CN108964471A - 多路输出供电电路、电源及整机系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种多路输出供电电路、电源及整机系统，包括多个变压器，每个变压器的原边绕组串联一个第一单向导通电路，然后再并联于输入电源两端，而且，输入电源的负极与变压器串联开关电路。其中，开关电路和第一单向导通电路同时导通或截止。当串联在主电路中的开关电路导通时，全部第一单向导通电路都导通，所有原边绕组均处于储能状态，副边绕组经由输出网络为各自的负载供电；当主电路中的开关电路截止时，全部第一单向导通电路均截止，此时，即使各副边绕组折射到原边绕组的电压不同，但原边绕组串联的第一单向导通电路处于截止状态，即原边绕组之间无法形成回路，因此，原边绕组之间不会出现环流现象。

Description

多路输出供电电路、电源及整机系统

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种多路输出供电电路、电源及整机系统。

背景技术

随着整机系统的集成度及复杂度不断增加，整机系统需要供电电源能够输出多路不同电压不同功率的供电信号，从而为整机系统中的不同功能单元供电。

传统的一种供电电源，采用多个变压器原边绕组并联，副边绕组独立输出的方案，当各功能单元所需供电功率增大时，变压器所需的体积不会变的很大。但是，该方案适用于并联的变压器原副边相同匝比，同时输出电压相同的应用场景。对于输出电压不同，多个变压器原副边绕组匝比不同的应用场景，副边绕组反射到原边绕组的反射电压不同，导致多个变压器原边绕组并联存在环流风险。变压器原边绕组存在环流会导致原边绕组过热甚至烧毁，从而影响电源的工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多路输出供电电路、电源及整机系统，以解决传统多个变压器原边绕组并联、副边绕组独立输出的方案可能出现原边绕组存在环流的技术问题。为解决该技术问题，本申请提供的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种多路输出供电电路，包括：至少两个反激变压器，开关电路、与所述反激变压器的数量相同的第一单向导通电路；

每个所述反激变压器的原边绕组均串联一个所述第一单向导通电路得到原边网络，全部所述原边网络并联连接输入电源，所述输入电源的负极与所述原边网络之间串联所述开关电路，且所述开关电路和第一单向导通电路同时导通或截止；

每个所述反激变压器的副边绕组均连接一输出网络输出相应的供电信号。

可选地，所述开关电路为第一开关管，所述第一单向导通电路为二极管；

每个所述原边绕组的第一端连接所述二极管的正极，每个所述原边绕组的第二端连接所述输入电源的正极，所述二极管的负极连接所述第一开关管的第一端；

所述第一开关管的第二端连接所述输入电源的负极，所述第一开关管的控制端输入第一控制信号。

可选地，所述开关电路为第二开关管，所述第一单向导通电路为第三开关管；

每个所述原边绕组的第一端连接所述第三开关管的第二端，每个所述原边绕组的第二端连接所述输入电源的正极，所述第三开关管的第一端连接所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的控制端输入第二控制信号；

所述第二开关管的第二端连接所述输入电源的负极，所述第二开关管的控制端输入所述第二控制信号。

可选地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管均为N沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管NMOS管，且所述第一端为漏极、所述第二端为源极、所述控制端为栅极。

可选地，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管均为绝缘栅双极型晶体管IGBT管，且所述第一端为漏极、所述第二端为源极、所述控制端为栅极。

可选地，所述输出网络包括整流二极管和输出电容；

所述整流二极管的正极连接所述副边绕组的第一端，所述整流二极管的负极连接所述输出电容的正极，所述输出电容的负极连接接地端，所述副边绕组的第二端连接所述输出电容的负极。

可选地，所述原边绕组的第一端与所述副边绕组的第一端为同名端。

第二方面，本申请还提供一种多路输出供电电源，包括输入电源及第一方面任意一种可能的实现方式所述的多路输出供电电路。

第三方面，本申请还提供一种整机系统，包括至少供电电压不同的两个功能单元，以及，第一方面任意一种可能的实现方式所述的多路输出供电电路；

所述功能单元的供电端与所述多路输出供电电路中供电电压相匹配的输出端相连接。

与现有技术相比，本发明提供的多路输出供电电路，采用多个变压器的原边绕组并联，副边绕组均连接一输出网络输出相应的供电信号，通过调节变压器的原副边的匝比输出不同的供电电压；其中，每个原边绕组串联一个第一单向导通电路形成原边网络，每个原边网络并联连接输入电源，而且，输入电源的负极与原边网络之间串联开关电路。其中，开关电路和第一单向导通电路同时导通或截止。本申请提供的供电电路，在原边绕组串联有单向导通电路，当串联在主电路中的开关电路导通时，全部第一单向导通电路都导通，所有原边绕组均处于储能状态，副边绕组经由输出网络为各自的负载供电；当主电路中的开关电路截止时，全部第一单向导通电路均截止，此时，即使各副边绕组折射到原边绕组的电压不同，但原边绕组串联的第一单向导通电路处于截止状态，即原边绕组之间无法形成回路，因此，原边绕组之间不会出现环流现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例一种多路输出供电电路的电路原理示意图；

