CN110061639A - 一种输出可调电源电路 - Google Patents
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Abstract
一种输出可调电源电路，包括：PFC模块、PFC控制芯片、谐振变换模块检测模块及调节模块，所述调节模块用于根据所述调节模块的第一输入和第二输入的比较结果，通过所述调节模块的第二端的信号控制所述PFC控制芯片从而控制PFC模块，以调节PFC模块输出的直流电压的压值，从而使谐振变换模块输出的压值跟随变化；通过所述调节模块的第一端稳定PFC模块输出的直流电压为预设压值。上述的输出可调电源电路在通过根据负载需求调节调节输入母线电压以使得输出电压匹配负载需求，满足了恒压模式下宽电压范围输出能力，此方式在不改变谐振变换器的谐振腔参数的前提下进行，使得谐振变换器始终工作在高效率区间，可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种输出可调电源电路。
背景技术
直流开关电源是按直流提供输出电压、输出电流及输出功率的有源功率变换电子设备。LLC谐振变换器因其可满足开关电源高开关频率、高功率密度和变换效率的发展趋势，近年来得到了广泛的关注。由于LLC谐振变换器可实现全负载范围内的零电压开通，且二次侧整流二极管可实现零电流关断。同时，该变换器的主电路中的磁性元件容易集成，有限的利用了变压器的漏感，使得LLC谐振变换器广泛应用于中大功率场合。
传统的LLC谐振变换器拓扑结构工作在恒压模式输出电压时，一般只能在额定设计点左右工作。当输出电压低于额定点电压且输出大电流时，工作频率会升高，将导致效率低，功率器件发热严重；当输出电压高于额定点电压且输出大电流时，工作频率会降低，将导致开关管容易进入ZCS(零电流开关)区域，系统可靠性降低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种输出可调电源电路，旨在解决传统的LLC谐振变换器调节输出电压时存在效率低、可靠性低的问题。
本发明实施例的提供了一种输出可调电源电路，包括：
PFC模块，交流电作为所述PFC模块的输入，所述PFC模块的输出为第一直流电压，所述PFC模块用于将交流电变换为直流电；
PFC控制芯片，所述PFC控制芯片的输出连接所述PFC模块；
谐振变换模块，所述第一直流电压作为所述谐振变换模块的输入，所述谐振变换模块的输出为第二直流电压，用于接负载，所述谐振变换模块用于直流电压变换；
检测模块，所述第二直流电压作为所述检测模块的输入，所述检测模块的输出为采样电压，所述检测模块用于根据所述第二直流电压，获取所述采样电压；
调节模块，所述采样电压作为所述调节模块的第一输入，所述负载电压需求作为所述调节模块的第二输入，所述调节模块的第一端连接到所述第一直流电压，所述调节模块的第二端连接到所述PFC控制芯片，所述调节模块用于根据所述调节模块的第一输入和第二输入的比较结果，通过所述调节模块的第二端的信号控制所述PFC控制芯片从而控制PFC模块，以调节所述第一直流电压的压值，从而使所述第二直流电压的压值跟随变化；还用于通过所述调节模块的第一端稳定所述第一直流电压为预设压值。
上述的输出可调电源电路在通过根据负载需求调节调节输入母线电压以使得输出电压匹配负载需求，满足了恒压模式下宽电压范围输出能力，此方式在不改变谐振变换器的谐振腔参数的前提下进行，使得谐振变换器始终工作在高效率区间，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的输出可调电源电路的结构示意图；
图2为图1所示的输出可调电源电路中调节模块的结构示意图；
图3为图2所示的输出调节模块中分压单元的第一种实施例示例电路原理图；
图4为图2所示的输出调节模块中分压单元的第二种实施例示例电路原理图；
图5为图1所示的输出可调电源电路中检测模块的示例电路原理图；
图6为图1所示的输出可调电源电路中谐振变换模块的示例电路原理图。
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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明实施例提供的输出可调电源电路包括PFC模块10、PFC控制芯片20、谐振变换模块30、检测模块40以及调节模块50。
