CN112165266B - 开关电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露了一种开关电源电路，所述开关电源电路包括储能电容；高频开关网络，耦接所述储能电容，接收低频交流输入电压，对所述储能电容进行充电，并对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；整流模块，耦接所述高频开关网络，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号。本发明的开关电源电路减少了能量损耗，提高了效率，降低了系统的复杂性，并且，减小了储能电容的耐压和容量，进而减小了储能电容的体积，提高了电路功率密度。

Description

开关电源电路
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体的说，涉及一种开关电源电路。
背景技术
在日常生活中，众多的半导体电子设备都需要一个将交流电能转换成直流电能的开关电源电路以便于从交流市电网络取得操作所需的直流电能。现有技术中的开关电源电路如图1所示，包括开关电路1、第一电感L1、第一电容C1、变压器2和整流模块3，所述开关电路1包括功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3和功率管Q4，所述功率管Q2、功率管Q4、功率管Q3和功率管Q1依次连接在交流电源的两端，所述交流电源用于产生交流输入电压Vin，所述第一电感L1、第一电容C1和变压器2的原边绕组L2串联连接在所述功率管Q2和功率管Q4的公共端和功率管Q3和功率管Q1的公共端之间，所述变压器2的副边绕组耦接所述整流模块3。通过控制所述开关电路1中功率管的开关状态，以使得所述第一电感L1、所述原边绕组L2和所述第一电容C1工作在LLC谐振状态，并在所述整流模块3的输出端产生直流信号以对负载充电。此外所述开关电源电路还包括电容C2、电容C3和开关K1，所述电容C3和开关K1串联后和所述电容C2并联耦接在所述储能模块3的输出端。
现有技术开关电源电路中，为了在输入交流电压非常低时能维持负载功率，闭合所述开关K1，使得容量很大的电容C3耦接在所述整流模块3的输出端(即所述开关电源电路的输出端)，在输入交流电压非常低时，利用所述储能电容C3对负载供电，以维持所述整流模块3的输出电压。但由于电容C3耦接在所述整流模块3输出端，流过电容C3的电流会流经变压器原副边的功率管和谐振腔，造成较大的能量损耗，使得所述开关电源电路的效率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种效率较高的开关电源电路，解决了现有技术中由于输出端存在容量较大的电容而引起的效率较低的技术问题。
本发明提供了一种开关电源电路，包括：储能电容；高频开关网络，耦接所述储能电容，接收低频交流输入电压，对所述储能电容进行充电，并对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；整流模块，耦接所述高频开关网络，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号。
优选地，所述高频开关网络包括储能模块和开关电路，通过控制所述开关电路的开关状态，对所述储能模块进行充放电，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，所述高频开关网络还包括变压器，所述储能模块和变压器的原边绕组耦接，所述整流模块和所述变压器的副边绕组耦接。
优选地，所述储能模块和所述整流模块耦接。
优选地，所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管、第二功率管和全桥电路，所述第一功率管、所述第二功率管和所述低频交流输入端串联连接在第一节点和第二节点之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别耦接至所述第一节点和所述第二节点，所述全桥电路第二端耦接所述储能电容。
优选地，所述全桥电路包括第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管，所述第三功率管和所述第四功率管依次串联连接在第三节点和第四节点之间，所述第五功率管和所述第六功率管依次串联连接在第三节点和第四节点之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别为所述第三功率管和所述第四功率管的公共端和所述第五功率管和所述第六功率管的公共端。
优选地，所述开关电路还包括第七功率管和第八功率管，所述第七功率管和第八功率管串联连接在所述第一节点和所述第二节点之间。
优选地，所述储能电容耦接在所述第三节点和所述第四节点之间。
优选地，所述开关电路还包括第九功率管，所述第九功率管和所述储能电容串联连接在所述第三节点和所述第四节点之间。
优选地，所述高频开关网络还包括第一电容，所述第一电容耦接在所述第三节点和所述第四节点之间。
优选地，所述第五功率管为功率开关管或二极管。
优选地，所述储能电容包括第二电容和第三电容，所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管、第二功率管、第三功率管和第四功率管，所述第一功率管、所述第二功率管和所述低频交流输入端串联连接在第一节点和第二节点之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述第三功率管和第四功率管串联连接在第三节点和第四节点之间，所述第二电容和第三电容串联连接在第三节点和所述第四节点之间，所述第三功率管和所述第四功率管的公共端和所述第二电容和所述第三电容的公共端分别耦接至所述第一节点和第二节点。
优选地，所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管，所述第一功率管、所述第二功率管和所述低频交流输入端串联连接在第一节点和第二节点之间，所述第三功率管和所述第四功率管串联连接在所述第一节点和第二节点之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述第五功率管、所述第六功率管和所述储能电容串联连接在所述第一节点和第二节点之间。
优选地，所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管、第二功率管和全桥电路，所述第一功率管、所述第二功率管和所述低频交流输入端串联连接在第一节点和第二节点之间，所述储能模块和所述整流模块耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别耦接至所述第一节点和所述第二节点，所述全桥电路第二端耦接所述储能电容。
优选地，所述储能模块包括至少一个电感和/或至少一个电容，以和所述开关电路组成不同的拓扑结构。
优选地，所述储能模块包括第一电感，所述第一电感和所述原边绕组串联连接在第一节点和第二节点之间。
优选地，所述储能模块包括第四电容，所述第四电容和所述原边绕组串联连接在第一节点和第二节点之间。
优选地，所述储能模块还包括第二电感，所述第二电感、第四电容和所述原边绕组串联连接在第一节点和第二节点之间。
优选地，所述储能模块还包括第五电容，所述第五电容和所述原边绕组并联。
优选地，通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥和/或全桥状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥谐振状态和/或全桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥buck状态和/或全桥buck状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管和所述第六功率管一直导通，所述第一功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和所述第五功率管一直导通，所述第二功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
