WO2021051776A1 - 一种高性能宽输出电压范围的电源及其控制方法 - Google Patents

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Definitions

  • the second transformer T2 is provided with a second primary winding 211 and a second secondary winding 212, and the second secondary winding 212 leads to three output terminals (that is, as shown in FIG. 1
  • the second common terminal 2121, the second output terminal a2122, and the second output terminal b2123), the second common terminal 2121 and the second output terminal a2122 are connected to the corresponding rectifier circuit to form the first rectifier branch 20 A rectifying path, and the second common terminal 2121 and the second output terminal b2123 are connected to the corresponding rectifying circuit to form the second rectifying path in the second rectifying branch 20, and the rectifying circuit forming the second rectifying path A strobe switch is connected in series.
  • the first rectifier branch 10 is a classic rectifier circuit design, with only one variable voltage output voltage value, and a rectifier circuit is connected between the two output terminals of the secondary winding to form a unique rectifier path.
  • the second rectifying branch 20 has two transformed output voltage values, namely: the transformed voltage value output by the first rectifying path of the second rectifying branch 20 and the output voltage of the second rectifying path of the second rectifying branch 20. Transformation voltage value. Therefore, by changing and selecting different changeover switches 33, a plurality of different transformed voltage value outputs are realized, so as to adapt to meet the voltage output demand of more load power consumption.
  • the third embodiment is compared with the second embodiment, except for the above differences, the rest are the same, so it will not be repeated here.

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Abstract

