CN117318459A - 一种电源的供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源的供电系统，属于电源供电技术领域，其包括整流电路，用于将交流电整流为直流电输出；升压电路，其输入端连接所述整流电路的输出端，用于提升电压；吸收电路，其耦接于升压电路，用于吸收升压电路中产生的尖峰电压；其中，升压电路包括升压电感、功率开关管、单向开关管和储能电容；吸收电路包括第一吸收电容和稳压二极管，第一吸收电容和稳压二极管串联后与单向开关管并联；功率开关管关断时，所述压电感、单向开关和储能电容组成一个回路，升压电感、第一吸收电容、稳压二极管和储能电容组成一个回路，对尖峰电压能量进行吸收。本申请具有提高在抑制开关器件断开时产生的尖峰电压的能量利用率的效果。

Description

一种电源的供电系统
技术领域
本发明涉及电源供电技术领域，尤其是涉及一种电源的供电系统。
背景技术
开关电源是高频化电能转换装置，在电源中，通常会使用到开关器件，开关器件由电源控制模块控制，即电源控制模块通过脉冲驱动信号控制开关器件的导通或者截止来实现电压的转换，但是开关器件在关断的瞬间会产生尖峰电压，当尖峰电压超过开关器件的耐压值时，会导致开关器件被击穿而损坏，影响其所在电路的正常工作。
现有的为防止开关器件关断是产生的尖峰电压造成元器件损坏的，通常采用耐压级别更高的开关器件，例如开关器件在电路中可能承受的正向或者反向电压为10V，但是尖峰电压可能达到20V，因此在选择开关器件时应选择其耐压值在20V及以上的，而耐压级别越高，开关器件的成本也越高。要么通过RC吸收电流或者RCD吸收电路，但是这些吸收电路的原理均是在开关器件断开时，为该开关器件提供旁路环流，以吸收存储在开关器件寄生电感中的能量，使得开关器件输出端的电压被钳位，从而抑制尖峰电压，但是吸收电路存储的能量通常被电路中的电阻消耗，造成能量浪费，同时在电路设计时还需要考虑电阻设计时的散热性能。
发明内容
为了提高在抑制开关器件断开时产生的尖峰电压的能量利用率，本申请提供了一种电源的供电系统。
一种电源的供电系统，包括：
整流电路，用于将交流电整流为直流电输出；
升压电路，其输入端连接所述整流电路的输出端，用于提升电压；
吸收电路，其耦接于所述升压电路，用于吸收所述升压电路中产生的尖峰电压；
其中，所述升压电路包括升压电感、功率开关管、单向开关管和储能电容；
所述吸收电路包括第一吸收电容和稳压二极管，所述第一吸收电容和所述稳压二极管串联后与单向开关管并联；
当所述功率开关管关断时，所述升压电感、所述单向开关和所述储能电容组成一个回路，所述升压电感、所述第一吸收电容、所述稳压二极管和所述储能电容组成一个回路，对尖峰电压能量进行吸收。
通过采用上述技术方案，整流电路对交流电进行整流转换为直流电输出，在功率开关管导通时，整流电路输出的电流对升压电感进行冲电储能，此时储能电容放电为负载供电；当功率开关管截止时，升压电感的电流通过单向开关管向储能电容放电，此时为降低功率开关管截止升压电路中产生的尖峰电压对电路的影响，通过第一吸收电容和稳压二极管组成另一个回路，对尖峰电压的能量进行吸收，同时由于吸收电路与储能电容共同组成回路，因此第一吸收电容在吸收尖峰电压能量时，又通过储能电容对尖峰电压能量进行了存储。
优选的，所述升压电路还包括缓冲电容，所述缓冲电容耦接于所述升压电感和所述单向开关管之间。
通过采用上述技术方案， 当功率开关管截止时，流经升压电感的电流流向储能电容和负载，此时储能电容和负载两端的电压升高，通过设置缓冲电容，缓冲电容存在容性阻抗，使得缓冲电容的电流较大，而储能电容的电流较小。
优选的，所述升压电路还包括缓冲电感，所述缓冲电感的第一端耦接于所述缓冲电容和所述单向开关管连接处，所述缓冲电感的第二端耦接于所述升压电路的负输出端。
通过采用上述技术方案，缓冲电容和缓冲电感形成类谐振电路的作用，以降低功率开关管通断时产生的电压纹波和尖峰电压，实现对负载的稳定输出。
优选的，所述升压电路还包括变压器，所述缓冲电容的第一端与所述升压电感连接，所述缓冲电容的第二端与所述变压器的初级线圈的第一端，所述变压器的初级线圈的第二端与所述整流电路的负输出端连接，所述变压器的次级线圈的第一端与单向开关管连接，所述变压器的次级线圈的第二端与升压电路的负输出端连接。