优选地，所述第三功率管和所述第六功率管同时导通，所述第四功率管和所述第五功率管同时导通，所述第三功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，在低频交流输入电压的正半周期时，所述第一功率管和所述第二功率管同时导通，所述第四功率管和所述第五功率管同时导通，所述第一功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和所述第二功率管同时导通，所述第三功率管和所述第六功率管同时导通，所述第一功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压和所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，所述第六功率管一直导通，所述第三功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管和所述第八功率管一直导通，所述第一功率管和第七功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和第七功率管一直导通，所述第二功率管和所述第八功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
优选地，在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管一直导通，所述第一功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管一直导通，所述第二功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
优选地，所述第三功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述第一储能电容和所述第二储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管和所述第四功率管一直导通，所述第一功率管和第三功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和第三功率管一直导通，所述第二功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
优选地，所述第六功率管和所述四功率管一直导通，所述第五功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，所述高频开关网络中仅在低频交流输入电压的周期中的一段时间内工作，以使得整流模块输出脉动形式的电流。
优选地，在低频交流输入电压的绝对值大于第一电压阈值时，所述高频开关网络接收低频交流输入电压，至少对所述低频交流输入电压进行高频斩波，并对所述储能电容进行充电。
优选地，在低频交流输入电压的绝对值小于第一电压阈值时，所述高频开关网络对所述储能电容的电压进行高频斩波。
优选地，所述整流模块为全波整流电路和全桥整流电路中的两者之一。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：本发明的开关电源电路直接将低频交流输入信号转换为高频交流信号，再通过整流模块将高频交流信号转化成直流输出。同时，本发明将现有技术中开关电源电路输出端耦接的容量较大的电容放到开关电源电路的输入端，减少了能量损耗，提高了开关电源电路的效率，尤其提高了利用电容对后级电路或负载供电时的效率，降低了系统的复杂性，提高了系统的可靠性，并且，减小了电容的耐压和容量，进而减小了电容的体积，提高了电路功率密度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为现有技术开关电源电路的电路示意图；
图2为本发明开关电源电路第一实施例的电路示意图；
图3为本发明第一实施例的储能模块和原边绕组的示意图；
图4为本发明开关电源电路的一个工作波形图；
图5为本发明开关电源电路的另一个工作波形图；
图6为本发明开关电源电路第二实施例的电路示意图；
图7为本发明开关电源电路第三实施例的电路示意图；
图8为本发明开关电源电路第四实施例的电路示意图；
图9为本发明开关电源电路第五实施例的电路示意图；
图10为本发明开关电源电路第六实施例的电路示意图；
图11为本发明开关电源电路第七实施例的电路示意图；
图12为本发明开关电源电路第八实施例的电路示意图；
图13为本发明开关电源电路第九实施例的电路示意图；
图14为本发明开关电源电路第十实施例的电路示意图；
图15为本发明第十实施例的储能模块和整流模块的示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
本发明提出了一种开关电源电路，包括：
储能电容；
高频开关网络，耦接所述储能电容，接收低频交流输入电压(一般为工频交流信号)，对所述储能电容进行充电，并对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；
整流模块，耦接所述高频开关网络，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号。
需要说明的是，所述的低频交流输入信号可以为正弦波，也可以为矩形波等其他类型的交流信号，为了便于说明，本发明后续部分均用正弦波进行阐述说明，但本发明对此不进行限制。所述的变压器可以为普通变压器，也可以为压电变压器，本发明对此不进行限制。
进一步的，所述高频开关网络包括储能模块和开关电路，通过控制所述开关电路的开关状态，对所述储能模块进行充放电，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
可选的，所述开关电源电路为隔离型，即需要对所述开关电源电路输入端和输出端进行隔离。此时，所述高频开关网络还包括变压器，所述储能模块和变压器的原边绕组耦接，所述整流模块和所述变压器的副边绕组耦接。可选的，所述开关电源电路为非隔离型，即所述开关电源电路的输入端和输出端未进行隔离，此时，所述储能模块和所述整流模块耦接。在多数情况下为了满足安全性能的要求，需要对开关电源电路的输出端(负载端)和开关电源电路的输入端(电源端)进行隔离，尤其在低频交流输入电压为市电时，故本发明后续主要以隔离型的开关电源电路为例进行说明，但本发明不对此进行限制。
进一步的，所述储能模块包括至少一个电感和/或至少一个电容，所述储能模块和所述原边绕组或所述整流模块耦接在第一节点和第二节点之间，以和所述开关电路组成不同的拓扑结构。所述电感和/或电容的个数以及连接方式的不同，均会导致不同的拓扑结构。优选的，所述储能模块包括一个电感。优选的，所述储能模块包括一个电容。优选的，所述储能模块包括一个电容和第一电感。优选的，所述储能模块包括两个电容和一个电感。
进一步的，通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥和/或全桥状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
具体的，当所述储能模块中没有电容时，即仅包括电感，通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥buck状态和/或全桥buck状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。在隔离型开关电源电路中，所述储能模块包括至少一个电容时，或在非隔离型开关电源电路中，所述储能模块包括至少一个电容和一个电感时，通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥谐振状态和/或全桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络工作在半桥变换器和/或全桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波，所述半桥变换器和全桥变换器的具体类型和所述储能模块的组成和连接方式相关。在非隔离型开关电源电路中，所述储能模块中没有电感时，即仅包括电容，所述高频开关网络工作在电荷泵状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
本发明中所述全桥状态指的是：在所述开关电路工作周期的前后半个开关周期中，均具有有源电源(所述低频交流输入电压或储能电容)对后级电路或负载进行供电；本发明中所述半桥状态指的是：在所述开关电路工作周期的前半个周期中，具有有源电源(所述低频交流输入电压或储能电容)对后级电路或负载进行供电，并对所述储能模块进行充电；在所述开关电路工作周期的后半个周期，无有源电源对后级电路或负载进行供电，所述储能模块放电以对后级电路或负载进行供电。
可选的，所述高频开关网络可以在低频交流输入电压的整个周期中内工作，以使得所述整流模块输出连续形式的电流。所述高频开关网络仅在低频交流输入电压周期中的一段时间内工作，以使得整流模块输出脉动形式的电流。本发明后续的所有实施例的整流模块均可以输出连续形式的电流和脉动形式的电流，为了便于描述，后续以实施例一为例进行说明，但本发明不对此进行限制，特此进行说明。
