CN111541371A - 一种面向新能源应用的直流电能生成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向新能源应用的直流电能生成电路，当所述输入交流电压在高压范围时，将所述整流电路的输出电压降低后得到所述直流电能生成电路的输出电压；当所述输入交流电压在低压范围时，将所述整流电路的输出电压直接作为直流电能生成电路的输出电压，以使得所述输入交流电压在高压范围和在低压范围时，所述交流‑直流电压的输出电压接近。本发明所述的直流电能生成电路减小了所述直流电能生成电路的输出电压范围，有利于优化和选择后级功率器件，尤其在新能源应用方面有明显的优势。

Description

一种面向新能源应用的直流电能生成电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术和交直流变换领域，更具体的说，涉及一种面向新能源应用的直流电能生成电路。
背景技术
随着电力电子工业的进一步发展和对电源产品要求的进一步提高，特别是当今高电压超级电容动力电池与日俱增的应用，对直流电能生成装置提出了更高的要求。在很多新能源的应用场合，如新能源汽车的供电电源，需要将交流电转换为直流电进而对新能源的汽车进行供电，一般要求直流电能生成装置能在120V-280V的电压范围内工作，由于直流电能生成装置的后级还有功率器件，若直流电能生成电路的输出信号的范围较大，则后级功率器件的抗压等能力要求很高。
现有技术中直接利用整流桥将交流电生成直流电能，但整流桥输出电压的范围依然很大，不利用后级功率器件的选择和优化。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种面向新能源应用的直流电能生成电路，以减小所述直流电能生成电路的输出电压范围，解决了现有技术直流电能生成电路的输出电压范围较大不利于后级功率器件的选择和优化的技术问题。
本发明提供了一种面向新能源应用的直流电能生成电路，包括：整流电路、第一开关管、第二开关管、第一电感、第一电容和控制电路，所述整流电路用于接收输入交流电压，所述整流电路的输出高电位端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第一电感的一端，所述第一电感的另一端为所述直流电能生成电路的输出高电位端，所述第二开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第一电感的公共端，所述第二开关管的第二端为所述直流电能生成电路的输出低电位端，所述第一电容耦接在所述直流电能生成电路的输出端，所述控制电路用于控制所述第一开关管和第二开关管的开关状态，以使得：当所述输入交流电压在高压范围时，所述第一开关管和所述第二开关管工作在PWM状态，当所述输入交流电压在低压范围时，所述第一开关管导通，所述第二开关管关断。
可选的，所述控制电路包括第一使能电路、PWM信号生成电路和第一电路，所述第一使能信号用以根据表征所述输入交流电压的输入电压采样信号生成第一使能信号，所述PWM信号生成电路用以根据表征所述直流电能生成电路输出电压的输出电压采样信号生成第一PWM信号，所述第一电路用以生成第一信号，所述控制电路根据第一使能信号选择所述第一PWM信号或所述第一信号控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态。
可选的，在第一使能信号有效期间，所述PWM信号生成电路被使能，所述控制信号根据所述第一PWM信号控制所述第一开关管和第二开关管的导通和关断，在第一使能信号无效期间，所述第一电路被使能，所述控制电路根据所述第一信号控制所述第一开关管和第二开关管的导通和关断。
可选的，当所述输入交流电压在高压范围时，所述第一使能电路输出的第一使能信号有效，当所述输入交流电压在低压范围时，所述第一使能电路输出的所述第一使能信号无效。
可选的，所述PWM信号生成电路包括误差放大器和比较器，所述误差放大器的第一输入端接收所述输出电压采样信号，其第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出端输出补偿信号，将所述补偿信号和斜坡信号作差后输入比较器的正输入端，所述比较器的负输入端接收表征电感电流的电流采样信号，所述比较器的输出端输出所述第一PWM信号。
可选的，当所述第一开关管和所述第二开关管工作在PWM状态时，所述第一开关管和所述第二开关管互补工作。
