CN110313123B - 一种电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电源电路，包括：交流转直流电路，用于向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量；控制电路，与所述交流转直流电路连接，用于将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路向电容电路和直流转直流电路分别输出所述第一交流子分量和所述第二交流子分量与所述直流分量之和；所述电容电路，与所述交流转直流电路连接，用于滤除所述第一交流子分量；所述直流转直流电路，与所述交流转直流电路连接，用于将所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理后输出。可以降低电源电路对电解电容的依赖性，从而防止电解电容的老化对电源电路产生的不良影响。

Description

一种电源电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电源电路。

背景技术

对于隔离型两级交流转直流(AC/DC)变换器通常包括AC/DC、电解电容(如BULK电容)和直流转直流(DC/DC)三级电路。其中，经过AC/DC级电路的处理后，交流电变为带有交流成分和直流成分的电信号。为了达到直流输出的目的，需要电解电容滤除其中所有的交流成分。因此对常规隔离型两级AC/DC变换器通常要求配置容值较大的电解电容，这不仅造成需要配置的电容的体积过大，而且当交流成分占比较大时，将导致电解电容严重发热，更为重要的是电解电容的老化特性对容值和散热功能的影响，使其成为制约AC/DC变换器使用寿命的关键因素。

发明内容

本发明实施例提供一种电源电路。可以降低电源电路对电解电容的依赖性，从而防止电解电容的老化对电源电路产生的不良影响。

本发明实施例提供了一种电源电路，所述电源电路包括交流转直流电路、控制电路、电容电路和直流转直流电路，其中：

所述交流转直流电路，用于向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量；

所述控制电路，与所述交流转直流电路连接，用于将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路向所述电容电路输出所述第一交流子分量、以及向所述直流转直流电路输出所述第二交流子分量和所述直流分量；

所述电容电路，与所述交流转直流电路连接，用于滤除所述第一交流子分量；

所述直流转直流电路，与所述交流转直流电路连接，用于对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理，输出经过升压或降压处理后的所述第二交流子分量和所述直流分量之和。

其中，所述第一交流子分量为所述交流分量与分配系数的乘积，所述分配系数为大于等于0且小于等于1的数。

其中，所述交流分量的计算公式为

所述第一交流子分量的计算公式为

其中，I为所述直流分量的电流峰值、t为时间以及k为所述分配系数。

其中，所述第二交流子分量为所述交流分量减去所述第一交流子分量的差值。

其中，所述第二交流子分量的计算公式为

其中，I为所述直流分量的电流峰值、t为时间以及k为所述分配系数。

其中，所述控制电路还与所述直流转直流电路连接，用于获取所述电信号的幅值和相位，并根据所述幅值和所述相位，调节所述直流转直流电路的输入为所述第二交流子分量和所述直流分量之和。

其中，所述交流转直流电路包括整流单元Q1、电感L1、开关S1、二极管D5，其中：

所述整流单元Q1的第一输出端口与所述电感L1的一端连接，所述整流单元Q1的另一输出端口与所述开关S1的一端连接，所述电感L1的另一端和所述开关S1的另一端分别于所述二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与所述电容电路的第一输入端口连接。

其中，所述电容电路包括电容C1，其中：

所述电容C1的一端与所述交流转直流电路的第一输出端口连接，所述电容C1的另一端与所述交流转直流电路的第二输出端口连接。

其中，所述电容C1为电解电容。

其中，所述直流转直流电路包括开关S2、变压器T1、二极管D6、电容C2和电阻R1，其中：

所述开关S2的一端与所述交流转直流电路的第一输出端口连接，所述开关S2的另一端与所述变压器T1的第一输入端口连接，所述变压器T1的第二输入端口与所述交流转直流电路的第二输出端口连接，所述变压器T1的第一输出端口与所述二极管D6的正极连接，所述二极管D6的负极和所述电容C2的一端分别与所述电阻R1的一端连接，所述变压器T1的第二输出端口和所述电容C2的另一端分别与所述电阻R1的另一端连接。

