CN111884288B - 一种基于半导体开关的供电电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于半导体开关的供电电路及其控制方法，供电电路包括储能单元、第一电感、控制单元和电压输出单元；其中储能单元包括电池组和第一电容，电池组用于在充电阶段对第一电容充电；第一电感连接于电池组以及第一电容之间；控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关；其中，第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；电压输出端元用于在供电阶段调节并输出储能单元储存的电能。本发明实施例提供的技术方案实现了低压大电流输出的同时减小装置的体积和重量，降低了成本，简化了电路，提高了使用的安全性。

Description

一种基于半导体开关的供电电路及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及供电电路技术领域，尤其涉及一种基于半导体开关的供电电路及其控制方法。

背景技术

目前回路电阻测试仪器多采用从检修电源箱取电的方式，检修电源为交流220V电源，而回路电阻测试仪器的输出电流一般为一百安到几百安，输出电压往往很低，需要采用变压器降压，并结合交流转直流和直流转直流的转换电路，实现最终的低压大电流输出功能。

这种电源方案比较复杂，体积和重量较重，不适合户外作业，同时还需要从检修电源箱拖线，操作不方便，而且存在造成检修电源短路的风险，造成人身触电的安全隐患。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于半导体开关的供电电路及其控制方法，以实现低压大电流输出的同时减小装置的体积小和重量，降低成本，简化电路，提高使用的安全性。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于半导体开关的供电电路，包括：

储能单元，包括电池组和第一电容，所述电池组用于在充电阶段对所述第一电容充电；

第一电感，所述第一电感连接于所述电池组以及所述第一电容之间；

控制单元，所述控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关；所述电池组的正极端与所述第一半导体器件的第一端以及所述第一控制开关的第一端电连接；所述第一半导体器件的第二端与所述第一电感的第一端电连接；所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二控制开关的第一端电连接；所述第二控制开关的第二端与所述第二半导体器件的第一端电连接；所述第二半导体器件的第二端与所述第一控制开关的第二端以及所述第一电容的第二端电连接；其中，所述第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；所述控制单元用于根据所述第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关的导通状态控制所述供电电路的充电阶段和供电阶段；

电压输出单元，所述电压输出单元用于在供电阶段调节并输出所述储能单元储存的电能。

可选的，所述第一控制开关和第二控制开关为半导体开关，所述第一控制开关和第二控制开关的控制端用于输入控制信号，所述第一控制开关在所述充电阶段断开，所述第二控制开关在所述充电阶段的占空比与所述第一电容的充电电压对应；所述第一控制开关和第二控制开关在所述供电阶段导通。

可选的，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件包括半导体开关和/或二极管，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件在所述充电阶段用于导通所述电池组与所述第一电容以对所述第一电容充电，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件在所述供电阶段用于截止放电电流从第一电容的第一端流向所述第一电容的第二端。

可选的，所述电压输出单元包括第二电容、第三控制开关和第四控制开关；所述第二电容的第一端与所述第二控制开关的第二端、第二半导体器件的第一端以及所述第三控制开关的第一端电连接，所述第二电容的第二端与所述电池组的负极端以及所述第四控制开关的第二端电连接；所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端电连接，并由所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端的公共端作为所述供电电路的正极输出端，所述第四控制开关的第二端作为所述供电电路的负极输出端。

可选的，所述第三控制开关和第四控制开关为半导体开关；所述第三控制开关的控制端和第四控制开关的控制端用于输入控制信号；所述第三控制开关和第四控制开关在所述充电阶段导通；所述第三控制开关和第四控制开关在所述供电阶段的占空比与所述供电电路的输出电压对应。

