CN113824325A - 一种两级式开关电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两级式开关电源电路，包括Boost电路和DC‑DC变换电路，其特征在于，还包括切换电路，用于按如下逻辑实现对DC‑DC变换电路输入电压的切换：当两级式开关电源电路的输入电压小于或等于设定值时，由Boost电路将两级式开关电源电路的输入电压抬升后作为DC‑DC变换电路的输入电压；当两级式开关电源电路的输入电压大于设定值时，两级式开关电源电路的输入电压直接作为DC‑DC变换电路的输入电压。本发明在超宽压输入的前提下，降低了第一级电路开关管的电压应力，极大的降低了低压输入时前级开关管的损耗，有利于器件选型，更有利于提升整机效率。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别涉及超宽电压输入的两级式开关电源电路。
背景技术
在开关电源技术的发展过程中，每一种电路拓扑的出现都有自己最优的输入电压范围，当输入电压较宽时，单级拓扑的设计难度就会加大，电路的优势就会大大降低。针对超宽输入电压范围的产品设计，我们一般采用两级电路串联的方案。
图1所示为现有的超宽电压输入的两级式开关电源电路，该电路的第一级电路为Boost电路，包括储能电感L1、主功率开关管Q2、续流二极管D1和输出滤波电容C1，储能电感L1的一端为Boost电路的正输入端，连接两级式开关电源电路的正输入端，储能电感L1的另一端同时连接主功率开关管Q2的一端和续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极作为Boost电路的正输出端同时连接输出滤波电容C1的一端，主功率开关管Q2的另一端和输出滤波电容C1的另一端连接在一起同时作为Boost电路的负输入端和负输出端，连接两级式开关电源电路的负输入端；第二级电路可以是半桥等任何形式的DC-DC变换电路，DC-DC变换电路的正输入端连接Boost电路的正输出端，DC-DC变换电路的负输入端连接Boost电路的负输出端，DC-DC变换电路的正输出端为两级式开关电源电路的正输出端，DC-DC变换电路的负输出端为两级式开关电源电路的负输出端。
图1所述电路实现超宽电压输入的工作原理为，在低压输入时通过Boost升压，然后给第二级电路提供能量，当输入电压为高电压时，Boost停止工作，输入电压通过Boost的电感L1和续流二极管D1直通进入第二级电路拓扑，从而实现第二级电路输入电压的相对窄范围。
上述两级式开关电源电路虽然实现了超宽电压输入，但存在一定的局限性：当输入电压为低电压时，输入电流很大，这时开关管Q2的导通损耗急剧上升，导致前级Boost的效率下降严重，而且损耗都集中在开关管Q2，不利于大功率产品的散热处理，并且开关管Q2需要采用高耐压的开关管，器件选型、成本都会面临很大的挑战，整机效率在电压输入时还会因此受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提出一种超宽电压输入的两级式开关电源电路，降低第一级Boost升压电路中开关管的电压应力，有利于器件选型，且提升整机效率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种两级式开关电源电路，包括Boost电路和DC-DC变换电路，Boost电路的正输入端为两级式开关电源电路的正输入端，Boost电路的负输入端为两级式开关电源电路的负输入端，Boost电路的正输出端连接DC-DC变换电路的正输入端，Boost电路的负输出端连接DC-DC变换电路的负输入端，DC-DC变换电路的正输出端为两级式开关电源电路的正输出端，DC-DC变换电路的负输出端为两级式开关电源电路的负输出端；
其特征在于，还包括切换电路，用于按如下逻辑实现对DC-DC变换电路输入电压的切换：
当两级式开关电源电路的输入电压小于或等于设定值时，由Boost电路将两级式开关电源电路的输入电压抬升后作为DC-DC变换电路的输入电压；
当两级式开关电源电路的输入电压大于设定值时，两级式开关电源电路的输入电压直接作为DC-DC变换电路的输入电压。
优选地，所述的设定值为Boost输出电压的设定值。
作为切换电路的一种具体的实施方式，其特征在于：包括可控开关管Q3和可控开关Q4；所述的可控开关管Q3的一端连接Boost电路的正输入端，所述的可控开关管Q3的另一端连接Boost电路中升压电感L1的一端；所述的可控开关Q4的一端连接Boost电路的正输入端，所述的可控开关Q4的另一端连接Boost电路的正输出端。
作为切换电路的一种具体的实施方式，其特征在于：包括可控开关管Q3和可控开关Q4；所述的可控开关管Q3的一端连接Boost电路中升压电感L1的另一端，所述的可控开关管Q3的另一端连接Boost电路中主功率开关管Q1和续流开关管Q2的连接点，所述的可控开关Q4的一端连接Boost电路的正输入端，所述的可控开关Q4的另一端连接Boost电路的正输出端。
优选地，所述的可控开关管Q3是MOS管，MOS管的漏极是可控开关管Q3的一端，MOS管的源极是可控开关管Q3的另一端。
优选地，所述的可控开关管Q3是IGBT，IGBT的漏极是可控开关管Q3的一端，IGBT的源极是可控开关管Q3的另一端。
优选地，所述的可控开关管Q3是可控硅，可控硅的阳极A端是可控开关管Q3的一端，可控硅的阴极K端是可控开关管Q3的另一端。
优选地，所述的可控开关管Q4是二极管，二极管的阳极是可控开关管Q4的一端，二极管的阴极是可控开关管Q4的另一端。
优选地，所述的可控开关管Q4是MOS管，MOS管的漏极是可控开关管Q4的一端，MOS管的源极是可控开关管Q4的另一端。
优选地，Boost电路中的续流开关管为MOS管。
本发明的工作原理将结合具体的实施方式进行详细分析，在此不赘述，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、前级Boost的开关管所承受的电压应力将减半，器件选型更具有优势，由于导通内阻降低，在低压大电流输入时，损耗会极大的降低，有利于提升整机效率；
