CN216649535U - 主动均流电源电路和主动均流终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动均流电源电路和主动均流终端设备，主动均流电源电路与负载连接，包括：用于输出第一控制信号控制第一开关模块的通断，并输出第二控制信号控制第二开关模块的通断的主控模块；接入第一输入电压，用于控制第N个变压器是否接入第一输入电压的第一开关模块；用于为第1个变压器的初级绕组提供第二输入电压的供电模块；用于控制第1个变压器是否接入第二输入电压的第二开关模块；初级绕组相互串联的N个变压器，且N个变压器的次级绕组并联后的输出端与负载连接，N个变压器用于根据第一输入电压与第二输入电压得到输出电压，以为负载供电。本实用新型实现了均流输出，有效地降低了电路架构。

Description

主动均流电源电路和主动均流终端设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种主动均流电源电路和主动均流终端设备。

背景技术

目前均流技术已广泛应用于新能源、储能及光伏设备等，现有均流技术：模拟均流和数字均流两大类。控制算法主要有平均电流自动均流法、主从设置法、最大电流法自动均流法、热应力自动均流法等，目前应用较为广泛的负载均流方案为最大电流均流法，但是需外加均流控制芯片或者数字均流控制算法才可实现均流控制，这样就导致了电路架构复杂、成本高、稳定性差和可靠性弱等问题。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种主动均流电源电路和主动均流终端设备，旨在解决现有技术中在实现均流控制时，需外加均流控制芯片或者数字均流控制算法，这样就会造成电路架构复杂、成本高、稳定性差和可靠性弱的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种主动均流电源电路，与负载连接，所述主动均流电源电路包括：主控模块、第一开关模块、第二开关模块、供电模块和N个变压器，其中N大于等于2；

所述主控模块分别与所述第一开关模块以及所述第二开关模块连接，所述主控模块用于输出第一控制信号控制所述第一开关模块的通断，并输出第二控制信号控制所述第二开关模块的通断；

所述第一开关模块接入第一输入电压，并与第N个变压器的初级绕组连接，所述第一开关模块用于控制所述第N个变压器是否接入第一输入电压；

所述供电模块与所述第1个变压器的初级绕组连接，所述供电模块用于为所述第1个变压器的初级绕组提供第二输入电压；

所述第二开关模块分别与所述供电模块以及第1个变压器的初级绕组连接，所述第二开关模块用于控制所述第1个变压器是否接入第二输入电压；

所述N个变压器的初级绕组相互串联，所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端与所述负载连接，所述N个变压器用于根据所述第一输入电压与所述第二输入电压得到输出电压，以为所述负载供电。

本实用新型进一步地设置，所述主动均流电源电路还包括：电压反馈模块；

所述电压反馈模块分别与所述主控模块和所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端连接；

所述电压反馈模块用于根据所述输出电压输出反馈信号至所述主控模块。

本实用新型进一步地设置，所述第一开关模块包括：第一开关管；

所述第一开关管的控制端与所述主控模块连接；

所述第一开关管的第一端接入第一输入电压；

所述第一开关管的第二端与所述第N个变压器的初级绕组连接。

本实用新型进一步地设置，所述第二开关模块包括：第二开关管；其中，

所述第二开关管的控制端与所述主控模块连接；

所述第二开关管的第一端与所述第1个变压器的初级绕组连接；

所述第二开关管的第二端接地。

本实用新型进一步地设置，所述供电模块包括：第一电容；其中，

所述第一电容的一端分别与所述第二开关管的第一端以及所述第1个变压器的初级绕组连接；其中，所述第一电容与所述第1个变压器的初级绕组以及所述第1个变压器的内置初级绕组构成谐振电路；

所述第一电容的另一端接地。

本实用新型进一步地设置，所述变压器的次级绕组包括：第一次级绕组与第二次级绕组；

所述第一次级绕组与所述第二次级绕组连接；

所述第一次级绕组用于根据所述第一输入电压输出第一输出电压；

所述第二次级绕组用于根据所述第二输入电压输出第二输出电压。

本实用新型进一步地设置，所述变压器还包括：第一二极管、第二二极管与第二电容；其中，

所述第一二极管的正极与所述第一次级绕组连接，所述第一二极管的负极与所述第二电容的一端连接；

所述第二二极管的正极与所述第二次级绕组连接，所述第二二极管的负极与所述第二电容的一端连接；

所述第二电容的另一端接地。

本实用新型进一步地设置，所述第一输入电压与所述第二输入电压相等。

本实用新型进一步地设置，所述电压反馈模块包括：光电耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压源和第三电容；

