CN113346740A - 一种开关电源及电池 - Google Patents

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CN113346740A CN202110755883.7A CN202110755883A CN113346740A CN 113346740 A CN113346740 A CN 113346740A CN 202110755883 A CN202110755883 A CN 202110755883A CN 113346740 A CN113346740 A CN 113346740A
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Abstract

本申请提供一种开关电源及电池，所述开关电源包括第一电池组、第二电池组、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和控制电路；所述第一电池组的第一端连接所述第一开关电路的第一端，所述第一开关电路的第二端连接所述储能电路的第一端，所述储能电路的第二端连接所述第一电池组的第二端；所述第一电池组的第二端连接所述第二电池组的第一端，所述储能电路的第一端连接所述第二开关电路的第一端，所述第二开关电路的第二端连接所述第二电池组的第二端；所述控制电路的第一端连接所述第一开关电路的第三端和所述第二开关电路的第三端，所述控制电路用于控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的交替闭合。本申请可以提高电能转换效率。

Description

一种开关电源及电池
技术领域
本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关电源及电池。
背景技术
轻型混合动力汽车(Mild Hybrid Electric Vehicle，MHEV)需要配置用于内燃机启动使用和用于混合动力系统启停使用的不同电压的两种蓄电池。为保持两种蓄电池均能持续为设备供电，使得车辆能够正常工作，需要两种蓄电池之间进行电能转移。
现有技术中，需要通过一个独立的DC/DC转换器(Direct current-Directcurrent converter，直流电源-直流电源转换器)将一种蓄电池中的电量转移到另一种蓄电池中。DC/DC转换器进行两蓄电池之间的电量转移时，需要通过DC/DC转换器中的电感和电容等部件才可以完成电能的转移，因此，可能会使得一部分电能损失，电能转换的效率较低。
发明内容
本申请提供一种开关电源及电池，以解决电能转换的效率较低问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种开关电源，包括第一电池组、第二电池组、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和控制电路；
所述第一电池组的第一端连接所述第一开关电路的第一端，所述第一开关电路的第二端连接所述储能电路的第一端，所述储能电路的第二端连接所述第一电池组的第二端；
所述第一电池组的第二端连接所述第二电池组的第一端，所述储能电路的第一端连接所述第二开关电路的第一端，所述第二开关电路的第二端连接所述第二电池组的第二端；
所述控制电路的第一端连接所述第一开关电路的第三端和所述第二开关电路的第三端，所述控制电路用于控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的交替闭合。
第二方面，本申请实施例还提供一种电池，所述电池包括本申请实施例第一方面公开的所述开关电源。
本申请实施例中，在所述第一电池组与所述第二电池组之间需要进行能量转换的情况下，所述第一电池组与所述第二电池组代替原有的电容连接在所述开关电源中，并利用电池的电容特性使所述第一电池组与所述第二电池组分别充当所述开关电源内的充放电主体和输入输出的电容，所述第一电池组与上述第二电池组的电量差达到预设值时，通过所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的交替闭合，实现所述第一电池组与所述第二电池组之间的电能转换，并且没有电容损耗能量，从而提高所述开关电源的电能转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的开关电源的结构示意图之一；
图2是本申请实施例提供的开关电源的结构示意图之二；
图3是本申请实施例提供的开关电源BUCK模式的示意图；
图4是本申请实施例提供的开关电源BOOST模式的示意图；
图5是本申请实施例提供的开关电源的结构示意图之三。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，本申请中使用“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，例如A和/或B和/或C，表示包含单独A，单独B，单独C，以及A和B都存在，B和C都存在，A和C都存在，以及A、B和C都存在的7种情况。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的开关电源的结构示意图之一，如图1所示，包括第一电池组10、第二电池组20、储能电路30、第一开关电路40、第二开关电路50和控制电路60；