本发明的开关电源电路存在三个工作状态：单独利用所述低频交流输入电压为后级电路或负载进行供电，单独利用所述储能电容为后级电路或负载进行供电，利用所述低频交流输入电压和所述储能电容的组合为所述后级电路或负载进行供电。并且，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的三个工作状态可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
优选的，在低频交流输入电压的绝对值大于第一电压阈值时，所述高频开关网络接收低频交流输入电压，并至少对所述低频交流输入电压进行高频斩波，即存在低频交流输入电压为后级电路或负载进行供电，并对所述储能电容进行充电，此时所述整流模块输出脉动形式的电流。
优选的，在低频交流输入电压的绝对值大于第一电压阈值时，所述高频开关网络接收低频交流输入电压，并至少对所述低频交流输入电压进行高频斩波，即存在低频交流输入电压为后级电路或负载进行供电，并对所述储能电容进行充电；在低频交流输入电压的绝对值小于第一电压阈值时，所述高频开关网络对所述储能电容的电压进行高频斩波，即储能电容为后级电路或负载进行供电，此时所述整流模块输出连续形式的电流。
进一步的，所述整流模块为全波整流电路、全桥整流电路等整流电路。
本发明所述的功率管可以采用各种现有的电可控开关器件，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)，或者，绝缘栅双极晶体管(IGBT)，对此不进行限制。
本发明所述的开关电源电路的输出端可以直接耦接负载进行供电，例如对LED进行供电，对电池进行充电等，本发明所述的开关电源电路可以单级主动控制，调节频率等，控制所述开关电源电路输出电压和/或电流，此时若对输出电压或/和电流控制时，可以通过调节所述开关电路的开关状态(如开关频率或占空比)来完成对其输出电压或/和电流的控制；本发明所述开关电源电路也可以单级不主动控制，开环输出，将所述开关电源电路作为高频变压器使用。本发明所述的开关电源电路还可以在其输出端连接后级电路，所述后级电路耦接负载以对负载进行供电，例如对LED进行供电，对电池进行充电等，所述的后级电路一般为DC-DC变换电路，此时若对DC-DC变换电路的输出电压或/和电流控制时，可以通过调节所述开关电路和/或DC-DC变换电路的开关状态(如开关频率或占空比)来完成对其输出电压或/和电流的控制；在仅通过调节DC-DC变换电路的开关状态来完成对其输出电压或/和电流的控制时，所述开关电路为开环控制。进一步的，本发明所述开关电源电路可以应用在功率因数调节(PFC)中。进一步的，在隔离型开关电源电路中，本发明整流模块中的功率管可以由原边控制，也可以由副边进行单独控制，对此不进行限制。本发明的开关电源电路直接将低频交流输入信号转换为高频交流信号，再通过整流模块将高频交流信号转化成直流输出。同时，本发明将现有技术中开关电源电路输出端耦接的容量较大的电容放到开关电源电路的输入端，减少了能量损耗，提高了开关电源电路的效率，尤其提高了利用电容对后级电路或负载供电时的效率，降低了系统的复杂性，提高了系统的可靠性，减少了工作路径中功率管的数量，并且，减小了电容的耐压和容量，进而减小了电容的体积，提高了电路功率密度，可以应用于高密度AC-DC电源中。本发明提高了电源到后级电路或负载直接转换的效率；同时将储能电容放置在开关电源电路的输入端(原边侧)，解决了现有技术中储能电容放置在开关电源电路的输出端(副边侧)效率较低的问题，且控制更加简单，效率更优；低频交流输入电压给后级电路或负载供电、储能电容充电以及储能电容放电以给后级电路或负载供电的过程中，开关电路中的功率管采用多种复用结构，减少了功率管数量,提高系统性能。本发明的低频交流输入电压和储能电容可以以全桥方式为后级电路或负载供电，进一步提高了效率。
图2为本发明开关电源电路实施例一的电路示意图；所述开关电源电路包括储能电容Cbus、高频开关网络1和整流模块2，所述高频开关网络1耦接所述储能电容Cbus，接收低频交流输入电压Vin，对所述储能电容Cbus进行充电，并对所述低频交流输入电压Vin和/或所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；所述整流模块2耦接所述高频开关网络1，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号。所述整流模块2为全波整流电路、全桥整流电路等整流电路。
所述高频开关网络1包括储能模块和开关电路，通过控制所述开关电路的开关状态，对所述储能模块进行充放电，以对所述低频交流输入电压Vin和/或所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波。所述高频开关网络1还包括变压器，所述储能模块和变压器的原边绕组耦接，所述整流模块2和所述变压器的副边绕组耦接。当所述整流模块2为全桥整流电路时，所述副边绕组如图2中所示，即所述变压器包含一个副边绕组Ls。在全波整流电路或其他的整流电路中，所述变压器可能包括两个副边绕组，所述两个副边绕组串联在一起，或所述变压器包括具有中间抽头的副边绕组，本发明不对此进行限制。
所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管Q1、第二功率管Q2和全桥电路11，所述第一功率管Q1、所述第二功率管Q2和所述低频交流输入端串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点a1和第二节点a2之间，所述全桥电路11第一端的两个端口分别耦接至所述第一节点a1和所述第二节点a2，所述全桥电路11第二端耦接所述储能电容Cbus，所述低频交流输入端包括两个端口L、N。所述全桥电路11包括第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6，所述第三功率管Q3和所述第四功率管Q4依次串联连接在第三节点a3和第四节点a4之间，所述第五功率管Q5和所述第六功率Q6管依次串联连接在第三节点a3和第四节点a4之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别为所述第三功率管Q3和所述第四功率管Q4的公共端和所述第五功率管Q5和所述第六功率管Q6的公共端。所述所述第三功率管Q3和所述第四功率管Q4的公共端耦接至第一节点a1，所述所述第五功率管Q5和所述第六功率管Q6的公共端耦接至所述第二节点a2，所述储能电容Cbus耦接在所述第三节点a3和所述第四节点a4之间。
所述储能模块包括至少一个电感和/或至少一个电容，以和所述开关电路组成不同的拓扑结构。所述电感和/或电容的个数以及连接方式的不同，均会导致不同的拓扑结构。图3给出了四种储能模块和原边绕组的示意图，仅为了示意，不对此进行限制。如图3(a)所示，所述储能模块包括第一电感L1，所述第一电感L1和所述变压器的原边绕组Lr串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间。如图3(b)所示，所述储能模块包括第四电容C4，所述第四电容C4和所述变压器的原边绕组Lr串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间。如图3(c)所示，所述储能模块包括第四电容C4和第二电感L2，所述第二电感L2、第四电容C4和所述原边绕组Lr串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间。如图3(d)所示，所述储能模块包括第四电容C4、第二电感L2和所述第五电容C5，所述第二电感L2、第四电容C4和所述原边绕组Lr串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间，所述第五电容C5和所述原边绕组Lr并联。所述储能模块在另外的实施例中，还可以为其他的电感和电容组合形式，均在本发明的保护范围中。
在本实施例中，开关电源电路还包括电容Cout，连接在整流模块2的输出端，所述电容Cout为容量较小的电容，用于对整流模块2的输出信号进行滤波。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在以下四种工作模式：
1、第一工作模式：低频交流输入电压Vin以半桥方式为后级电路或负载供电