可选的，所述电压输出单元还包括：第二电感和第三电容；

所述第二电感的第一端与所述第三控制开关和所述第四控制开关的公共端电连接，所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端电连接，所述第三电容的第二端与所述第四控制开关的第二端电连接；所述第二电感和第三电容用于组成滤波器滤除所述供电电路输出电压中的交流信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种半导体开关的供电电路的控制方法，所述供电电路包括储能单元、第一电感、控制单元和电压输出单元；其中储能单元包括电池组和第一电容，所述电池组用于在充电阶段对所述第一电容充电；所述第一电感连接于所述电池组以及所述第一电容之间；所述控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关；所述电池组的正极端与所述第一半导体器件的第一端以及所述第一控制开关的第一端电连接；所述第一半导体器件的第二端与所述第一电感的第一端电连接；所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二控制开关的第一端电连接；所述第二控制开关的第二端与所述第二半导体器件的第一端电连接；所述第二半导体器件的第二端与所述第一控制开关的第二端以及所述第一电容的第二端电连接；其中，所述第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；所述电压输出端元用于在供电阶段调节并输出所述储能单元储存的电能，所述控制方法包括：

在充电阶段，以第一设定占空比导通第二控制开关，并导通第一半导体器件和第二半导体器件以使所述电池组对所述第一电容充电；

在供电阶段，导通第一控制开关和第二控制开关，并控制电压输出单元调节并输出所述储能单元储存的电能。

可选的，所述第一控制开关和第二控制开关为半导体开关，

在所述充电阶段，断开所述第一控制开关，所述第二控制开关在所述充电阶段的占空比与所述第一电容的充电电压对应。

可选的，所述电压输出单元包括第二电容、第三控制开关和第四控制开关；所述第二电容的第一端与所述第二控制开关的第二端、第二半导体器件的第一端以及所述第三控制开关的第一端电连接，所述第二电容的第二端与所述电池组的负极端以及所述第四控制开关的第二端电连接；所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端电连接，并由所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端的公共端作为所述供电电路的正极输出端，所述第四控制开关的第二端作为所述供电电路的负极输出端；

在所述充电阶段，导通第三控制开关和第四控制开关；在所述供电阶段，以第二设定占空比互补导通第三控制开关和第四控制开关。

可选的，所述电池组对所述第一电容的充电电压基于以下确定：

VC1＝Vb/(1-D1)，其中VC1为第一电容的电压，Vb为电池组电压，D1为第二控制开关的占空比；

控制电压输出端元调节并输出所述储能单元储存的电能基于以下确定：

Vo＝(Vb+VC1)*D2；其中Vo为所述供电电路的输出电压，D2为所述第三控制开关的占空比。

本发明实施例提供了一种基于半导体开关的供电电路及其控制方法，供电电路包括储能单元、第一电感、控制单元和电压输出单元；其中储能单元包括电池组和第一电容，电池组用于在充电阶段对第一电容充电；第一电感连接于电池组以及第一电容之间；控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关；电池组的正极端与第一半导体器件的第一端以及第一控制开关的第一端电连接；第一半导体器件的第二端与第一电感的第一端电连接；第一电感的第二端与第一电容的第一端以及第二控制开关的第一端电连接；第二控制开关的第二端与第二半导体器件的第一端电连接；第二半导体器件的第二端与第一控制开关的第二端以及第一电容的第二端电连接；其中，第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；电压输出端元用于在供电阶段调节并输出储能单元储存的电能。本发明实施例提供的技术方案通过控制单元根据第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关的导通状态以控制供电电路的充电阶段和供电阶段；并且通过电池组对第一电容充电，提高储能单元可输出的电压，实现了低压大电流输出的同时减小装置的体积小和重量，降低了成本，简化了电路，提高了使用的安全性。

附图说明

图1是实施例一提供的一种基于半导体开关的供电电路的结构框图；

图2是本发明实施例二提供的一种基于半导体开关的供电电路的电路图；

图3是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图；

图4是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图；

图5是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图；

图6是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图；

图7是本发明实施例三提供的一种半导体开关的供电电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本发明实施例提供了一种基于半导体开关的供电电路，图1是实施例一提供的一种基于半导体开关的供电电路的结构框图，参考图1，供电电路包括：

