CN201839206U - 一种改进的交直流通用开关电源电路结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种改进的交直流通用开关电源电路结构，包括AC-DC(交流-直流)的开关电源模块、DC-DC(直流-直流)的开关电源模块、变压器、整流器和输出后级的滤波器件，所述电路结构中的AC-DC(交流-直流)的开关电源模块和DC-DC(直流-直流)的开关电源模块均连接于相同的变压器、整流器和输出后级的滤波器件。该方案的AC-DC(交流-直流)/DC-DC(直流-直流)交直流共用电源可以共用到变压器及整流管及后面的所有元件；无论是体积，重量，成本，效率都大有优化；AC/DC(交流/直流)同时输入时也会自动选择其中一种电源工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源的电路结构，具体是一种AC-DC/DC-DC交直流通用开关电源共用变压器、整流器和输出所有元件的电路拓扑结构。
背景技术
在开关电源中AC输入DC输出时应需一个变压器：在开关电源领域其中实用型隔离的包括这几种拓扑(RCC，反激，正激，Cuk，推挽，对称半桥，谐振半桥，对称全桥，谐振全桥)；开关电源中DC输入DC输出时应需一个变压器或电感：在开关电源领域其中实用形非隔离的包括这几种拓扑(降压，升压，升降压，Cuk，Zeta，Sepic)。因AC-DC/DC-DC是两种不同的结构，在目前业界应用都是分开处理，无法共用到不同拓扑中的元件，最多也只是次级整流后DC输出的部分元件：如做一个AC-DC/DC-DC交直流通用的电源。AC-DC部分一般是RCC，反激，正激，对称半桥，LLC谐振半桥等拓扑实现AC-DC的转换，达到输出DC所需规格要求；DC-DC部分一般是降压，升压，升降压，Sepic等拓扑实现DC-DC的转换，达到输出DC所需规格要求。分别通过各自拓扑整流后共用到次级的电容及电感。
因此，现有传统AC-DC/DC-DC交直流通用电源只能共用到整流后的元件，电路功率元件多，体积不能减小，重量不能减轻，成本也高，效率也由于拓扑本身及元件损耗的原因无法再提高。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型旨在提供一种可共用变压器、整流器、输出所有元件的交直流通用开关电源电路结构。
为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种改进的交直流通用开关电源电路结构，包括AC-DC(交流-直流)的开关电源模块、DC-DC(直流-直流)的开关电源模块、变压器、整流器和输出后级的滤波器件，所述电路结构中的AC-DC(交流-直流)的开关电源模块和DC-DC(直流-直流)的开关电源模块均连接于相同的变压器、整流器和输出后级的滤波器件。
更具体的改进，所述电路结构为AC-DC/DC-DC升压结构，该结构在变压器的次级输出绕组的负端与滤波器件的滤波电容负极间串入一个控制开关。
更具体的改进，所述电路结构为AC-DC/DC-DC升降压1结构，该结构在变压器的次级输出绕组的两端通过元件或走线引出，优化DC-DC元件的接法方式做DC-DC升降压1的电感使用电路。
更具体的改进，所述电路结构为AC-DC/DC-DC升降压2结构，该结构在变压器的次级输出绕组的两端通过元件或走线引出，优化DC-DC元件的接法方式做DC-DC升降压2的电感使用电路。
更具体的改进，所述电路结构为AC-DC/DC-DC降压结构，该结构在变压器的次级输出绕组的两端通过元件或走线引出，优化DC-DC元件的接法方式做DC-DC降压的电感使用电路。
更进一步具体的改进，所述控制开关可为整流二极管、晶体三极 管、MOS管、IGBT管、可控硅、继电器、拨动开关、电子开关及按钮。
本方案的AC-DC/DC-DC交直流共用电源可以共用到变压器及整流器及后面的所有元件；无论是体积，重量，成本，效率都大有优化；AC/DC同时输入时也会自动选择其中一种电源工作。
附图说明
图1为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(升压)电路图。
图2为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(升压)电路图。
图3为传统的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升压)。
图4为改进后的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升压)。
图5为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压1)。
图6为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压1)。
图7为传统的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压1)。
图8为改进后的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压1)。
图9为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压2)。
图10为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压2)。
图11为传统的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压2)。
图12为改进后的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压2)。
图13为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(降压)。
图14为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(降压)。
图15为传统AC-DC/DC-DC交直流通用开关电源原理框图。