所述第一电池组10的第一端连接所述第一开关电路40的第一端，所述第一开关电路40的第二端连接所述储能电路30的第一端，所述储能电路30的第二端连接所述第一电池组10的第二端；
所述第一电池组10的第二端连接所述第二电池组20的第一端，所述储能电路30的第一端连接所述第二开关电路50的第一端，所述第二开关电路50的第二端连接所述第二电池组20的第二端；
所述控制电路60的第一端连接所述第一开关电路40的第三端和所述第二开关电路50的第三端，所述控制电路60用于控制所述第一开关电路40和所述第二开关电路50的交替闭合。
可以理解，上述第一电池组10和上述第二电池组20分别由任意数量的电池组成，在上述第一电池组10与上述第二电池组20的电量不同的情况下，利用电池的容性负载特性，将上述第一电池组10与上述第二电池组20作为充放电主体，并将上述第一电池组10、上述第二电池组20、上述第一开关电路40、上述第二开关电路50与上述储能电路30靠近布置，上述第一电池组10与上述第二电池组20分别充当输入输出的电容，通过上述控制电路60控制上述第一开关电路40和上述第二开关电路50的交替闭合，实现上述第一电池组10与上述第二电池组20之间的电能转换。
以上述第一电池组10的电量大于上述第二电池组20的电量为例，当上述第一电池组10与上述第二电池组20的电量差达到第一预设值时，可以通过上述控制电路60控制上述第一开关电路40闭合，以及上述第二开关电路50断开，这样，上述第一电池组10通过上述第一开关电路40向上述储能电路30充电，电流线性上升，并在电流达到设计值后切断上述第一开关电路40，此时，上述第一电池组10充当放电主体和输入电容；然后，通过上述控制电路60控制上述第二开关电路50闭合，上述第一开关电路40仍然断开，上述储能电路30向上述第二电池组20放电，并在达到第二预设值后切断上述第二开关电路50，此时上述第二电池组20充当充电主体和输出电容。
其中，上述第一预设值和上述第二预设值均可以是经验值，例如：在上述开关电源应用到轻型混合动力汽车时，轻型混合动力汽车需要配置用于内燃机启动使用的12V启动蓄电池，以及用于混合动力系统使用的48V启停蓄电池，上述第一电池组10和上述第二电池组20可以分别对应上述12V启动蓄电池和上述48V启停蓄电池，为确保两种蓄电池均能持续为设备供电，可以设置对应的电量差作为上述第一预设值，以及设置对应的电量值作为上述第二预设值，使得两种蓄电池之间进行电能转移后均可以正常运行，从而确保车辆可以正常工作。
本申请实施例中，在所述第一电池组10与所述第二电池组20之间需要进行能量转换的情况下，所述第一电池组10与所述第二电池组20代替原有的电容连接在所述开关电源中，并利用电池的电容特性使所述第一电池组10与所述第二电池组20分别充当所述开关电源内的充放电主体和输入输出的电容，所述第一电池组10与上述第二电池组20的电量差达到预设值时，通过所述控制电路60控制所述第一开关电路40和所述第二开关电路50的交替闭合，实现所述第一电池组10与所述第二电池组20之间的电能转换，并且没有电容损耗能量，从而提高所述开关电源的电能转换效率。
可选的，如图2所示，所述第一开关电路40包括第一MOSFET41，所述第一电池组10的第一端连接所述第一MOSFET41的漏极，所述第一MOSFET41的源极连接所述储能电路30的第一端，所述控制电路60的第一端连接所述第一MOSFET41的栅极。
其中，上述第一MOSFET41可以通过控制栅极与源极之间的电压大小控制是否导通，可以理解，上述控制电路60可以通过控制上述第一MOSFET41的栅极与源极之间的电压控制上述第一MOSFET41的闭合或断开。上述第一电池组10的电量较大时，控制上述第一MOSFET41闭合，上述第一电池组10通过上述第一MOSFET41对上述储能电路30充电；上述第一电池组10的电量较小时，上述第二电池组20对上述储能电路30充电后，控制上述第一MOSFET41闭合，上述储能电路30可以对上述第一电池组10充电，实现电能转移。
可选的，如图2所示，所述第一MOSFET41包括第一寄生二极管411，所述第一寄生二极管411的阳极连接所述第一MOSFET41的源极，所述第一寄生二极管411的阴极连接所述第一MOSFET41的漏极。
可以理解，上述第一MOSFET41包括第一寄生二极管411，当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过上述第一寄生二极管411出来，以避免击穿上述第一MOSFET41。
该实施方式中，通过控制所述第一MOSFET41的闭合或断开，控制所述第一电池组10对所述储能电路30的充电回路是否导通，或控制所述储能电路30对所述第一电池组10的充电回路是否导通，并且所述第一MOSFET41的闭合状态可以通过所述第一MOSFET41的栅极与源极之间的电压进行控制，控制方式方便且开关速度较快。
可选的，如图2所示，所述第二开关电路50包括第二MOSFET51，所述储能电路30的第一端连接所述第二MOSFET51的漏极，所述第二MOSFET51的源极连接所述第二电池组20的第二端，所述控制电路60的第一端连接所述第二MOSFET51的栅极。
其中，上述第二MOSFET51可以通过控制栅极与源极之间的电压大小控制是否导通，可以理解，上述控制电路60可以通过控制上述第二MOSFET51的栅极与源极之间的电压控制上述第二MOSFET51的闭合或断开。上述第二电池组20的电量较大时，控制上述第二MOSFET51闭合，上述第二电池组20通过上述第二MOSFET51对上述储能电路30充电；上述第二电池组20的电量较小时，上述第一电池组10对上述储能电路30充电后，控制上述第二MOSFET51闭合，上述储能电路30可以对上述第二电池组20充电，实现电能转移。