图2是本申请实施例另一种多路输出供电电路的电路原理示意图；

图3是本申请实施例一种两路输出供电电路的电路原理示意图；

图4是图3所示的两路供电电路的输出电压波形示意图；

图5是图3所示的两路供电电路中D1、D3、Q01中流经的电流波形示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，示出了本申请实施例一种多路输出供电电路的电路原理示意图；本实施例中，开关电路为开关管Q1，第一单向导通电路为二极管，变压器为反激变压器。

其中，变压器的数量n可以根据输出功率及输出路数需求类确定，本实施例以n≥2为例进行说明。

变压器T1的原边绕组Np1与二极管Dp1串联得到原边网络Net1；变压器T2的原边绕组Np2与二极管DP2串联得到原边网络Net2；以此类推，变压器Tn的原边绕组Npn与二极管Dpn串联得到原边网络Netn。然后，各个原边网络并联连接输入电源。

在本申请的一个实施例中，原边绕组Np1、Np2、…、Npn的一端连接输入电源的正极，另一端连接二极管Dp1、Dp2、…、DPn的正极，二极管的负极均连接Q1的第一端，Q1的第二端连接输入电源的负极，Q1的控制端输入有PWM控制信号。其中，Q1可以是MOS管或IGBT管。

例如，Q1为NMOS，原边绕组Np1的一端连接输入电源的正极、Np1的另一端连接二极管Dp1的正极，Dp1的负极连接Q1的漏极，Q1的源极连接输入电源的负极，栅极输入PWM控制信号。

变压器T1的副边绕组Ns1经输出网络输出电压Vo1，变压器T2的副边绕组Ns2经输出网络输出电压Vo2，以此类推，变压器Tn的副边绕组Nsn经输出网络输出Von。

在本申请的一个实施例中，输出网络包括整流二极管和输出电容，例如，副边绕组Ns1与整流二极管Ds1串联形成串联支路，输出电容C1并联于该串联支路两端，其中，Ds1的正极连接Ns1的一端，Ds1的负极连接C1的正极，C1的负极连接Ns1的另一端。

下面将详细介绍本实施例提供的多路输出供电电路的工作过程：

对于变压器T1而言，当Q1导通时，Dp1也导通，原边绕组Np1储存能量；T1为反激变压器，因此，副边绕组Ns1两端的电压为上负下正，此时整流二极管Ds1截止，由输出电容C1为负载RL1提供能量；

当Q1截止时，Dp1也截止，原边绕组Np1储存的能量经变压器耦合传递至副边绕组Ns1，且副边绕组Ns1两端的电压为上正下负，此时整流二极管Ds1导通，为输出电容C1及负载RL1提供能量，输出电压为Vo1。

对于变压器T2而言，其工作原理与T1的工作原理相同，当Q1导通时，Dp2也导通，原边绕组Np2储存能量；此时，整流二极管Ds2截止，由输出电容C2为负载RL2提供能量；当Q1截止时，Dp2也截止，原边绕组Np2储存的能量经变压器耦合传递至副边绕组Ns2，且副边绕组Ns2两端的电压为上正下负，Ds2导通，为输出电容及负载RL2提供能量，输出电压为Vo2。

其它变压器的工作原理与上述过程相同，此处不再赘述。

若以Vo1为主路，即变压器T1为主路变压器，主路通过电压反馈环可以有效实现Vo1精准输出。其它辅路变压器，例如T2，…，Tn，在Q1导通时其原边绕组Np2，…，Npn两端电压与主路原边绕组Np1两端的电压相同，所有变压器单周期内原边绕组的伏秒乘积相同。通过调整变压器T2，…，Tn原副边绕组的匝比N2，…，Nn，来设置相应的输出电压值Vo2，…，Von。同时，在Q1截止时，各路副边绕组反射至相应原边绕组的电压(Vor1、Vor2及Vorn)因各路输出负载以及匝比的不同而不同，但是，本实施例的各个原边绕组均串联一二极管，二极管具有单向导电性，因此，原边绕组之间不能形成回路，即原边绕组之间不会产生环流。

