專利名稱：一種高效率、快速響應(yīng)的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種高效率、快速響應(yīng)的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
目前交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路中比較常用的兩級結(jié)構(gòu)包括PFC電路和隔離型直流-直流變換器，其原理框圖如圖I所示。其中前一級的PFC電路用以提高功率因數(shù)，而后一級的反激式變換器用以將前級的輸出電壓通過隔離式的拓撲結(jié)構(gòu)傳輸至副邊。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中二極管口工、開關(guān)管％、開關(guān)管％以及電容仏均需要采用耐高壓器件，同時光耦元件的使用進一步提高了電路成本，并使得電路響應(yīng)變慢。針對圖I所示拓撲結(jié)構(gòu)的不足，對其進行改進后的電路框圖如圖2所示，其中第一級電路結(jié)構(gòu)利用反激式變換器達到功率因數(shù)校正功能，并輸出一直流電壓Vratl，第二級電路中的非隔離型直流-直流變換器結(jié)構(gòu)將直流電壓Vwtl轉(zhuǎn)換為最終的輸出電壓vwt。采用改進的電路結(jié)構(gòu)與圖I所示結(jié)構(gòu)相比，電路更易集成、僅需要一個耐高壓型開關(guān)管且采用原邊控制無需光耦元件，使得成本有所降低；但是改進后的電路存在以下問題；第二級電路需要對第一級電路的整個輸出電壓進行調(diào)節(jié)，因此仍然存在不必要的耗能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高效率、快速響應(yīng)的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，以解決現(xiàn)有的兩級式交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路存在不必要的耗能而導致的效率難以提聞的問題。依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種高效率、快速響應(yīng)的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，用以將一交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓；包括第一級電壓轉(zhuǎn)換電路和第二級電壓轉(zhuǎn)換電路，其中， 所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路為具有功率因數(shù)校正功能的隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，用以將所述交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為依次串聯(lián)連接的n路第一級電壓，其中，n彡2 ；所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路為非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，用以將其中一路第一級電壓轉(zhuǎn)換為一第二級電壓；所述第二級電壓和剩余的(n-1)路第一級電壓串聯(lián)連接，以在交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端產(chǎn)生所述直流輸出電壓。進一步的，所述第二電壓轉(zhuǎn)換電路包括一 PWM控制電路，其接收所述直流輸出電壓，并據(jù)此輸出PWM信號控制所述第二電壓轉(zhuǎn)換電路中開關(guān)管的占空比，以將其中一路第一級電壓轉(zhuǎn)換為所述第二級電壓。進一步的，所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路包括一整流橋、一具有多路輸出的隔離型變換器和一功率因數(shù)校正控制電路，其中，所述整流橋，用以將所述交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為一直流電壓；
所述隔離型變換器與所述整流橋連接以接收所述直流電壓，并將其轉(zhuǎn)換為依次串聯(lián)的n路第一級電壓；所述功率因數(shù)校正控制電路用以控制所述隔離型變換器的輸入電壓和輸入電流同相位。優(yōu)選的，所述隔離型變換器為正激式變換器或反激式變換器。優(yōu)選的，所述隔離型變換器采用原邊控制方式，通過采樣所述隔離型變換器的輔助繞組的輸出電壓控制所述隔離型變換器的工 作狀態(tài)。優(yōu)選的，所述功率因數(shù)校正控制電路采用準諧振控制方式控制原邊開關(guān)管的開關(guān)動作。優(yōu)選的，所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的拓撲結(jié)構(gòu)為非隔離型降壓調(diào)節(jié)器、非隔離型升壓調(diào)節(jié)器或非隔離型升降壓調(diào)節(jié)器。依據(jù)本發(fā)明的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路利用兩級結(jié)構(gòu)將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為一,〖亙定的直流電壓輸出，其中第二級電壓轉(zhuǎn)換電路只需對第一級電壓轉(zhuǎn)換電路的一部分輸出電壓進行轉(zhuǎn)換，從而降低了整個電路的耗能，提高轉(zhuǎn)換效率；同時，第二級電壓轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)管只需要承受第一級電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電壓中的一部分，而非全部輸出電壓，因此可以選用耐壓以及體積較小的開關(guān)管，進一步節(jié)省了電路的成本和體積；第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的控制方式優(yōu)選為調(diào)節(jié)速度較快的PWM控制，而且控制電路接收所述交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電的整個直流輸出電壓作為反饋信息，而非第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓，因此，實現(xiàn)了對整個轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓的快速和精確的調(diào)節(jié)。