可选的，如图2所示，所述第二MOSFET51包括第二寄生二极管511，所述第二寄生二极管511的阳极连接所述第二MOSFET的源极，所述第二寄生二极管511的阴极连接所述第二MOSFET51的漏极。
可以理解，上述第二MOSFET51包括第二寄生二极管511，当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过上述第二寄生二极管511出来，以避免击穿上述第二MOSFET51。
该实施方式中，通过控制所述第二MOSFET51的闭合或断开，控制所述第二电池组20对所述储能电路30的充电回路是否导通，或控制所述储能电路30对所述第二电池组20的充电回路是否导通，并且所述第二MOSFET51的闭合状态可以通过所述第二MOSFET51的栅极与源极之间的电压进行控制，控制方式方便且开关速度较快。
可选的，如图2所示，所述储能电路30包括电感31，所述第一MOSFET41的源极连接所述电感31的第一端，所述电感31的第一端连接所述第二MOSFET51的漏极，所述电感31的第二端连接所述第一电池组10的第二端和所述第二电池组20的第一端。
以上述第一电池组10的电量大于上述第二电池组20的电量为例，如图3所示，当上述第一电池组10与上述第二电池组20的电量差达到预设值时，上述开关电源进入BUCK(降压式变换电路)模式，具体的，通过上述控制电路60控制上述第一MOSFET41闭合，上述第一电池组10通过上述第一MOSFET41向上述电容充电，电流线性上升，并在电流达到设计值后切断上述第一MOSFET41，此时，上述第一电池组10充当放电主体和输入电容；然后，通过上述控制电路60控制上述第二MOSFET51闭合，上述第一MOSFET41仍然断开，上述电容向上述第二电池组20放电，并在达到设计值后切断上述第二MOSFET51，此时上述第二电池组20充当充电主体和输出电容。
再以上述第二电池组20的电量大于上述第一电池组10的电量为例，如图4所示，当上述第一电池组10与上述第二电池组20的电量差达到预设值时，上述开关电源进入BOOST(升压斩波电路)模式，具体的，通过上述控制电路60控制上述第二MOSFET51闭合，上述第二电池组20通过上述第二MOSFET51向上述电容充电，电流线性上升，并在电流达到设计值后切断上述第二MOSFET51，此时，上述第二电池组20充当放电主体和输入电容；然后，通过上述控制电路60控制上述第一MOSFET41闭合，上述第二MOSFET51仍然断开，上述电容向上述第一电池组10放电，并在达到设计值后切断上述第一MOSFET41，此时上述第一电池组10充当充电主体和输出电容。
该实施方式中，通过所述电感31实现储能功能，电量多的电池组对所述电感31进行充电后，所述电感31对电量低的电池组充电，实现所述第一电池组10与所述第二电池组20之间的电能转换。
可选的，如图5所示，所述控制电路60包括电源控制器61、反相器62、第一驱动器63、同相器64和第二驱动器65，所述电源控制器61的第一端连接所述反相器62的输入端，所述电源控制器61的使能端连接所述反相器62的使能端，所述反相器62的输出端连接所述第一驱动器63的第一端，所述第一驱动器63的第二端连接所述第一MOSFET41的栅极，所述第一驱动器63的第三端连接所述第一MOSFET41的源极；
所述电源控制器61的第一端连接所述同相器64的输入端，所述电源控制器61的使能端连接所述同相器64的使能端，所述同相器64的输出端连接所述第二驱动器65的第一端，所述第二驱动器65的第二端连接所述第二MOSFET51的栅极，所述第二驱动器65的第三端连接所述第二MOSFET51的源极，所述电源控制器61的第二端、所述第二驱动器65的第三端、所述第二MOSFET51的源极和所述第二电池组20的第二端等电位连接。
具体的，上述电源控制器61的使能端可以理解为使能引脚，上述电源控制器61的第一端可以理解为输出引脚，上述电源控制器61的第二端可以理解为接地引脚。
如图5所示，可以理解，上述电源控制器61的第一端通过上述反相器62连接上述第一驱动器63，以及通过上述同相器64连接上述第二驱动器65，上述第一驱动器63和上述第二驱动器65对于上述电源控制器61输出的同一信号可以控制上述第一MOSFET41和上述第二MOSFET51为相反状态，这样，通过上述电源控制器61的输出信号可以控制上述第一MOSFET41和上述第二MOSFET51的交替闭合。
该实施方式中，所述电源控制器61的第一端连接所述反相器62的输入端，所述电源控制器61的使能端连接所述反相器62的使能端，所述反相器62的输出端连接所述第一驱动器63的第一端，所述第一驱动器63的第二端连接所述第一MOSFET41的栅极，所述第一驱动器63的第三端连接所述第一MOSFET41的源极，所述电源控制器61的第一端连接所述同相器64的输入端，所述电源控制器61的使能端连接所述同相器64的使能端，所述同相器64的输出端连接所述第二驱动器65的第一端，所述第二驱动器65的第二端连接所述第二MOSFET51的栅极，所述第二驱动器65的第三端连接所述第二MOSFET51的源极，可以控制上述第一MOSFET41和上述第二MOSFET51的交替闭合。