通过采用上述技术方案，变压器应用于大功率供电设备上，例如充电桩，以实现电气隔离，降低原边回路电路与副边回路出现故障时相互之间的影响，同时变压器的初级线圈也能够达到缓冲电感的效果，减少负载端电压纹波的产生。
优选的，所述吸收电路还包括第二缓冲电容和单向二极管，所述单向二极管的阳极与所述储能电容连接，所述单向二极管的阴极与所述变压器的初级线圈的第二端连接。
优选的，所述单向开关管为二极管，所述单向开关管的阳极与所述升压电感耦接，所述单向开关管的阴极与所述升压电路的正输出端连接。
通过采用上述技术方案，根据二极管的导向导通性，当功率开关管导通时，防止储能电容反向供电而造成短路现象。
优选的，所述单向开关管为可控开关管，所述单向开关管的控制端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制其导通或截止；
所述单向开关管的导通截止与所述功率开关管相反。
通过采用上述技术方案，可控开关管在电源控制模块控制下起到单向导通作用的同时，可控开关管具有压降更小，能够降低单向开关管的能量损耗。
优选的，所述稳压二极管为双向稳压二极管。
通过采用上述技术方案，稳压二极管起到正反两个方向都有稳压作用。
优选的，所述功率开关管为IGBT管，所述功率开关管的集电极与所述升压电感连接，所述功率开关管的发射极与所述整流电路的负输出端连接，所述功率开关管的控制端与电源控制模块连接。
通过采用上述技术方案，根据IGBT管的性能，来提高升压电路整体的能量转换效率
优选的，所述升压电路还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述整流电路的正输出端连接，所述滤波电容的第二端与所述整流电路的负输出端连接。
通过采用上述技术方案，滤波电容起到稳压和滤波的作用，提高整流电路输出电压的稳定性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、通过设置与单向开关管并联的第一吸收电容和稳压二极管，当功率开关管截止时，供电系统中存在两个电流回路，且电流回路均经过储能电容，以实现储能电容对尖峰电压能量的吸收；
2、通过设置缓冲电容和缓冲电感，利用缓冲电容和缓冲电感组成的类谐振电路来降低功率开关管通断时产生的电压纹波和尖峰电压；
3、通过设置变压器来替换缓冲电感，其既实现了电气隔离提高用电安全性的效果，同时变压器的初级线圈也起到了缓冲电感的效果。
附图说明
图1是本实施例1中供电系统的部分电流结构图，单向导通管为二极管；
图2是本实施例1中供电系统的部分电流结构图，单向导通管为IGBT管；
图3是本实施例1中供电系统的部分电流结构图，升压电路包含了滤波电容；
图4是本实施例2中供电系统的部分电流结构图。
附图标记说明：
100、整流电路；200、升压电路；300、吸收电路。
具体实施方式
以下结合附图1-图4对本申请作进一步详细说明。
实施例1：
本申请实施例以公开一种电源的供电系统。参照图1，供电系统包括与电源输入端并联的整流电路100和升压电路200，其中整流电路100与市电连接，用于将交流电整流为直流电，一般可以采用桥式整流电路100来实现。 升压电路200用于提升电压，其输入端连接整流电路100，其输出端连接负载R。升压电路200耦接有吸收电路300，吸收电路300用于吸收升压电路200中产生的尖峰电压。
参照图1，升压电路200包括升压电感L、功率开关管M、单向开关管Q和储能电容C，升压电感L的第一端与整流电路100的输出端连接，升压电感L的第二端耦接于单向开关管Q的第一端，单向开关管Q的第二端连接升压电路200的正输出端，功率开关管M的第一端与升压电感L的第二端连接，功率开关管M的第二端与升压电路200的负输出端耦接，储能电容C的第一端与单向开关管Q的第二端连接，储能电容C的第二端与升压电路200的负输出端连接，升压电路200的正输出端和负输出端之间用于耦接负载R。功率开关管M的第三端为控制端，控制端由电源控制模块控制，即功率开关管M的导通或者截止由电源控制模块控制，当功率开关管M导通时，升压电路200内的电流流经升压电感L和功率开关管M，此时升压电感L充电储能，储能电容C为负载R供电；当功率开关管M截止时，升压电感L的电流经单向开关管Q和储能电容C，此时升压电感L放电，为储能电容C充电储能，同时为负载R供电，以上为BOOST电路的工作原理。
