CN208675121U - 交直流输入自适应开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交直流输入自适应开关电源电路，使用无桥BOOST变换器的整流与升压功能取代现有技术方案中的分立的整流功能与升压功能，用开关管替换现有技术方案中整流二极管，从而提升电源效率，解决因为效率低效带来的相关问题；此外，本实用新型采用的控制方案简单高效，解决现有技术方案中控制过于复杂、成本较高、开发难度大等问题。

Description

交直流输入自适应开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及一种交直流输入自适应开关电源电路，特别涉及一种应用于工业控制、仪器仪表行业具有超宽输入电压范围的交直流输入自适应开关电源电路。

背景技术

工业现场，能够为设备供电的电源主要有交流电源(如220V/50Hz交流电源、240V/50Hz 交流电源、120V/60Hz交流电源等)和直流电源(如蓄电池提供的24V直流电源、48V直流电源等)两种形式。

在国外，工业控制、仪器仪表行业终端设备供电，目前已有厂商可以提供兼容交流电源 (电压范围85VAC～265VAC)和直流电源(电压范围18VDC～100VDC)的供电装置解决方案，如 EMERSON公司的高准1700型和2700型多功能现场和一体式安装型变送器，其供电可以兼容交流电源和直流电源，此设备的电源可以自动切换交流/直流输入、自动识别电源电压(即交直流输入自适应)，可以兼容85VAC～265VAC输入电压范围的交流电源和18VDC～100VDC输入电压范围的直流电源。这给终端设备用户带来了极大的便利。但是EMERSON公司变送器电源的输出最大功率仅为11W，其具体使用的技术暂也不得而知。

而在国内，工业控制、仪器仪表行业终端设备供电通常的解决方案为：针对交流电源和直流电源这两种电源形式，分别设计不同的电源转换装置给终端设备供电。输入电源是交流电源，通过一个AC/DC电源，将交流电转换为终端设备所需直流电；输入电源是直流电源，则通过一个DC/DC电源，将直流电转换为终端设备所需直流电。如果某些工业现场只能提供交流电源或者直流电源，那么必须根据供电电源类型选择终端设备，这会大大限制终端设备的使用范围。对于只能使用直流供电的终端设备，若误接入交流电源中，可能会直接将终端设备损毁，甚至会引发爆炸、火灾、操作人员触电等严重安全事故。

国内文献给出的解决方案主要构思则主要参考如下：

文献1：蒋荣慰.仪用超宽输入电压范围AC/DC-DC开关电源研制.[硕士学位论文].合肥，合肥工业大学，2015年4月.该文献给出的解决方案为：采用“BOOST升压电路”加上“反激变换器”两级电源级联方案，如果输入电压较低，BOOST升压电路将此低电压先升压到一个适合的高电压，再通过反激变换器得到需要的输出电压；如果输入电压较高，BOOST升压电路不工作，输入电压直接到达反激变换器后得到需要的输出电压。其研究成果已经申请发明专利，申请号为201410257961.0，发明名称为《超宽电压输入范围AC/DC-DC自适应仪用开关电源》，以下简称为专利申请1。

文献1与专利申请1的技术方案存在一个致命的问题，即直流低压输入效率低，这一点在文献1的第42页的表4-1中可以看出，样机在直流18VDC输入下效率仅有67％，且样机的最大输出功率仅有11.59W，对于更大功率的应用，如此低的效率，电路将无法正常工作，这将大大限制电路使用范围。本申请的发明人对其解决方案进行分析发现，其工频整流滤波电路(图1-1所示)在直流低压输入时损耗过高，是导致整机效率低的根本原因。其技术方案，交直流输入自适应功能是通过工频整流滤波电路实现的，具体方案为使用一个全桥整流滤波电路，这样导致的结果就是，直流输入需要经过整流桥内的两个二极管，而整流桥选型不仅需要兼顾低压直流输入下的较大的输入电流，还需要考虑交流输入下需要承受较高的输入电压，所以整流桥必须使用常用AC/DC电源使用的标准型“桥堆”，其导通压降通常在0.9V～1.5V 之间，两个二极管将产生1.8V～3V的导通压降，在直流18V输入的情况下，其整流桥损耗将达到10％～16.7％，这仅是整流桥产生的损耗，整机的损耗当然不止这些，还包括升压变换电路(图1-2所示)、反激变换电路(图1-3所示)等，所以文献1与专利申请1的技术方案，直流18VDC输入下效率仅有67％。效率低意味着损耗高，电路中损耗通常要以热量的形式散发出去，而在行业实际应用中电源电路大多被密封起来，所以器件散热问题将很难处理。