所述光电耦合器的第一引脚分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的另一端连接；

所述光电耦合器的第二引脚分别与所述第二电阻的另一端、所述稳压源的阴极和所述第三电容的一端连接；

所述光电耦合器的第三引脚接地，所述光电耦合器的第四引脚与所述主控模块连接，所述第一电阻的另一端与所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端连接；

所述第三电容的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端和所述稳压源的参考极连接，所述第四电阻的另一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第五电阻的另一端和所述稳压源的阳极均接地。

一种主动均流终端设备，包括PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的主动均流电源电路。

本实用新型提供的一种主动均流电源电路和主动均流终端设备，所述主动均流电源电路与负载连接，所述主动均流电源电路包括：主控模块、第一开关模块、第二开关模块、供电模块和N个变压器，其中N大于等于2；所述主控模块分别与所述第一开关模块以及所述第二开关模块连接，所述主控模块用于输出第一控制信号控制所述第一开关模块的通断，并输出第二控制信号控制所述第二开关模块的通断；所述第一开关模块接入第一输入电压，并与第N个变压器的初级绕组连接，所述第一开关模块用于控制所述第N个变压器是否接入第一输入电压；所述供电模块与所述第1个变压器的初级绕组连接，所述供电模块用于为所述第1个变压器的初级绕组提供第二输入电压；所述第二开关模块分别与所述供电模块以及第1个变压器的初级绕组连接，所述第二开关模块用于控制所述第1个变压器是否接入第二输入电压；所述N个变压器的初级绕组相互串联，所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端与所述负载连接，所述N个变压器用于根据所述第一输入电压与所述第二输入电压得到输出电压，以为所述负载供电。本实用新型通过将N个变压器的初级绕组相互串联，并将N个变压器的次级绕组并联后的输出端与负载连接，N个变压器根据第一输入电压与第二输入电压得到输出电压，以为负载供电，以达到各变压器输出相同大小的电压至负载，从而实现了均流输出，有效地降低了电路架构，进而提高了电路的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的主动均流电源电路的电路原理图。

附图标记：100、主控模块；200、第一开关模块；300、第二开关模块；400、供电模块；500、反馈模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本实用新型提供的一种主动均流电源电路和主动均流终端设备，通过将N个变压器的初级绕组相互串联，并将N个变压器的次级绕组并联后的输出端与负载连接，N个变压器根据第一输入电压与第二输入电压得到输出电压，以为负载供电，以达到各变压器输出相同大小的电压至负载，从而实现了均流输出，有效地降低了电路架构，进而提高了电路的稳定性和可靠性。

下面通过具体示例性的实施例对主动均流电源电路设计方案进行描述，需要说明的是，下列实施例只用于对实用新型的技术方案进行解释说明，并不做具体限定：

请参阅图1，本实用新型提供的一种主动均流电源电路，与负载连接，所述主动均流电源电路包括：主控模块100、第一开关模块200、第二开关模块300、供电模块400和N个变压器，其中N大于等于2；所述主控模块100分别与所述第一开关模块200以及所述第二开关模块300连接，所述主控模块100用于输出第一控制信号控制所述第一开关模块200的通断，并输出第二控制信号控制所述第二开关模块300的通断；所述第一开关模块200接入第一输入电压，并与第N个变压器LN的初级绕组LN1连接，所述第一开关模块200用于控制所述第N个变压器LN是否接入第一输入电压；所述供电模块400与所述第1个变压器L1的初级绕组L11连接，所述供电模块400用于为所述第1个变压器L1的初级绕组L11提供第二输入电压；所述第二开关模块300分别与所述供电模块400以及第1个变压器L1的初级绕组L11连接，所述第二开关模块300用于控制所述第1个变压器L1是否接入第二输入电压；所述N个变压器的初级绕组LN1相互串联，所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端与所述负载连接，所述N个变压器用于根据所述第一输入电压与所述第二输入电压得到输出电压，以为所述负载供电。