实施本发明实施例，首先交流转直流电路向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量；接着所述控制电路将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路向电容电路输出所述第一交流子分量、以及向直流转直流电路输出所述第二交流子分量和所述直流分量；然后所述电容电路滤除所述第一交流子分量；最后所述直流转直流电路对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理，输出经过升压或降压处理后的所述第二交流子分量和所述直流分量之和。通过减小输入电容电路的交流分量，可以降低电源电路对电解电容的依赖性，从而防止电解电容的老化对电源电路产生的不良影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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是本发明提出的一种电源电路的第一实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例提出的一种交流转直流电路的结构示意图；

图3(a)是本发明实施例提供的一种交流电的电流的波形示意图；

图3(b)是本发明实施例提供的一种电信号的电流的波形示意图；

图4(a)是本发明实施例提供的一种交流分量的波形示意图；

图4(b)是本发明实施例提供的一种直流分量的波形示意图；

图5是本发明实施例提供的一种第二交流子分量与直流分量之和的波形示意图；

图6是本发明提出的一种电源电路的第二实施例的结构示意图；

图7是本发明提出的一种现有技术中的两级独立控制的电路结构示意图；

图8是本发明提出的一种两级合并控制的电路结构示意图。

具体实施方式

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作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。

请参考图1，图1是本发明提出的一种电源电路的第一实施例的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的电路包括：

交流转直流电路101，用于向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量。

具体的，如图2所示，交流转直流电路101可以包括整流单元Q1、电感L1、开关S1和二极管D5，其中，所述整流单元Q1的第一输出端口与所述电感L1的一端连接，所述整流单元Q1的另一输出端口与开关S1的一端连接，所述电感L1的另一端和所述开关S1的另一端分别与所述二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与所述电容电路103的第一输入端口连接。其中，整流单元Q1由二极管D1、二极管D2、二极管D3和第六二极管D4组成，可以对交流电进行整流，并且二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与二极管D3的正极连接以及二极管D3的负极与二极管D1的正极连接。电感L1用于抑制电流/电压的尖峰值，开关S1可以为负荷开关，用于保护电路。二极管D5用于进行二次整流，以便进一步减少所述电信号中的交流分量。所述交流转直流电路101可以利用整流单元Q1和二极管D5对交流电进行整流，得到所述电信号，该电信号包括电流和电压。因为整流单元Q1和二极管D5无法将交流电彻底的转换成直流电，所以该电信号既包括直流分量也包括交流分量。其中，直流分量为电信号的平均值，它不随时间的变化而变化，如电流的平均值，所述交流分量为该电信号中随时间的变化而变化的量。

例如：如图3(a)所示，交流电源输出的交流电的电流为3sin(t)，其中，t为时间，电流的单位为安培(A)以及t的单位为秒(s)。交流直流电路101对该交流电进行整流之后，得到的电信号的电流的波形如图3(b)所示。因为交流分量的存在，该电信号的电流不平稳，但均为同向电流。

需要说明的是，交流转直流电路101可以但不局限于为图2所示的拓扑结构。

控制电路102，与所述交流转直流电路101连接，用于将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路101向所述电容电路103输出所述第一交流子分量、以及向所述直流转直流电路104输出所述第二交流子分量和所述直流分量。

具体的，控制电路102可以是具有运算、存储和控制功能的集成电路。控制电路102可以首先对所述电信号进行采样，根据采样获得的所述电信号的幅值、相位，确定该电信号的波形及其数学表达式；接着根据数学表达式计算该电信号的交流分量和直流分量；然后将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，其中，所述第一交流子分量为所述交流分量与分配系数的乘积，所述分配系数为大于等于0且小于等于1的数(如0.6)，所述第二交流子分量为所述交流分量减去所述第一交流子分量的差值；最后控制所述交流转直流电路101向所述电容电路103输出所述第一交流子分量、以及向所述直流转直流电路104连接输出所述第二交流子分量和所述直流分量。