在低频交流输入电压Vin为正半周期时，即L端的电压大于N端，所述第三功率管Q3和所述第五功率管Q5关断，所述第二功率管Q2和所述第六功率管Q6一直导通，所述第一功率管Q1和所述第四功率管Q4以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第一功率管Q1导通，所述第四功率管Q4关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过所述全桥电路11中第三功率管Q3的体二极管和第六功率管Q6对所述储能电容Cbus进行充电，若所述第三功率管Q3没有体二极管，则导通第三功率管Q3，以为所述储能电容Cbus进行充电；当第四功率管Q4导通，第一功率管Q1关断时，所述储能模块和所述原边绕组经第四功率管Q4和第六功率管Q6放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
在低频交流输入电压Vin的负半周期时，即L端的电压小于N端，所述第四功率管Q4和所述第六功率管Q6关断，所述第一功率管Q1和所述第五功率管Q5一直导通，所述第二功率管Q2和所述第三功率管Q3以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第二功率管Q2导通，所述第三功率管Q3关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过所述全桥电路11中第四功率管Q4的体二极管和第五功率管Q5对所述储能电容Cbus进行充电，若所述第四功率管Q4没有体二极管，则导通第四功率管Q4，以为所述储能电容Cbus进行充电；当所述第三功率管Q3导通，第二功率管Q2关断时，所述储能模块和所述原边绕组经第三功率管Q3和第五功率管Q5放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
并且，开关电路中的六个功率管以上述方式工作，仅仅为一种示意，可以控制开关电路中的六个功率管以其他的方式工作，也可以使得所述低频交流输入电压Vin以半桥方式为后级电路或负载供电，本发明对此不进行限制。
2、第二工作模式：低频交流输入电压Vin和储能电容Cbus以全桥方式为后级电路或负载供电
在低频交流输入电压Vin为正半周期时，即L端的电压大于N端，所述第一功率管Q1和所述第二功率管Q2与所述第四功率管Q4和所述第五功率管Q5以高频PWM方式交替导通(即所述第一功率管Q1和和所述第二功率管Q2同时导通，所述第四功率管Q4和所述第五功率管Q5同时导通，所述第一功率管Q1和所述第四功率管Q4以高频PWM方式交替导通)，以对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第一功率管Q1和所述第二功率管Q2同时导通时，所述低频交流输入电压Vin对所述后级电路或负载供电；同时，所述低频交流输入电压Vin通过所述全桥电路11中的第三功率管Q3和第六功率管Q6的体二极管为所述储能电容Cbus进行充电，若所述第三功率管Q3和第六功率管Q6没有体二极管，则导通第三功率管Q3和第六功率管Q6，以为所述储能电容Cbus进行充电；当所述第四功率管Q4和所述第五功率管Q5同时导通时，所述储能电容Cbus对后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在全桥谐振状态，以交替对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在全桥变换器状态，以交替对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，所述全桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在全桥buck状态，以交替对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波。
在低频交流输入电压Vin的负半周期时，即L端的电压小于N端，所述第一功率管Q1和所述第二功率管Q2与所述第三功率管Q3和所述第六功率管Q6以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第一功率管Q1和所述第二功率管Q2同时导通时，所述低频交流输入电压Vin对所述后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过所述全桥电路11中的第四功率管Q4和第五功率管Q5的体二极管为所述储能电容Cbus进行充电，若所述第四功率管Q4和第五功率管Q5没有体二极管，则导通第四功率管Q4和第五功率管Q5，以为所述储能电容Cbus进行充电；当所述第三功率管Q3和所述第六功率管Q6同时导通时，所述储能电容Cbus对后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在全桥谐振状态，以交替对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在全桥变换器状态，以交替对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，所述全桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在全桥buck状态，以交替对所述低频交流输入电压Vin和所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波。在此模式下，低频交流输入电压Vin和储能电容Cbus以全桥方式为后级电路或负载供电进一步提高了开关电源电路的效率。
并且，开关电路中的六个功率管以上述方式工作，仅仅为一种示意，可以控制开关电路中的六个功率管以其他的方式工作，也可以使得所述低频交流输入电压Vin和储能电容Cbus以全桥方式为后级电路或负载供电，本发明对此不进行限制。
3、第三工作模式：储能电容Cbus以全桥方式为后级电路或负载供电
所述第三功率管Q3和所述第六功率管Q6与所述第四功率管Q4和所述第五功率管Q5以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第三功率管Q3和所述第六功率管Q6同时导通时，所述储能电容Cbus对后级电路或负载供电；当所述第四功率管Q4和所述第五功率管Q5同时导通时，所述储能电容Cbus对后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在全桥谐振状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在全桥变换器状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，所述全桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在全桥buck状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波。在此模式下，储能电容Cbus以全桥方式为后级电路或负载供电进一步提高了开关电源电路的效率。
4、第四工作模式：储能电容Cbus以半桥方式为后级电路或负载供电
所述第六功率管Q6一直导通，所述第三功率管Q3和所述第四功率管Q4以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第三功率管Q3导通，所述第四功率管Q4关断时，所述所述储能电容Cbus对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电；当第四功率管Q4导通，第三功率管Q3关断时，所述储能模块和所述原边绕组放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，所述全桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波。
并且，开关电路中的六个功率管以上述方式工作，仅仅为一种示意，可以控制开关电路中的六个功率管以其他的方式工作，例如控制第三功率管Q3一直导通，控制第五功率管Q5和第六功率管Q6以高频PWM方式交替导通，也可以使得储能电容Cbus以半桥方式为后级电路或负载供电，本发明对此不进行限制。
需要说明的是，互补导通为上述交替导通的特例，互补导通时，效率最高，但为了防止功率管的关断延迟而引起瞬时短路现象，在互补导通的两组功率管的状态切换中间插入一个死区时间。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的四个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
