CN115102403B - 电源系统 - Google Patents

电源系统

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Abstract

一种电源系统，包括主电路、采样电路、驱动电路和控制器，其中：主电路中的功率变换电路包括LLC谐振变换电路；采样电路与主电路中的部分电路电连接，用于对主电路的输入信号、谐振电容信号和输出信号进行信息采样；控制器与采样电路和驱动电路电连接，用于基于采样电路采样的信息对驱动电路进行控制，使得驱动电路驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正、电气隔离和电压转换；其中，控制器的控制策略使得LLC谐振变换电路的输入电压为脉冲直流电压或稳定的直流电压，且使得LLC谐振变换电路在谐振频率附近以及远离谐振频率的宽频率范围工作。该电源系统减少了功率器件的使用数量，降低了成本，减小了体积，全工况工作在软开关状态，有利于高频化。

Description

电源系统
技术领域
本申请涉及充电技术领域，更具体地涉及一种电源系统。
背景技术
智能快充在智能手机、平板电脑等消费电源系统中已经得到广泛使用。随着USB功率传输(Power Delivery，简称为PD)标准的不断更新，快充功率越来越大。相关快充产品向高频小体积、高功率密度方向发展。然而，功率大于75W的产品，相关法规对电流谐波有严格要求。为满足法规的电流谐波要求，传统方案通常采样两级功率变换架构，即功率因数校正(Power Factor Correction，简称为PFC)功率级，加直流到直流变换(Direct current toDirect current converter，简称为DC/DC)隔离功率级。
PFC功率级的增加，不仅增加了成本，降低了效率，而且限制功率密度的进一步提高，阻碍了产品的小型化。
发明内容
为了解决上述问题而提出了本申请。根据本申请一方面，提供了一种电源系统，所述电源系统包括主电路、采样电路、驱动电路和控制器，其中：所述主电路中的功率变换电路包括LLC谐振变换电路；所述采样电路与主电路中的部分电路电连接，用于对所述主电路的输入信号、谐振电容信号和输出信号进行信息采样；所述控制器与所述采样电路和所述驱动电路电连接，用于基于所述采样电路采样的信息对所述驱动电路进行控制，使得所述驱动电路驱动所述LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正、电气隔离和电压转换；其中，所述控制器的控制策略使得所述LLC谐振变换电路的输入电压可以为脉冲直流电压或稳定的直流电压，且使得所述LLC谐振变换电路可以在谐振频率附近以及远离谐振频率(大于或小于谐振频率)的宽频率范围工作。
在本申请的一个实施例中，所述采样电路采样的信息包括所述主电路的输入电压信息、谐振电容电压或电流信息以及输出电压信息和输出电流信息这两者中的任一者，其中：所述输入电压信息包括以下中的至少一项：所述主电路的输入电压的幅值、峰值、相位、过零点；所述谐振电容电压或电流信息包括以下中的至少一项：所述主电路的谐振电容电压或电流的幅值、峰值、相位、过零点；所述输出电压信息包括以下中的至少一项：所述主电路的输出电压的幅值、峰值、相位、过零点；所述输出电流信息包括以下中的至少一项：所述主电路的输出电流的幅值、峰值、相位、过零点。
在本申请的一个实施例中，所述LLC谐振变换电路包括半桥LLC谐振变换电路或者全桥LLC谐振变换电路。
在本申请的一个实施例中，所述LLC谐振变换电路中的谐振电感包括分离式谐振电感或者磁集成式谐振电感，其中所述磁集成式谐振电感是指谐振电感与主变压器集成在一起。
在本申请的一个实施例中，所述LLC谐振变换电路中的整流电路包括桥式整流电路或者全波整流电路。
在本申请的一个实施例中，所述LLC谐振变换电路中的整流电路包括二极管整流电路或者功率开关半导体器件(如MOS，GaN等功率开关器件)组成的同步整流电路。
在本申请的一个实施例中，所述主电路包括输入电路、滤波电路、所述功率变换电路和输出电路，其中：所述输入电路包括交流电输入接口，用于接收交流电；所述滤波电路与所述输入电路电连接，用于对所述交流电信号进行滤波和整流，得到脉冲直流电或稳定的直流电；所述功率变换电路与所述滤波电路电连接，用于将所述脉冲直流电或稳定的直流电逆变为高频交流电，并将所述高频交流电隔离变压后整流滤波为低压直流电；所述输出电路与所述功率变换电路电连接，所述输出电路包括直流电输出接口，用于对所述低压直流电进行输出级处理，得到所述电源系统的输出。
