CN109756099A - 一种交直流混合的电源模块 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种交直流混合的电源模块，第一DC‑DC转换器能够将其输入的第一电压转换为第二电压，可以满足设备对直流电的输入要求；在通过逆变电路将直流电转换为交流电之前，先通过第二DC‑DC转换器将第一电压转换为第三电压，再进行逆变，以得到满足设备需求电压的交流电；其次，以第一DC‑DC转换器为支路的直流电以及以第二DC‑DC转换器和逆变电路为支路的交流电之间相互独立，互不影响，因此，可以通过该电源模块实现直流电和交流电同时输出，从而可以通过一个电源模块就能满足设备对直流电和交流电的同时需求。

Description

一种交直流混合的电源模块

技术领域

本公开涉及电源技术领域，具体地，涉及一种交直流混合的电源模块。

背景技术

现有技术中，电源模块主要包括DC-DC转换器(Direct current-Direct currentconverter，直流-直流转换器)和DC-AC转换器(Direct current-Alternating current，直流-交流转换器)，很少有包括DC-DC转换器和DC-AC转换器，现有的包括DC-DC转换器和DC-AC转换器的电源模块不能同时输出直流电和交流电，因此，在设备需要直流电和交流电同时输入时，仍需要分别接入DC-DC转换器和DC-AC转换器，才能实现直流电和交流电的同时输入，满足设备的用电需求。

发明内容

为解决上述问题，本公开的目的是提供一种交直流混合的电源模块。

为了实现上述目的，本公开提供一种交直流混合的电源模块，包括：浪涌抑制器、第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器和逆变电路，所述浪涌抑制器的输出端分别与所述第一DC-DC转换器和所述第二DC-DC转换器连接，所述第二DC-DC转换器的输出端与所述逆变电路连接；其中，

所述浪涌抑制器用于在输入电压大于预设阈值时，将输出电压抑制在预设范围内，所述第一DC-DC转换器用于将所述预设范围内的第一电压转换为第二电压；所述第二DC-DC转换器用于将所述第一电压转换为第三电压，所述逆变电路用于将所述第二DC-DC转换器输出的直流电转换为输出为所述第三电压的交流电。

可选地，所述逆变电路包括PWM发生器，与所述PWM发生器连接的驱动电路，以及分别与所述驱动电路连接的第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管和所述第二MOS管的漏极与所述第二DC-DC转换器的输出正端连接，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源极与所述第二DC-DC转换器的输出负端连接，所述第一MOS管的源极与所述第三MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极连接；与所述第一MOS管与所述第三MOS管的连接处、所述第二MOS管与所述第四MOS管的连接处连接的引出支路为所述逆变电路的输出端；

所述PWM发生器用于生成PWM信号，所述驱动电路用于根据所述PWM信号控制所述第一MOS管和所述第四MOS管按照预设导通时长同时导通，或者，控制所述第二MOS管和所述第三MOS管按照所述预设导通时长同时导通，使所述逆变电路输出交流电。

可选地，所述驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路与所述第一MOS管和所述第四MOS管的栅极连接，所述第二驱动电路与所述第二MOS管和所述第三MOS管的栅极连接。

可选地，所述PWM发生器包括LM5030芯片，所述驱动电路包括IRS2011芯片。

可选地，所述第一DC-DC转换器包括控制器、变压器、第五MOS管、反馈环路、同步整流电路和滤波电路，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组通过所述第五MOS管与所述控制器连接，所述次级绕组的输出端与所述同步整流电路连接，所述控制器与所述反馈环路连接，所述反馈环路与所述次级绕组的输出端连接，所述反馈环路用于获取所述次级绕组的当前输出电压，所述控制器根据所述当前输出电压与所述第二电压的差值生成控制信号，并通过所述控制信号控制所述第五MOS管的导通时长，使所述第一DC-DC转换器的当前输出电压为所述第二电压。

可选地，所述控制器包括LM5025芯片。

通过上述技术方案，包括：浪涌抑制器、第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器和逆变电路，所述浪涌抑制器的输出端分别与所述第一DC-DC转换器和所述第二DC-DC转换器连接，所述第二DC-DC转换器的输出端与所述逆变电路连接；其中，所述浪涌抑制器用于在输入电压大于预设阈值时，将输出电压抑制在预设范围内，所述第一DC-DC转换器用于将所述预设范围内的第一电压转换为第二电压；所述第二DC-DC转换器用于将所述第一电压转换为第三电压，所述逆变电路用于将所述第二DC-DC转换器输出的直流电转换为输出为所述第三电压的交流电。