储能单元，包括电池组B1和第一电容C1，电池组B1用于在充电阶段对第一电容充电C1；

第一电感L1，第一电感L1连接于电池组BI以及第一电容C1之间；

控制单元，控制单元包括第一半导体器件S1、第二半导体器件S2、第一控制开关Q1和第二控制开关Q2；电池组B1的正极端与第一半导体器件S1的第一端以及第一控制开关Q1的第一端电连接；第一半导体器件S1的第二端与第一电感L1的第一端电连接；第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端以及第二控制开关Q2的第一端电连接；第二控制开关Q2的第二端与第二半导体器件S2的第一端电连接；第二半导体器件S2的第二端与第一控制开关Q1的第二端以及第一电容C1的第二端电连接；其中，第一半导体器件S1和第二半导体器件S2可导通并可截流；控制单元用于根据第一半导体器件S1、第二半导体器件S2、第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的导通状态控制供电电路的充电阶段和供电阶段；

电压输出单元10，电压输出单元10用于在供电阶段调节并输出储能单元储存的电能。

具体的，供电电路包括储能单元、第一电感L1、控制单元和电压输出单元10。其中储能单元包括电池组B1和第一电容C1，电池组B1用于在充电阶段对第一电容C1充电。电池组B1包括至少一节电池，可以根据供电电路输出的电压的需求设定电池的节数。通常情况下，采用单节电池或者两节电池即可满足回路电阻测试仪器正常工作的需求。单节电池可以选用聚合物锂电池或磷酸铁锂电池，单节聚合物锂电池一般为3～4.2V，单节磷酸铁锂电池一般为2.5V～3.7V。第一电感L1连接于电池组B1以及第一电容C1之间；控制单元包括第一半导体器件S1、第二半导体器件S2、第一控制开关Q1和第二控制开关Q2；电池组B1的正极端与第一半导体器件S1的第一端以及第一控制开关Q1的第一端电连接；第一半导体器件S1的第二端与第一电感L1的第一端电连接；第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端以及第二控制开关Q2的第一端电连接；第二控制开关Q2的第二端与第二半导体器件S2的第一端电连接；第二半导体器件S2的第二端与第一控制开关Q1的第二端以及第一电容C1的第二端电连接。

其中，第一半导体器件S1和第二半导体器件S2可导通或截止。当在充电阶段时，通过控制第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的开闭情况以及结合第一半导体器件S1和第二半导体器件S2的导通或截流的状态，可以实现电池组B1对第一电容C1进行充电。第一电感L1连接于电池组B1以及第一电容C1之间，在电池组B1对第一电容C1进行充电时，电流流经第一电L1会产生感应电能以增大对第一电容C1的充电电压，实现第一电容C1充电后可输出的电能大于电池组B1可输出的电能。控制单元还用于在供电阶段使电池组BI和第一电容C1串联，将电池组B1和第一电容C1所储存的总电能传输给电压输出单元10，电压输出单元10在供电阶段调节并输出储能单元储存的电能，从而使供电电路为外部设备提供工作电压，例如在回路电阻测试仪器对被测电阻测试时为其提供测试电压。

本发明实施例提供了一种基于半导体开关的供电电路，包括储能单元、第一电感、控制单元和电压输出单元；其中储能单元包括电池组和第一电容，电池组用于在充电阶段对第一电容充电；第一电感连接于电池组以及第一电容之间；控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关，第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；电压输出端元用于在供电阶段调节并输出储能单元储存的电能。本发明实施例提供的技术方案通过控制单元根据第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关的导通状态控制供电电路的充电阶段和供电阶段；并且通过电池组对第一电容充电，提高储能单元可输出的电压，实现了低压大电流输出的同时减小装置的体积小和重量，降低了成本，简化了电路，提高了使用的安全性。

实施例二

本发明实施例提供了一种基于半导体开关的供电电路，在上述实施例一的基础上，本发明实施例对供电电路进行了补充和细化，本发明实施例的供电电路还包括第二电感和第三电容用于组成滤波器滤除输出电压的交流信号，第一控制开关和第二控制开关为半导体开关，第一半导体器件与所述第二半导体器件可采用半导体开关或二极管。