在本申请的一个实施例中，所述滤波电路包括电磁兼容性滤波电路和整流滤波电路，其中：所述电磁兼容性滤波电路与所述输入电路电连接，用于对来自交流电网的所述交流电及所述电源系统进行电磁兼容性滤波，从而阻止交流电网上的干扰进入所述电源系统，也同时阻止所述电源系统的干扰进入交流电网；所述整流滤波电路与所述电磁兼容性滤波电路电连接，用于对所述电磁兼容性滤波电路后的交流电进行整流，得到所述脉冲直流电或稳定的直流电。
在本申请的一个实施例中，所述采样电路包括输入电压信息采样电路、谐振电容电压或电流信息采样电路和输出电压或电流信息采样电路，其中：所述输入电压信息采样电路与所述输入电路电连接，用于采样输入电压信息；所述谐振电容电压或电流信息采样电路与所述功率变换电路电连接，用于采样谐振电容电压或电流信息；所述输出电压或电流信息采样电路与所述输出电路电连接，用于采样输出电压信息或者输出电流信息。
在本申请的一个实施例中，所述驱动电路可以是独立的，也可以与功率开关集成在一起，或者与控制器集成在一起。
在本申请的一个实施例中，所述控制器可以是数字信号处理器或者微控制单元或者现场可编程逻辑门阵列。
在本申请的一个实施例中，当所述电源系统处于空载或轻载工况下时，所述控制器控制所述驱动电路在所述功率变换电路的输入电压处于预设相位范围内时产生脉宽调制脉冲束，所述预设相位范围的中心值为90度(设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度)。
在本申请的一个实施例中，所述预设相位范围包括第一边界值和第二边界值，所述第一边界值小于所述第二边界值，所述脉宽调制脉冲束从所述第一边界值处开始，到所述第二边界值处结束；所述脉宽调制脉冲束的占空比在所述输入电压的相位从所述第一边界值到所述中心值的过程中逐渐增大，在所述输入电压的相位从所述中心值到所述第二边界值的过程中逐渐减小。
根据本申请的另一方面，提供了一种电源系统，所述电源系统包括主电路、驱动电路和控制器，其中：所述主电路中的功率变换电路可以完成单级功率因数校正功能；所述控制器与所述驱动电路电连接，用于对所述驱动电路进行控制，使得所述驱动电路驱动所述功率变换电路实现有源功率因数校正、电气隔离和电压转换；当所述电源系统处于空载或轻载工况下时，所述控制器在所述功率变换电路的输入电压处于预设相位范围内时产生脉宽调制脉冲束，所述预设相位范围的中心值为90度(设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度)。
在本申请的一个实施例中，所述预设相位范围包括第一边界值和第二边界值，所述第一边界值小于所述第二边界值，所述脉宽调制脉冲束从所述第一边界值处开始，到所述第二边界值处结束；所述脉宽调制脉冲束的占空比在所述输入电压的相位从所述第一边界值到所述中心值的过程中逐渐增大，在所述输入电压的相位从所述中心值到所述第二边界值的过程中逐渐减小。
在本申请的一个实施例中，所述预设相位范围为0度到180度(设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度)。
根据本申请实施例的电源系统基于采样电路对主电路的信息采样结果控制驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正功能、电气隔离功能和电压转换功能，减少了功率器件的使用数量，降低了成本，减少了功率变换级数，节省了大量功率器件及磁性元件，减小了体积，提高了效率，有利于减少散热处理成本及体积，全工况工作在软开关状态，有利于高频化。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1示出根据本申请一个实施例的电源系统的示意性结构框图。
图2示出传统LLC谐振变换电路的控制策略与本申请中LLC谐振变换电路的控制策略的比较图。
图3示出根据本申请一个实施例的电源系统的示意性结构框图。
图4示出根据本申请一个实施例的电源系统中功率变换电路中的谐振电感的示例性示意图。
图5示出根据本申请一个实施例的电源系统中功率变换电路中的整流电路以及输出电路的示例性示意图。
图6示出根据本申请一个实施例的电源系统中主电路的一个示意性电路图以及其他电路的框图。
图7示出根据本申请一个实施例的电源系统中主电路的另一个示意性电路图以及其他电路的框图。
图8示出根据本申请一个实施例的电源系统中主电路的再一个示例的示意性电路图。