参照图1和图2，功率开关管M为可控开关管，可以为以下任一种：三极管、MOSFEET、IGBT、晶闸管等，本申请中，功率开关管M以IGBT管进行展示，功率开关管M的集电极与升压电感L连接，其发射极与整流电路100的负输出端连接；IGBT管具有驱动功率小而饱和压降低，以此可提高升压电路200整体的能量转换效率。单向开关管Q可以采用二极管或者可控开关管，若单向开关管Q为二极管，则单向开关管Q的第一端为阳极，单向开关管Q的第二端为阴极，根据二极管的导向导通性，当功率开关管M导通时，防止储能电容C反向供电而造成短路现象。若单向开关管Q为可控开关管，则单向开关管Q的控制端也由电源控制模块控制，且单向开关管Q的导通截止与功率开关管M相反，即当功率开关管M导通时，单向开关管Q截止，当功率开关管M截止时，单向开关管Q导通。本申请中，单向开关管Q也以IGBT管进行展示。从功耗角度出发，单向开关管Q优选为可控开关管，可控开关管的压降小于二极管的压降，采用可控开关管能够有效降低单向开关管Q的功耗。
参照图2，升压电感L和单向开关管Q之间耦接有缓冲电容Ch，缓冲电容Ch和单向开关管Q之间耦接有缓冲电感Lh，缓冲电感Lh的第一端连接于缓冲电容Ch和单向开关管Q的连接处，缓冲电感Lh的第二端连接于升压电路200的负输出端。当功率开关管M截止时，流经升压电感L的电流流向储能电容C和负载R，此时储能电容C和负载R两端的电压升高，通过设置缓冲电容Ch，缓冲电容Ch存在容性阻抗，使得缓冲电容Ch的电流较大，而储能电容C的电流较小；同时，缓冲电感Lh与缓冲电容Ch类谐振电路，以降低功率开关管M通断时产生的电压纹波和尖峰电压，实现对负载R的稳定输出。
参照图2，吸收电路300包括第一吸收电容Cs1和稳压二极管VD，第一吸收电容Cs1和稳压二管串联后与单向开关管Q并联，即第一吸收电容Cs1的第一端与升压电感L的第二端连接，第一吸收电容Cs1的第二端与稳压二极管VD的第一端连接，稳压二极管VD的第二端与BOOST的正输出端连接，稳压二极管VD为双向稳压二极管，起到正反两个方向都有稳压作用。
当功率开关管M截止时，功率开关管M的寄生电感以及升压电感L由于电感两端电流不能突变的特性，升压电感L的电流分别经过单向开关管Q和第一吸收电容Cs1，通过对第一吸收电容Cs1进行充电，以吸收尖峰电压的能力，从而抑制尖峰电压的能量，同时，经第一吸收电容Cs1和单向开关管Q的电流又经储能电容C和负载R，使得尖峰电压的能量分别对储能电容C进行充电和对负载R进行供电；既吸收了尖峰电压能量，防止较高的尖峰电压损坏功率开关管M，又在吸收尖峰电压能量的同时，对尖峰电压能量进行了利用。
当功率开关管M导通时，整流电路100输出的电流经升压电感L和功率开关管M形成回路，整流电路100输出的电流对升压电感L充电储能。由于单向开关管Q的阻断作用，缓冲电容Ch吸收的电能经功率开关管M和缓冲电感Lh进行放电。由于二极管的单向导通性，第一吸收电容Cs1吸收的电能经功率开关管M、储能电容C、稳压二极管VD进行放电。
参照图3，本申请提供的BOOST电路还可以包括滤波电容C1，滤波电容C1的第一端与整流电路100的正输出端连接，滤波电容C1的第二端与整流电路100的负输出端连接，即滤波电容C1并联设置于整流电路100输出端，起到稳压和滤波的作用，提高整流电路100输出电压的稳定性。
实施例2：
参照图4，一种电源的供电系统，其与实施例1的区别在于：升压电路200还包括变压器T，变压器T替换缓冲电感Lh，其初级线圈NP的第一端与缓冲电容Ch的第二端连接，变压器T的初级线圈NP的第二端与整流电路100的负输出端连接；变压器T的次级线圈NS的第一端与单向开关管Q连接，变压器T的次级线圈NS的第二端与升压电路200的负输出端连接。实施例1中的缓冲电感Lh方式适用于小功率电源上，而在大功率电源的应用上，通过设置变压器T实现电气隔离，降低电路故障时初次级回路之间的相互影响，同时由于初级线圈NP与缓冲电感Lh结构相同，因此，变压器T的初级线圈NP也能够与缓冲电容Ch组成类谐振电路，以达到减少电压纹波的效果。