图2是本发明实施例二提供的一种基于半导体开关的供电电路的电路图，请参考图2，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2为半导体开关，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的控制端用于输入控制信号，第一控制开关Q1在充电阶段断开，第二控制开关Q2在充电阶段的占空比与第一电容的充电电压对应；第一控制开关Q1和第二控制开关Q2在供电阶段导通。

具体的，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2为半导体开关，半导体开关可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等。第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的控制端输入控制信号以实现对第一控制开关Q1和第二控制开关Q2导通和断开的可控性，控制信号为高电平或低电平。例如当第一控制开关Q1和第二控制开关Q2均为P型场效应管时，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的控制端输入低电平可以实现导通；当第一控制开关Q1和第二控制开关Q2均为N型场效应管时，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的控制端输入高电平可以实现导通；第一控制开关Q1和第二控制开关Q2也可以设置为一个控制开关为P型场效应管而另一个制开关为N型场效应管，这里对第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的半导体开关类型不做限定。第一控制开关Q1在充电阶段断开，第二控制开关Q2在充电阶段的占空比与第一电容C1的充电电压对应，电池组B1对第一电容C1的充电电压基于公式VC1＝Vb/(1-D1)确定，其中VC1为第一电容C1的电压，Vb为电池组B1的电压，D1为第二控制开关Q2的占空比。第一控制开关Q1和第二控制开关Q2在供电阶段导通，以使电池组和第一电容串联，将电池组和第一电容所储存的总电能传输给电压输出端元。

可选的，图3是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图；图4是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图；图5是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图，图6是本发明实施例二提供的另一种基于半导体开关的供电电路的电路图，参考图3-6；第一半导体器件S1与第二半导体器件S2包括半导体开关和/或二极管，第一半导体器件S1与第二半导体器件S2在充电阶段用于导通电池组B1与第一电容C1以对第一电容C1充电，第一半导体器件S1与第二半导体器件S2在供电阶段用于截止放电电流从第一电容C1的第一端流向第一电容C1的第二端。

具体的，第一半导体器件S1与第二半导体器件S2包括半导体开关和/或二极管，其中半导体开关可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等。第一半导体器件S1与第二半导体器件S2可以均设置为半导体开关(参考图3)，或者均设置为二极管(参考图4)，第一半导体器件与第二半导体器件也可以设置为其中一个半导体器件为半导体开关而另一个半导体器件为二极管(参考图5和图6)。

在充电阶段，第一控制开关Q1断开，第二控制开关Q2以第一设定占空比导通。此时若第一半导体器件S1与第二半导体器件S1均为半导体开关，在第一半导体器件S1与第二半导体器件S2的控制端输入控制信号，导通第一半导体器件S1与第二半导体器件S2，从而实现电池组B1对第一电容C1进行充电。并且第二控制开关Q2在充电阶段以设定占空比导通，在第二控制开关Q2断开时，第一电容C1进行充电，在第二控制开关Q2导通时，第一电容C1被第二控制开关短路，停止充电，进而通过调节第二控制开关Q2在充电阶段的占空比实现对第一电容C1充电电压的调节。此时若第一半导体器件S1与第二半导体器件S2均为二极管，二极管具有单向导电性，二极管设置的方向需要满足导通电流的方向为依次从电池组B1流向第一半导体器件S1、第一电感L1、第一电容C1和第二半导体器件S2。

在供电阶段，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2导通。此时若第一半导体器件S1与第二半导体器件S2均为半导体开关，在第一半导体器件S1与第二半导体器件S2的控制端输入控制信号，断开第一半导体器件S1与第二半导体器件S2，以使电池组B1流出的电流依次经过第一控制开关Q1、第一电容C1和第二控制开关Q2，从而实现电池组B1与第一电容C1串联将电池组B1和第一电容C1所储存的总电能传输给电压输出端元10。断开第一半导体器件B1与第二半导体器件B2，从而截止放电电流从第一电容C1的第一端直接流向第一电容C1的第二端，防止第一电容C1非正常放电。若第一半导体器件S1与第二半导体器件S2均为二极管，二极管的设置于上述相同，即可满足在供电阶段截止放电电流从第一电容C1的第一端直接流向第一电容C1的第二端。优选地，第一半导体器件S1与第二半导体器件S2均为二极管，可以进一步的降低成本，还可以减少对第一半导体器件S1与第二半导体器件S2通过控制信号控制其导通和截流，简化了对电路的控制。