圖I所示為現(xiàn)有的一種兩級式交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的原理框圖；圖2所示為現(xiàn)有的另一種兩級式交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的原理框圖；圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的一種交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的第一實施例的電路圖；圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的一種交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的第二實施例的電路圖；圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的一種交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的第三實施例的電路圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。參考圖3，所示為依據(jù)本發(fā)明的一種交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的第一實施例；用以將一交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓；其包括第一級電壓轉(zhuǎn)換電路和第二級電壓轉(zhuǎn)換電路，其中，所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路為具有功率因數(shù)校正功能的隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，用以將所述交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為依次串聯(lián)連接的n路第一級電壓Vbusl、Vbus2、*Vbusn，其中，n彡2 ；所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路為非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，用以將其中一路第一級電壓Vbus2轉(zhuǎn)換為一第二級電壓V2 ;所述第二級電壓V2和剩余的(n-1)路第一級電壓串聯(lián)連接，以在交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端產(chǎn)生所述直流輸出電壓V。。依據(jù)本發(fā)明的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路第二級電壓轉(zhuǎn)換電路只需對第一級電壓轉(zhuǎn)換電路的一部分輸出電壓進行轉(zhuǎn)換，從而降低了整個電路的耗能，提高轉(zhuǎn)換效率。參考圖4，所示為依據(jù)本發(fā)明的一種交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的第二實施例的電路圖；在本實施例中以第一級電壓轉(zhuǎn)換電路輸出兩路第一級電壓為例，即n=2，對所述交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的具體實現(xiàn)進行說明。所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路具體包括一整流橋、一具有兩路輸出的反激式變換器和一功率因數(shù)校正控制電路，其中，所述整流橋，用以將所述交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為一直流電壓；所述反激式變換器與所述整流橋連接以接收所述直流電壓，并將其轉(zhuǎn)換為依次串 聯(lián)的兩路第一級電壓Vbusl和Vbus2 ；所述功率因數(shù)校正控制電路優(yōu)選準諧振方式控制所述原邊開關(guān)管Q1的開關(guān)動作，以達到所述反激式變換器的輸入電壓和輸入電流同相位。所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)選為由開關(guān)管Q2、Q3、電感L1、以及輸出電容Crat組成非隔離型降壓調(diào)節(jié)器，其接收所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的第一級電壓Vbusl,通過一 PWM控制電路，將其轉(zhuǎn)換為第二級電壓V2;所述第二級電壓V2與另一路第一級電壓Vbus2串聯(lián)連接作為所述交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓V。。所述PWM控制電路接收所述交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓V。，并據(jù)此輸出PWM信號控制所述第二電壓轉(zhuǎn)換電路中開關(guān)管Q2、Q3的占空比。在本實施例中，可以更明顯的看出，由于第二級電壓轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)管只需要承受第一級電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電壓中的一部分，而非全部輸出電壓，因此開關(guān)管Q2、Q3可以選用耐壓以及體積較小的開關(guān)管，進一步節(jié)省了電路的成本和體積；另外，第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的控制方式優(yōu)選為調(diào)節(jié)速度較快的PWM控制，而且控制電路接收所述交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電的整個直流輸出電壓作為反饋信息，而非第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓，因此，實現(xiàn)了對整個轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓的快速和精確的調(diào)節(jié)。參考圖5，所示為依據(jù)本發(fā)明的一種交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的第三實施例的電路圖；與圖4所示實施例相比，其不同之處在于所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路中的具有多路輸出的隔離型變換器為正激式變換器；而所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的拓撲結(jié)構(gòu)為由開關(guān)管Q4、電感L2、二極管D2、以及輸出電容Cwt2組成非隔離型升壓調(diào)節(jié)器；其工作原理與圖4所示實施例相似，在此不再贅述。