吸收电路300还包括第二吸收电容Cs2和单向二极管D，其中单向二极管D的阳极与储能电容C的第二端连接，单向二极管D的阴极与第二吸收电路300的第一端连接，第二吸收电容Cs2的第二端与功率开关管M的第二端连接。通过第二吸收电容Cs2提供压差，与第一吸收电容Cs1和稳压二极管VD构成吸收电路300的在功率开关管M断开时的回路。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源的供电系统，其特征在于：包括：
整流电路(100)，用于将交流电整流为直流电输出；
升压电路(200)，其输入端连接所述整流电路(100)的输出端，用于提升电压；
吸收电路(300)，其耦接于所述升压电路(200)，用于吸收所述升压电路(200)中产生的尖峰电压；
其中，所述升压电路(200)包括升压电感、功率开关管、单向开关管和储能电容；
所述吸收电路(300)包括第一吸收电容和稳压二极管，所述第一吸收电容和所述稳压二极管串联后与单向开关管并联；
当所述功率开关管关断时，所述升压电感、所述单向开关和所述储能电容组成一个回路，所述升压电感、所述第一吸收电容、所述稳压二极管和所述储能电容组成一个回路，对尖峰电压能量进行吸收。
2.根据权利要求1所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述升压电路(200)还包括缓冲电容，所述缓冲电容耦接于所述升压电感和所述单向开关管之间。
3.根据权利要求2所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述升压电路(200)还包括缓冲电感，所述缓冲电感的第一端耦接于所述缓冲电容和所述单向开关管连接处，所述缓冲电感的第二端耦接于所述升压电路(200)的负输出端。
4.根据权利要求2所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述升压电路(200)还包括变压器，所述缓冲电容的第一端与所述升压电感连接，所述缓冲电容的第二端与所述变压器的初级线圈的第一端，所述变压器的初级线圈的第二端与所述整流电路(100)的负输出端连接，所述变压器的次级线圈的第一端与单向开关管连接，所述变压器的次级线圈的第二端与升压电路(200)的负输出端连接。
5.根据权利要求4所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述吸收电路(300)还包括第二缓冲电容和单向二极管，所述单向二极管的阳极与所述储能电容连接，所述单向二极管的阴极与所述变压器的初级线圈的第二端连接。
6.根据权利要求1所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述单向开关管为可控开关管，所述单向开关管的控制端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制其导通或截止；
所述单向开关管的导通截止与所述功率开关管相反。
7.根据权利要求1所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述稳压二极管为双向稳压二极管。
8.根据权利要求1所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述单向开关管为二极管，所述单向开关管的阳极与所述升压电感耦接，所述单向开关管的阴极与所述升压电路(200)的正输出端连接。
9.根据权利要求1所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述功率开关管为IGBT管，所述功率开关管的集电极与所述升压电感连接，所述功率开关管的发射极与所述整流电路(100)的负输出端连接，所述功率开关管的控制端与电源控制模块连接。
10.根据权利要求1所述的一种电源的供电系统，其特征在于：所述升压电路(200)还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述整流电路(100)的正输出端连接，所述滤波电容的第二端与所述整流电路(100)的负输出端连接。
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