可选的，参考图2-6，电压输出单元包括第二电容C2、第三控制开关Q3和第四控制开关Q4；第二电容C2的第一端与第二控制开关Q2的第二端、第二半导体器件S2的第一端以及第三控制开关Q3的第一端电连接，第二电容C2的第二端与电池组B1的负极端以及第四控制开关Q4的第二端电连接；第三控制开关Q3的第二端和第四控制开关Q4的第一端电连接，并由第三控制开关Q3的第二端和第四控制开关Q4的第一端的公共端作为供电电路的正极输出端，第四控制开关Q4的第二端作为供电电路的负极输出端。

其中，第三控制开关Q3和第四控制开关Q4为半导体开关；第三控制开关Q3的控制端和第四控制开关Q4的控制端用于输入控制信号；第三控制开关Q3和第四控制开关Q4在充电阶段导通；第三控制开关Q3和第四控制开关Q4在供电阶段的占空比与供电电路的输出电压Vo对应。

具体的，电压输出单元10包括第二电容C2、第三控制开关Q3和第四控制开关Q4。第三控制开关Q3和第四控制开关Q4均为半导体开关，同上，半导体开关可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等。在充电阶段，控制导通第三控制开关Q3和第四控制开关Q4；使电池组B1正极端流出的电流依次经过第一半导体器件S1、第一电感L1、第一电容C1、第二半导体器件S2、第三控制开关Q3和第四控制开关Q4回到电池组B1负极端形成闭合回路，从而实现电池组B1对第一电容C1进行充电。在供电阶段，第三控制开关Q3和第四控制开关Q4以第二设定占空比导通，第三控制开关Q3和第四控制开关Q4高频互补工作，若第三控制开关Q3的占空比为D2，则第四控制开关Q4的占空比为(1-D2)。第三控制开关Q3和第四控制开关Q4在供电阶段的占空比与供电电路的输出电压Vo对应，供电电路的输出电压基于公式Vo＝(Vb+VC1)*D2确定。

可选的，请继续参考图2-6，电压输出单元10还包括：第二电感L2和第三电容C3；

第二电感L2的第一端与第三控制开关Q3和第四控制开关Q4的公共端电连接，第二电感L2的第二端与第三电容C3的第一端电连接，第三电容C3的第二端与第四控制开关Q4的第二端电连接；第二电感L2和第三电容C3用于组成滤波器滤除供电电路输出电压Vo中的交流信号。具体的，第二电感L2和第三电容C3组成滤波器可以滤除第三控制开关Q3和第四控制开关Q4的高频互补工作时的次纹波，供电电路在输出侧可以得到直流电压。

本发明实施例还提供了一种基于半导体开关的供电电路，对供电电路进行了补充和细化，本发明实施例的供电电路还包括第二电感和第三电容用于组成滤波器滤除输出电压的交流信号，第一控制开关和第二控制开关为半导体开关，第一半导体器件与第二半导体器件包括半导体开关和/或二极管。根据第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关的导通状态实现对供电电路的充电阶段和供电阶段的调节，简化了电路，从而简化了对供电电路的工作状态的控制。并且第二电感和第三电容组成滤波器可以滤除第三控制开关和第四控制开关的高频互补工作时的次纹波，供电电路在输出侧可以得到直流电压。进一步的实现了低压大电流输出的同时减小装置的体积小和重量，降低了成本，保证了使用的安全性。