本发明提供了一种高性能宽输出电压范围的电源及其控制方法。其中高性能宽输出电压范围的电源包括M个整流支路和串并联变换模块，每个整流支路设有变压器、整流电路、正极输出极和负极输出极，每个变压器包含N个副边绕组，N个副边绕组包括至少N+1个输出端，N个输出端、公共端与相应的整流电路形成预定电压值且路径不同的L个整流通路，L个整流通路中有至少L-1个整流通路串接有选通开关，串并联变换模块设有正极连接线路、负极连接线路和若干个变换开关。应用本发明技术方案解决了现有技术中在宽输出电压需求下仍难以在全输出电压范围内获得较佳性能的问题；同时，本发明应用交错控制方法，可以有效减小输出电流纹波，减少EMI干扰。

Description

一种高性能宽输出电压范围的电源及其控制方法 技术领域
本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种高性能宽输出电压范围的电源及其控制方法。
 背景技术
随着应用场景的增多，对电源的输出电压范围要求也越来越高，比如电动汽车充电的应用中，由于同一充电桩需要对不同车型进行充电，在对物流车以及小型车充电时需要低压200～300V充电，而对大型公交车充电时其充电电压又高达800～900V，普通乘用车大概需要400～500V充电。所以，在极宽的输出电压范围内都需要充电电源高效输出。
普通充电电源模块最高输出电压在800V以下，低压到了600V以下就会限功率。要提高输出电压，就需要换更高耐压的整流二极管，器件成本大幅提高；要提高低压下的输出功率，就需要换更大通流能力的二极管和原边开关管，换更大体积的变压器，成本和体积都显著增加，并且低压下转换效率低。为适应宽电压范围输出的需要，一些优化方案应运而生，比如通过多路开关切换变压器绕组来扩展电源输出范围和效率，这样可以比传统电源的一个最佳工作点多一个最佳工作点，获得较佳性能；再比如，两路输出通过开关连接成并联或者串联方式输出，这是将单路输出的最佳工作点通过输出串并联，扩展到2个最佳工作点，从而获得更宽的输出电压和性能(效率)。虽然通过上述优化，可以将普通电源的最佳工作点扩展为2个最佳工作点，从而获得2段较好的输出特性，但是对于超宽范围（如150V～1000V）的充电需求，仍然存在：在宽输出电压需求下仍难以在全输出电压范围内获得较佳性能的问题。
 技术问题
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高性能宽输出电压范围的电源及其控制方法，旨在解决现有技术中在宽输出电压需求下仍难以在全输出电压范围内获得较佳性能的问题。
 技术解决方案
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种高性能宽输出电压范围的电源，其包括M个整流支路，M为整数且M≥2，每个整流支路设有变压器、整流电路、正极输出极和负极输出极，每个变压器包含N个副边绕组，N为整数且N≥1，N个副边绕组包括至少N+1个输出端，至少N+1个输出端中有一个公共端，其余N个输出端、公共端与相应的整流电路形成预定电压值且路径不同的L个整流通路，其中L≥1，每个整流通路均具有正极子和负极子，正极子形成正极输出极和负极子形成负极输出极，且L个整流通路中有至少有L-1个整流通路串接有选通开关，该高性能宽输出电压范围的电源还包括串并联变换模块，串并联变换模块设有正极连接线路、负极连接线路和若干个变换开关；其中第一个整流支路的正极输出极与正极连接线路电连接，该整流支路的负极输出极通过变换开关与负极连接线路电连接；第M个整流支路的负极输出极与负极连接线路电连接，该整流支路的正极输出极通过变换开关与正极连接线路电连接；剩余第二到第M-1个整流支路的正极输出极分别通过变换开关与正极连接线路电连接，剩余第二到第M-1个整流支路的负极输出极分别通过变换开关与负极连接线路电连接；第K个整流支路的负极输出极与第K+1个整流支路的正极输出极通过变换开关电连接，其中K为整数，K≥1且K+1≤M。
根据本发明的另一方面，提供了一种应用于前述的高性能宽输出电压范围的电源的控制方法，施加于每个整流支路中原边高频变换电路的控制驱动信号，相互错开一定角度，工作于交错工作模式。
 有益效果
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
应用本发明提供的高性能宽输出电压范围的电源对负载设备执行变压电压输出，通过调整相应的变换开关以使得多个整流支路之间实现并联模式工作输出电压或者串联模式工作输出电压，并且配合各个整流支路的副边绕组的比例选取相应的工作绕组配比，从而实现了更宽的输出电压范围，实现了与负载设备额定电压相配的工作匹配，从而使电源在宽输出电压需求下在全输出电压范围内获得较佳性能。同时，在本发明中应用前述交错控制方法，可以减小输出电流纹波，降低EMI干扰（Electromagnetic Interference ，简称EMI，直译为电磁干扰），从而减小输出电感、输出滤波电容及滤波器体积，降低成本。