当然整流桥也可以考虑选择导通压降较小的二极管，比如使用四个分立肖特基二极管，但是高压型的肖特基二极管，导通压降依旧很高且选型困难，这并不会使得整流桥的损耗问题得到根本解决，同时会大幅增加物料成本和采购难度，显然是得不偿失的。

按照文献1与专利申请1的技术方案，以及专利申请1中给出的实施例的硬件电路框图 (图1-4所示)，实际搭建电路对其电路效率进行评估，其中的反激变换器研究相对成熟，其效率经过适当优化可以达到90％左右，所评估重点放在工频整流滤波电路与升压变换电路这两部分。图2为评估效率所使用的控制框图，采用电压型控制、开关频率为65KHz、取L 为320uH铁硅铝磁环制作的电感、S为600V/10A/0.19Ω的MOSFET、D为400V/10A的超快恢复二极管、整流桥为1000V/2A的标准桥堆，输出Vo设定为70VDC，当输出功率达到28W时，整流桥表面最高温度已经超过94℃(常温30℃下测试，使用风扇散热)，这对于可靠性要求极高的工业电源来说是不可接受的。而且随着输出功率的增大，必须选用更大通流能力和更大体积的整流桥，以解决低压直流输入下的整流桥损耗带来的发热问题。

文献2：廖政伟.基于变模态的宽输入电压范围隔离型DC/DC变流器的研究.[硕士学位论文].浙江，浙江大学，2013年1月.该文献也提出一种两级电源解决方案：采用“BOOST升压电路”加上“LLC变换器”，当输入电压低时，BOOST升压电路启动工作，将输入电压升高到某一设定值，再通过LLC变换器得到需要的输出电压；当输入电压高时，BOOST升压电路不工作，输入电压直接到达LLC变换器后得到需要电压(参见文献2第2.2.1节与第2.2.2节，第13页)。

文献2的两级电源控制理念与文献1两级电源控制理念大体相同，均为：输入电压较低时，BOOST升压电路将输入电压升高；输入电压较高时，BOOST升压电路不工作，输入电压直接到后级变换电路。不同点在于文献1(包括专利申请1)使用的是两级独立控制方案，即使用两颗模拟控制芯片实现整机控制的目的。而文献2使用的是数字控制方案，即使用一颗数字控制器，通过软件算法实现对两级的控制，文献2的控制过于复杂且成本较高、开发难度大；并且文献2所述技术方案只能应用于新能源领域的直流输入场合，并不能实现交直流输入自适应。

文献3：申请公布号为CN105553292A，发明名称为《一种两级控制方法、两级控制器及 AC/DC开关电源》的中国发明专利申请公布说明书，该文献给出了一种“BOOST升压电路”加上“反激变换器”的两级电源方案，同时给出了一种高集成的两级控制方法及基于该控制器的AC/DC电源，但是这种方案也仅适用于宽输入范围的AC/DC电源。