实施例三

本发明实施例提供了一种半导体开关的供电电路的控制方法，可应用于本发明实施例提供的供电电路，以应用于图2所示的供电电路为示例，请参考图2；供电电路包括储能单元、第一电感L1、控制单元和电压输出单元10；其中电池组B1和第一电容C1，电池组B1用于在充电阶段对第一电容充电C1；第一电感L1，第一电感L1连接于电池组BI以及第一电容C1之间控制单元包括第一半导体器件S1、第二半导体器件S2、第一控制开关Q1和第二控制开关Q2；电池组B1的正极端与第一半导体器件S1的第一端以及第一控制开关Q1的第一端电连接；第一半导体器件S1的第二端与第一电感L1的第一端电连接；第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端以及第二控制开关Q2的第一端电连接；第二控制开关Q2的第二端与第二半导体器件S2的第一端电连接；第二半导体器件S2的第二端与第一控制开关Q1的第二端以及第一电容C1的第二端电连接；其中，第一半导体器件S1和第二半导体器件S2可导通并可截流；电压输出单元10用于在供电阶段调节并输出储能单元储存的电能；

图7是本发明实施例三提供的一种半导体开关的供电电路的控制方法的流程图，参考图2和7，控制方法包括：

S10、在充电阶段，以第一设定占空比导通第二控制开关，并导通第一半导体器件和第二半导体器件以使所述电池组对所述第一电容充电。

具体的，电池组B1包括至少一节电池，可以根据供电电路输出的电压的需求设定电池的节数。通常情况下，采用单节电池或者两节电池即可满足回路电阻测试仪器正常工作的需求。单节电池可以选用聚合物锂电池或磷酸铁锂电池，单节聚合物锂电池一般为3～4.2V，单节磷酸铁锂电池一般为2.5V～3.7V。当在充电阶段时，通过控制控制单元中的第一控制开关Q1和第二控制开关Q2的开闭情况以及结合第一半导体器件B1和第二半导体器件B2的导通或截流的状态，实现电池组对第一电容C1进行充电。具体为以第一设定占空比导通第二控制开关Q2，并导通第一半导体器件B1和第二半导体器件B2以使电池组B1对第一电容C1充电。第一电感L1连接于电池组B1以及第一电容C1之间，在电池组B1对第一电容C1进行充电时，电流流经第一电感L1会产生感应电能，通过第一电感L1可以实现第一电容C1充电后输出的电能大于电池组输出的电能。

S20、在供电阶段，导通第一控制开关和第二控制开关，并控制电压输出单元调节并输出所述储能单元储存的电能。

具体的，在供电阶段，导通第一控制开关Q1和第二控制开关Q2，串联电池组B1和第一电容C1，将电池组B1和第一电容C1所储存的总电能传输给电压输出单元10，通过电压输出单元10在调节并输出储能单元储存的电能，从而使供电电路为外部设备提供工作电压，例如在回路电阻测试仪器对被测电阻测试时为其提供测试电压。

可选的，第一控制开关Q1和第二控制开关Q2为半导体开关，

在充电阶段，断开第一控制开关Q1，第二控制开关Q2在充电阶段的占空比与第一电容C1的充电电压对应。

可选的，电压输出单元包括第二电容C2、第三控制开关Q3和第四控制开关Q4；第二电容C2的第一端与第二控制开关Q2的第二端、第二半导体器件B1的第一端以及第三控制开关Q3的第一端电连接，第二电容C2的第二端与电池组B1的负极端以及第四控制开关Q4的第二端电连接；第三控制开关Q3的第二端和第四控制开关Q4的第一端电连接，并由第三控制开关Q3的第二端和第四控制开关Q4的第一端的公共端作为供电电路的正极输出端，第四控制开关Q4的第二端作为供电电路的负极输出端；