第一DC-DC转换器能够将其输入的第一电压转换为第二电压，可以满足设备对直流电的输入要求；在通过逆变电路将直流电转换为交流电之前，先通过第二DC-DC转换器将第一电压转换为第三电压，再进行逆变，以得到满足设备需求电压的交流电；其次，以第一DC-DC转换器为支路的直流电以及以第二DC-DC转换器和逆变电路为支路的交流电之间相互独立，互不影响，因此，可以通过该电源模块实现直流电和交流电同时输出，从而可以通过一个电源模块就能满足设备对直流电和交流电的同时需求。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种交直流混合的电源模块的框图；

图2是根据一示例性实施例示出的本公开所述的第一DC-DC转换器的框图；

图3是根据一示例性实施例示出的本公开所述的逆变电路的框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种交直流混合的电源模块的电路图；

图5是根据一示例性实施例示出的本公开所述的第一DC-DC转换器的原理图；

图6是根据一示例性实施例示出的本公开所述的第二DC-DC转换器的原理图；

图7是根据一示例性实施例示出的本公开所述的辅助电源模块的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

为解决现有技术中，电源模块不能同时输出直流电和交流电，不能满足设备对直流电和交流电同时需求的问题，本公开提供一种交直流混合的电源模块，第一DC-DC转换器能够将其输入的第一电压转换为第二电压，可以满足设备对直流电的输入要求；在通过逆变电路将直流电转换为交流电之前，先通过第二DC-DC转换器将第一电压转换为第三电压，再进行逆变，以得到满足设备需求电压的交流电；其次，以第一DC-DC转换器为支路的直流电以及以第二DC-DC转换器和逆变电路为支路的交流电之间相互独立，互不影响，因此，可以通过该电源模块实现直流电和交流电同时输出，从而可以通过一个电源模块就能满足设备对直流电和交流电的同时需求。

下面通过具体的实施例对本公开的内容进行详细说明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种交直流混合的电源模块的框图，如图1所示，包括：浪涌抑制器、第一DC-DC转换器(Direct current-Direct current converter，直流-直流转换器)、第二DC-DC转换器和逆变电路，该浪涌抑制器的输出端分别与该第一DC-DC转换器和该第二DC-DC转换器连接，该第二DC-DC转换器的输出端与该逆变电路连接；其中，该浪涌抑制器用于在输入电压大于预设阈值时，将输出电压抑制在预设范围内，该第一DC-DC转换器用于将该预设范围内的第一电压转换为第二电压；该第二DC-DC转换器用于将该第一电压转换为第三电压，该逆变电路用于将该第二DC-DC转换器输出的直流电转换为输出为该第三电压的交流电。

第一DC-DC转换器能够将第一电压转换为第二电压并输出，以得到满足设备输入要求的直流电。在通过逆变电路将直流电转换为交流电之前，本实施例先通过第二DC-DC转换器将第一电压转换为第三电压，再进行直流-交流的转换，以使输出交流电的电压满足设备的输入要求。

第一DC-DC转换器与第二DC-DC转换器和逆变电路之间相互独立，互不影响，因此，可以通过该电源模块实现直流电和交流电同时输出，从而可以通过一个电源模块就能满足设备对直流电和交流电的同时需求。

本实施例中，若本公开的电源模块输入的第一电压大于第二电压和第三电压，则可以通过第一DC-DC转换器和第二DC-DC转换器将第一电压进行降压转换，相应地，若第一电压小于第二电压和第三电压，则可以通过第一DC-DC转换器和第二DC-DC转换器将第一电压进行升压转换。

如图2所示，该第一DC-DC转换器可包括：控制器、变压器、第五MOS管、反馈环路、同步整流电路和滤波电路，该变压器包括初级绕组和次级绕组，该初级绕组通过该第五MOS管与该控制器连接，该次级绕组的输出端与该同步整流电路连接，该控制器与该反馈环路连接，该反馈环路与该次级绕组的输出端连接，该反馈环路用于获取该次级绕组的当前输出电压，该控制器根据该当前输出电压与该第二电压的差值生成控制信号，并通过该控制信号控制该第五MOS管的导通时长，使该第一DC-DC转换器的当前输出电压为该第二电压。