 附图说明
图1是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第一实施例的电路原理图；
图2是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第二实施例的电路原理图；
图3是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第三实施例的电路原理图；
图4是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第四实施例的电路原理图；
图5是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第五实施例的电路原理图；
图6是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第六实施例的电路原理图；
图7是本发明的高性能宽输出电压范围的电源的第七实施例的电路原理图；
图8是第七实施例中全波整流形成的其中一个整流通路的原理解析图一；
图9是第七实施例中全波整流形成的与图8所示为同一个整流通路的原理解析图二。
在附图中，各附图标记表示：
10、第一整流支路；11、第一原边高频变换电路；111、第一原边绕组；112、第一副边绕组；1121、第一公共端；1122、第一输出端a；1123、第一输出端b；20、第二整流支路；21、第二原边高频变换电路；211、第二原边绕组；212、第二副边绕组；2121、第二公共端；2122、第二输出端a；2123、第二输出端b；90、第三整流支路；91、第三原边高频变换电路；911、第三原边绕组；912、第三副边绕组；9121、第三公共端；9122、第三输出端a；9123、第三输出端b；40、输出滤波器；50、电感元件；60、滤波电容；70、选通开关；81、第一电平测点；82、第二电平测点；83、第一电平测试电阻；84、第二电平测试电阻；30、串并联变换模块；31、正极连接线路；32、负极连接线路；321、参考地连接点；33、变换开关。
 本发明的实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
解释说明1：电流沿着二极管的通流方向为正方向流通时电流能够通过二极管导通，电流沿着二极管的通流方向为负方向时电流被二极管阻断导通。
解释说明2：在本发明中，副边绕组电压极性正和负输出时，在整流电路中形成的电流通路，称为整流通路。
在本发明中，该高性能宽输出电压范围的电源包括M个整流支路，M为整数且M≥2，每个整流支路设有变压器、整流电路、正极输出极和负极输出极，每个变压器包含N个副边绕组，N为整数且N≥1，N个副边绕组包括至少N+1个输出端，至少N+1个输出端中有一个公共端，其余N个输出端、公共端与相应的整流电路形成预定电压值且路径不同的L个整流通路，其中L≥1，每个整流通路均具有正极子和负极子，正极子形成正极输出极和负极子形成负极输出极，且L个整流通路中至少有L-1个整流通路串接有选通开关，该高性能宽输出电压范围的电源还包括串并联变换模块，串并联变换模块设有正极连接线路、负极连接线路和若干个变换开关；其中第一个整流支路的正极输出极与正极连接线路电连接，该整流支路的负极输出极通过变换开关与负极连接线路电连接；第M个整流支路的负极输出极与负极连接线路电连接，该整流支路的正极输出极通过变换开关与正极连接线路电连接；剩余第二到第M-1个整流支路的正极输出极分别通过变换开关与正极连接线路电连接，剩余第二到第M-1个整流支路的负极输出极分别通过变换开关与负极连接线路电连接；第K个整流支路的负极输出极与第K+1个整流支路的正极输出极通过变换开关电连接，其中K为整数，K≥1且K+1≤M。
在本申请中，主要涉及但不限于全桥整流和全波整流而获得直流电输出，其中，如图1至图6所示为全桥整流获得直流电输出的原理图，图7所示为全波整流获得直流电输出的原理图。在图1至图6所示的全桥整流中，在每个整流支路中，副边绕组具有N个，则相应地，公共端与其余N个输出端之间与相应的整流电路形成的整流通路的数量也为N个，即L=N，N个整流通路路径不同。在图7所示的全波整流中，在每个整流支路中，副边绕组具有N个，则相应地，公共端与其余N个输出端之间与相应的整流电路形成的整流通路的数量L=（1/2）*N个，如图8和图9所示，其示出了所形成的同一个整流通路的原理解析过程，其中，图8和图9中虚线及箭头表示整流过程中电流流向，其余原理相同则不再赘述。