在充电阶段，导通第三控制开关Q3和第四控制开关Q4；在供电阶段，以第二设定占空比互补导通第三控制开关Q3和第四控制开关Q4。

可选的，电池组B1对第一电容C1的充电电压基于以下确定：

VC1＝Vb/(1-D1)，其中VC1为第一电容C1的电压，Vb为电池组B1电压，D1为第二控制开关Q2的占空比；

控制电压输出单元10调节并输出所述储能单元储存的电能基于以下确定：

Vo＝(Vb+VC1)*D2；其中Vo为所述供电电路的输出电压，D2为所述第三控制开关Q3的占空比。

示例性地，参考图4，采用两节聚合物锂电池串联组成电池组，第一控制开关Q1～第四控制开关Q4均为N型场效应管；第一半导体器件S1和第二半导体器件S2为二极管。在充电阶段，断开第一控制开关Q1，以第一占空比D1导通第二控制开关Q2，并导通第三控制开关Q3和第四控制开关Q4，使电池组B1正极端流出的电流依次经过第一半导体器件S1、第一电感L1、第一电容C1、第二半导体器件S2、第三控制开关Q3和第四控制开关Q4回到电池组B1负极端形成闭合回路，从而实现电池组B1对第一电容C1进行充电。电池组B1对第一电容C1的充电电压基于公式VC1＝Vb/(1-D1)，其中VC1为第一电容C1的电压，Vb为电池组B1电压，D1为第二控制开关Q2的占空比。在供电阶段，导通第一控制开关Q1和第二控制开关Q2，此时第二电容C2两端的电压为VC2＝Vb+VC1。以设定占空比导通第三控制开关Q3和第四控制开关Q4，使第三控制开关Q3和第四控制开关Q4高频互补工作，若第三控制开关Q3的占空比为D2，则第四控制开关Q4的占空比为(1-D2)。控制电压输出单元10调节并输出所述储能单元储存的电能，则供电电路输出的电压为Vo＝(Vb+VC1)*D2。由此可知，在第一电容C1充电阶段通过调节第二控制开关Q2的占空比得到不同的第一电容C1的充电电压VC1。在供电阶段，通过调节第三控制开关Q3和第四控制开关Q4的占空比得到不同的输出电压Vo。

本发明实施例提供的半导体开关的供电电路的控制方法，控制上述任一实施例提供的基于半导体开关的供电电路。方法包括：在充电阶段，以第一设定占空比导通第二控制开关，并导通第一半导体器件和第二半导体器件以使所述电池组对所述第一电容充电，在供电阶段，导通第一控制开关和第二控制开关，并控制电压输出单元调节并输出所述储能单元储存的电能。实现了低压大电流输出的同时减小装置的体积小和重量，降低了成本，简化了电路，提高了使用的安全性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种基于半导体开关的供电电路，应用于回路电阻测试仪，其特征在于，包括：

储能单元，包括电池组和第一电容，所述电池组用于在充电阶段对所述第一电容充电；

第一电感，所述第一电感连接于所述电池组以及所述第一电容之间；

控制单元，所述控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关；所述电池组的正极端与所述第一半导体器件的第一端以及所述第一控制开关的第一端电连接；所述第一半导体器件的第二端与所述第一电感的第一端电连接；所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二控制开关的第一端电连接；所述第二控制开关的第二端与所述第二半导体器件的第一端电连接；所述第二半导体器件的第二端与所述第一控制开关的第二端以及所述第一电容的第二端电连接；其中，所述第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；所述控制单元用于根据所述第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关的导通状态控制所述供电电路的充电阶段和供电阶段；

电压输出单元，所述电压输出单元用于在供电阶段调节并输出所述储能单元储存的电能；所述电压输出单元包括第二电容、第三控制开关和第四控制开关；所述第二电容的第一端与所述第二控制开关的第二端、第二半导体器件的第一端以及所述第三控制开关的第一端电连接，所述第二电容的第二端与所述电池组的负极端以及所述第四控制开关的第二端电连接；所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端电连接，并由所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端的公共端作为所述供电电路的正极输出端，所述第四控制开关的第二端作为所述供电电路的负极输出端。

2.根据权利要求1所述的基于半导体开关的供电电路，其特征在于，所述第一控制开关和第二控制开关为半导体开关，所述第一控制开关和第二控制开关的控制端用于输入控制信号，所述第一控制开关在所述充电阶段断开，所述第二控制开关在所述充电阶段的占空比与所述第一电容的充电电压对应；所述第一控制开关和第二控制开关在所述供电阶段导通。