进一步的，在本实施例中，所述高频开关网络1可以仅在低频交流输入电压周期Vin中的一段时间内工作，以使得整流模块2输出脉动形式的电流。图4给出了开关电源电路为后级电路或负载供电的一个优选的工作过程，其中Vin为低频交流输入电压，Vbus为储能电容Cbus的电压，Vth为第一电压阈值，所述①为第一工作模式，②为第二工作模式。如图4所示，在低频交流输入电压Vin的绝对值大于第一电压阈值Vth时，所述开关电源电路工作在上述第一工作模式或第二工作模式，即存在低频交流输入电压Vin为后级电路或负载供电的模式，在低频交流输入电压Vin的绝对值小于第一电压阈值Vth时，所述开关电源电路不工作，以使得整流模块2输出脉动形式的电流。
进一步的，在本实施例中，所述高频开关网络1可以在低频交流输入电压Vin的整个周期中内工作，以使得所述整流模块输出连续形式的电流。图5给出了开关电源电路为后级电路或负载供电的一个优选的工作过程，其中Vin为低频交流输入电压，Vbus为储能电容Cbus的电压，Vth为第一电压阈值，所述①为第一工作模式，②为第二工作模式，③为第三工作模式，④为第四工作模式。如图5所示，在低频交流输入电压Vin的绝对值大于第一电压阈值Vth时，所述开关电源电路工作在上述第一工作模式或第二工作模式，即至少存在低频交流输入电压Vin为后级电路或负载供电的模式，同时为储能电容Cbus充电；在低频交流输入电压Vin的绝对值小于第一电压阈值Vth时，所述开关电源电路工作在上述第三工作模式或第四工作模式，即储能电容Cbus放电以为后级电路或负载进行供电的模式。
需要说明的是，图4和图5仅仅为一种示意，本发明在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，并不对所述开关电源电路的工作模式进行限制。
图6为本发明开关电源电路实施例二的电路示意图；其与实施例一的区别在于：所述开关电路还包括第九功率管Q9，所述第九功率管Q9和所述储能电容Cbus串联连接在所述第三节点a3和所述第四节点a4之间。所述第九功率管Q9用于对储能电容Cbus的正向电压进行限制，即当所述储能电容Cbus的电压大于某一阈值时，关闭所述第九功率管。在本实施例中，所述开关电源电路的储能模块、整流模块以及变压器的设置等均与实施例一中类似，在此不进行赘述。
进一步的，在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例一中所述的第一工作模式、第三工作模式和第四工作模式，且在本实施例中上述三个工作模式的具体工作方式与实施例一中类似，在此不进行赘述。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的三个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
图7为本发明开关电源电路实施例三的电路示意图；其与实施例二的区别在于：所述开关电源电路还包括第一电容C1，所述第一电容C1耦接在所述三节点a3和所述第四节点a4之间。在本实施例中，所述开关电源电路的开关电路、储能模块、整流模块以及变压器的设置等均与实施例二中类似，在此不进行赘述。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例一中所述的第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式，且在本实施例中，第一工作模式、第三工作模式和第四工作模式的具体工作方式与实施例一中类似，在此不进行赘述。
并且，在本实施例中增加了一个第一电容C1，所述第一电容C1为高压小电容，本实施例中所述开关电源电路工作在如实施例一中所述的第二工作模式时，利用所述低频交流输入电压Vin和所述第一电容C1以全桥方式交替对所述后级电路或负载供电，即本实施例中的开关电源电路工作在第二工作模式时，利用第一电容C1替代实施例一中的开关电源电路工作在第二工作模式时的储能电容Cbus进行供电，其余工作方式与实施例一中类似，在此不进行赘述。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的四个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
图8为本发明开关电源电路实施例四的电路示意图；其与实施例一的区别在于：所述第五功率管Q5用二极管D5替代，可以减少一个功率管的控制，其余部分均与所述实施例一类似，在此不进行赘述。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例一中所述的第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式，且在本实施例中上述四个工作模式的具体工作方式与实施例一中类似，在此不进行赘述。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的四个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
图9为本发明开关电源电路实施例五的电路示意图；其与实施例一的区别在于：所述开关电路还包括第七功率管Q7和第八功率管Q8，所述第七功率管Q7和第八功率管Q8串联连接在所述第一节点a1和所述第二节点a2之间。在本实施例中，所述开关电源电路的储能模块、整流模块以及变压器的设置等均与实施例一中类似，在此不进行赘述。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例一中所述的第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式，且在本实施例中上述四个工作模式的具体工作方式与实施例一中类似，在这里不进行赘述。
进一步的，在本实施例中的开关电源电路还可以工作在第五工作模式，在第五工作模式中，所述电源不通过全桥电路11给后级电路或负载供电。具体的，在低频交流输入电压Vin的正半周期时，即L端的电压大于N端，所述第二功率管Q2和所述第八功率管Q8一直导通，所述第一功率管Q1和第七功率管Q7以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第一功率管Q1导通，所述第七功率管Q7关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过所述全桥电路11中第三功率管Q3和所述第六功率管Q6的体二极管对所述储能电容Cbus进行充电，若所述第三功率管Q3和所述第六功率管Q6没有体二极管，则导通第三功率管Q3和所述第六功率管Q6，以对所述储能电容Cbus进行充电；当第七功率管Q7导通，第一功率管Q1关断时，所述储能模块和所述原边绕组经第七功率管Q7和第八功率管Q8放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
在低频交流输入电压Vin的负半周期时，即L端的电压小于N端，所述第一功率管Q1和第七功率管Q7一直导通，所述第二功率管Q2和所述第八功率管Q8以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第二功率管Q2导通，所述第八功率管Q8关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过所述全桥电路11中第四功率管Q4和所述第五功率管Q5的体二极管对所述储能电容Cbus进行充电，若所述第四功率管Q4和所述第五功率管Q5没有体二极管，则导通第四功率管Q4和所述第五功率管Q5，以对所述储能电容Cbus进行充电。当所述第八功率管Q8导通，第二功率管Q2关断时，所述储能模块和所述原边绕组经第七功率管Q7和第八功率管Q8放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的五个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
进一步的，在本实施例中，所述高频开关网络1可以仅在低频交流输入电压周期Vin中的一段时间内工作，以使得整流模块2输出脉动形式的电流。优选的，在低频交流输入电压Vin的绝对值大于第一电压阈值时，所述开关电源电路工作在上述第一工作模式或第二工作模式或第五工作模式，即存在低频交流输入电压Vin为后级电路或负载供电的模式；在低频交流输入电压Vin的绝对值小于第一电压阈值时，所述开关电源电路不工作，以使得整流模块2输出脉动形式的电流。
进一步的，在本实施例中，所述高频开关网络1可以在低频交流输入电压Vin的整个周期中内工作，以使得所述整流模块输出连续形式的电流。优选的，在低频交流输入电压Vin的绝对值大于第一电压阈值时，所述开关电源电路工作在上述第一工作模式或第二工作模式或第五工作模式，即存在低频交流输入电压Vin为后级电路或负载供电的模式，同时为储能电容Cbus充电；在低频交流输入电压Vin的绝对值小于第一电压阈值Vth时，所述开关电源电路工作在上述第三工作模式或第四工作模式，即储能电容Cbus放电以为后级电路或负载进行供电的模式。