如图1所示，其示出了高性能宽输出电压范围的电源的一种电路原理图。在第一实施例中，该高性能宽输出电压范围的电源包括第一整流支路10和第二整流支路20两个整流支路，第一整流支路10通过第一原边高频变换电路11连接第一变压器T1进行电压变压，第二整流支路20通过第二原边高频变换电路21连接第二变压T2进行电压变压。在第一整流支路10中，第一变压器T1设有第一原边绕组111和第一副边绕组112，并且第一副边绕组112引出了仅有的两个输出端（即图1中所示的第一公共端1121和第一输出端a1122），第一公共端1121和第一输出端a1122之间与相应的整流电路连接而形成了第一整流支路10的唯一的整流通路（第一实施例中交流电整流为直流电输出的整流形式为全桥整流）。在第二整流支路20中，第二变压器T2设有第二原边绕组211和第二副边绕组212，并且第二副边绕组212引出了三个输出端（即图1中所示的第二公共端2121、第二输出端a2122和第二输出端b2123），第二公共端2121和第二输出端a2122之间与相应的整流电路连接而形成了第二整流支路20中的第一整流通路，以及第二公共端2121和第二输出端b2123之间与相应的整流电路连接而形成了第二整流支路20中的第二整流通路，并且在形成第二整流通路的整流电路中串接有选通开关。并且，该高性能宽输出电压范围的电源还包括串并联变换模块30，串并联变换模块30设有正极连接线路31、负极连接线路32和若干个变换开关33。每个整流通路均具有正极子和负极子，所有正极子形成了相应的整流支路的正极输出极以及所有负极子形成了相应的整流支路的负极输出极，在第一实施例中，第一整流支路10的正极输出极与正极连接线路31电连接，第二整流支路20的负极输出极与负极连接线路32电连接，并且第一整流支路10的负极输出极与负极连接线路32之间通过一个变换开关33电连接，第二整流支路20的正极输出极与正极连接线路31之间通过一个变换开关33电连接。在第一整流支路10和第二整流支路20之间，第一整流支路10的负极输出极与第二整流支路20的正极输出极之间通过一个变换开关33电连接。
该高性能宽输出电压范围的电源还包括输出滤波器40，正极连接线路31与输出滤波器40的正极输入端电连接，负极连接线路32与输出滤波器40的负极输入端电连接，负载设备则连接在输出滤波器40的输出端子而实现负载用电（例如汽车蓄电池进行充电操作）。
在第一实施例中，第一整流支路10为经典的整流电路设计，仅具有一个变压输出电压值，在副边绕组的两个输出端之间连接整流电路而形成唯一的整流通路。而第二整流支路20则具有两个变压输出电压值，即：第二整流支路20的第一整流通路输出的变压电压值和第二整流支路20的第二整流通路输出的变压电压值。因此，通过变换选择不同的变换开关33而实现多个不同的变压电压值输出，从而适应满足更多负载用电的电压输出需求。如图1所示：将与第二整流支路20的正极输出极连接的两个变换开关33断开，并将第一整流支路10的负极输出极与负极连接线路32之间的变换开关33闭合，此时将只有第一整流支路10执行工作而输出变压电压；将第二整流支路20的正极输出极与正极连接线路31之间的变换开关33闭合，将第二整流支路20的正极输出极与第一整流支路10的负极输出极之间的变换开关33断开，并将第一整流支路10的负极输出极与负极连接线路32之间的变换开关33断开，此时将只有第二整流支路20执行工作而输出变压电压；将第一整流支路10的负极输出极与负极连接线路32之间的变换开关33闭合，将第二整流支路20的正极输出极与正极连接线路31之间的变换开关33闭合，并将第二整流支路20的正极输出极与第一整流支路10的负极输出极之间的变换开关33断开，此时则第一整流支路10和第二整流支路20实现并联连接而输出变压电压，其中，通过操作选通开关闭合或断开而对第二整流支路20的第一整流通路和第二整流通路进行选取，使得并联连接时第一整流支路10的正极输出极与负极输出极之间的变压电压值等于第二整流支路20的正极输出极与负极输出极之间的变压电压值；将第一整流支路10的负极输出极与负极连接线路32之间的变换开关33断开，将第二整流支路20的正极输出极与正极连接线路31之间的变换开关33断开，并将第二整流支路20的正极输出极与第一整流支路10的负极输出极之间的变换开关33闭合，此时则第一整流支路10和第二整流支路20实现串联连接而输出变压电压，此时，可以通过操作选通开关闭合或断开而任意选择第二整流支路20中的第一整流通路或第二整流通路与第一整流支路10形成串联连接。