其中所述正激式變換器可以采用原邊控制方式，通過采樣輔助繞組的輸出電壓控制所述正激式變換器的工作狀態(tài)。這里需要說明的是第二級電壓轉(zhuǎn)換電路可以為任何合適的非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，如非隔離型升壓調(diào)節(jié)器、降壓調(diào)節(jié)器或升降壓調(diào)節(jié)器等。圖4所示實施例中第二級電壓轉(zhuǎn)換電路還可以變換為非同步降壓調(diào)節(jié)器，相應(yīng)的圖5所示實施例中的第二級電壓轉(zhuǎn)換電路還可以變換為同步升壓調(diào)節(jié)器，這些變換方式均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。以上對依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路進行了描述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明實施例公開的電路的基礎(chǔ)上所做的相關(guān)的改進、多個實施例的結(jié)合，以及采用其他技術(shù)、電路布局或元件而實現(xiàn)的相同功能的電路結(jié)構(gòu)，也在本發(fā)明實施例的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限 制。
權(quán)利要求
1.一種高效率、快速響應(yīng)的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，用以將一交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓；其特張在于，包括第一級電壓轉(zhuǎn)換電路和第二級電壓轉(zhuǎn)換電路，其中， 所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路為具有功率因數(shù)校正功能的隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，用以將所述交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為依次串聯(lián)連接的n路第一級電壓，其中，n^2； 所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路為非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)，用以將其中一路第一級電壓轉(zhuǎn)換為一第二級電壓； 所述第二級電壓和剩余的(n-1)路第一級電壓串聯(lián)連接，以在交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端產(chǎn)生所述直流輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第二電壓轉(zhuǎn)換電路進一步包括一 PWM控制電路，其接收所述直流輸出電壓，并據(jù)此輸出PWM信號控制所述第二電壓轉(zhuǎn)換電路中開關(guān)管的占空比，以將其中一路第一級電壓轉(zhuǎn)換為所述第二級電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一級電壓轉(zhuǎn)換電路包括一整流橋、一具有多路輸出的隔離型變換器和一功率因數(shù)校正控制電路，其中， 所述整流橋，用以將所述交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為一直流電壓； 所述隔離型變換器與所述整流橋連接以接收所述直流電壓，并將其轉(zhuǎn)換為依次串聯(lián)的n路第一級電壓； 所述功率因數(shù)校正控制電路用以控制所述隔離型變換器的輸入電壓和輸入電流同相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述隔離型變換器為正激式變換器或反激式變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述隔離型變換器采用原邊控制方式，通過采樣所述隔離型變換器的輔助繞組的輸出電壓控制所述隔離型變換器的工作狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述功率因數(shù)校正控制電路采用準諧振控制方式控制原邊開關(guān)管的開關(guān)動作。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的拓撲結(jié)構(gòu)為非隔離型降壓調(diào)節(jié)器、非隔離型升壓調(diào)節(jié)器或非隔離型升降壓調(diào)節(jié)器。
全文摘要
依據(jù)本發(fā)明的一種高效率、快速響應(yīng)的交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，利用兩級結(jié)構(gòu)將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為一恒定的直流電壓輸出，其中第二級電壓轉(zhuǎn)換電路只需對第一級電壓轉(zhuǎn)換電路的一部分輸出電壓進行轉(zhuǎn)換，從而降低了整個電路的耗能，提高轉(zhuǎn)換效率；同時，第二級電壓轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)管只需要承受第一級電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電壓中的一部分，而非全部輸出電壓，因此可以選用耐壓以及體積較小的開關(guān)管，進一步節(jié)省了電路的成本和體積；第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的控制方式優(yōu)選為調(diào)節(jié)速度較快的PWM控制，而且控制電路接收所述交流-直流電壓轉(zhuǎn)換電的整個直流輸出電壓作為反饋信息，而非第二級電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓，因此，實現(xiàn)了對整個轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓的快速和精確的調(diào)節(jié)。
文檔編號H02M3/10GK102710152SQ201210188848
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者陳偉 申請人:矽力杰半導體技術(shù)(杭州)有限公司