图3是根据一示例性实施例示出的一种逆变电路的框图，如图3所示，包括：PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)发生器，与该PWM发生器连接的驱动电路，以及分别与该驱动电路连接的第一MOS管Q2、第二MOS管Q3、第三MOS管Q4和第四MOS管Q5，该第一MOS管Q2和该第二MOS管Q3的漏极与该第二DC-DC转换器的输出正端连接，该第三MOS管Q4和该第四MOS管Q5的源极与该第二DC-DC转换器的输出负端连接，该第一MOS管Q2的源极与该第三MOS管Q4的漏极连接，该第二MOS管Q3的源极与该第四MOS管Q5的漏极连接；与该第一MOS管Q2与该第三MOS管Q4的连接处、该第二MOS管Q3与该第四MOS管Q5的连接处连接的引出支路为该逆变电路的输出端；

该PWM发生器用于生成PWM信号，该驱动电路用于根据该PWM信号控制该第一MOS管Q2和该第四MOS管Q5按照预设导通时长同时导通，或者，控制该第二MOS管Q3和该第三MOS管Q4按照该预设导通时长同时导通，使该逆变电路输出交流电。

本实施例中的MOS管可包括NMOS管(N-Metal-Oxide-Semiconductor，即N沟道金属-氧化物半导体场效应管)，逆变电路的输出端用于连接负载，PWM信号的频率可设置为100Hz，占空比为50％，即第一MOS管Q2和第四MOS管Q5、第二MOS管Q3和第三MOS管Q4的导通时长均为5ms，在驱动电路根据PWM信号控制第一MOS管Q2和第四MOS管Q5导通时，第二MOS管Q3和第三MOS管Q4断开；相应地，在驱动电路根据PWM信号控制第二MOS管Q3和第三MOS管Q4导通时，第一MOS管Q2和第四MOS管Q5断开，将直流电转换为交流方波并输出，例如，在第二DC-DC转换器的输出电压为15V时，则该交流方波的电压亦为15V。

为增加MOS管的驱动能力，该驱动电路可包括第一驱动电路和第二驱动电路，该第一驱动电路与该第一MOS管Q2和该第四MOS管Q5的栅极连接，用于驱动第一MOS管Q2和该第四MOS管Q5导通；该第二驱动电路与该第二MOS管Q3和该第三MOS管Q4的栅极连接，用于驱动第二MOS管Q3和该第三MOS管Q4导通。在图3中，第一MOS管Q2、第二MOS管Q3、第三MOS管Q4和第四MOS管Q5的栅极表示为G，源极表示为S，漏极表示为D。

示例地，图4是根据一示例性实施例示出的一种交直流混合的电源模块的电路图，包括浪涌抑制器、第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、逆变电路、辅助电源模块和触发控制开关的电路图。

参照图4，该浪涌抑制器的预设阈值可设置为40V，在浪涌抑制器的输入电压小于40V时，光电隔离器U1截止，MOS管Q1饱和导通；在浪涌抑制器的输入电压大于40V时，稳压管Z2和稳压管Z3被击穿，光电隔离器U1导通，光电隔离器U1将浪涌抑制器的输出电压和40V的电压差，反馈给MOS管Q1，以调整MOS管Q1的导通度，最终使浪涌抑制器输出稳定在40V，保证后级电源模块的正常工作。

如图5所示为一示例性第一DC-DC转换器的电路图，可实现5V/20A的输出，控制器采用的是LM5025芯片，LM5025芯片具有过流保护CS1端、软启动CS2端、欠压保护UVLO端等功能端，通过上述各功能端并设计相应的外围电路，可实现对应的功能，各功能端的外围电路可参照图5所示，本公开不作详述。

图5中，电阻R34、电阻R37、电阻R48，以及基准电压源U4、光电隔离器U2组成了第一DC-DC转换器的反馈环路，基准电压源U4的参考端与电阻R48连接，反馈环路连接LM5025芯片的COMP端，通过反馈环路可以将第二电压和当前输出电压的差值反馈给LM5025芯片，LM5025芯片根据该差值生成控制信号，并通过OUTA端输出。该控制信号可以是PWM信号，PWM信号第五MOS管的导通时长，以控制初级绕组和次级绕组的充放电时长，使当前输出电压满足第二电压。

如图6所示为一示例性第二DC-DC转换器的电路图，可实现15V/2A的输出，包括控制器、反馈环路和反激拓扑，控制器电路采用LM5022芯片，反激拓扑由变压器和MOS管M1组成，反馈环路包括电阻R1、电阻R2、基准电压源U5和光电隔离器U6，反馈环路能够将第二DC-DC转换器的输出电压和第三电压的差值反馈给LM5022芯片，LM5022芯片根据该差值输出控制信号，控制MOS管的导通时长，使第二DC-DC转换器的输出电压为第三电压。