在每个整流支路中，副边绕组的每个输出端与正极输出极之间、与负极输出极之间分别连接有利用二极管而连接形成整流电路。如图1所示，在第一整流支路10中，第一副边绕组112的第一输出端a1122与所形成的正极输出极和负极输出极之间的整流电路上分别设置有二极管D12和D15、第一公共端1121与所形成的正极输出极和负极输出极之间的整流电路上设置有二极管D13和D16，第一输出端a1122分别和二极管D12的阳极、二极管D15的阴极连接，第一公共端分别和二极管D13的阳极、二极管D16的阴极连接，二极管D12和二极管D13的阴极连接正极输出极，二极管D15和二极管D16的阳极连接负极输出极。在第二整流支路20中，第二副边绕组212的第二输出端b2123与所形成的正极输出极之间的整流电路上设置有二极管D21并在该整流电路上设置有第一个选通开关70、第二输出端b2123与所形成的负极输出极之间的整流电路上设置有二极管D24并在该整流电路上设置有第二个选通开关70，第二输出端b2123分别和二极管D21的阳极、二极管D24的阴极连接，二极管D21的阴极连接第一个选通开关70的一端，第一个选通开关70的另一端连接正极输出极，二极管D24的阳极连接第二个选通开关70的一端，第二个选通开关70的另一端连接负极输出极，一般地，二极管D21和第一个选通开关70是串联连接，其位置互换并不影响本实施例的实现，类似地，二极管D24和第二个选通开关70的位置也可以互换；第二输出端a2122与所形成的正极输出极和负极输出极之间的整流电路上分别设置有二极管D22和二极管D25，第二公共端2121与所形成的正极输出极和负极输出极之间的整流电路上分别设置有二极管D23和二极管D26，第二输出端a2122分别和二极管D22的阳极、二极管D25的阴极连接，第二公共端2121分别和二极管D23的阳极、二极管D26的阴极连接，二极管D22和二极管D23的阴极连接正极输出极，二极管D25和二极管D26的阳极连接负极输出极。
或者，在第一实施例中，可以将通过二极管进行整流的方式替代为同步整流MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，field-effect transistor）的整流方式，即在整流电路中用MOS替换二极管，以提高效率。
如图1所示，在第二整流支路20中，当两个选通开关70均断开时，此时第二输出端a2122和第二公共端2121之间形成的绕组Ns21执行变压工作；当两个选通开关70闭合时，此时第二公共端2121和第二输出端b2123之间形成的绕组（Ns21+Ns22）执行变压工作。
具体地，在每个整流支路中，正极输出极与正极连接线路31之间设有电感元件50（或负极输出极与负极连接线路32之间设有电感元件50）。如图1所示，第一整流支路10的正极输出极与正极连接线路31之间设置有电感元件50，第二整流支路20的正极输出极在并联连接方式时与正极连接线路31之间（以及在串联连接方式时第一整流支路10的负极输出极之间）设置有电感元件50。进一步地，在输出滤波器40与串并联变换模块30之间设置有滤波电容60。
如图2所示，其示出了第二实施例的宽输出电压范围的电路原理图。在第二实施例中，每个变压器的副边绕组包括三个输出端，即：第一变压器T1的第一副边绕组112设有三个输出端，在第一变压器T1中分别为第一公共端1121、第一输出端a1122和第二输出端b1123，在第二变压器T2中分别为第二公共端2121、第二输出端a2122和第二输出端b2123。在每个变压器的副边绕组中，公共端与其余两个输出端之间的副边绕组匝数依次增多，例如在第一变压器T1的第一副边绕组112中，第一公共端1121与第一输出端a1122之间的绕组Ns11匝数少于第一公共端1121与第二输出端b1123之间的绕组（Ns11+ Ns12）匝数，第二变压器T2的第二副边绕组212则与第一变压器T1的情况相同，即绕组Ns21匝数少于绕组（Ns21+ Ns22）匝数。在第一整流支路的整流通路中，第一公共端1121与正极输出极之间的整流电路上设置二极管D13（或者二极管替换为同步整流MOSFET）但不设置选通开关70、第一公共端与负极输出极之间的整流电路上设置二极管D16（或者二极管替换为同步整流MOSFET）但不设置选通开关70；第一输出端a1122与正极输出极之间的整流电路上设置二极管D12（或者二极管替换为同步整流MOSFET）但不设置选通开关70，且第一输出端a1122与负极输出极之间的整流电路上设置二极管D15（或者二极管替换为同步整流MOSFET）但不设置选通开关70；第一输出端b1123与正极输出极之间的整流电路上设置选通开关70和二极管D11（或者二极管替换为同步整流MOSFET），第一输出端b1123与负极输出极之间的整流电路上设置选通开关70和二极管D14（或者二极管替换为同步整流MOSFET）。因此，第一整流支路形成了两个整流通路，即：第一公共端1121与第一输出端a1122之间连接的相应整流电路形成了第一整流通路，第一公共端1121和第二输出端b1123之间连接的相应整流电路形成了第二整流通路；同理在第二整流支路中也相应形成了两个整流通路。与第一实施例相比较而言，第二实施例相同地设置了第一整流支路10和第二整流支路20两个整流支路，其中，第二实施例的第二整流支路20与第一实施例的第二整流支路20电路布局完全相同，不同之处在于，第二实施例的第一整流支路10与第二实施例的第二整流支路20的电路布局相同。