综上所述，目前，包括文献1、专利申请1、文献2、文献3中提及的技术方案，行业内并没有相关的独立研究成果和技术能克服前文技术方案存在的缺点，概括如下：

1)低压直流输入下，整流桥损耗过高、整流桥温升过高，整机效率低；

2)效率低及整流桥温升问题导致电源可靠性问题，严重限制电源功率的扩展；

3)控制过于复杂，成本较高，开发难度大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是克服现有超宽输入电压范围的交直流输入自适应开关电源存在的缺点，解决低压直流输入下，整流桥损耗过高、整流桥温升过高，整机效率低，以及由此导致的电源可靠性问题；提升电源效率、扩展电源输出功率等级。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种交直流输入自适应开关电源电路，技术方案如下：

一种交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：包含整流升压变换电路、隔离型开关变换器、第一采样电路、第二采样电路以及控制器；

整流升压变换电路为无桥BOOST变换器；

整流升压变换电路将输入其的电压整流为固定极性的直流电压，第一采样电路对该直流电压进行采样并输出至控制器，当该直流电压低于设定值时，控制器产生第一PWM控制信号，控制整流升压变换电路将该直流电压升高至设定值后输出；当该直流电压高于设定值时，控制器封锁第一PWM控制信号，整流升压变换电路依靠自身电路结构，仅将输入其的电压整流为固定极性的直流电压后输出；

隔离型开关变换器用于将整流升压变换电路输出的电压进行隔离后输出隔离电压，第二采样电路对该隔离电压进行采样并输出至控制器，控制器产生第二PWM控制信号，控制隔离型开关变换器产生最终所需的输出电压。

作为整流升压变换电路的第一种具体实施方式，包括：第一电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二二极管的阳极用于输入电压，第一电感的另一端与第一二极管的阳极和第一开关管的漏极相连，第二二极管的阳极与第二开关管的漏极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第二开关管的源极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

作为整流升压变换电路的第二种具体实施方式，包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二电感的一端用于输入电压，第一电感的另一端与第一二极管的阳极和第一开关管的漏极相连，第二电感的另一端与第二二极管的阳极和第二开关管的漏极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第二开关管的源极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

作为整流升压变换电路的第三种具体实施方式，包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二电感的一端用于输入电压，第四二极管的阴极与第一电感的一端相连，第一电感的另一端与第一二极管的阳极和第一开关管的漏极相连，第三二极管的阴极与第二电感的一端相连，第二电感的另一端与第二二极管的阳极和第二开关管的漏极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第二开关管的源极、第三二极管的阳极、第四二极管的阳极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

作为整流升压变换电路的第四种具体实施方式，包括：第一电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感和第二二极管的阳极用于输入电压，第一电感的另一端与第二开关管的源极和第一开关管的漏极相连，第二二极管的阳极与第一二极管的阴极相连，第二二极管的阴极与第二开关管的漏极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第一二极管的阳极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

作为整流升压变换电路的第五种具体实施方式，包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二电感的一端用于输入电压，第一电感的另一端与第二开关管的源极和第一开关管的漏极相连，第二电感的另一端与第二二极管的阳极和第一二极管的阴极相连，第二二极管的阴极与第二开关管的漏极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第一二极管的阳极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

优选的，上述整流升压变换电路第一、二、三、四及五种具体实施方式，所述开关管为晶体管。如双极性晶体管(IGBT)、碳化硅(SiC)晶体管、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)，以及氮化镓(GaN)晶体管。