图9示出传统电源系统中功率变换电路的突发模式控制示意图。
图10示出空载母线电压和带载母线电压的示意图。
图11示出根据本申请一个实施例的电源系统中功率变换电路的突发模式控制示意图。
图12示出根据本申请一个实施例的电源系统中功率变换电路控制发生脉宽调制脉冲束的示意图。
图13示出根据本申请另一个实施例的电源系统的示意性结构框图。
具体实施方式
为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的本申请实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其他实施例都应落入本申请的保护范围之内。
现有的电源系统一般包括主电路、驱动电路和控制器。其中，主电路中的功率变换电路为反激式单级PFC功率变换电路，或者为PFC功率级加DC/DC变压器隔离调压功率级这样的两级变换电路。对于前者来说，优势是硬件电路简单，功率器件少，成本优势明显，系统增益大，控制简单，适合宽电压输入输出应用；劣势是由于反激式拓扑，变压器需要储能，磁芯只工作在第一象限，磁芯利用率低，导致该方案不适合做大功率，功率密度不高，难以小型化，且功率开关为硬开关或准谐振模式，开关损耗较大，限制了效率进一步提升，也难以高频化。对于后者来说，优势是PFC功率部分与DC/DC隔离功率部分分开处理，控制逻辑相对容易，适合做大功率应用；劣势是多级变换，效率难以提高，且硬件电路复杂，功率器件多，功率密度不高，难以小型化，方案成本高。
基于此，本申请提供了一种电源系统，下面结合附图来描述。
图1示出了根据本申请一个实施例的电源系统100的示意性结构框图。如图1所示，电源系统100包括主电路110、采样电路120、驱动电路130和控制器140。其中：主电路110中的功率变换电路包括LLC谐振变换电路；采样电路120与主电路110中的部分电路电连接，用于对主电路110的输入信号、谐振电容信号和输出信号进行信息采样；控制器140与采样电路120和驱动电路130电连接，用于基于采样电路120采样的信息对驱动电路130进行控制，使得驱动电路130驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正。
在本申请的实施例中，主电路110中的功率变换电路包括LLC谐振变换电路，控制器140基于采样电路120对主电路110的信息采样结果控制驱动电路130，使驱动电路130驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，简称为APFC)功能、电气隔离功能和电压转换功能。相对于前文所述的现有电源系统100主电路110中的反激式单级PFC功率变换电路，本申请的电源系统100的主电路110中的功率变换电路由于LLC谐振变压器不存储能量，磁芯工作在一三象限，磁芯利用率翻倍，适合磁集成，大功率应用场景，功率密度高，方便小型化，且功率开关工作在软开关状态，开关损耗小，效率高，适合高频化。相对于前文所述的现有电源系统100主电路110中的PFC功率级加DC/DC变压器隔离调压功率级这样的两级变换电路，本申请的电源系统100的主电路110中的功率变换电路的硬件电路简单，省掉了PFC功率级，功率器件少，有成本优势，且单级完成APFC，电气隔离，电压转换等功能，由于功率变换级减少一半，效率高，功率密度高，适合小型化。
因此，根据本申请实施例的电源系统100基于采样电路120对主电路110的信息采样结果控制驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正功能、电气隔离功能和电压转换功能，减少了功率器件的使用数量，降低了成本，减少了功率变换级数，节省了大量功率器件及磁性元件，减小了体积，提高了效率，有利于减少散热处理成本及体积，全工况工作在软开关状态，有利于高频化。
在本申请的实施例中，控制器140的控制策略也可以与传统LLC谐振变换电路的控制策略不同，以解决传统LLC谐振变换电路的增益窄不适合宽电压输入输出的问题，下面结合图2来描述。