2、切换电路采用两个可控开关管即可，只需要控制两个可控开关管的导通和关断即可实现输入电压的切换，不再需要控制Boost控制IC的工作状态。
附图说明
图1为现有的超宽电压输入的两级式开关电源电路；
图2为本发明两级式开关电源电路第一实施例的原理图；
图3为本发明两级式开关电源电路第二实施例的原理图；
图4为本发明两级式开关电源电路第三实施例的原理图；
图5为本发明两级式开关电源电路第四实施例的原理图。
具体实施方式
为了使得本领域的技术人员更好地理解本发明，以下结合具体的实施电路对本发明进行进一步说明。
第一实施例
图2示出了本发明两级式开关电源电路第一实施例的原理图，与图1不同之处在于还包括由MOS管Q3和二极管D4组成的切换电路；MOS管Q3的漏极连接Boost电路的正输入端，MOS管Q3的源极连接Boost电路中升压电感L1的一端；二极管D4的阳极连接Boost电路的正输入端，二极管D4的阴极连接Boost电路的正输出端。
本实施例的工作原理如下：
在输入电压小于设定值时，MOS管Q3导通，通过由MOS管Q3、主功率开关管Q2、储能电感L1、续流二极管D1组成的Boost电路实现对输入电压的升压，为第二级电路供电；
在输入电压大于设定值时，MOS管Q3关断，输入电压经过二极管D4直接为第二级电路供电。
第二实施例
第二实施例如图3所示，与第一实施例的区别是：将MOS管Q3与储能电感L1位置互换。
本实施例工作原理与第一实施例相同，在此不做赘述。
第三实施例
第三实施例如图4所示，与第一实施例的区别是：将二极管D4换为MOS管Q4。
本实施例工作原理与第一实施例相同，在此不做赘述。
第四实施例
第四实施例如图5所示，与第一实施例的区别是：第一实施例的续流开关管为二极管D1，本实施例的续流开关管为MOS管Q1，因为二极管的导通压降比MOS管的导通压降大很多，在输出电流较大的情况下，采用MOS管可以进一步提升BOOST的效率。
本实施例工作原理与第一实施例相同，在此不做赘述。
以上为本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，例如，将切换电路中的可控开关管Q1与Boost电路中的主功率开关Q2更改为其他可以实现形同功能的器件，比如，IGBT、可控硅等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种两级式开关电源电路，包括Boost电路和DC-DC变换电路，Boost电路的正输入端为两级式开关电源电路的正输入端，Boost电路的负输入端为两级式开关电源电路的负输入端，Boost电路的正输出端连接DC-DC变换电路的正输入端，Boost电路的负输出端连接DC-DC变换电路的负输入端，DC-DC变换电路的正输出端为两级式开关电源电路的正输出端，DC-DC变换电路的负输出端为两级式开关电源电路的负输出端；
其特征在于，还包括切换电路，用于按如下逻辑实现对DC-DC变换电路输入电压的切换：
当两级式开关电源电路的输入电压小于或等于设定值时，由Boost电路将两级式开关电源电路的输入电压抬升后作为DC-DC变换电路的输入电压；
当两级式开关电源电路的输入电压大于设定值时，两级式开关电源电路的输入电压直接作为DC-DC变换电路的输入电压。
2.根据权利要求1所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的设定值为Boost输出电压的设定值。
3.根据权利要求1所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的切换电路包括可控开关管Q3和可控开关Q4；所述的可控开关管Q3的一端连接Boost电路的正输入端，所述的可控开关管Q3的另一端连接Boost电路中升压电感L1的一端；所述的可控开关Q4的一端连接Boost电路的正输入端，所述的可控开关Q4的另一端连接Boost电路的正输出端。
4.根据权利要求1所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的切换电路包括可控开关管Q3和可控开关Q4；所述的可控开关管Q3的一端连接Boost电路中升压电感L1的另一端，所述的可控开关管Q3的另一端连接Boost电路中主功率开关管Q1和续流开关管Q2的连接点，所述的可控开关Q4的一端连接Boost电路的正输入端，所述的可控开关Q4的另一端连接Boost电路的正输出端。
5.根据权利要求1至4任一所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的可控开关管Q3是MOS管，MOS管的漏极是可控开关管Q3的一端，MOS管的源极是可控开关管Q3的另一端。
6.根据权利要求1至4任一所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的可控开关管Q3是IGBT，IGBT的漏极是可控开关管Q3的一端，IGBT的源极是可控开关管Q3的另一端。
7.根据权利要求1至4任一所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的可控开关管Q3是可控硅，可控硅的阳极A端是可控开关管Q3的一端，可控硅的阴极K端是可控开关管Q3的另一端。
8.根据权利要求1至4任一所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的可控开关管Q4是二极管，二极管的阳极是可控开关管Q4的一端，二极管的阴极是可控开关管Q4的另一端。
9.根据权利要求1至4任一所述的两级式开关电源电路，其特征在于：所述的可控开关管Q4是MOS管，MOS管的漏极是可控开关管Q4的一端，MOS管的源极是可控开关管Q4的另一端。
10.根据权利要求1至4任一所述的两级式开关电源电路，其特征在于：Boost电路中的续流开关管为MOS管。
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