优选的，上述整流升压变换电路第一、二、三、四及五种具体实施方式，开关管包括二极管，二极管阳极与开关管源极相连，二极管阴极与开关管漏极相连。

术语解释：

无桥BOOST变换器：具备整流功能的BOOST变换器，且其中的整流功能不采用整流桥实现。

本实用新型的工作过程及原理分析详见具体实施方式，通过工作原理分析可以得出本实用新型交直流输入自适应开关电源电路技术方案的有益效果如下：

1)提升低压直流输入整机效率，解决现有技术方案整流桥损耗过高、整流桥温升过高问题，以及由于效率低带来的器件温升问题，提高电源可靠性；

2)解决现有技术方案输出功率受限问题，大大扩展交直流输入自适应开关电源的输出功率范围；

3)控制简单高效。

附图说明

图1-1为现有技术方案实施例工频整流滤波电路原理图；

图1-2为现有技术方案实施例升压变换电路原理图；

图1-3为现有技术方案实施例反激变换电路原理图；

图1-4为现有技术方案实施例硬件电路框图；

图2为评估现有技术方案效率所用的控制框图；

图3为本实用新型一种交直流输入自适应开关电源的整体功能框图；

图4本实用新型第一实施例整流升压变换电路原理图；

图5-1本实用新型第一实施例整流升压变换电路交流输入工作过程示意图；

图5-2本实用新型第一实施例交流输入开关管PWM控制信号示意图；

图5-3本实用新型第一实施例交流输入控制方案一开关管PWM控制信号示意图；

图5-4本实用新型第一实施例交流输入控制方案二开关管PWM控制信号示意图；

图6本实用新型第一实施例用于效率评估所用的控制框图；

图7为现有技术“整流桥+BOOST”方案与第一实施例“无桥BOOST”方案28W样机输入电压VS满载效率曲线图；

图8为现有技术“整流桥+BOOST”方案与第一实施例“无桥BOOST”方案28W样机输出负载VS效率曲线图；

图9本实用新型第二实施例电路原理图；

图10本实用新型第三实施例电路原理图；

图11本实用新型第四实施例电路原理图；

图12本实用新型第五实施例电路原理图。

具体实施方式

本实用新型的主要构思是：使用无桥BOOST变换器的整流与升压功能取代现有技术方案中的分立的整流功能与升压功能，用开关管替换现有技术方案中整流二极管，从而提升电源效率，能解决因为效率低效带来的相关问题；此外，本实用新型采用的控制方案简单高效，能解决现有技术方案中控制过于复杂、成本较高、开发难度大等问题。

众所周知，在较大功率AC/DC电源领域，接入电网的电力电子开关电源设备对电网注入的谐波，使得电力系统的谐波问题日益严重，功率因数校正技术(即PFC技术)已经引起了国内外专家的关注，并且国内外相关组织制定了限制电力系统谐波的相关标准，已有大量的文献对PFC技术进行了相关研究，其中便包括有采用无桥BOOST PFC的技术方案。

需要特别说明的是：虽然本申请采用的无桥BOOST变换器与上述无桥BOOST PFC电路相同，但是PFC技术与升压技术是有本质区别的，PFC技术关注的是谐波抑制，而升压技术关注的纯粹是升压实现超宽输入电压范围；其次，二者在控制方式上也存在根本区别。对于专利申请1中给出的实施例的硬件电路框图(图1-4所示)，如果认为其中的升压变换电路与传统BOOST PFC变换器完全等效，则此电路框图与普通带PFC功能的AC/DC电源电路结构雷同，但是实际这二者完全不是一个概念。同理，上述无桥BOOST PFC与本申请的无桥BOOST变换器也不应该混为一谈，这应该为两种不同的应用，并且在这两种不同的应用场合对前后级电路的控制要求也会完全不同。

为了使本实用新型更加清楚明白，详细工作过程及原理将结合附图和具体实施例进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图3所示，为本实用新型一种超宽输入电压范围的交直流输入自适应开关电源的整体功能框图，包含整流升压变换电路、隔离型开关变换器、第一采样电路、第二采样电路和控制器，整流升压变换电路的输入端用于输入电压，整流升压变换电路的输出端与隔离型开关变换器的输入端相连，隔离型开关变换器的输出端用于输出电压，第一采样电路的采样输入端口接于整流升压变换电路的状态信息端口，第一采样电路的采样输出端口接于控制器的第一输入端口，第二采样电路的采样输入端口接于隔离型开关变换器的状态信息端口，第二采样电路的采样输出端口接于控制器的第二输入端口，控制器接收第一采样电路、第二采样电路传送的状态信息，产生第一PWM控制信号和第二PWM控制信号，用于控制整流升压变换电路和隔离型开关变换器的开关管。