图10为本发明开关电源电路实施例六的电路示意图；其与实施例五的区别在于：所述开关电路还包括第九功率管Q9，所述第九功率管Q9和所述储能电容Cbus串联连接在所述第三节点a3和所述第四节点a4之间。所述第九功率管Q9用于对储能电容Cbus的正向电压进行限制，即当所述储能电容Cbus的电压大于某一阈值时，关闭所述第九功率管。在本实施例中，所述开关电源电路储能模块、整流模块以及变压器的设置等均与实施例五中类似，在此不进行赘述。
进一步的，在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例五中所述的第一工作模式、第三工作模式、第四工作模式和第五工作模式，且本实施例中上述四个工作模式的具体工作方式与实施例五中类似，在这里不进行赘述。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的四个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
图11为本发明开关电源电路实施例七的电路示意图；其与实施例六的区别在于：所述开关电源电路还包括第一电容C1，所述第一电容C1耦接在所述三节点a3和所述第四节点a4之间。在本实施例中，所述开关电源电路的开关电路、储能模块、整流模块以及变压器的设置等均与实施例五中类似，在此不进行赘述。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例五中所述的第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式、第四工作模式和第五工作模式，且在本实施例中第一工作模式、第三工作模式、第四工作模式和第五工作模式的具体工作方式与实施例五中类似，在这里不进行赘述。
在本实施例中，增加了一个第一电容C1，所述第一电容C1为高压小电容，本实施例中的所述开关电源电路工作在如实施例五中所述的第二工作模式时，利用所述低频交流输入电压Vin和所述第一电容C1以全桥方式交替对所述后级电路或负载供电，即本实施例的开关电源电路工作在第二工作模式时，利用第一电容C1替代实施例五的开关电源电路工作在第二工作模式时的储能电容Cbus进行供电，其余工作方式与实施例一中类似，在这里不进行赘述。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的五个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
图12为本发明开关电源电路实施例八的电路示意图；所述开关电源电路包括储能电容、高频开关网络1和整流模块2，所述高频开关网络1耦接所述储能电容，接收低频交流输入电压Vin，对所述储能电容进行充电，并对所述低频交流输入电压Vin和/或所述储能电容的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；所述整流模块2耦接所述高频开关网络1，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号。所述储能电容包括第二电容C2和第三电容C3，所述高频开关网络1包括储能模块、开关电路和变压器，所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3和第四功率管Q4，所述第一功率管Q1、所述第二功率管Q2和所述低频交流输入端串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点a1和第二节点a2之间，所述第三功率管Q3和第四功率管Q4串联连接在第三节点a3和第四节点a4之间，所述第二电容C2和第三电容C3串联连接在第三节点a3和所述第四节点a4之间，所述第三功率管Q3和所述第四功率管Q4的公共端耦和所述第二电容C2和所述第三电容C3的公共端分别耦接至所述第一节点a1和第二节点a2，所述低频交流输入端包括两个端口L、N。在本实施例中，所述开关电源电路的储能模块、整流模块以及变压器的设置等与实施例一中类似，在此不进行赘述。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在以下两种工作模式：
1、低频交流输入电压Vin以半桥方式为后级电路或负载供电
在低频交流输入电压Vin为正半周期时，即L端的电压大于N端，所述第二功率管Q2一直导通，所述第一功率管Q1和所述第四功率管Q4以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第一功率管Q1导通，所述第四功率管Q4关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过第三功率管Q3的体二极管对所述第二电容C2进行充电，若所述第三功率管Q3没有体二极管，则导通第三功率管Q3，以为所述第二电容C2进行充电；当第四功率管Q4导通，第一功率管Q1关断时，所述储能模块和所述原边绕组放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
在低频交流输入电压Vin的负半周期时，即L端的电压小于N端，所述第一功率管Q1一直导通，所述第二功率管Q2和所述第三功率管Q3以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第二功率管Q2导通，所述第三功率管Q3关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述低频交流输入电压Vin通过第四功率管Q4的体二极管对所述第三电容C3进行充电，若所述第四功率管Q4没有体二极管，则导通第四功率管Q4，以为所述第三电容C3进行充电；当所述第三功率管Q3导通，第二功率管Q2关断时，所述储能模块和所述原边绕组放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
2、储能电容以全桥方式为后级电路或负载供电
所述第三功率管Q3和所述第四功率管Q4以高频PWM方式交替导通，以分别对所述第二电容C2和第三电容C3的电压交替进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第三功率管Q3导通，所述第四功率管Q4关断时，所述第二电容C2放电以对后级电路或负载供电；当第四功率管Q4导通，第三功率管Q3关断时，所述第三电容C3放电以对后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在全桥谐振状态，以交替对所述第二电容C2和第三电容C3的电压进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在全桥变换器状态，以交替对所述第二电容C2和第三电容C3的电压进行高频斩波，所述全桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在全桥buck状态，以交替对所述第二电容C2和第三电容C3的电压进行高频斩波。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的两个工作模式可以单独工作或组合进行工作，本发明不对此进行限制。
图13为本发明开关电源电路实施例九的电路示意图；所述开关电源电路包括储能电容Cbus、高频开关网络1和整流模块2，所述高频开关网络1耦接所述储能电容Cbus，接收低频交流输入电压Vin，对所述储能电容Cbus进行充电，并对所述低频交流输入电压Vin和/或所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；所述整流模块2耦接所述高频开关网络1，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号。所述高频开关网络1包括储能模块、开关电路和变压器，所述开关电路包括低频交流输入端、第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6，所述第一功率管Q1、所述第二功率管Q2和所述低频交流输入端串联连接在第一节点a1和第二节点a2之间，所述第三功率管Q3和所述第四功率Q4管串联连接在所述第一节点a1和第二节点a2之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点a1和第二节点a2之间，所述第五功率管Q5、所述第六功率管Q6和所述储能电容Cbus串联连接在所述第一节点a1和第二节点a2之间，所述低频交流输入端包括两个端口L、N。在本实施例中，所述开关电源电路的储能模块、整流模块以及变压器的设置等与实施例一中类似，在这里不进行赘述。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在以下两种工作模式：