可选的，电信号的交流分量的计算公式可以为

所述第一交流子分量的计算公式可以为

所述第二交流子分量的计算公式可以为

其中，I为所述直流分量的电流峰值、t为时间以及k为所述分配系数。

例如：如图3(a)所示，首先通过对电信号的电流进行采样可以得到该电信号为3sin(t)。进一步，如图4(a)所示，可以通过傅里叶变换计算得到该电信号的电流的交流分量为3*|sin(t)|-2*3/π，以及如图4(b)所示，直流分量为2*3/π；然后将交流分量3*|sin(t)|-2*3/π划分为第一交流子分量0.6*(3*|sin(t)|-2*3/π)和第二交流子分量0.4*(3*|sin(t)|-2*3/π)。

电容电路103，与所述交流转直流电路101连接，用于滤除所述第一交流子分量。

具体的，电容电路103可以包括至少一个电解电容，第一交流子分量在流经电解电容时，将在电解电容上发生耗散，并且当第一交流子分量的峰值在该电解电容的容许范围内，且所述至少一个电解电容的容量之和可容纳第一交流子分量完全耗散所释放的电荷时，第一交流子分量将完全耗散，达到滤除所述第一交流子分量的目的。其中，第一交流子分量为交流分量中的一部分，相比于滤除全部的交流分量，滤除第一交流子分量对电解电容的容量要求得到了降低，并且当分配系数为0时，第一交流子分量为0，则可以避免对电解电容的使用。

直流转直流电路104，与所述交流转直流电路101连接，用于对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理，输出经过升压或降压处理后的所述第二交流子分量和所述直流分量之和。

具体的，为了适应用电设备的对电压或电流的要求，直流转直流电路104可以将第二交流子分量和直流分量进行叠加所获得的电信号做升压或降压处理后向用电设备输出。

例如：如图5所示，将电信号的电流的第二交流子分量0.4*(3*|sin(t)|-2*3/π)和直流分量2*3/π进行叠加得到图5中的电流信号，直流转直流电路104将该电流信号流过所产生的电压进行降压处理后向用电设备输出。

在本发明实施例中，首先交流转直流电路向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量；接着所述控制电路将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路向电容电路输出所述第一交流子分量、以及向直流转直流电路输出所述第二交流子分量和所述直流分量；然后所述电容电路滤除所述第一交流子分量；最后所述直流转直流电路对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理。通过减小输入电容电路的交流分量，可以降低电源电路对电解电容的依赖性，从而防止电解电容的老化对电源电路产生的不良影响。

请参考图6，图6是本发明提出的一种电源电路的第二实施例的结构示意图。如图6所示，本发明实施例中的电路包括：

交流转直流电路601，用于向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量。

具体的，如图2所示，交流转直流电路601可以包括整流单元Q1、电感L1、开关S1和二极管D5，其中，所述整流单元Q1的第一输出端口与所述电感L1的一端连接，所述整流单元Q1的另一输出端口与开关S1的一端连接，所述电感L1的另一端和所述开关S1的另一端分别与所述二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与所述电容电路603的第一输入端口连接。其中，整流单元Q1由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成，可以对交流电进行整流，并且二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与二极管D3的正极连接以及二极管D3的负极与二极管D1的正极连接。电感L1用于抑制电流/电压的尖峰值。开关S1可以为负荷开关，用于保护电路。二极管D5用于进行二次整流，以便进一步减少所述电信号中的交流分量。所述交流转直流电路601可以利用整流单元Q1和二极管D5对交流电进行整流，得到所述电信号，该电信号包括电流和电压。因为整流单元Q1和二极管D5无法将交流电彻底的转换成直流电，所以该电信号既包括直流分量也包括交流分量。其中，直流分量为电信号的平均值，它不随时间的变化而变化，如电流的平均值，所述交流分量为该电信号中随时间的变化而变化的量。