可选的，如图2所示，所述第一电池组10的正极连接所述第一开关电路40的第一端，所述储能电路30的第二端连接所述第一电池组10的负极，所述第一电池组10的负极连接所述第二电池组20的正极，所述第二开关电路50的第二端连接所述第二电池组20的负极。
该实施方式中，所述第一电池组10与所述第二电池组20串联，所述第一电池组10与所述第二电池组20作为电能转换的充放电主体的同时，通过与所述储能电路30的靠近布置，充当所述开关电源中的输入输出电容，减少使用电解电容，可以降低产品空间和成本，提高产品竞争力，提高电能转换效率。
可选的，所述第一电池组10的电源电压大小与所述第二电池组20的电源电压大小不一致。
该实施方式中，所述开关电源可以在电源电压大小不一致的所述第一电池组10与所述第二电池组20之间进行电量转移，并且电量转移过程中，将所述第一电池组10与所述第二电池组20充当输入输出的电容，可以减少电量转移过程中的电能损失，提高电量转移的效率。
本申请实施例进一步提供一种电池，所述电池包括上述开关电源。需要说明的是，本申请实施例所提供的电池包括上述开关电源实施例中的全部技术特征，并能达到相同的技术效果，为避免重复，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种开关电源，其特征在于，包括第一电池组、第二电池组、储能电路、第一开关电路、第二开关电路和控制电路；
所述第一电池组的第一端连接所述第一开关电路的第一端，所述第一开关电路的第二端连接所述储能电路的第一端，所述储能电路的第二端连接所述第一电池组的第二端；
所述第一电池组的第二端连接所述第二电池组的第一端，所述储能电路的第一端连接所述第二开关电路的第一端，所述第二开关电路的第二端连接所述第二电池组的第二端；
所述控制电路的第一端连接所述第一开关电路的第三端和所述第二开关电路的第三端，所述控制电路用于控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的交替闭合。
2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第一开关电路包括第一MOSFET，所述第一电池组的第一端连接所述第一MOSFET的漏极，所述第一MOSFET的源极连接所述储能电路的第一端，所述控制电路的第一端连接所述第一MOSFET的栅极。
3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述第二开关电路包括第二MOSFET，所述储能电路的第一端连接所述第二MOSFET的漏极，所述第二MOSFET的源极连接所述第二电池组的第二端，所述控制电路的第一端连接所述第二MOSFET的栅极。
4.如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述储能电路包括电感，所述第一MOSFET的源极连接所述电感的第一端，所述电感的第一端连接所述第二MOSFET的漏极，所述电感的第二端连接所述第一电池组的第二端和所述第二电池组的第一端。
5.如权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述控制电路包括电源控制器、反相器、第一驱动器、同相器和第二驱动器，所述电源控制器的第一端连接所述反相器的输入端，所述电源控制器的使能端连接所述反相器的使能端，所述反相器的输出端连接所述第一驱动器的第一端，所述第一驱动器的第二端连接所述第一MOSFET的栅极，所述第一驱动器的第三端连接所述第一MOSFET的源极；
所述电源控制器的第一端连接所述同相器的输入端，所述电源控制器的使能端连接所述同相器的使能端，所述同相器的输出端连接所述第二驱动器的第一端，所述第二驱动器的第二端连接所述第二MOSFET的栅极，所述第二驱动器的第三端连接所述第二MOSFET的源极，所述电源控制器的第二端、所述第二驱动器的第三端、所述第二MOSFET的源极和所述第二电池组的第二端等电位连接。
6.如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述第一MOSFET包括第一寄生二极管，所述第一寄生二极管的阳极连接所述第一MOSFET的源极，所述第一寄生二极管的阴极连接所述第一MOSFET的漏极。
7.如权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述第二MOSFET包括第二寄生二极管，所述第二寄生二极管的阳极连接所述第二MOSFET的源极，所述第二寄生二极管的阴极连接所述第二MOSFET的漏极。
8.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第一电池组的正极连接所述第一开关电路的第一端，所述储能电路的第二端连接所述第一电池组的负极，所述第一电池组的负极连接所述第二电池组的正极，所述第二开关电路的第二端连接所述第二电池组的负极。
9.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第一电池组的电源电压大小与所述第二电池组的电源电压大小不一致。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1至9中任一项所述的开关电源。
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