具体地，所述N个变压器的参数相同，所述N个变压器的初级绕组相互串联，所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端与所述负载连接，所述第一开关模块200与所述第N个变压器LN的初级绕组LN1连接，以接收所述第一开关模块200接入的第一输入电压(即市电)，所述供电模块400则与所述第1个变压器L1的初级绕组L1连接，以为所述第1个变压器L1提供第二输入电压。所述主控模块100分别与所述第一开关模块200以及所述第二开关模块300连接，通过输出第一控制信号与第二控制信号控制所述第一开关模块200与所述第二开关模块300交替开关。其中，所述主控模块100为电源管理芯片U1，所述第一控制信号与所述第二控制信号为PWM信号或者PFM信号，所述第一控制信号与所述第二控制信号的周期相同但相位互补。

具体实施时，所述主控模块100首先控制所述第一开关模块200闭合，使得所述第N个变压器LN通过第一输入电压输入端VIN接入第一输入电压，各个变压器的次级绕组相应的输出输出电压，同时，为所述供电模块400充电。当所述主控模块100控制所述第二开关模块300闭合，并控制所述第一开关模块200断开时，所述供电模块400为变压器的初级绕组提供第二输入电压，其中所述第一输入电压与所述第二输入电压相等。因各个变压器的输入电压相同，那么流经各个变压器的输入电流相同，即各个变压器的初级绕组能够实现主动均流。而根据安匝平衡(也即磁势平衡，磁势等于电流的安培数与绕组的匝数之乘积)的原理，那么各个变压器的次级绕组的输出电压也相等，各个变压器的次级输出电流也相等，即各个变压器的次级绕组也能够实现主动均流，从而实现了均流输出，相对于现有技术方案中的通过外加均流控制芯片或者数字均流控制算法才可实现均流控制，本实用新型不仅可以有效地降低了电路架构，还有效地提高了电路的稳定性和可靠性。

在一个实施例的进一步地实施方式中，所述变压器的次级绕组包括：第一次级绕组与第二次级绕组；所述第一次级绕组与所述第二次级绕组连接；所述第一次级绕组用于根据所述第一输入电压输出第一输出电压；所述第二次级绕组用于根据所述第二输入电压输出第二输出电压。

具体地，当所述第N个变压器LN的初级绕组接入第一输入电压时，各个变压器的第一次级绕组输出第一输出电压，当所述第1个变压器L1的初级绕组接入第二输入电压时，各个变压器的第二次级绕组输出第二输出电压，各个变压器的第一次级绕组或第二次级绕组的输出端并联后通过并接端VOUT输出输出电压至负载，以为负载供电。如图1所示，第1个变压器L1的初级绕组标记为L11，第一次级绕组标记为L12，第二次级绕组标记为L13，第2个变压器的初级绕组标记为L21，第一次级绕组标记为L22，第二次级绕组标记为L23，第N个变压器LN的初级绕组标记为LN1，第一次级绕组标记为LN2，第二次级绕组标记为LN3。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述第一开关模块200包括：第一开关管；所述第一开关管的控制端与所述主控模块100连接；所述第一开关管的第一端接入第一输入电压；所述第一开关管的第二端与所述第N个变压器LN的初级绕组连接。

具体地，所述第一开关管为第一MOS管Q1，所述第一MOS管Q1的控制端与所述主控模块100连接，所述第一MOS管Q1的漏极接入第一输入电压，所述第一MOS管Q1的源极与所述第N个变压器LN的初级绕组LN1连接，所述第一MOS管Q1的控制端在接入高电平时导通，即当所述主控模块100输出的第一控制信号为高电平信号时，所述第一开关管导通，所述第N个变压器LN的初级绕组LN1接入第一输入电压。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述第二开关模块300包括：第二开关管；其中，所述第二开关管的控制端与所述主控模块100连接；所述第二开关管的第一端与所述第1个变压器L1的初级绕组连接；所述第二开关管的第二端接地。

具体地，所述第二开关管为第二MOS管Q2，所述第二MOS管Q2的控制端与所述主控模块100连接，所述第二MOS管Q2的漏极与所述第1个变压器L1的初级绕组L11连接，所述第二MOS管Q2的源极接地。所述第二MOS管Q2的控制端在接入高电平时导通，即当所述主控模块100输出的第二控制信号为高电平信号时，所述第二MOS管Q2导通，此时所述第一MOS管Q1截止，所述供电模块400为所述第1个变压的初级绕组L11提供第二输入电压。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述供电模块400包括：第一电容C1；其中，所述第一电容C1的一端分别与所述第二开关管的第一端以及所述第1个变压器L1的初级绕组L11连接；其中，所述第一电容C1与所述第1个变压器L1的初级绕组L11以及所述第1个变压器L1的内置初级绕组构成谐振电路；所述第一电容C1的另一端接地。