需要说明的是，交流转直流电路601可以但不局限于为图2所示的拓扑结构。

控制电路602，与所述交流转直流电路连接，用于将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路601向所述电容电路603输出所述第一交流子分量、以及向所述直流转直流电路604输出所述第二交流子分量和所述直流分量。

具体的，控制电路602可以是具有运算、存储和控制功能的集成电路。控制电路602可以首先对所述电信号进行采样，根据采样获得的所述电信号的幅值、相位，确定该电信号的波形及其数学表达式；接着根据数学表达式计算该电信号的交流分量和直流分量；然后将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，其中，所述第一交流子分量为所述交流分量与分配系数的乘积，所述分配系数为大于等于0且小于等于1的数(如0.6)，所述第二交流子分量为所述交流分量减去所述第一交流子分量的差值；最后控制所述交流转直流电路601向所述电容电路603输出所述第一交流子分量、以及向所述直流转直流电路604连接输出所述第二交流子分量和所述直流分量。

可选的，电信号的交流分量的计算公式可以为

所述第一交流子分量的计算公式可以为

所述第二交流子分量的计算公式可以为

其中，I为所述直流分量的电流峰值、t为时间以及k为所述分配系数。

可选的，所述控制电路602还可以与所述直流转直流电路604连接，用于根据所述电信号的幅值和相位，调节直流转直流电路604的输入为所述第二交流子分量和所述直流分量之和。其中，控制电路604可以首先根据采样获得的所述电信号的幅值和相位，确定该电信号的波形及其数学表达式，从而计算第二交流子分量和所述直流分量以及两者之和，然后对直流转直流电路604的输入进行控制，以便确保直流转直流电路604的输入与第二交流子分量和所述直流分量之和相同。

需要说明的是，在本发明实施例中直流转直流电路中包含交流分量，因此，如图7所示，若采用现有技术中的交流转直流电路和直流转直流电路使用独立的控制电路的方案，则为了控制直流转直流电路的实际输入电信号为第二交流子分量和直流分量之和，直流转直流电路的控制电路需要重新对电信号的幅值和相位进行采样，为了避免出现此种情况，本发明实施例中交流转直流电路和直流转直流电路可以共用控制电路对输入/输出进行控制，具体情况如图8所示，其中，控制电路中包括了交流分量划分模块和控制模块，相比于现有技术增加了交流分量划分模块。

电容电路603，与所述交流转直流电路601连接，用于滤除所述第一交流子分量。

具体的，所述电容电路可以包括电容C1，其中，电容C1可以为电解电容，如母线(BULK)电容。其中，所述电容C1的一端与交流转直流电路601的第一输出端口连接，另一端与交流转直流电路601中的第二输出端口。第一交流子分量在流经电容C1时，将在电容C1中发生耗散，当第一交流子分量的峰值电容C1的容许范围内，且电容C1的容量可容纳第一交流子分量完全耗散所释放的电荷时，第一交流子分量将完全耗散，达到滤除所述第一交流子分量的目的。

直流转直流电路604，与所述交流转直流电路601连接，用于对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理，输出经过升压或降压处理后的所述第二交流子分量和所述直流分量之和。

具体的，所述直流转直流电路604可以包括开关S2、变压器T1、二极管D6、电容C2和电阻R1，其中，所述开关S2的一端与所述交流转直流电路601的第一输出端口连接，所述开关S2的另一端与所述变压器T1的第一输入端口连接，所述变压器T1的第二输入端口与所述交流转直流电路601的第二输出端口连接，所述变压器T1的第一输出端口与所述二极管D6的正极连接，所述二极管D6的负极和所述电容C2的一端分别与所述电阻R1的一端连接，所述变压器T1的第二输出端口和所述电容C2的另一端分别与所述电阻R1的另一端连接。其中，开关S2可以为负荷开关，用于对变压器T1进行过载和短路保护，二极管D6用于进行对流经的电信号进行整流，电阻R1用于进行限流，防止输出电流过大损害用电设备，变压器T1用于对电信号进行升压或降压。