其中，交流电作为PFC模块10的输入，PFC模块10的输出为第一直流电压V1，PFC模块10用于将交流电变换为直流电；PFC控制芯片20的输出连接PFC模块10；谐振变换模块30，第一直流电压V1作为谐振变换模块30的输入，谐振变换模块30的输出为第二直流电压V2，谐振变换模块30的输出用于接负载，谐振变换模块30用于直流电压变换；第二直流电压V2作为检测模块40的输入，检测模块40的输出为采样电压V3，检测模块40用于根据所述第二直流电压V2，获取采样电压V3；采样电压V3作为调节模块50的第一输入，负载电压需求作为调节模块50的第二输入，调节模块50的第一端连接到第一直流电压V1，调节模块50的第二端连接到PFC控制芯片20，调节模块50用于根据调节模块50的第一输入和第二输入的比较结果，通过调节模块50的第二端的信号V4控制PFC控制芯片20从而控制PFC模块10，以调节第一直流电压V1的压值，从而使第二直流电压V2的压值跟随变化；调节模块50还用于通过调节模块50的第一端稳定第一直流电压V1为预设压值。
可以理解的是负载电压需求是来自外部输入的需求指令，该需求指令可以是数字信号，也可以是模拟信号，用于指示负载的需求电压。调节模块50将第一输入的采样电压V3和第二输入的指示负载电压需求的需求指令中包含的电压信息进行比较，根据比较结果判断现在谐振变换模块30的输出第二直流电压V2是否符合负载的需求的预设压值，同时根据比较结果来调整第二直流电压V2的压值以达到预设压值后稳定在此电压值。此调节过程不需要改变谐振变换器的谐振腔参数，使得谐振变换器始终工作在高效率区间。
在其中给一个实施例中，调节模块50包括电压映射表，不同的负载电压需求对应不同的参考电压。调节模块50将第一输入的采样电压V3和根据不同的负载电压需求选定的参考电压进行比较，比较结果以得出不同的控制信号体现。
请参阅图2，在其中给一个实施例中，调节模块50包括控制单元51、光耦52及分压单元53。采样电压V3作为控制单元51的第一输入，负载电压需求作为控制单元51的第二输入；控制单元51用于根据电压映射表，设定负载电压需求所对应的参考电压，并将参考电压和采样电压V3进行比较，比较的结果作为控制信号PFC_control；光耦52的发光侧521接入控制信号PFC_control连接，光耦52用于电气隔离并传输控制信号PFC_control；分压单元53的第一端作为调节模块50的第一端，分压单元53的第二端作为调节模块50的第二端，分压单元53的第三端与光耦52的受光侧522连接，分压单元53用于根据控制信号PFC_control调节自身阻值以调节调节模块50的第二端的信号V4和第一直流电压V1的压值。如此，控制信号PFC_control可以控制PFC控制芯片20从而控制PFC模块10，以调节第一直流电压V1的压值从而使第二直流电压V2的压值跟随变化以达到负载需求。可选地，控制信号PFC_control为高低电平信号或PWM信号。
本实施例中，控制单元51可以复用PFC控制芯片20或谐振变换模块30的控制芯片，又或者是单独设置的单片机或ARM芯片等。另外，可以理解的是，分压单元53的第一端接第一直流电压V1，第一直流电压V1通过分压单元53分压后相当于电压反馈信号V4通过其第二端连接PFC控制芯片20，控制信号PFC_control可以调节分压单元53的第二端输出的电压反馈信号V4，以使得PFC控制芯片20根据该信号V4调节PFC模块10输出的第一直流电压V1的压值。此过程相当于利用外部信号(上述控制信号PFC_control)调节根据PFC模块10与PFC控制芯片20直接电压反馈回路上的电压反馈信号V4的大小，以外部干涉的手段使得电压反馈信号V4产生变化，从而使得PFC模块10输出的电压V1，即PFC母线电压产生变化，以改变谐振变换模块30输入的方式达到调节其输出的目的，从而不需要改变谐振腔参数。