本部分将整流升压变换电路的输出端与隔离型开关变换器输入端的连接处称为直流母线，直流母线电压称为母线电压，根据具体应用需求母线电压可以设定为不同的电压值，称为母线电压设定值。

交流输入和直流输入工作过程分别如下：

交流电源接入，通过整流升压变换电路整流，变成直流母线电压。当母线电压低于母线电压设定值时，控制器产生第一PWM控制信号，控制整流升压变换电路，将母线电压升高至母线电压设定值，同时，控制器产生第二PWM控制信号，通过控制隔离型开关变换器，将母线电压经过隔离变换转换，产生最终所需输出电压；当母线电压高于母线电压设定值时，控制器封锁第一PWM控制信号，整流升压变换电路依靠自身电路结构，将输入交流电整流，变成直流母线电压，同时，控制器产生第二PWM控制信号，通过控制隔离型开关变换器，将母线电压经过隔离变换，产生最终所需输出电压；

对于直流输入，直流电源接入，无论极型如何，通过整流升压变换电路整流，变成固定极性的直流母线电压。当母线电压低于母线电压设定值时，控制器产生第一PWM控制信号，控制整流升压变换电路，将母线电压升高至母线电压设定值，同时，控制器产生第二PWM控制信号，通过控制隔离型开关变换器，将母线电压经过隔离变换，产生最终所需输出电压；当母线电压高于母线电压设定值时，控制器封锁第一PWM控制信号，整流升压变换电路依靠自身电路结构，将输入直流电整流，变成固定极性直流母线电压，同时，控制器产生第二PWM 控制信号，通过控制隔离型开关变换器，将母线电压经过隔离变换，产生最终所需输出电压。

第一实施例

图4所示为本实用新型第一实施例整流升压变换电路原理图，整流升压变换电路为无桥 BOOST变换器，包括第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2和母线电容Cbus；供电电源的一端与第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第一二极管D1的阳极、第一开关管S1的漏极相连，供电电源的另一端与第二二极管D2的阳极、第二开关管S2的漏极相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极、母线电容Cbus的一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管S1的源极与第二开关管S2的源极、母线电容Cbus的另一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出负极；

整流升压变换电路在电路中具备整流和升压两个功能，并能自动适应交流输入和直流输入，结合具体的输入电压对其功能进行说明，图5-1所示为本实用新型第一实施例交流输入工作过程示意图：

交流输入正半周期，第二二极管D2截止，第二开关管S2体二极管S2_D导通，第一开关管S1工作于高频开关状态，电路结构相当于一个BOOST电路，工作过程与BOOST电路相同，当第一开关管S1导通，第一电感L1储能，第一电感L1电流线性增加，当第一开关管S1断开，第一二极管D1导通，为第一电感L1续流，第一电感L1电流线性减小，完成输出升压过程；

交流输入负半周期，第一二极管D1截止，第一开关管S1体二极管S1_D导通，第一开关管S2工作于高频开关状态，电路结构相当于一个BOOST电路，工作过程与BOOST电路相同，当第一开关管S2导通，第一电感L1储能，第一电感L1电流绝对值线性增加，当第一开关管S1断开，第一二极管D1导通，为第一电感L1续流，第一电感L1电流绝对值线性减小，完成输出升压过程；

图5-2所示为交流输入的整个周期内，第一开关S1和第二开关S2的PWM控制信号示意图，整个周期内控制器通过第一采样电路监测直流母线电压，来调整第一开关S1和第二开关 S2的PWM控制信号的占空比，完成母线电压的稳压控制；

上述过程中，一个开关管工作于高频开关状态，此时另外一个开关处于断开状态，即依靠体二极管二极管S1_D或S2_D导通通流，此时若将处于断开状态的开关管导通，将进一步降低导通损耗，因为开关管的导通压降一般小于二极管导通压降，所以根据此开关管的控制状态可以得出两种控制模式；