在第二实施例中，第一整流支路10和第二整流支路20均为可调节变比高频整流支路，且每个整流支路只有一个整流通路设置选通开关，可以在每个整流支路中实现2个最佳工作点。简单起见，设计第一整流支路10和第二整流支路20的参数相同；以第一整流支路10参数设计为例，绕组Ns11匝数与绕组Ns12匝数的匝数比值为K,取K=7/3，如果电源设计参数使得第一整流支路10的最高输出电压为第一最佳工作点U11，则第一整流支路10的第二个最佳工作点U12=7/（7+3）=0.7U11；因为第一整流支路10和第二整流支路20为相同设计，因此第二整流支路20的第一最佳工作点U21=U11，第二整流支路20的第二最佳工作点U22=U12=0.7U21。通过串并联变换模块30将第一整流支路10和第二整流支路20输出连接为并联模式时，整个电源输出有2个最佳工作点：U=U11=U21和0.7U=U12=U22；而当串并联变换模块30将第一整流支路10和第二整流支路20输出连接为串联模式时，整个电源输出有另外2个最佳工作点：2U=U11+U21和1.4U=U12+U22，这样通过第一副边绕组112和第二副边绕组212的绕组变换和串并联连接，可以得到0.7U、U、1.4U和2U共4个最佳工作点，在本发明中，在输出串联工作时，还可以通过控制可调节变比高频整流通路中相应的选通开关70，使得第一整流支路10工作于第一最佳工作点U模式，而第二整流支路20工作于第二最佳工作点0.7U模式，或者两个支路工作状态对换，亦或者是第一整流支路10和第二整流支路20在这两种模式中交替工作，都可以获得第5个最佳工作点：1.7U=U+0.7U。因此，在本实施例中电源一共可以有0.7U、U、1.4U、1.7U和2U共5个最佳工作点，从而使电源在整个输出电压范围获得整体较优性能。比如这里U设计成500V，这样，本发明该实施例可以实现在350V、500V、700V、850V和1000V都可以工作在最佳工作点，从而使电源在宽电压范围内都有较好的性能，获得高效率。
第二实施例与第一实施例相比较而言，除具有以上不同之处外，其余均相同，因而在此不再赘述。
如图3所示，其示出了第三实施例的宽输出电压范围的电路原理图。与第二实施例相比较而言，第三实施例具有以下不同之处。在串并联变换模块30中变换开关33采用两个单刀双掷开关；第二整流支路20的正极输出极与其中一个单刀双掷开关的闸刀主接线柱电连接，该单刀双掷开关的两个副接线柱分别与第一整流支路10的负极输出极、正极连接线路31电连接；负极连接线路32与另一个单刀双掷开关的闸刀主接线柱电连接，该单刀双掷开关的其中一个副接线柱与第一整流支路10的负极输出极电连接，另一个副接线柱空载。
第三实施例与第二实施例相比较而言，除具有以上不同之处外，其余均相同，因而在此不再赘述。
如图4所示，其示出了第四实施例的宽输出电压范围的电路原理图。
与第二实施例相比较而言，第四实施例具有以下不同之处。负极连接线路32设有参考地连接点321（GND），每个整流支路的负极输出极上分别设有电平测点，且每个电平测点与参考地连接点321之间设有电平测试电阻，并且，电平测试电阻设置在参考地连接点321与相应的变换开关33之间。具体地，第一整流支路10的负极输出极上设有第二电平测点82（Is2），第二整流支路20的负极输出极上设有第一电平测点81（Is1），且两个电平测点与参考地连接点321之间设有电平测试电阻，即：第一电平测试电阻83（R2）和第二电平测试电阻84（R1）。第四实施例与第二实施例相比较而言，除具有以上不同之处外，其余均相同，因而在此不再赘述。
在第四实施例的基础上，同样地可以将第四实施例中串并联变换模块30中的变换开关33采用单刀双掷开关进行装配。当在第四实施例中采用单刀双掷开关进行装配时，则电平测试电阻设置在参考地连接点321与相应的单刀双掷开关之间。