本实施例提供的多路输出供电电路，采用多个变压器的原边绕组并联，副边绕组均连接一输出网络输出相应的供电信号，其中，每个原边绕组串联一个二极管形成原边网络，每个原边网络并联连接输入电源，而且，输入电源的负极与原边网络之间串联开关管。其中，开关管与二极管同时导通或截止。本申请提供的供电电路，在原边绕组串联有二极管，当串联在主电路中的开关管导通时，全部二极管也都导通，所有原边绕组均处于储能状态，副边绕组经由输出网络为各自的负载供电；当主电路中的开关管截止时，全部二极管也都截止，此时，即使各副边绕组折射到原边绕组的电压不同，但原边绕组串联的二极管处于截止状态，即，原边绕组之间无法形成回路，因此，原边绕组之间不会出现环流现象。

请参见图2，示出了本申请实施例另一种多路输出供电电路的电路原理示意图，本实施例中，开关电路为开关管Q11、第一单向导通电路为开关管Qp1、Qp2、Qpn，变压器为反激变压器。本实施例仍以n≥2为例进行说明。

T1的原边绕组Np1与开关管Qp1串联得到原边网络Net11，其中，Np11的第一端连接输入电源的正极，Np11的第二端连接Qp1的第二端，Qp1的第一端连接Q11的第一端，Q11的第二端连接输入电源的负极。

同理，T2的原边绕组Np2与开关管Qp2串联得到原边网络Net12，以此类推，Tn的原边绕组Npn与开关管Qpn串联得到原边网络Net1n。

其中，Q11和Qp1、Qp2及Qpn的控制信号相同，即Q11导通时，Qp1、Qp2及Qpn同时导通，各变压器的原边绕组Np1、Np2、…、Npn均储存能量，由各副边绕组所连接输出电容C1、C2、…、Cn为各自的负载RL1、RL2、…、RLn提供能量；当Q11截止时，Qp1、Qp2、…、Qpn也截止，各变压器原边绕组储存的能量经变压器耦合传递至副边绕组Ns1、Ns2、…、Nsn，整流二极管Ds1、Ds2、…、Dsn导通，为输出电容C1、C2、…、Cn以及负载RL1、RL2、…、RLn提供能量，各变压器的输出电压分别是Vo1、Vo2以及Von。

由于各个变压器的原边绕组串联一个开关管，当开关管截止时，原边绕组之间无法形成回路，因此不会产生环流。

本实施例提供的多路输出供电电路，原边绕组串联有开关管形成原边网络，各个变压器的原边网络并联连接于输入电源，当串联在主电路中的开关管导通时，全部原边网络中的开关管也都导通，所有原边绕组均处于储能状态，副边绕组经由输出网络为各自的负载供电；当主电路中的开关管截止时，全部原边网络中的开关管也都截止，此时，即使各副边绕组折射到原边绕组的电压不同，但原边绕组串联的开关管处于截止状态，即任意两个原边绕组之间无法形成回路，因此，原边绕组之间不会出现环流现象。

请参见图3，示出了本申请实施例一种两路输出供电电路实例的电路原理示意图，本实施例中，

变压器T11的原边绕组Np11的第一端连接输入电源的正极，Np11的第二端连接二极管D1的正极，D1的负极连接MOS管Q01的漏极，Q01的源极连接输入电源的负极，Q01的栅极输入PWM控制信号；

变压器T11的副边绕组Ns11的第二端连接整流二极管D2的正极，D2的负极连接输出电容C1的正极，C1的负极连接接地端，同时，C1的负极连接Ns11的第一端；C1两端即第一路输出Vo1。

变压器T12的原边绕组Np12的第一端连接输入电源的正极，Np12的第二端连接二极管D3的正极D3的负极连接MOS管Q01的漏极，Q01的源极连接输入电源的负极，Q01的栅极输入PWM控制信号；

变压器T12的副边绕组Ns12的第二端连接整流二极管D4的正极，D4的负极连接输出电容C2的正极，C2的负极连接接地端，同时，C2的负极连接Ns12的第二端；C2两端即第二路输出Vo2。

本实施例中，变压器T11的原副边匝比为60:6，原边感量为3mH，变压器T12的原副边匝比为30:6，原边感量为1mH。

图4为图3所示的两路输出供电电路中输出电压的波形示意图，如图4所示，当图3所示的两路输出供电电路稳态时，Vo1＝12.00V，Vo2＝24.00V；

图5为图3所示的两路输出供电电路中Q01、D1、D3流经的电流的波形示意图。

如图5所示，MOS管Q01的电流等于二极管D1和D3流经的电流之和，也即Q01的电流等于变压器T11，T12原边绕组的电流之和。同时，D1和D3具有单向导通特性无负向电流，因此，变压器T11和T12的原边绕组之间无环流存在。