图5-3本实用新型第一实施例交流输入控制方案一开关管PWM控制信号示意图，即两个开关管使用同一控制信号，这样的好处是控制较为简单，只需一路PWM控制信号即可完成相关控制需求；

图5-4本实用新型第一实施例交流输入控制方案二开关管PWM控制信号示意图，即在每半个交流电周期内，一个开关管处于高频开关状态，另一个开关管一直导通，这样可以更近一步降低导通损耗；

通过对交流输入工作过程及原理的说明，易知直流输入的工作过程及原理，即直流输入电路会根据输入的极性，全程只有一个开关管工作在高频开关状态，整流升压变换电路可以自动识别输入直流电的极性；

相较于现有“整流桥+BOOST方案”方案，本实用新型第一实施例技术方案囊括整流与升压两个功能，省去了现有方案中工频整流滤波电路(图2-1所示)以及解决了由此产生的整流桥导通压降问题；

为进一步说明，本实用新型第一实施例技术方案较现有“整流桥+BOOST方案”方案的优势，特制作样机测试两种方案的效率表现：

图6所示为本实用新型第一实施例无桥BOOST方案用于效率评估所用的控制框图，其中第一开关S1、第二开关S2共用同一PWM控制信号。图2为整流桥+BOOST方案于效率评估所用控制框图。按照上图所示分别制作两个样机，样机关键规格如表1

表1样机关键器件

在室温30℃，测试样机输入从18VDC～45VDC的满载效率，测试样机18VDC输入全负载范围内的效率，绘制曲线图，分别得到18VDC～45VDC的满载效率曲线图(如图7所示) 和18VDC的全负载效率曲线(如图8所示)；

从图中可以得出结论：18VDC～45VDC输入电压范围，无桥BOOST方案满载效率高于整流桥+BOOST方案，18VDC的前者比后者提高将近6％；

以上数据很好地证明了在低压输入、输出功率较大无桥BOOST方案的优势。

第二实施例

图9所示为本实用新型第二实施例整流升压变换电路原理图，整流升压变换电路为无桥 BOOST变换器，包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2和母线电容Cbus；供电电源的一端与第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第一二极管D1的阳极、第一开关管S1的漏极相连，供电电源的另一端与第二电感L2的一端相连，第二电感L2的另一端与第二二极管D2的阳极、第二开关管S2的漏极相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极、母线电容Cbus的一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管S1的源极与第二开关管S2的源极、母线电容Cbus的另一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出负极。

第三实施例

图10所示为本实用新型第三实施例整流升压变换电路原理图，整流升压变换电路为无桥 BOOST变换器，包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一开关管S1、第二开关管S2和母线电容Cbus；供电电源的一端与第一电感L1的一端、第四二极管D4的阴极相连，第一电感L1的另一端与第一二极管D1的阳极、第一开关管S1的漏极相连，供电电源的另一端与第二电感L2的一端、第三二极管D3 的阴极相连，第二电感L2的另一端与第二二极管D2的阳极、第二开关管S2的漏极相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极、母线电容Cbus的一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管S1的源极与第二开关管S2的源极、第三二极管 D3的阳极、第四二极管D4的阳极、母线电容Cbus的另一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出负极。

第四实施例

图11所示为本实用新型第四实施例整流升压变换电路原理图，整流升压变换电路为无桥 BOOST变换器，包括第一电感L1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2和母线电容Cbus；供电电源的一端与第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极相连，供电电源的另一端与第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极相连，第二二极管D2的阴极与第二开关管S2的漏极、母线电容Cbus的一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管S1的源极与第一二极管D1的阳极、母线电容Cbus的另一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出负极。

第五实施例

图12所示为本实用新型第五实施例整流升压变换电路原理图，整流升压变换电路为无桥 BOOST变换器，包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管S1、第二开关管S2和母线电容Cbus；供电电源的一端与第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第一开关管S1的漏极、第二开关管S2的源极相连，供电电源的另一端与第二电感L2的一端相连，第二电感L2的另一端与第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极相连，第二二极管D2的阴极与第二开关管S2的漏极、母线电容Cbus的一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管S1的源极与第一二极管D1的阳极、母线电容Cbus的另一端相连，连接点被引出作为整流升压变换电路的输出负极。