如图5所示，其示出了第五实施例的高性能宽输出电压范围的电源的电路原理图。在第五实施例中，其与第二实施例相比较而言，不同之处在于：第一整流支路10的副边绕组引出了n（n≥4）个输出端，并且第二整流支路20的副边绕组引出了m（m≥4）个输出端，其中第一整流支路10和第二整流支路20分别具有一个公共端，在第一整流支路10和第二整流支路20中，公共端、与公共端之间匝数最少的输出端和两者之间的整流电路形成的整流通路上不设置选通开关70，其余输出端、公共端和两者之间的整流电路形成的整流通路上均设置选通开关70。在电路布局形式上，第五实施例则与第二实施例相同。第五实施例与第二实施例相比较而言，除具有以上不同之处外，其余均相同，因而在此不再赘述。
如图6所示，其示出了第六实施例的高性能宽输出电压范围的电源电路原理图。在第六实施例中，其与第二实施相比较而言，不同之处在于：第六实施例包括三个整流支路，即第一整流支路10、第二整流支路20以及第三整流支路90，其中，第三整流支路90设有第三变压器91，第三变压器91设有第三原边绕组911和第三副边绕组912，在第三副边绕组912中引出有第三公共端9121、第三输出端a9122和第三输出端b9123。并且，第六实施例的第一整流支路10与第二实施例的第一整流支路10的电路布局方式相同，第六实施例的第二整流支路20与第二实施例的第二整流支路20的电路布局方式相同，另外，第六实施例中，第三整流支路90的电路布局形式与该实施例的第一整流支路10的电路布局形式相同。
第六实施例与第二实施例相比较而言，除具有以上不同之处外，其余均相同，因而在此不再赘述。
如图7所示，其示出了第七实施例的高性能宽输出电压范围的电源电路原理图。第七实施例为全波整流输出直流电。在第七实施例中，第一变压器T1的第一副边绕组112的第一公共端1121由绕组的中部抽出，使得绕组Ns11匝数等于绕组Ns14匝数、绕组Ns12匝数等于绕组Ns13匝数，如图7所示以四个绕组为例进行说明（绕组Ns11匝数等于绕组Ns14匝数，绕组Ns12匝数等于绕组Ns13匝数），则结合图8和图9所示，四个绕组的五个输出端以及相应的整流电路形成了两个整流通路，即：当选通开关K11和选通开关K12同时断开时，此时其余两个输出端与第一公共端1121之间的整流电路形成第一整流通路；当选通开关K11和选通开关K12同时闭合时，此时设有选通开关的两路整流电路与第一公共端1121之间形成第二整流通路。第七实施例与第一～第六实施例相比较而言，第七实施例除了采用全波整流方式与第一～第六实施例采用全桥整流方式不同之外，其余均相同，在此不再赘述。
根据本发明的另一方面，提供了一种高性能宽输出电压范围的电源的控制方法，其中，该控制方法应用在前述的高性能宽输出电压范围的电源进行操作控制。具体地，施加于每个整流支路中原边高频变换电路的控制驱动信号，相互错开一定角度，工作于交错工作模式。
在应用本发明提供的高性能宽输出电压范围的电源对负载设备输出电压变压过程中，第一整流支路10、第二整流支路20、第三整流支路90以及第M整流支路（M≥3）驱动波形相位交错，当工作在并联模式下时，第一整流支路10、第二整流支路20、第三整流支路90以及第M整流支路的电感纹波电流相位错开角度，叠加后变小，使得流过滤波电容60的纹波电流变小，当工作在串联模式下时，由于第一整流支路10、第二整流支路20、第三整流支路90以及第M整流支路的开关波形错相，等效提高了开关频率，使电感的纹波电流减小，输出滤波电容60的电容的纹波电流也相应减小。
一般地，对于电源（以全桥整流为例）有M个整流支路（M≥2），并且每个整流支路绕组数为N1，N2，…，Nm，如果设计每个支路的最佳工作点都不相同，理论上可以获得2*（N1+N2+…+Nm）个最佳工作点，通过设计使得这些最佳工作在整个输出电压范围内合理分布，可以提高电源在整个宽输出电压范围内的性能；但由于受并联工作的最大功率限制，实际设计最佳工作点数量会少于理论数量，但只要支路绕组数足够，都可以设计出满足需求的方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

  1. 一种高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，
    其包括M个整流支路，M为整数且M≥2，每个所述整流支路设有变压器、整流电路、正极输出极和负极输出极，每个所述变压器包含N个副边绕组，N为整数且N≥1，所述N个副边绕组包括至少N+1个输出端，N+1个输出端中有一个公共端，其余至少N个输出端、所述公共端与相应的整流电路形成预定电压值且且路径不同的L个整流通路，其中L≥1，每个整流通路均具有正极子和负极子，正极子形成正极输出极和负极子形成负极输出极，且L个整流通路中至少有L-1个整流通路串接有选通开关，该高性能宽输出电压范围的电源还包括串并联变换模块，所述串并联变换模块设有正极连接线路、负极连接线路和若干个变换开关；
