样在设计电源转换电路最优设计时就要综合考虑高低压下面折中设计，设计上存在冗余。

而使用本发明提供的电源转换电路，在设计后接电路时，就可以把最优点设计在高压输入条件下，这样实现了精简设计，提升了宽输入条件下的后接电路的效率。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的一种适用于宽输入电压的电能转换电路，通过L1、Q1、C2、S1和D1组成的电路，在不同的输入Vin_1电压条件下，形成不同的电路，实现在低压输入条件下能够将输出电压上升到所需电压，避免低压条件下的电流过大，转换效率过低的问题，提高了转换电路的转换效率，同时不影响高压输入时的效率。解决了宽输入条件下电源转换器的设计瓶颈，大大简化了设计难度，均衡了高低压输入条件下的转换效率，降低了产品本身的热损耗，从而减少了环境的污染；也解决了现有技术中，采用两级转换电路的整体效率提高有，以及更加复杂并且成本较高的问题。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于宽输入电压的电能转换电路，其特征在于，包括：C1、L1、Q1、C2、S1和D1，C1的两端连接输入电压，C1和C2串联后连接输出电压，L1和Q1串联并与C1并联后与C2串联，C2与L1串联后与D1并联，C2与S1并联；

当输入电压为低电压时，S1常开，Q1、L1、C2和D1组成功率转换电路；

当输入电压为高电压时，Q1常开，S1闭合；

其中，

C1和C2为电解或者其他材料类型的储能介质；

L1为电感或者其他呈电感性材料的介质；

Q1为金属氧化物半导体场效应晶体管或者其他功率开关器件；

S1为任意开关器件；

D1为金属氧化物半导体场效应晶体管或者其他功率开关器件。