图2示出了传统LLC谐振变换电路的控制策略与本申请中LLC谐振变换电路的控制策略的比较图。如图2所示，传统LLC谐振变换电路的输入电压为相对稳定的直流电，如图波形210；本申请中谐振变换电路的控制策略可以使LLC谐振变换电路的输入电压为脉动的直流电(同时也可以为稳定的直流电，即可以兼容传统的LLC谐振变换电路)，如波形220所示。传统LLC谐振变换电路的控制策略，一般是变频控制，通常只能工作在谐振频率附近，变换器的电压增益跨度很窄，无法在宽电压输入输出的工况下工作，即无法完成PFC功能。本申请的LLC谐振变换电路的控制策略，可以在谐振频率附近以及远离谐振频率(大于或小于谐振频率)的宽频率范围工作，允许大跨度的频率变换，从而得到大跨度的电压增益，使得LLC谐振变换电路能够在宽范围输入输出电压工况下保持零电压开关(zero voltageswitching，简称为ZVS)特性，高效率的工作，兼顾完成PFC功能。
在本申请的实施例中，主电路110进一步包括输入电路、滤波电路、功率变换电路和输出电路，其中：输入电路包括交流电输入接口，用于接收交流电；滤波电路与输入电路电连接，用于对交流电信号进行滤波和整流，得到脉冲直流电或稳定的直流电；功率变换电路与滤波电路电连接，用于将脉冲直流电或稳定的直流电逆变为高频交流电，并将高频交流电隔离变压后整流滤波为低压直流电；输出电路与功率变换电路电流接，输出电路包括直流电输出接口，用于对低压直流电进行输出级处理，得到电源系统100的输出。
其中，滤波电路包括电磁兼容性滤波电路和整流滤波电路，其中：电磁兼容性(EMC)滤波电路与输入电路电连接，用于对交流电网及本电源系统进行电磁兼容性滤波，从而阻止交流电网上的干扰进入本电源系统，也同时阻止本电源系统的干扰进入交流电网；整流滤波电路与电磁兼容性滤波电路电连接，用于对电磁兼容性滤波电路后的交流电进行整流，得到脉冲直流电或稳定的直流电。
相应地，采样电路120可以进一步包括输入电压信息采样电路、谐振电容电压或电流信息采样电路和输出电压电流信息采样电路，其中：输入电压信息采样电路与输入电路电连接，用于采样输入电压信息；谐振电容电压或电流信息采样电路与功率变换电路电连接，用于采样谐振电容电压或电流信息；输出电压电流信息采样电路与输出电路电连接，用于采样输出电压信息或者输出电流信息。
下面结合图3到图8来描述根据本申请实施例的电源系统的更具体的结构。
图3示出根据本申请一个实施例的电源系统300的示意性结构框图。如图3所示，电源系统300包括输入电路及EMC滤波电路310、整流滤波电路320、谐振式(LLC拓扑)单级PFC功率变换电路330(即前文所述的包括LLC谐振变换电路的功率变换电路)、输出电路340，它们构成前文所述的主电路。电源系统300还包括输入电压信息采样电路350、谐振电容电压或电流信息采样电路360和输出电压电流信息采样电路370，它们构成前文所述的采样电路。电源系统300还包括驱动电路380和控制器390。
在本申请的实施例中，输入电路及EMC滤波电路310中的输入电路包括交流电输入接口，例如110V/220VAC交流电输入接口(全电压范围：85VAC-265VAC)；EMC滤波电路是为满足辐射、传导等电磁兼容方面法规而增加的滤波器，包括但不限于共模电感、差模电感、X电容、Y电容等器件。整流滤波电路320把交流电整流为单向脉动的直流电或稳定的直流电，方便后级电路处理，包括但不限于二极管、整流桥、电容等器件。谐振式(LLC拓扑)单级PFC功率变换电路330把脉动直流电或稳定的直流电逆变为高频交流电，利用谐振电路，通过高频变压器隔离变压后传输到次级，再整流滤波变为低压直流电，具备APFC功能、电气隔离功能和电压转换功能，该电路包括但不限于变压器、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal–oxide–silicon transistor，简称为MOS)、氮化镓(Gallium nitride，简称为GaN)晶体管、二极管、电容等器件。输出电路340包括直流输出接口，进行各种协议处理、各种保护处理以及输出电压调节反馈处理，该电路包括但不限于MOS、二极管、DC/DC、协议芯片、接口等器件。
在本申请的实施例中，输入电压信息采样电路350采集输入交流电的信息，包括但并非全部必须包括幅值、峰值、相位、过零点等信息。谐振电容电压或电流信息采样电路360采集LLC谐振拓扑中谐振电容的电压或电流信息，包括但并非全部必须包括谐振电容电压或电流的幅值、峰值、相位、过零点等信息。输出电压电流信息采样电路370采集输出电压信息或者输出电流信息，并进行隔离反馈。输出电压信息包括以下中的至少一项：输出电路340的输出电压的幅值、峰值、相位、过零点。输出电流信息包括以下中的至少一项：输出电路340的输出电流的幅值、峰值、相位、过零点。驱动电路380可以是独立的，也可以与功率开关集成在一起，也可以与控制器集成在一起。控制器390为核心逻辑控制电路，可以是纯模拟芯片或硬件电路实现，也可以是软件可编程的数字芯片实现，负责整个系统的逻辑控制。示例性地，控制器390可以包括数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称为DSP)、微控制单元(Microprogrammed Control Unit，简称为MCU)或者现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，简称为FPGA)。