可选的，所述第一电路输出的所述第一信号为高电平信号。
可选的，所述第一使能信号有效为高电平，所述第一使能信号无效为低电平。
可选的，所述控制电路包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路接收所述输入交流电压，输出输入电压采样信号，所述第二采样电路接收所述直流电能生成电路的输出电压，输出输出电压采样信号。
可选的，所述整流电路为全桥整流电路和半桥整流电路。
可选的，所述直流电能生成电路还包括驱动电路，所述驱动电路用以分别根据所述第一PWM信号或所述第一信号驱动所述第一开关管和所述第二开关管。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明的面向新能源应用的直流电能生成电路，当所述输入交流电压在高压范围时，所述第一开关管和所述第二开关管工作在PWM状态，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第一电感和所述第一电容组成buck拓扑，将所述整流电路的输出电压降低后得到所述直流电能生成电路的输出电压；当所述输入交流电压在低压范围时，所述第一开关管导通，所述第二开关管关断，将所述整流电路的输出电压直接作为直流电能生成电路的输出电压，以使得所述输入交流电压在高压范围和在低压范围时，所述交流-直流电压的输出电压接近。本发明所述的直流电能生成电路减小了所述直流电能生成电路的输出电压范围，有利于优化和选择后级功率器件，解决了现有技术直流电能生成电路的输出电压范围较大不利于后级功率器件的选择和优化的技术问题，尤其在新能源应用方面有明显的优势。
附图说明
图1为本发明面向新能源应用的直流电能生成电路的实施例电路图；
图2为本发明控制电路的实施例电路图；
图3为本发明PWM信号生成电路的实施例电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1示意了本发明面向新能源应用的直流电能生成电路的实施例电路图。所述面向新能源应用的直流电能生成电路包括整流电路1、第一开关管M1、第二开关管M2、第一电感L1、第一电容C1和控制电路2，所述整流电路1用于接收输入交流电压Vin，所述整流电路1的输出高电位端连接所述第一开关管M1的第一端，所述第一开关管M1的第二端连接所述第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端为所述直流电能生成电路的输出高电位端，所述第二开关管M2的第一端连接所述第一开关管M1和所述第一电感L1的公共端，所述第二开关管M2的第二端为所述直流电能生成电路的输出低电位端，所述第一电容C1耦接在所述直流电能生成电路的输出端，所述控制电路2用于控制所述第一开关管M1和第二开关管M2的开关状态，以使得：当所述输入交流电压Vin在高压范围时，所述第一开关管M1和所述第二开关管M2工作在PWM状态，当所述输入交流电压Vin在低压范围时，所述第一开关管M1导通，所述第二开关管M2关断。
当所述第一开关管和所述第二开关管工作在PWM状态时，所述第一开关管和所述第二开关管互补工作。
可选的，所述高压范围为输入交流电压Vin在200V-280V区间，所述电压范围为输入交流电压Vin在100V-200V区间。
可选的，所述直流电能生成电路的输出端连接隔离型变换器，进而驱动电源或者电器设备，用以进行隔离。
可选的，所述整流电路为全桥整流电路和半桥整流电路。
本发明的面向新能源应用的直流电能生成电路，当所述输入交流电压Vin在高压范围时，所述第一开关管M1和所述第二开关管M2工作在PWM状态，此时，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第一电感L1和所述第一电容C1组成buck拓扑，将所述整流电路的输出电压降低后得到所述直流电能生成电路的输出电压Vout；当所述输入交流电压Vin在低压范围时，所述第一开关管M1导通，所述第二开关管M2关断，将所述整流电路的输出电压直接作为直流电能生成电路的输出电压Vout，以使得所述输入交流电压Vin在高压范围和在低压范围时，所述交流-直流电压的输出电压Vout接近。本发明所述的直流电能生成电路减小了所述直流电能生成电路的输出电压范围，有利于优化和选择后级功率器件，解决了现有技术直流电能生成电路的输出电压范围较大不利于后级功率器件的选择和优化的技术问题。