具体地，所述第一电容C1与所述第1个变压器L1的初级绕组L11连接，其中各个变压器的初级绕组均连接有一内置初级绕组，所述第一电容C1与变压器的初级绕组、内置初级绕组构成谐振电路。所述第一MOS管Q1导通时，通过初级绕组接入的第一输入电压为所述第一电容C1供电，当所述第一MOS管Q1截止，所述第二MOS管Q2导通时，所述第一电容C1放电，为所述各个变压器提供第二输入电压。

在一个实施例的进一步地实施方式中，所述变压器还包括：第一二极管、第二二极管与第二电容；其中，所述第一二极管的正极与所述第一次级绕组连接，所述第一二极管的负极与所述第二电容的一端连接；所述第二二极管的正极与所述第二次级绕组连接，所述第二二极管的负极与所述第二电容的一端连接；所述第二电容的另一端接地。

具体地，当变压器的初级绕组接入第一输入电压时，变压器的第一次级绕组输出第一输出电压，并经所述第一二极管整流以及经所述第二电容滤波后输出。当变压器的初级绕组接入第二输入信号时，变压器的第二次级绕组输出的第二输出电压经所述第二二极管整流以及经所述第二电容滤波后输出。如图1所示，将第1个变压器L1的第一二极管标记为D11，第二二极管标记为D12，第二电容标记为C21，将第2个变压器L2的第一二极管标记为D21，第二二极管标记为D22，第二电容标记为C22，第N个变压器LN的第一二极管标记为DN1，第二二极管标记为DN1，第二电容标记为CN2。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述主动均流电源电路还包括：电压反馈模块500；所述电压反馈模块500分别与所述主控模块100和所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端连接；所述电压反馈模块500用于根据所述输出电压输出反馈信号至所述主控模块100。

具体地，所述电压反馈模块500包括：光电耦合器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、稳压源Q3和第三电容C3；所述光电耦合器U2的第一引脚分别与所述第一电阻R1的一端和所述第二电阻R2的另一端连接；所述光电耦合器U2的第二引脚分别与所述第二电阻R2的另一端、所述稳压源Q3的阴极和所述第三电容C3的一端连接；所述光电耦合器U2的第三引脚接地，所述光电耦合器U2的第四引脚与所述主控模块100连接，所述第一电阻R1的另一端与所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端连接；所述第三电容C3的另一端与所述第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与所述第四电阻R4的一端、所述第五电阻R5的一端和所述稳压源Q3的参考极连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第一电阻R1的另一端连接，所述第五电阻R5的另一端和所述稳压源U2的阳极均接地。在一些实施例中，所述稳压源Q3的型号为TL431。

在所述变压电压输出的整个过程中，所述主控模块100会检测所述负载是否会发生过重或者过轻的情况，当检测到所述负载过重时，也即检测到所述负载中的电阻过大时，此时，所述光电耦合器U2的第四引脚(本实施例中的FB引脚)会输出很高的电压信号，所述主控模块100再根据所述电压信号增大所述第一控制信号或所述第二控制信号中高电平的占空比的时间，从而最终增大变压器输出电压的大小。而当所述主控模块100检测到所述负载过轻时，也即检测到所述负载中的电阻过小时，此时，所述光电耦合器U2的第四脚会输出较低的电压信号，所述主控模块100再根据所述电压信号降低所述第一控制信号或所述第二控制信号的频率(负载重频率低，负载轻频率高)，从而实现输出电压的闭环控制，即电压负反馈。通过检测所述负载的过重或过轻情况，并由所述光电耦合器U2输出反馈电压(电压信号)至所述主控模块100，以便主控模块100控制所述第一控制信号或所述第二控制信号的频率，最终实现输出电压稳定，从而实现了在所述负载的过重时，将输出电压增大，在所述负载过轻时，将输出电压降低，进而有效地增加了所述主动均流电源电路的带负载能力。在一些实施例中，所述光电耦合器U2为光电三极管型光电耦合器。