    其中第一个所述整流支路的正极输出极与所述正极连接线路电连接，该整流支路的负极输出极通过变换开关与所述负极连接线路电连接；
    第M个所述整流支路的负极输出极与所述负极连接线路电连接，该整流支路的正极输出极通过变换开关与所述正极连接线路电连接；
    剩余第二到第M-1个整流支路的正极输出极分别通过变换开关与所述正极连接线路电连接，剩余第二到第M-1个整流支路的负极输出极分别通过变换开关与所述负极连接线路电连接；
    第K个整流支路的负极输出极与第K+1个整流支路的正极输出极通过变换开关电连接，其中K为整数，K≥1且K+1≤M。
  2. 如权利要求1所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，
    在每个整流支路中，当N=L且N≥2时，公共端与其余N个输出端之间的副边绕组匝数依次增多；
    公共端、和所述公共端之间匝数最少的副边绕组的输出端两者与所述正极输出极、负极输出极之间的整流电路上分别设置二极管或者同步整流MOSFET但不设置选通开关；
    剩余N-1个输出端与正极输出极之间的整流电路上设置选通开关及二极管，以及剩余N-1个输出端与负极输出极之间的整流电路上设置选通开关及二极管；或者，剩余N-1个输出端与正极输出极之间的整流电路上设置选通开关及同步整流MOSFET，以及剩余N-1个输出端与负极输出极之间的整流电路上设置选通开关及同步整流MOSFET。
  3. 如权利要求2所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，在正极连接线路、负极连接线路之间并联有滤波电容，和/或正极连接线路、负极连接线路连接滤波器。
  4.      如权利要求3所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，在每个所述整流支路中，所述正极输出极与所述正极连接线路之间或所述负极输出极与所述负极连接线路之间设有电感元件。
  5. 如权利要求2或3或4所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，所述负极连接线路设有参考地连接点，每个所述整流支路的负极输出极上分别设有电平测点，且每个所述电平测点与所述参考地连接点之间设有电平测试电阻。
  6. 如权利要求4所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，
    其包括第一整流支路和第二整流支路；
    在第一整流支路中：第一整流支路中变压器的副边绕组设有第一公共端、第一输出端a和第一输出端b；第一公共端与正极输出极、负极输出极之间的整流电路上分别设置二极管，第一输出端a与正极输出极、负极输出极之间的整流电路上分别设置二极管，第一输出端b与正极输出极之间的整流电路上设置二极管和选通开关，第一输出端b与负极输出极之间的整流电路上设置二极管和选通开关；
    在第二整流支路中：第二整流支路中变压器的副边绕组设有第二公共端、第二输出端a和第二输出端b；第二公共端与正极输出极、负极输出极之间的整流电路上分别设置二极管，第二输出端a与正极输出极、负极输出极之间的整流电路上分别设置二极管，第二输出端b与正极输出极之间的整流电路上设置二极管和选通开关，第二输出端b与负极输出极之间的整流电路上设置二极管和选通开关。
  7. 如权利要求6所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，所述串并联变换模块中变换开关采用两个单刀双掷开关；所述第二整流支路的正极输出极与其中一个单刀双掷开关的闸刀主接线柱电连接，该单刀双掷开关的两个副接线柱分别与第一整流支路的负极输出极、正极连接线路电连接；所述负极连接线路与另一个单刀双掷开关的闸刀主接线柱电连接，该单刀双掷开关的其中一个副接线柱与第一整流支路的负极输出极电连接，另一个副接线柱空载。
  8. 如权利要求6或7所述的高性能宽输出电压范围的电源，其特征在于，所述负极连接线路设有参考地连接点，第一整流支路和第二整流支路的负极输出极上分别设有电平测点，且两个所述电平测点与所述参考地连接点之间分别设有电平测试电阻。
  9. 一种应用于权利要求1至8中任一项所述的高性能宽输出电压范围的电源的控制方法，其特征在于，施加于每个所述整流支路中原边高频变换电路的控制驱动信号，相互错开一定角度，工作于交错工作模式。
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