图2为本发明控制电路的实施例电路图。所述控制电路包括第一使能电路、PWM信号生成电路和第一电路，所述第一使能信号用以根据表征所述输入交流电压Vin的输入电压采样信号Vs生成第一使能信号Ven1，所述PWM信号生成电路用以根据表征所述直流电能生成电路输出电压Vout的输出电压采样信号VFB生成第一PWM信号V11，所述第一电路用以生成第一信号V22，所述控制电路根据第一使能信号Ven1选择所述第一PWM信号V11或所述第一信号V22控制所述第一开关管M1和第二开关管M2的工作状态。
进一步的，所述控制电路包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路接收所述输入交流电压Vin，输出输入电压采样信号Vs，所述第二采样电路接收所述直流电能生成电路的输出电压Vout，输出输出电压采样信号VFB。
可选的，当所述输入交流电压Vin在高压范围时，所述第一使能电路输出的第一使能信号Ven1有效，当所述输入交流电压Vin在低压范围时，所述第一使能电路输出的所述第一使能信号Ven1无效。
进一步的，在第一使能信号Ven1有效期间，所述PWM信号生成电路被使能，所述控制信号根据所述第一PWM信号V11控制所述第一开关管M1和第二开关管M2的导通和关断，在第一使能信号Ven1无效期间，所述第一电路被使能，所述控制电路根据所述第一信号V22控制所述第一开关管和第二开关管的导通和关断。
在其他的实施例中，当所述输入交流电压Vin在高压范围时，所述第一使能电路输出的第一使能信号Ven1无效，当所述输入交流电压Vin在低压范围时，所述第一使能电路输出的所述第一使能信号Ven1有效。在第一使能信号Ven1无效期间，所述PWM信号生成电路被使能，所述控制信号根据所述第一PWM信号V11控制所述第一开关管M1和第二开关管M2的导通和关断，在第一使能信号Ven1有效期间，所述第一电路被使能，所述控制电路根据所述第一信号V22控制所述第一开关管和第二开关管的导通和关断，本发明不对此进行限制。
具体的，所述第一信号V22或所述第一PWM信号V11控制第一开关管的M1导通和关断，所述第二开关管M2和所述第一开关管M1以相反状态工作。并非完全的互补工作，可能存在死区，以防止第一开关管M1和第二开关管M2同时导通。可选的，所述第一电路输出的所述第一信号为高电平信号，用以控制所述第一开关管M1导通，所述第二开关管M2关断。
在其他的实施例中，所述第一信号V22或所述第一PWM信号V11控制第二开关管的M2导通和关断，所述第一开关管M1和所述第二开关管M2以相反状态工作。
可选的，所述第一使能信号Ven1有效为高电平，所述第一使能信号Ven1无效为低电平，在其他的实施例中，所述所述第一使能信号Ven1有效为低电平，所述第一使能信号Ven1无效为高电平，本发明不对此进行限制。
图3为本发明PWM信号生成电路的实施例电路图。所述PWM信号生成电路包括误差放大器和比较器comp1，所述误差放大器的第一输入端接收所述输出电压采样信号VFB，其第二输入端接收参考信号Vref，所述误差放大器输出端输出补偿信号Vc，将所述补偿信号Vc和斜坡信号Vrtl作差后输入比较器comp1的正输入端，所述比较器comp1的负输入端接收表征电感电流的电流采样信号ViL，所述比较器的输出端输出所述第一PWM信号V11。增加斜坡信号可以增加电路的稳定性。
通过改变参考信号Vref的值，可以使得所述交流-直流信号的输出电压降为任意值，能够达到很多场合的要求，有利于进一步优化后级功率器件。
所述PWM信号生成电路在其他的实施例中可以为其他的形式，本发明不对此进行限制。
可选的，所述直流电能生成电路还包括驱动电路，所述驱动电路用以分别根据所述第一PWM信号或所述第一信号驱动所述第一开关管和所述第二开关管。
本发明的直流电能生成电路当所述输入交流电压Vin在高压范围时，所述第一开关管M1和所述第二开关管M2工作在PWM状态，此时，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第一电感L1和所述第一电容C1组成buck拓扑，将所述整流电路的输出电压降低后得到所述直流电能生成电路的输出电压Vout；当所述输入交流电压Vin在低压范围时，所述第一开关管M1导通，所述第二开关管M2关断，将所述整流电路的输出电压直接作为直流电能生成电路的输出电压Vout，以使得所述输入交流电压Vin在高压范围和在低压范围时，所述交流-直流电压的输出电压Vout接近。