在一些实施例中，本实用新型还相应提供了一种主动均流终端设备，包括PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的主动均流电源电路；由于上述对该所述主动均流电源电路进行了详细的描述，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型提供的一种主动均流电源电路和主动均流终端设备，通过将N个变压器的初级绕组相互串联，并将N个变压器的次级绕组并联后的输出端与负载连接，N个变压器根据第一输入电压与第二输入电压得到输出电压，以为负载供电，以达到各变压器输出相同大小的电压至负载，从而实现了均流输出，均流精度高，同时方便设计，故障率低，无需额外增加均流控制单元电路，有效地降低了电路架构，成本优化，进而提高了电路的稳定性和可靠性。实际应用可根据需求来选择变压器的数量，应用灵活，适于LLC、推挽、反激及移相全桥等电源拓扑架构。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动均流电源电路，与负载连接，其特征在于，所述主动均流电源电路包括：主控模块、第一开关模块、第二开关模块、供电模块和N个变压器，其中N大于等于2；

所述主控模块分别与所述第一开关模块以及所述第二开关模块连接，所述主控模块用于输出第一控制信号控制所述第一开关模块的通断，并输出第二控制信号控制所述第二开关模块的通断；

所述第一开关模块接入第一输入电压，并与第N个变压器的初级绕组连接，所述第一开关模块用于控制所述第N个变压器是否接入第一输入电压；

所述供电模块与所述第1个变压器的初级绕组连接，所述供电模块用于为所述第1个变压器的初级绕组提供第二输入电压；

所述第二开关模块分别与所述供电模块以及第1个变压器的初级绕组连接，所述第二开关模块用于控制所述第1个变压器是否接入第二输入电压；

所述N个变压器的初级绕组相互串联，所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端与所述负载连接，所述N个变压器用于根据所述第一输入电压与所述第二输入电压得到输出电压，以为所述负载供电。

2.根据权利要求1所述的主动均流电源电路，其特征在于，还包括：电压反馈模块；

所述电压反馈模块分别与所述主控模块和所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端连接；

所述电压反馈模块用于根据所述输出电压输出反馈信号至所述主控模块。

3.根据权利要求1所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述第一开关模块包括：第一开关管；

所述第一开关管的控制端与所述主控模块连接；

所述第一开关管的第一端接入第一输入电压；

所述第一开关管的第二端与所述第N个变压器的初级绕组连接。

4.根据权利要求1所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述第二开关模块包括：第二开关管；其中，

所述第二开关管的控制端与所述主控模块连接；

所述第二开关管的第一端与所述第1个变压器的初级绕组连接；

所述第二开关管的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述供电模块包括：第一电容；其中，

所述第一电容的一端分别与所述第二开关管的第一端以及所述第1个变压器的初级绕组连接；其中，所述第一电容与所述第1个变压器的初级绕组以及所述第1个变压器的内置初级绕组构成谐振电路；

所述第一电容的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述变压器的次级绕组包括：第一次级绕组与第二次级绕组；

所述第一次级绕组与所述第二次级绕组连接；

所述第一次级绕组用于根据所述第一输入电压输出第一输出电压；

所述第二次级绕组用于根据所述第二输入电压输出第二输出电压。

7.根据权利要求6所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述变压器还包括：第一二极管、第二二极管与第二电容；其中，

所述第一二极管的正极与所述第一次级绕组连接，所述第一二极管的负极与所述第二电容的一端连接；

所述第二二极管的正极与所述第二次级绕组连接，所述第二二极管的负极与所述第二电容的一端连接；

所述第二电容的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述第一输入电压与所述第二输入电压相等。

9.根据权利要求2所述的主动均流电源电路，其特征在于，所述电压反馈模块包括：光电耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、稳压源和第三电容；

所述光电耦合器的第一引脚分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的另一端连接；

所述光电耦合器的第二引脚分别与所述第二电阻的另一端、所述稳压源的阴极和所述第三电容的一端连接；

所述光电耦合器的第三引脚接地，所述光电耦合器的第四引脚与所述主控模块连接，所述第一电阻的另一端与所述N个变压器的次级绕组并联后的输出端连接；

所述第三电容的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端和所述稳压源的参考极连接，所述第四电阻的另一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第五电阻的另一端和所述稳压源的阳极均接地。

10.一种主动均流终端设备，包括PCB板，其特征在于，所述PCB板上设置有如权利要求1-9任意一项所述的主动均流电源电路。

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