第二实施例、第三实施例、第四实施例、第五实施例的具体工作原理，本技术领域的普通技术人员可以根据第一实施例的工作过程及原理进行简单的推导即可得出，此处不详述。

上述实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，如根据应用场合的不同，开关管可以选择双极性晶体管 (IGBT)、碳化硅(SiC)晶体管，以及氮化镓(GaN)晶体管；根据电路原理和设计需要，开关管还可以包括二极管，二极管可以在开关管内部或者开关管外部，二极管阳极与开关管源极相连，二极管阴极与开关管漏极相连；通过器件的简单串并联等手段对电路的微调，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：包含整流升压变换电路、隔离型开关变换器、第一采样电路、第二采样电路以及控制器；

整流升压变换电路为无桥BOOST变换器；

整流升压变换电路将输入其的电压整流为固定极性的直流电压，第一采样电路对该直流电压进行采样并输出至控制器，当该直流电压低于设定值时，控制器产生第一PWM控制信号，控制整流升压变换电路将该直流电压升高至设定值后输出；当该直流电压等于或高于设定值时，控制器封锁第一PWM控制信号，整流升压变换电路依靠自身电路结构，仅将输入其的电压整流为固定极性的直流电压后输出；

隔离型开关变换器用于将整流升压变换电路输出的电压进行隔离后输出隔离电压，第二采样电路对该隔离电压进行采样并输出至控制器，控制器产生第二PWM控制信号，控制隔离型开关变换器产生最终所需的输出电压。

2.根据权利要求1所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：整流升压变换电路包括：第一电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二二极管的阳极用于输入电压，第一电感的另一端与第一二极管的阳极和第一开关管的漏极相连，第二二极管的阳极与第二开关管的漏极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第二开关管的源极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

3.根据权利要求1所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：整流升压变换电路包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二电感的一端用于输入电压，第一电感的另一端与第一二极管的阳极和第一开关管的漏极相连，第二电感的另一端与第二二极管的阳极和第二开关管的漏极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第二开关管的源极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

4.根据权利要求1所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：整流升压变换电路包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二电感的一端用于输入电压，第四二极管的阴极与第一电感的一端相连，第一电感的另一端与第一二极管的阳极和第一开关管的漏极相连，第三二极管的阴极与第二电感的一端相连，第二电感的另一端与第二二极管的阳极和第二开关管的漏极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第二开关管的源极、第三二极管的阳极、第四二极管的阳极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

5.根据权利要求1所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：整流升压变换电路包括：第一电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感和第二二极管的阳极用于输入电压，第一电感的另一端与第二开关管的源极和第一开关管的漏极相连，第二二极管的阳极与第一二极管的阴极相连，第二二极管的阴极与第二开关管的漏极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第一二极管的阳极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

6.根据权利要求1所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：整流升压变换电路包括：第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管、第一开关管、第二开关管和母线电容；第一电感的一端和第二电感的一端用于输入电压，第一电感的另一端与第二开关管的源极和第一开关管的漏极相连，第二电感的另一端与第二二极管的阳极和第一二极管的阴极相连，第二二极管的阴极与第二开关管的漏极和母线电容的一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出正极，第一开关管的源极与第一二极管的阳极和母线电容的另一端相连，连接点为整流升压变换电路的输出负极。

7.根据权利要求2至6任一项所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：开关管为晶体管。

8.根据权利要求2至6任一项所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：开关管为双极性晶体管(IGBT)、碳化硅(SiC)晶体管、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)或以及氮化镓(GaN)晶体管。

9.根据权利要求2至6任一项所述的交直流输入自适应开关电源电路，其特征在于：开关管包括二极管，二极管阳极与开关管源极相连，二极管阴极与开关管漏极相连。