在本申请的实施例中，谐振式(LLC拓扑)单级PFC功率变换电路330可以为半桥LLC谐振变换电路，也可以为全桥LLC谐振变换电路。在本申请的实施例中，谐振式(LLC拓扑)单级PFC功率变换电路330中的谐振电感可以为分离式谐振电感，也可以为磁集成式谐振电感(磁集成式谐振电感是指谐振电感与主变压器集成在一起)(如图4所示的)。在本申请的实施例中，谐振式(LLC拓扑)单级PFC功率变换电路330中整流电路可以为桥式整流电路，也可以为全波整流电路；可以是二极管整流电路，也可以是功率开关半导体器件(如MOS，GaN等功率开关器件)组成的同步整流电路(如图5所示的)。图6和图7即是根据本申请实施例的电源系统300(或100)即为主电路部分的电路图示例(其他电路部分仍采用框图)，图8即是根据本申请实施例的电源系统300(或100)主电路部分的电路图示例。上述框图和电路图中的元件符号及连接是典型代表器件，不一定表示实际器件及电气连接。
下面结合图9到图12描述根据本申请实施例的电源系统300(或100)中的控制器在电源系统300处于空载或轻载工况下时的突发模式(Burst Mode)控制方案。
传统Burst Mode方案，脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称为PWM)脉冲束是随机发生的，检测到输出电压降低到阈值，就会发生PWM脉冲束，以稳定输出电压，不管输入交流的相位，如图9所示的。这样会产生如下问题：单级PFC方案输入整流后的母线电压，带满载或重载时，是一个脉动的馒头波直流(如图10所示的馒头波直流电压1010)，而在空载或轻载时，是一个相对稳定的直流电压(如图10所示的稳定直流电压1020)，但该相对稳定的直流不具备带载能力，一旦带载(发生PWM脉冲束)，电压会迅速被拉到此时输入交流电压的瞬时值，即当前相位角所对应的馒头波电压，如果当前时刻相位角远离90度，即峰值电压附近，母线电压会迅速从高压拉低，造成大的峰值电流应力及变压器噪音，而当前相位角为90度附近，即峰值电压附近时，母线电压等于瞬时值，不会被拉低。
基于此，在本申请的实施例中，控制器390控制驱动电路380在功率变换电路330的输入电压处于预设相位范围内时产生PWM脉冲束，预设相位范围的中心值为90度(设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度)。在该实施例中，在功率变换电路330的输入电压瞬时值达到峰值附近才发生Burst Mode PWM脉冲束，如图11所示的，这可以有效减小电流峰值及变压器噪音问题，减少电流应力，避免极端情况，如功率器件应力过大炸机。
在本申请的进一步的实施例中，前述的预设相位范围包括第一边界值和第二边界值，其中，第一边界值小于第二边界值，PWM脉冲束从第一边界值处开始，到第二边界值处结束；PWM脉冲束的占空比在输入电压的相位从第一边界值到上述中心值的过程中逐渐增大，在输入电压的相位从上述中心值到第二边界值的过程中逐渐减小。下面结合图12来示例性地描述。如图12所示，PWM脉冲束在功率变换电路330的输入电压的相位角处于80度到100度范围内时(设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度；这里的80度到100度范围只是一个示例，实际是根据输出负载的轻重，控制器390根据控制策略自动控制这个范围的大小，可以覆盖到0到180度)发生PWM脉冲束，在功率变换电路330的输入电压的相位从80度到90度的过程中，PWM脉冲束的占空比逐渐增大，在功率变换电路330的输入电压的相位从90度到100度的过程中，PWM脉冲束的占空比逐渐增小。也即，每一Burst Mode PWM脉冲束的占空比均是由小逐步增大进入，再逐步减小退出，即软进入，软退出，避免了变压器电流突变，有效减小了噪音产生。