请参阅图3，在其中一个实施例中，控制信号PFC_control为高低电平信号，分压单元53包括第一分压模块531、第二分压模块532及第三分压模块533，第一分压模块531和第二分压模块532串联连接在分压单元53的第一端和地之间，第一分压模块531和第二分压模块532的之间的节点作为分压单元53的第二端，第三分压模块533的一端与节点连接，第三分压模块533的另一端作为分压单元53的第三端。本实施例中，由于第三分压模块533与光耦52的受光侧522串联连接在节点和地之间，那么高低电平信号控制光耦52的受光侧522导通和断开，就致使第三分压模块533在是、否和第二分压模块532并联之间变换。高电平信号时，光耦52的受光侧522导通，第三分压模块533和第二分压模块532并联降低了节点到地之间的阻值，提升了节点的电流，即使得分压单元53的第二端的信号V4发生变换。如此，可以使得第一直流电压V1、第二直流电压V2均可在两个电压值之间变换，比如，第一直流电压V1在377V和407V之间变换，第二直流电压V2在12V和16V之间变换。
在另一个实施例中，控制信号PFC_control为PWM信号，分压单元53包括第一分压模块534、第二分压模块535、第三分压模块536及第四分压模块537，第一分压模块534和第二分压模块535串联连接在分压单元53的第一端和地之间，第一分压模块534和第二分压模块535的之间的节点作为分压单元53的第二端，与第三分压模块536的一端连接，第三分压模块536的另一端作为分压单元53的第三端，第四分压模块537连接在分压单元53的第三端和第三直流电压V5之间。本实施例中，由于控制信号PFC_control为PWM信号，那么可以使得第三分压模块536和第四分压模块537并联到第二分压模块535上的阻值可以线性变化，也就是使得分压单元53的第二端到地之间的阻值也发生线性变化，即使得分压单元53的第二端的信号V4发生线性变化。如此，可以使得第一直流电压V1、第二直流电压V2均可在两个电压值之间线性变化，比如，第一直流电压V1在377V和407V之间线性变化，第二直流电压V2在12V和16V之间线性变化。本实施例中，第三直流电压V5为5V。
在一个示例中，第三分压模块536包括第一电阻R1和滤波电路538，第一电阻R1连接在分压单元53的第三端和地之间，滤波电路538的输入端连接分压单元53的第三端，滤波电路538的输出端连接分压单元53的第二端。本例中，滤波电路538包括至少两个第二电阻R2和至少一个第一电容C1组成的RC网络，各个第二电阻R2串联在分压单元53的第二端和第三端之间，各个第一电容C1连接在两个第二电阻R2的连接节点和地之间。
在其中一个实施例中，请参阅图3和图4，PFC控制芯片20还用于为调节模块50的第二端提供基准电压。在其他实施例中，调节模块50的第二端的基准电压可以由控制单元51提供，或者第三直流电压V5分压后提供。
在另一个实施例中，检测模块40包括第五分压模块41和第六分压模块42，第五分压模块41和第六分压模块42串联连接在第二直流电压V2和地之间，第五分压模块41和第六分压模块42的之间的节点为输出端用以输出采样电压V3。进一步地，检测模块40还包括一稳压器U1，稳压器U1的输入端接第三直流电压V5，稳压器U1的输出端接第五分压模块41和第六分压模块42的之间的节点，稳压器U1的接地端接地。
可以理解的是，上述的第一、二、三、四、五、六分压模块均至少包括一个或多个串并联的电阻器，进一步的还可以包括与电阻器串并联的电容器或电感器。
请参阅图6，在一个示例中，谐振变换模块30包括连接串接在PFC模块10的输出和地之间的开关管Q3和开关管Q4，以及被耦合到开关管Q3和开关管Q4的之间的谐振电路31，以及初级线圈与谐振电路31连接的变压器T1，以及与变压器T1的次级线圈连接，作为谐振变换模块30的输出的输出电路32。需要说明的是，本例中的谐振电路31的电感是利用变压器T1的初级线圈的漏感，且图6示例的仅为LLC谐振器的一种拓扑结构。在其他实施方式中，可以使用其他形式的LLC谐振器，本方案对此不作限定。
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 (10)
1.一种输出可调电源电路，其特征在于，包括：
PFC模块，交流电作为所述PFC模块的输入，所述PFC模块的输出为第一直流电压，所述PFC模块用于将交流电变换为直流电；
PFC控制芯片，所述PFC控制芯片的输出连接所述PFC模块；
谐振变换模块，所述第一直流电压作为所述谐振变换模块的输入，所述谐振变换模块的输出为第二直流电压，用于接负载，所述谐振变换模块用于直流电压变换；