图16为本新型的AC-DC/DC-DC交直流通用开关电源原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图15所示，在传统AC-DC/DC-DC交直流通用开关电源中共用的元件就输出后级的滤波器件，如图16所示，在本实用新型的改进后的AC-DC/DC-DC交直流通用开关电源中，除了能共用到输出后级的滤波器件外，变压器和整流器都是共用的，解决了传统此类电源的成本、体积、重量、效率等问题。在传统AC-DC/DC-DC交直流通用开关电源中省了DC-DC的电感器和整流器，在产品成本上节约了电感器和整流管器件，在体积方面也可以极大的减小，重量方面也减轻许多，通过不同的控制也可提高效率。
AC-DC/DC-DC(升压)共用变压器、整流器和输出所有元件的控制方法：只需在次级输出绕组的负端与滤波电容负极间串入一个控制开关。这个控制开关在AC-DC时开关开通，在DC-DC时开关关断。这个开关可用整流二极管，晶体三极管、MOS管、IGBT管、可控硅、继电器、拨动开关、电子开关及按钮等一切可用于做开关控制的器件来实现。使用整流二极管时就串入其中，可减小整流二极管耐压，减小本身Vf值，使用Vf更小的整流器，加强了散热；使用MOS管时就串入其中，可进一步减小整流二极管耐压，进一步减小本身Vf值，可使用电流、Vf值更小的整流器，加强了散热，提高效率；使用单向可控硅时就串入其中，更可进一步减小整流二极管耐压，进一步减小本身Vf值，使用电流、Vf值更小的整流器，加强了散热，效率进一步提高；继电器通过控制实现AC-DC时开关闭合，DC-DC开关断开。而AC-DC/DC-DC(升降压1)、AC-DC/DC-DC(升降压2)、AC-DC/DC-DC(降 压)则是通过电路的不同接法实现的，电路原理与传统的一样。此类改进后的电源操作与普通电源一样，直观方便简单。
如图1所示，为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(升压)电路图，S1、S2：控制开关，可以是晶体管，MOS管，IGBT管；VD1，VD2：整流器，可以是二极管、MOS管、IGBT管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变压耦合至VD1整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升压电感(L1)和S2开关产生高于DC输入电压，经VD2整流CLC滤波后得至DC电压。
如图2所示，为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(升压)电路图，S1，S2：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1：整流器，可以是二极管、MOS管、IGBT管、可控硅等一切可用于做整流的器件；VD2：控制开关，用于隔离IN DC(直流输入)，防止IN DC(直流输入)直通短路.通过简单控制，在IN DC(直流输入)时可使VD2不导通(断开)，在IN AC(交流输入)时可使VD2导通(闭合).可防IN DC(直流输入)反接，通过对此VD2的选择可降低对VD1整流器的Vdc要求，从而可减小VD1的Vf和Ir，降低散热，提升效率。可以是二极管、晶体管、MOS管、IGBT管、可控硅、继电器等一切可用于做开关控制的器件。改进后的工作原理如图1所述内容相同。
图3为传统的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升压)。S1，S2，S3：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2，VD3：整流器，可以是二极管、MOS管、IGBT管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变 压耦合至VD1，VD2整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升压电感(L1)和S3开关产生高于DC输入电压，经VD3整流CLC滤波后得至DC电压。
图4为改进后的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升压)。S1，S2，S3：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2：整流器，可以是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件；VD3：控制开关，用于隔离IN DC(直流输入)，防止IN DC(直流输入)直通短路.通过简单控制，在IN DC(直流输入)时可使VD3不导通(断开)，在IN AC(交流输入)时可使VD3导通(闭合).可防IN DC(直流输入)反接，通过对此VD3的选择可降低对VD1，VD2整流管的Vdc要求，从而可减小VD1和VD2的Vf和Ir，降低散热，提升效率.可以是二极管、晶体管、MOS管、IGBT管、可控硅、继电器等一切可用于做开关控制的器件。改进后的工作原理如图3所述内容相同。
图5为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压1)。S1，S2：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2：整流器，可是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变压耦合至VD1整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升降压电感(L1)和S2开关产生感应电压，经VD2整流CLC滤波后得至DC电压。此DC-DC升降压1拓扑不共输出地。
图6为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压1)。S1，S2：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1：整流器，可以是二极 管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。改进后的工作原理如图5所述内容相同。