以上示例性地示出了根据本申请一个实施例的电源系统。基于上面的描述，上述电源系统基于采样电路对主电路的信息采样结果控制驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正功能、电气隔离功能和电压转换功能，减少了功率器件的使用数量，降低了成本，减少了功率变换级数，节省了大量功率器件及磁性元件，减小了体积，提高了效率，有利于减少散热处理成本及体积，全工况工作在软开关状态，有利于高频化。
下面结合图13来描述根据本申请另一个实施例的电源系统1300的示意性结构框图。如图13所示，电源系统1300包括主电路1310、驱动电路1320和控制器1330，其中：主电路1310中的功率变换电路包括单级PFC电路；控制器1330与驱动电路1320电连接，用于对驱动电路1320进行控制，使得驱动电路1320驱动功率变换电路实现有源功率因数校正、电气隔离和电压转换；控制器1330在功率变换电路的输入电压处于预设相位范围内时产生脉宽调制脉冲束，预设相位范围的中心值为90度(设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度)。
根据本申请实施例的电源系统1300与前文所述的电源系统100和300部分类似，不同之处在于，电源系统1300的主电路1310中的功率变换电路不是必须为包括LLC谐振变换电路的单级PFC功率变换电路，而是只要是单级PFC功率变换电路即可。因为电源系统1300重点在于解决传统Burst Mode方案的问题(如前文结合图9到图12所描述的)，其优化了单级PFC功率变换电路在输出空载或轻载时的控制策略，在输入交流瞬时值到达峰值附近才发生Burst Mode PWM脉冲束，可以有效减小电流峰值及变压器噪音问题，减少电流应力，避免极端情况，如功率器件应力过大炸机。本领域技术人员可以结合前文所述理解电源系统1300的结构和操作，为了简洁，此处不再赘述。
基于上面的描述，根据本申请实施例的电源系统基于采样电路对主电路的信息采样结果控制驱动LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正功能、电气隔离功能和电压转换功能，减少了功率器件的使用数量，降低了成本，减少了功率变换级数，节省了大量功率器件及磁性元件，减小了体积，提高了效率，有利于减少散热处理成本及体积，全工况工作在软开关状态，有利于高频化。此外，根据本申请实施例的电源系统基于优化了单级PFC功率变换电路在输出空载或轻载时的控制策略，在输入交流瞬时值到达峰值附近才发生BurstMode PWM脉冲束，可以有效减小电流峰值及变压器噪音问题，减少电流应力，避免极端情况，如功率器件应力过大炸机。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其他实施例中所包括的某些特征而不是其他特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电源系统，其特征在于，所述电源系统包括主电路、采样电路、驱动电路和控制器，其中：
所述主电路包括LLC谐振变换电路；
所述采样电路与主电路电连接，用于对所述主电路的输入信号、谐振电容信号和输出信号进行信息采样；
所述控制器与所述采样电路和所述驱动电路电连接，用于基于所述采样电路采样的信息对所述驱动电路进行控制，使得所述驱动电路驱动所述LLC谐振变换电路实现有源功率因数校正、电气隔离和电压转换；
其中，所述控制器的控制策略使得所述LLC谐振变换电路的输入电压包括脉冲直流电压，且使得所述LLC谐振变换电路在谐振频率附近以及远离谐振频率的宽频率范围工作。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述采样电路采样的信息包括所述主电路的输入电压信息、谐振电容电压或电流信息以及输出电压信息和输出电流信息这两者中的任一者，其中：
所述输入电压信息包括以下中的至少一项：所述主电路的输入电压的幅值、峰值、相位、过零点；
所述谐振电容电压或电流信息包括以下中的至少一项：所述主电路的谐振电容电压或电流的幅值、峰值、相位、过零点；
所述输出电压信息包括以下中的至少一项：所述主电路的输出电压的幅值、峰值、相位、过零点；
所述输出电流信息包括以下中的至少一项：所述主电路的输出电流的幅值、峰值、相位、过零点。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述LLC谐振变换电路包括半桥LLC谐振变换电路或者全桥LLC谐振变换电路；