3.根据权利要求1所述的基于半导体开关的供电电路，其特征在于，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件包括半导体开关和/或二极管，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件在所述充电阶段用于导通所述电池组与所述第一电容以对所述第一电容充电，所述第一半导体器件与所述第二半导体器件在所述供电阶段用于截止放电电流从第一电容的第一端流向所述第一电容的第二端。

4.根据权利要求1所述的基于半导体开关的供电电路，其特征在于，所述第三控制开关和第四控制开关为半导体开关；所述第三控制开关的控制端和第四控制开关的控制端用于输入控制信号；所述第三控制开关和第四控制开关在所述充电阶段导通；所述第三控制开关和第四控制开关在所述供电阶段的占空比与所述供电电路的输出电压对应。

5.根据权利要求1所述的基于半导体开关的供电电路，其特征在于，所述电压输出单元还包括：第二电感和第三电容；

所述第二电感的第一端与所述第三控制开关和所述第四控制开关的公共端电连接，所述第二电感的第二端与所述第三电容的第一端电连接，所述第三电容的第二端与所述第四控制开关的第二端电连接；所述第二电感和第三电容用于组成滤波器滤除所述供电电路输出电压中的交流信号。

6.一种基于半导体开关的供电电路的控制方法，所述供电电路包括储能单元、第一电感、控制单元和电压输出单元；其中储能单元包括电池组和第一电容，所述电池组用于在充电阶段对所述第一电容充电；所述第一电感连接于所述电池组以及所述第一电容之间；所述控制单元包括第一半导体器件、第二半导体器件、第一控制开关和第二控制开关；所述电池组的正极端与所述第一半导体器件的第一端以及所述第一控制开关的第一端电连接；所述第一半导体器件的第二端与所述第一电感的第一端电连接；所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端以及所述第二控制开关的第一端电连接；所述第二控制开关的第二端与所述第二半导体器件的第一端电连接；所述第二半导体器件的第二端与所述第一控制开关的第二端以及所述第一电容的第二端电连接；其中，所述第一半导体器件和第二半导体器件可导通并可截流；所述电压输出单元用于在供电阶段调节并输出所述储能单元储存的电能，其特征在于，所述控制方法包括：

在充电阶段，以第一设定占空比导通第二控制开关，并导通第一半导体器件和第二半导体器件以使所述电池组对所述第一电容充电；

在供电阶段，导通第一控制开关和第二控制开关，并控制电压输出单元调节并输出所述储能单元储存的电能；

所述电压输出单元包括第二电容、第三控制开关和第四控制开关；所述第二电容的第一端与所述第二控制开关的第二端、第二半导体器件的第一端以及所述第三控制开关的第一端电连接，所述第二电容的第二端与所述电池组的负极端以及所述第四控制开关的第二端电连接；所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端电连接，并由所述第三控制开关的第二端和所述第四控制开关的第一端的公共端作为所述供电电路的正极输出端，所述第四控制开关的第二端作为所述供电电路的负极输出端；所述控制方法还包括：

在所述充电阶段，导通第三控制开关和第四控制开关；在所述供电阶段，以第二设定占空比互补导通第三控制开关和第四控制开关。

7.根据权利要求6所述的基于半导体开关的供电电路的控制方法，其特征在于，所述第一控制开关和第二控制开关为半导体开关，在所述充电阶段，断开所述第一控制开关，所述第二控制开关在所述充电阶段的占空比与所述第一电容的充电电压对应。

8.根据权利要求6所述的基于半导体开关的供电电路的控制方法，其特征在于，所述电池组对所述第一电容的充电电压基于以下确定：

，其中VC1为第一电容的电压，Vb为电池组电压，D1为第二控制开关的占空比；控制电压输出单元调节并输出所述储能单元储存的电能基于以下确定：

；其中Vo为所述供电电路的输出电压，D2为所述第三控制开关的占空比。