检测模块，所述第二直流电压作为所述检测模块的输入，所述检测模块的输出为采样电压，所述检测模块用于根据所述第二直流电压，获取所述采样电压；
调节模块，所述采样电压作为所述调节模块的第一输入，所述负载电压需求作为所述调节模块的第二输入，所述调节模块的第一端连接到所述第一直流电压，所述调节模块的第二端连接到所述PFC控制芯片，所述调节模块用于根据所述调节模块的第一输入和第二输入的比较结果，通过所述调节模块的第二端的信号控制所述PFC控制芯片从而控制PFC模块，以调节所述第一直流电压的压值，从而使所述第二直流电压的压值跟随变化；还用于通过所述调节模块的第一端稳定所述第一直流电压为预设压值。
2.如权利要求1所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述调节模块包括电压映射表：所述不同的负载电压需求对应不同的参考电压。
3.如权利要求2所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述调节模块包括：
控制单元，所述采样电压作为所述控制单元的第一输入，所述负载电压需求作为所述控制单元的第二输入；所述控制单元用于根据所述电压映射表，设定所述负载电压需求所对应的参考电压，并将所述参考电压和所述采样电压进行比较，比较的结果作为控制信号；
光耦，所述光耦的发光侧与所述控制信号连接，所述光耦用于电气隔离并传输所述控制信号；
分压单元，所述分压单元的第一端作为所述调节模块的第一端，所述分压单元的第二端作为所述调节模块的第二端，所述分压单元的第三端与所述光耦的受光侧连接，所述分压单元用于根据所述控制信号调节自身阻值以调节所述调节模块的第二端的信号和所述第一直流电压的压值。
4.如权利要求2或3所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述控制信号为高低电平信号或PWM信号。
5.如权利要求4所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述控制信号为高低电平信号，所述分压单元包括第一分压模块、第二分压模块及第三分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块串联连接在所述分压单元的第一端和地之间，所述第一分压模块和所述第二分压模块的之间的节点作为所述分压单元的第二端，所述第三分压模块的一端与所述节点连接，所述第三分压模块的另一端作为所述分压单元的第三端。
6.如权利要求4所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述控制信号为PWM信号，所述分压单元包括第一分压模块、第二分压模块、第三分压模块及第四分压模块，所述第一分压模块和所述第二分压模块串联连接在所述分压单元的第一端和地之间，所述第一分压模块和所述第二分压模块的之间的节点作为所述分压单元的第二端，与所述第三分压模块的一端连接，所述第三分压模块的另一端作为所述分压单元的第三端，所述第四分压模块连接在所述分压单元的第三端和第三直流电压之间。
7.如权利要求6所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述第三分压模块包括第一电阻和滤波电路，所述第一电阻连接在所述分压单元的第三端和地之间，所述滤波电路的输入端连接所述分压单元的第三端，所述滤波电路的输出端连接所述分压单元的第二端。
8.如权利要求1所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述PFC控制芯片，还用于为所述调节模块的第二端提供基准电压。
9.如权利要求8所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述基准电压为2.5v，所述第二直流电压在12V～16V之间，所述第三直流电压为5V。
10.如权利要求1所述的输出可调电源电路，其特征在于，所述检测模块包括：第五分压模块和第六分压模块，所述第五分压模块和所述第六分压模块串联连接在所述第二直流电压和地之间，所述第五分压模块和所述第六分压模块的之间的节点为输出端用以输出所述采样电压。
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