所述LLC谐振变换电路中的谐振电感包括分离式谐振电感或者磁集成式谐振电感，其中所述磁集成式谐振电感是指谐振电感与主变压器集成在一起；
所述LLC谐振变换电路中的整流电路包括桥式整流电路或者全波整流电路；
所述LLC谐振变换电路中的整流电路包括二极管整流电路或者功率开关半导体器件组成的同步整流电路。
4.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述主电路包括输入电路、滤波电路、功率变换电路和输出电路，其中：
所述输入电路包括交流电输入接口，用于接收交流电；
所述滤波电路与所述输入电路电连接，用于对所述交流电进行滤波和整流，得到脉冲直流电或稳定的直流电；
所述功率变换电路包括所述LLC谐振变换电路，与所述滤波电路电连接，用于将所述脉冲直流电或稳定的直流电逆变为高频交流电，并将所述高频交流电隔离变压后整流滤波为低压直流电；
所述输出电路与所述功率变换电路电连接，所述输出电路包括直流电输出接口，用于对所述低压直流电进行输出级处理，得到所述电源系统的输出。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，所述滤波电路包括电磁兼容性滤波电路和整流滤波电路，其中：
所述电磁兼容性滤波电路与所述输入电路电连接，用于对来自交流电网的所述交流电及所述电源系统进行电磁兼容性滤波，从而阻止所述交流电网上的干扰进入所述电源系统，也同时阻止所述电源系统的干扰进入所述交流电网；
所述整流滤波电路与所述电磁兼容性滤波电路电连接，用于对所述电磁兼容性滤波电路后的交流电进行整流，得到所述脉冲直流电或稳定的直流电。
6.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，所述采样电路包括输入电压信息采样电路、谐振电容电压或电流信息采样电路和输出电压或电流信息采样电路，其中：
所述输入电压信息采样电路与所述输入电路电连接，用于采样输入电压信息；
所述谐振电容电压或电流信息采样电路与所述功率变换电路电连接，用于采样谐振电容电压或电流信息；
所述输出电压或电流信息采样电路与所述输出电路电连接，用于采样输出电压信息或者输出电流信息。
7.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，当所述电源系统处于空载或轻载工况下时，所述控制器控制所述驱动电路在所述功率变换电路的输入电压处于预设相位范围内时产生脉宽调制脉冲束，所述预设相位范围的中心值为90度，其中设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度。
8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述预设相位范围包括第一边界值和第二边界值，所述第一边界值小于所述第二边界值，所述脉宽调制脉冲束从所述第一边界值处开始，到所述第二边界值处结束；
所述脉宽调制脉冲束的占空比在所述输入电压的相位从所述第一边界值到所述中心值的过程中逐渐增大，在所述输入电压的相位从所述中心值到所述第二边界值的过程中逐渐减小。
9.一种电源系统，其特征在于，所述电源系统包括主电路、驱动电路和控制器，其中：
所述主电路中的功率变换电路能够完成单级功率因数校正功能；
所述控制器与所述驱动电路电连接，用于对所述驱动电路进行控制，使得所述驱动电路驱动所述功率变换电路实现有源功率因数校正、电气隔离和电压转换；
所述控制器的控制策略使得所述功率变换电路的输入电压包括脉冲直流电压，且使得所述功率变换电路在谐振频率附近以及远离谐振频率的宽频率范围工作；
当所述电源系统处于空载或轻载工况下时，所述控制器在所述功率变换电路的输入电压处于预设相位范围内时产生脉宽调制脉冲束，所述预设相位范围的中心值为90度，其中设每半个交流电周期为0到180度，一个完整的交流电周期被分为两个0到180度。
10.根据权利要求9所述的电源系统，其特征在于，所述预设相位范围包括第一边界值和第二边界值，所述第一边界值小于所述第二边界值，所述脉宽调制脉冲束从所述第一边界值处开始，到所述第二边界值处结束；
所述脉宽调制脉冲束的占空比在所述输入电压的相位从所述第一边界值到所述中心值的过程中逐渐增大，在所述输入电压的相位从所述中心值到所述第二边界值的过程中逐渐减小。
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