1、低频交流输入电压Vin以半桥方式为后级电路或负载供电
在低频交流输入电压Vin为正半周期时，即L端的电压大于N端，所述第二功率管Q2和所述第四功率管Q4一直导通，所述第一功率管Q1和所述第三功率管Q3以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当第一功率管Q1导通，所述第三功率管Q3关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述第五功率管Q5和所述第六功率管Q6导通，以为所述储能电容Cbus充电；当第三功率管Q3导通，第一功率管Q1关断时，所述储能模块和所述原边绕组放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
在低频交流输入电压Vin的负半周期时，即L端的电压小于N端，所述第一功率管Q1和所述第三功率管Q3一直导通，所述第二功率管Q2和第四功率管Q4以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第二功率管Q2导通，所述第四功率管Q4关断时，所述低频交流输入电压Vin对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电，同时，所述第五功率管Q5和所述第六功率管Q6导通，以为所述储能电容Cbus充电；当所述第四功率管Q4导通，第二功率管Q2关断时，所述储能模块和所述原边绕组放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述低频交流输入电压Vin进行高频斩波。
2、储能电容Cbus以半桥方式为后级电路或负载供电
所述第六功率管Q6和所述四功率管Q4一直导通，所述第五功率管Q5和所述第三功率管Q3以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，输出高频交流信号。具体的，当所述第五功率管Q5导通，所述第三功率管Q3关断时，所述储能电容Cbus对所述储能模块和所述原边绕组充电，并对后级电路或负载供电；当第三功率管Q3导通，所述第五功率管Q5关断时，所述储能模块和所述原边绕组放电以为后级电路或负载供电。在此过程中，若储能模块中包含电容时，所述高频开关网络1工作在半桥谐振状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波；若所述开关电路的开关频率不能达到谐振频率，则所述高频开关网络1工作在半桥变换器状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波，所述半桥变换器的具体类型与所述储能模块的组成和连接方式相关。若所述储能模块仅包含电感时，所述高频开关网络1工作在半桥buck状态，以对所述储能电容Cbus的电压进行高频斩波。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的两个工作模式可以单独工作或组合进行工作，本发明不对此进行限制。
上述的实施例一至实施例九中所述的开关电源电路均为隔离型开关电源电路，即所述开关电源电路中包括变压器，但上述的实施例一至实施例九的开关电源电路经过简单变换也可以转换为非隔离型的开关电源电路。为了便于描述，后续以实施例一变换为非隔离型开关电源电路的具体情况为例进行说明，但是其他的实施例均可以做类似的变换，转换为非隔离开关电源电路。
图14为本发明开关电源电路实施例十的电路示意图；其与实施例一的区别在于：所述高频开关网络1不包括变压器，所述储能模块和所述整流模块2耦接在所述第一节点a1和所述第二节点a2之间。所述整流模块2可以为全波整流或全桥整流等任意方式的整流电路，但下面以全桥整流进行描述，本发明不对此进行限制。本实施例中，所述储能模块和所述开关电路与所述实施例一中类似，在这里不进行赘述。
所述储能模块和所述整流模块2的具体连接方式与所述储能模块的组成和连接方式有关。图15给出了两个所述储能模块和所述整流模块2的示意图，仅为一种示意，本发明不对此进行限制。如图15(a)所示，所述储能模块包括第二电感L2和所述第四电容C4，所述第二电感L2和所述第四电容C4以及所述整流模块2的两个输入端串联连接在所述第一节点a1和第二节点a2之间。如图15(b)所示，所述储能模块包括第二电感L2、第四电容C4和所述第三电感L3，所述第二电感L2、第四电容C4和所述第三电感L3串联连接在所述第一节点a1和第二节点a2之间，所述储能模块2的输入端和所述第三电感L3并联。所述的储能模块在另外的实施例中，还可以为其他的电感和电容组合形式，均在本发明的保护范围中。
在本实施例中，所述开关电源电路可以工作在如实施例一中所述的第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式和第四工作模式，且本实施例中上述四个工作模式的具体工作方式与实施例一中类似，在这里不进行赘述。
本实施例中，在开关电源电路为后级电路或负载供电的过程中，上述的四个工作模式可以单独工作或任意组合进行工作，本发明不对此进行限制。
需要说明的时，实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六、实施例七、实施例八、实施例九均可以做类似的变换，即不包含变压器，使得所述储能模块和所述整流模块耦接在所述第一节点和所述第二节点之间，以使得上述实施例的开关电源电路转换为非隔离型开关电源电路。
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。
依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (35)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：
储能电容；
高频开关网络，耦接所述储能电容，接收低频交流输入电压，对所述储能电容进行充电，并对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波，输出高频交流信号；
整流模块，耦接所述高频开关网络，接收所述高频交流信号，对所述高频交流信号进行整流，输出直流信号，
其中所述高频开关网络包括：
开关电路，包括低频交流输入端，第一功率管和第二功率管，其中所述第一和第二功率管的一端分别连接所述低频交流输入端的两端，所述第一和第二功率管的另一端分别为第一节点和第二节点；以及
储能模块，耦接在所述第一和第二节点之间，其中
在对所述低频交流输入电压进行高频斩波时，所述第一和第二功率管受控进行高频开关动作，以实现对所述储能模块的充放电。
2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：通过控制所述开关电路中所述第一和第二功率管以及其他功率管的开关状态，对所述储能模块进行充放电，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于：所述高频开关网络还包括变压器，所述储能模块和变压器的原边绕组耦接，所述整流模块和所述变压器的副边绕组耦接。
4.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能模块和所述整流模块耦接。
5.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于：所述开关电路还包括全桥电路，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别耦接至所述第一节点和所述第二节点，所述全桥电路第二端耦接所述储能电容。
6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于：所述全桥电路包括第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管，所述第三功率管和所述第四功率管依次串联连接在第三节点和第四节点之间，所述第五功率管和所述第六功率管依次串联连接在第三节点和第四节点之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别为所述第三功率管和所述第四功率管的公共端和所述第五功率管和所述第六功率管的公共端。
7.根据权利要求6所述的开关电源电路，其特征在于：所述开关电路还包括第七功率管和第八功率管，所述第七功率管和第八功率管串联连接在所述第一节点和所述第二节点之间。
8.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能电容耦接在所述第三节点和所述第四节点之间。