图7为传统的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压1)。S1，S2，S3：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2，VD3：整流器，可是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变压耦合至VD1，VD2低压整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升降压电感(L1)和S2开关产生感应电压，经VD3整流CLC滤波后得至DC电压。此DC-DC升降压1拓扑不共输出地。
图8为改进后的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压1)。S1，S2，S3：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2：整流器，可以是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。改进后的工作原理如图7所述内容相同。
图9为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压2)。S1，S2，S3：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2，VD3：整流器，可是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变压耦合至VD1整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升降压电感(L1)和S2，S3开关产生感应电压，经VD2，VD3整流CLC滤波后得至DC电压。此DC-DC升降压2拓扑共输出地。当升压工作时S2一直开通，当降压工作时S3一直断开。
图10为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(升降压2)。S1，S2，S3： 控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2：整流器，可以是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。改进后的工作原理如图9所述内容相同。
图11为传统的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压2)。S1，S2，S3，S4：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2，VD3，VD4：整流器，可是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变压耦合至VD1整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升降压电感(L1)和S3，S4开关产生感应电压，经VD3，VD4整流CLC滤波后得至DC电压。此DC-DC升降压2拓扑共输出地。当升压工作时S3一直开通，当降压工作时S4一直断开。
图12为改进后的AC-DC(LLC半桥谐振)/DC-DC(升降压2)。S1，S2，S3，S4：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2，VD3：整流器，可以是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。改进后的工作原理如图11所述内容相同。
图13为传统的AC-DC(反激)/DC-DC(降压)。S1，S2：控制开关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1，VD2：整流器，可是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。传统交直流通用电源：当AC输入后经整流滤波变压器变压耦合至VD1整流CLC滤波后得至DC电压；当DC输入经升降压电感(L1)和S2，开关产生感应电压，经VD2续流CLC滤波后得至DC电压。
图14为改进后的AC-DC(反激)/DC-DC(降压)。S1，S2：控制开 关，可以是晶体管、MOS管、IGBT管；VD1：整流器，可以是二极管、MOS管、可控硅等一切可用于做整流的器件。改进后的工作原理如图13所述内容相同。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进而使交直流共用电源共用到变压器与整流器及输出所有元件的，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种改进的交直流通用开关电源电路结构，包括AC-DC的开关电源模块、DC-DC(的开关电源模块、变压器、整流器和输出后级的滤波器件，其特征在于：所述电路结构中的AC-DC的开关电源模块和DC-DC的开关电源模块均连接于相同的变压器、整流器和输出后级的滤波器件。
2.根据权利要求1所述的交直流通用开关电源电路结构，其特征在于：所述电路结构为AC-DC/DC-DC升压结构，该结构在变压器的次级输出绕组的负端与滤波器件间串入一个控制开关。
3.根据权利要求1所述的交直流通用开关电源电路结构，其特征在于：所述电路结构为AC-DC/DC-DC升降压1结构，该结构在变压器的次级输出绕组的两端通过元件或走线引出，优化DC-DC元件的接法方式做DC-DC升降压1的电感使用电路。
4.根据权利要求1所述的交直流通用开关电源电路结构，其特征在于：所述电路结构为AC-DC/DC-DC升降压2结构，该结构在变压器的次级输出绕组的两端通过元件或走线引出，优化DC-DC元件的接法方式做DC-DC升降压2的电感使用电路。
5.根据权利要求1所述的交直流通用开关电源电路结构，其特征在于：所述电路结构为AC-DC/DC-DC降压结构，该结构在变压器的次级输出绕组的两端通过元件或走线引出，优化DC-DC元件的接法方式做DC-DC降压的电感使用电路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的交直流通用开关电源电路结构，其特征在于：所述控制开关可为整流二极管、晶体三极管、 MOS管、IGBT管、可控硅、继电器、拨动开关、电子开关及按钮。
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