需要说明的是，直流转直流电路604可以但不局限于为图6给出的拓扑结构。

为了适应用电设备的对电压或电流的要求，直流转直流电路604可以将第二交流子分量和直流分量进行叠加所获得的电信号做升压或降压处理后向用电设备输出。

例如：如图5所示，将电信号的电流的第二交流子分量0.4*(3*|sin(t)|-2*3/π)和直流分量2*3/π进行叠加得到图5中的电流信号，直流转直流电路604将该电流信号流过所产生的电压进行降压处理后向用电设备输出。

在本发明实施例中，首先交流转直流电路向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量；接着所述控制电路将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路向电容电路输出所述第一交流子分量、以及向直流转直流电路输出所述第二交流子分量和所述直流分量；然后所述电容电路滤除所述第一交流子分量；最后所述直流转直流电路对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理。通过减小输入电容电路的交流分量，可以降低电源电路对电解电容的依赖性，从而防止电解电容的老化对电源电路产生的不良影响。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的内容下载方法及相关设备、系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电源电路，其特征在于，所述电源电路包括交流转直流电路、控制电路、电容电路和直流转直流电路，其中：

所述交流转直流电路，用于向所述控制电路输出电信号，所述电信号包括交流分量和直流分量；

所述控制电路，与所述交流转直流电路连接，用于将所述交流分量划分为第一交流子分量和第二交流子分量，并控制所述交流转直流电路向所述电容电路输出所述第一交流子分量、以及向所述直流转直流电路输出所述第二交流子分量和所述直流分量；

所述电容电路，与所述交流转直流电路连接，用于滤除所述第一交流子分量；

所述直流转直流电路，与所述交流转直流电路连接，用于对所述第二交流子分量和所述直流分量之和进行升压或降压处理，输出经过升压或降压处理后的所述第二交流子分量和所述直流分量之和。

2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述第一交流子分量为所述交流分量与分配系数的乘积，所述分配系数为大于等于0且小于等于1的数。

3.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述交流分量的计算公式为

所述第一交流子分量的计算公式为

其中，I为所述直流分量的电流峰值、t为时间以及k为所述分配系数。

4.如权利要求1或2所述的电源电路，其特征在于，所述第二交流子分量为所述交流分量减去所述第一交流子分量的差值。

5.如权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述第二交流子分量的计算公式为

其中，I为所述直流分量的电流峰值、t为时间以及k为分配系数。

6.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述控制电路，还与所述直流转直流电路连接，用于获取所述电信号的幅值和相位，并根据所述幅值和所述相位，调节所述直流转直流电路的输入为所述第二交流子分量和所述直流分量之和。

7.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述交流转直流电路包括整流单元Q1、电感L1、开关S1、二极管D5，其中：

所述整流单元Q1的第一输出端口与所述电感L1的一端连接，所述整流单元Q1的另一输出端口与所述开关S1的一端连接，所述电感L1的另一端和所述开关S1的另一端分别与所述二极管D5的正极连接，所述二极管D5的负极与所述电容电路的第一输入端口连接。

8.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述电容电路包括电容C1，其中：

所述电容C1的一端与所述交流转直流电路的第一输出端口连接，所述电容C1的另一端与所述交流转直流电路的第二输出端口连接。

9.如权利要求8所述的电源电路，其特征在于，所述电容C1为电解电容。

10.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述直流转直流电路包括开关S2、变压器T1、二极管D6、电容C2和电阻R1，其中：

所述开关S2的一端与所述交流转直流电路的第一输出端口连接，所述开关S2的另一端与所述变压器T1的第一输入端口连接，所述变压器T1的第二输入端口与所述交流转直流电路的第二输出端口连接，所述变压器T1的第一输出端口与所述二极管D6的正极连接，所述二极管D6的负极和所述电容C2的一端分别与所述电阻R1的一端连接，所述变压器T1的第二输出端口和所述电容C2的另一端分别与所述电阻R1的另一端连接。

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