9.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：所述开关电路还包括第九功率管，所述第九功率管和所述储能电容串联连接在所述第三节点和所述第四节点之间。
10.根据权利要求9所述的开关电源电路，其特征在于：所述高频开关网络还包括第一电容，所述第一电容耦接在所述第三节点和所述第四节点之间。
11.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：所述第五功率管为功率开关管或二极管。
12.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能电容包括第二电容和第三电容，所述开关电路还包括第三功率管和第四功率管，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述第三功率管和第四功率管串联连接在第三节点和第四节点之间，所述第二电容和第三电容串联连接在所述第三节点和所述第四节点之间，所述第三功率管和所述第四功率管的公共端和所述第二电容和所述第三电容的公共端分别耦接至所述第一节点和第二节点。
13.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于：所述开关电路还包括第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管，所述第三功率管和所述第四功率管串联连接在所述第一节点和所述第二节点之间，所述储能模块和所述原边绕组耦接在所述第一节点和所述第二节点之间，所述第五功率管、所述第六功率管和所述储能电容串联连接在所述第一节点和所述第二节点之间。
14.根据权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于：所述开关电路还包括全桥电路，所述储能模块和所述整流模块耦接在所述第一节点和第二节点之间，所述全桥电路第一端的两个端口分别耦接至所述第一节点和所述第二节点，所述全桥电路第二端耦接所述储能电容。
15.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能模块包括至少一个电感和/或至少一个电容，以和所述开关电路组成不同的拓扑结构。
16.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能模块包括第一电感，所述第一电感和所述原边绕组串联连接在第一节点和第二节点之间。
17.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能模块包括第四电容，所述第四电容和所述原边绕组串联连接在第一节点和第二节点之间。
18.根据权利要求17所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能模块还包括第二电感，所述第二电感、第四电容和所述原边绕组串联连接在第一节点和第二节点之间。
19.根据权利要求18所述的开关电源电路，其特征在于：所述储能模块还包括第五电容，所述第五电容和所述原边绕组并联。
20.根据权利要求2-7和12-14任意一项所述的开关电源电路，其特征在于：通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥和/或全桥状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
21.根据权利要求2-7和12-14任意一项所述的开关电源电路，其特征在于：通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥谐振状态和/或全桥谐振状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
22.根据权利要求2-7和12-14任意一项所述的开关电源电路，其特征在于：通过控制所述开关电路的开关状态，使得所述高频开关网络工作在半桥buck状态和/或全桥buck状态，以对所述低频交流输入电压和/或所述储能电容的电压进行高频斩波。
23.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管和所述第六功率管一直导通，所述第一功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和所述第五功率管一直导通，所述第二功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
24.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：所述第三功率管和所述第六功率管同时导通，所述第四功率管和所述第五功率管同时导通，所述第三功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容的电压进行高频斩波。
25.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的正半周期时，所述第一功率管和所述第二功率管同时导通，所述第四功率管和所述第五功率管同时导通，所述第一功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和所述第二功率管同时导通，所述第三功率管和所述第六功率管同时导通，所述第一功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压和所述储能电容的电压进行高频斩波。
26.根据权利要求6或7所述的开关电源电路，其特征在于：所述第六功率管一直导通，所述第三功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容的电压进行高频斩波。
27.根据权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管和所述第八功率管一直导通，所述第一功率管和第七功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和第七功率管一直导通，所述第二功率管和所述第八功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
28.根据权利要求12所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管一直导通，所述第一功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管一直导通，所述第二功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
29.根据权利要求12所述的开关电源电路，其特征在于：所述第三功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述第二电容和所述第三电容的电压进行高频斩波。
30.根据权利要求13所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的正半周期时，所述第二功率管和所述第四功率管一直导通，所述第一功率管和第三功率管以高频PWM方式交替导通；在低频交流输入电压的负半周期时，所述第一功率管和第三功率管一直导通，所述第二功率管和所述第四功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述低频交流输入电压进行高频斩波。
31.根据权利要求13所述的开关电源电路，其特征在于：所述第六功率管和所述第 四功率管一直导通，所述第五功率管和所述第三功率管以高频PWM方式交替导通，以对所述储能电容的电压进行高频斩波。
32.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述高频开关网络中仅在低频交流输入电压的周期中的一段时间内工作，以使得整流模块输出脉动形式的电流。
33.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的绝对值大于第一电压阈值时，所述高频开关网络接收低频交流输入电压，至少对所述低频交流输入电压进行高频斩波，并对所述储能电容进行充电。
34.根据权利要求33所述的开关电源电路，其特征在于：在低频交流输入电压的绝对值小于第一电压阈值时，所述高频开关网络对所述储能电容的电压进行高频斩波。
35.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述整流模块为全波整流电路和全桥整流电路中的两者之一。
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