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于，包括：整流电路、第一开关管、第二开关管、第一电感、第一电容和控制电路，所述整流电路用于接收输入交流电压，所述整流电路的输出高电位端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第一电感的一端，所述第一电感的另一端为所述直流电能生成电路的输出高电位端，所述第二开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第一电感的公共端，所述第二开关管的第二端为所述直流电能生成电路的输出低电位端，所述第一电容耦接在所述直流电能生成电路的输出端，所述控制电路用于控制所述第一开关管和第二开关管的开关状态，以使得：当所述输入交流电压在高压范围时，所述第一开关管和所述第二开关管工作在PWM状态，当所述输入交流电压在低压范围时，所述第一开关管导通，所述第二开关管关断。
2.根据权利要求1所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述控制电路包括第一使能电路、PWM信号生成电路和第一电路，所述第一使能信号用以根据表征所述输入交流电压的输入电压采样信号生成第一使能信号，所述PWM信号生成电路用以根据表征所述直流电能生成电路输出电压的输出电压采样信号生成第一PWM信号，所述第一电路用以生成第一信号，所述控制电路根据第一使能信号选择所述第一PWM信号或所述第一信号控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态。
3.根据权利要求2所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：在第一使能信号有效期间，所述PWM信号生成电路被使能，所述控制信号根据所述第一PWM信号控制所述第一开关管和第二开关管的导通和关断，在第一使能信号无效期间，所述第一电路被使能，所述控制电路根据所述第一信号控制所述第一开关管和第二开关管的导通和关断。
4.根据权利要求3所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：当所述输入交流电压在高压范围时，所述第一使能电路输出的第一使能信号有效，当所述输入交流电压在低压范围时，所述第一使能电路输出的所述第一使能信号无效。
5.根据权利要求2所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述PWM信号生成电路包括误差放大器和比较器，所述误差放大器的第一输入端接收所述输出电压采样信号，其第二输入端接收参考信号，所述误差放大器输出端输出补偿信号，将所述补偿信号和斜坡信号作差后输入比较器的正输入端，所述比较器的负输入端接收表征电感电流的电流采样信号，所述比较器的输出端输出所述第一PWM信号。
6.根据权利要求1所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：当所述第一开关管和所述第二开关管工作在PWM状态时，所述第一开关管和所述第二开关管互补工作。
7.根据权利要求2所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述第一电路输出的所述第一信号为高电平信号。
8.根据权利要求3所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述第一使能信号有效为高电平，所述第一使能信号无效为低电平。
9.根据权利要求2所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述控制电路包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路接收所述输入交流电压，输出输入电压采样信号，所述第二采样电路接收所述直流电能生成电路的输出电压，输出输出电压采样信号。
10.根据权利要求1所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述整流电路为全桥整流电路和半桥整流电路。
11.根据权利要求2所述的面向新能源应用的直流电能生成电路，其特征在于：所述直流电能生成电路还包括驱动电路，所述驱动电路用以分别根据所述第一PWM信号或所述第一信号驱动所述第一开关管和所述第二开关管。
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