本实施提供的两路输出供电电路，变压器的原边绕组并非直接并联，而是每个原边绕组串联一单向导通器件后再并联连接。当输入电源回路闭合时，反激变压器的原边绕组储存能量，副边绕组由输出电容为负载供电；当输入电源回路断开时，反激变压器的原边绕组中的能量耦合到副边绕组侧，由副边绕组为输出电容和负载供电；当输入电源回路断开的同时，原边绕组串联的单向导通器件也截止，此时，即使各副边绕组折射到原边绕组的电压不同，但单向导通器件处于截止状态，因此，原边绕组之间不会形成回路，即，原边绕组之间不会出现环流的问题。

另一方面，本申请还提供了一种多路输出供电电源，该多路输出供电电源包括输入电源和上述任意一个实施例提供的多路输出供电电路；

其中，多路输出供电电路中各个变压器的原边绕组均串联一第一单向导通电路后并联于输入电源两端，且输入电源的负极与各原边绕组之间连接一开关电路，该开关电路与第一单向导通电路同时导通/截止；各个变压器的副边绕组经过输出网络为各自的负载提供相应的供电信号。

又一方面，本申请还提供了一种整机系统，该整机系统包括多个功能单元，以及上述任一实施例提供的多路输出供电电路；

其中，功能单元的供电端与多路输出供电电路中的供电电压相匹配的输出端相连接。例如，功能单元A所需的供电电压是5V，则与多路输出供电电路中输出电压为5V的输出端连接；功能单元B所需的供电电压是12V，则与多路输出供电电路中输出电压为12V的输出端连接。

需要说明的是，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。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请各实施例中的装置及终端中的模块和子模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或子模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个子模块或模块可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块或子模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或子模块的部件可以是或者也可以不是物理模块或子模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或子模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或子模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或子模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块或子模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块或子模块集成在一个模块中。上述集成的模块或子模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或子模块的形式实现。

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、物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、物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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多路输出供电电路，其特征在于，包括：至少两个反激变压器，开关电路、与所述反激变压器的数量相同的第一单向导通电路；

每个所述反激变压器的原边绕组均串联一个所述第一单向导通电路得到原边网络，全部所述原边网络并联连接输入电源，所述输入电源的负极与所述原边网络之间串联所述开关电路，且所述开关电路和第一单向导通电路同时导通或截止；

每个所述反激变压器的副边绕组均连接一输出网络输出相应的供电信号。

2.根据权利要求1所述的多路输出供电电路，其特征在于，所述开关电路为第一开关管，所述第一单向导通电路为二极管；

每个所述原边绕组的第一端连接所述二极管的正极，每个所述原边绕组的第二端连接所述输入电源的正极，所述二极管的负极连接所述第一开关管的第一端；

所述第一开关管的第二端连接所述输入电源的负极，所述第一开关管的控制端输入第一控制信号。

3.根据权利要求1所述的多路输出供电电路，其特征在于，所述开关电路为第二开关管，所述第一单向导通电路为第三开关管；

每个所述原边绕组的第一端连接所述第三开关管的第二端，每个所述原边绕组的第二端连接所述输入电源的正极，所述第三开关管的第一端连接所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的控制端输入第二控制信号；

所述第二开关管的第二端连接所述输入电源的负极，所述第二开关管的控制端输入所述第二控制信号。

4.根据权利要求2或3所述的多路输出供电电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管均为N沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管NMOS管，且所述第一端为漏极、所述第二端为源极、所述控制端为栅极。

5.根据权利要求2或3所述的多路输出供电电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管均为绝缘栅双极型晶体管IGBT管，且所述第一端为漏极、所述第二端为源极、所述控制端为栅极。

6.根据权利要求1-3任一项所述的多路输出供电电路，其特征在于，所述输出网络包括整流二极管和输出电容；

所述整流二极管的正极连接所述副边绕组的第一端，所述整流二极管的负极连接所述输出电容的正极，所述输出电容的负极连接接地端，所述副边绕组的第二端连接所述输出电容的负极。

7.根据权利要求6所述的多路输出供电电路，其特征在于，所述原边绕组的第一端与所述副边绕组的第一端为同名端。

8.一种多路输出供电电源，其特征在于，包括输入电源及权利要求1-7任一项所述的多路输出供电电路。

9.一种整机系统，其特征在于，包括：至少供电电压不同的两个功能单元，以及，权利要求1-7任一项所述的多路输出供电电路；

所述功能单元的供电端与所述多路输出供电电路中供电电压相匹配的输出端相连接。