参照图4，在逆变电路中，PWM发生器可包括LM5030芯片，驱动电路可包括IRS2011芯片，图4给出了采用了两个IRS2011芯片分别用来驱动第一MOS管Q2和第四MOS管Q5、第二MOS管Q3和第三MOS管Q4导通。

辅助电源模块是用于向第一DC-DC转换器中的LM5025芯片，第二DC-DC转换器中的LM5022芯片以及逆变电路中的LM5030芯片提供电源，辅助电源模块的电路图如图7所示，输出功率为30W，包括控制器、变压器和反馈环路，控制器采用LM5000芯片，反馈环路包括电压采样电阻R5和R12、基准电压源Q3和光电隔离器U11，通过控制器和反馈环路能够将辅助电压源的输出电压稳定在某一预设电压，以保证供电的稳定性，具体工作原理可参考第二DC-DC转换器的工作原理说明，不再赘述。

触发控制开关分别与第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、逆变电路和辅助电源模块连接，用于被触发时控制第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、辅助电源模块停止工作或者正常工作。参照图4，触发控制开关的输出端连接光电隔离器U8和光电隔离器U10，光电隔离器U8与第一DC-DC转换器的PC端(控制端，低电平时LM5025芯片无输出)连接，光电隔离器U10分别和第二DC-DC转换器的INH端、以及辅助电源模块的INH端和逆变电路连接，在INH端为低电平时，第二DC-DC转换器和辅助电源模块和逆变电路停止工作。

例如，在“1开启”按键被触发时，如脉冲电压27V的高电平触发，光电隔离器U8和光电隔离器U10开启，第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、辅助电源模块和逆变电路正常工作；在“2关断”按键和“3关断”按键被同时触发时，如脉冲电压27V的高电平，光电隔离器U8和光电隔离器U10关断，第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器、辅助电源模块和逆变电路停止工作。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (6)

1.一种交直流混合的电源模块，其特征在于，包括：浪涌抑制器、第一DC-DC转换器、第二DC-DC转换器和逆变电路，所述浪涌抑制器的输出端分别与所述第一DC-DC转换器和所述第二DC-DC转换器连接，所述第二DC-DC转换器的输出端与所述逆变电路连接；其中，

所述浪涌抑制器用于在输入电压大于预设阈值时，将输出电压抑制在预设范围内，所述第一DC-DC转换器用于将所述预设范围内的第一电压转换为第二电压；所述第二DC-DC转换器用于将所述第一电压转换为第三电压，所述逆变电路用于将所述第二DC-DC转换器输出的直流电转换为输出为所述第三电压的交流电。

2.根据权利要求1所述的交直流混合的电源模块，其特征在于，所述逆变电路包括PWM发生器，与所述PWM发生器连接的驱动电路，以及分别与所述驱动电路连接的第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管和所述第二MOS管的漏极与所述第二DC-DC转换器的输出正端连接，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源极与所述第二DC-DC转换器的输出负端连接，所述第一MOS管的源极与所述第三MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极连接；与所述第一MOS管与所述第三MOS管的连接处、所述第二MOS管与所述第四MOS管的连接处连接的引出支路为所述逆变电路的输出端；

所述PWM发生器用于生成PWM信号，所述驱动电路用于根据所述PWM信号控制所述第一MOS管和所述第四MOS管按照预设导通时长同时导通，或者，控制所述第二MOS管和所述第三MOS管按照所述预设导通时长同时导通，使所述逆变电路输出交流电。

3.根据权利要求2所述的交直流混合的电源模块，其特征在于，所述驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路，所述第一驱动电路与所述第一MOS管和所述第四MOS管的栅极连接，所述第二驱动电路与所述第二MOS管和所述第三MOS管的栅极连接。

4.根据权利要求3所述的交直流混合的电源模块，其特征在于，所述PWM发生器包括LM5030芯片，所述驱动电路包括IRS2011芯片。

5.根据权利要求1所述的交直流混合的电源模块，其特征在于，所述第一DC-DC转换器包括控制器、变压器、第五MOS管、反馈环路、同步整流电路和滤波电路，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，所述初级绕组通过所述第五MOS管与所述控制器连接，所述次级绕组的输出端与所述同步整流电路连接，所述控制器与所述反馈环路连接，所述反馈环路与所述次级绕组的输出端连接，所述反馈环路用于获取所述次级绕组的当前输出电压，所述控制器根据所述当前输出电压与所述第二电压的差值生成控制信号，并通过所述控制信号控制所述第五MOS管的导通时长，使所述第一DC-DC转换器的当前输出电压为所述第二电压。

6.根据权利要求5所述的交直流混合的电源模块，其特征在于，所述控制器包括LM5025芯片。