开关电源电路、控制方法及级联电路

技术领域

本发明涉及电源领域，特别涉及一种开关电源电路、控制方法及级联电路。

背景技术

为实现宽输入输出范围变换器在全电压范围内的安全稳定和效率优化，现多采用两级甚至多级式DC-DC变换器方案，但是随着输入和输出电压范围的进一步拓宽，导致变换器中的各级均不能保证工作在最佳工作状态，从而整机效率变低，难以实现宽范围内的高效工作.

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种开关电源电路、控制方法及级联电路，各级拓扑均工作在最佳工作状态，低成本改善了输入输出超宽压效率低的问题。

本发明提供一种开关电源电路的控制方法，开关电源电路包括：第一变换器以及第二变换器；第二变换器具有开关管S11、开关管S12、电感以及电容，开关管S11的第一端作为第二变换器的第一输入端并与第一变换器的第一输出端连接，开关管S11的第二端分别与电感的一端和开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容的一端连接，开关管S12的第二端作为第二变换器的第二输入端并与第一变换器的第二输出端连接，电容的另一端与开关管S12的第二端连接；

控制方法，包括：

在开关电源电路的输出电压处于高压范围段时，控制第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭；

在开关电源电路的输出电压处于低压范围段时，控制第二变换器工作于降压工作模式。

优选的，开关电源电路还设与第一变换器连接的第三变换器，第三变换器为四管Buck-Boost变换器，第一变换器为LLC变换器。

本发明还提供一种开关电源电路，包括：

第一变换器；

第二变换器，具有开关管S11、开关管S12、电感以及电容，开关管S11的第一端作为第二变换器的第一输入端并与第一变换器的第一输出端连接，开关管S11的第二端分别与电感的一端和开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容的一端连接，开关管S12的第二端作为第二变换器的第二输入端并与第一变换器的第二输出端连接，电容的另一端与开关管S12的第二端连接。

控制装置，配置为在开关电源电路的输出电压处于高压范围段时，控制第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭；以及配置为在开关电源电路的输出电压处于低压范围段时，控制第二变换器，以使得第二变换器工作于降压工作模式。

本发明再提供一种开关电源电路的控制方法，开关电源电路包括：第一变换器以及第二变换器；第二变换器具有开关管S11、开关管S12、电感以及电容，开关管S11的第一端作为第二变换器的第一输出端并与第一变换器的第一输入端连接，开关管S11的第二端分别与电感的一端和开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容的一端连接，开关管S12的第二端作为第二变换器的第二输出端并与第一变换器的第二输入端连接，电容的另一端与开关管S12的第二端连接；控制方法，包括：

在开关电源电路的输入电压处于高压范围段时，控制第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭；

在开关电源电路的输入电压处于高压范围段时，控制第二变换器工作于升压工作模式。

本发明还提供一种开关电源电路，包括：

第一变换器；

第二变换器，具有开关管S11、开关管S12、电感以及电容，开关管S11的第一端作为第二变换器的第一输出端并与第一变换器的第一输入端连接，开关管S11的第二端分别与电感的一端和开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容的一端连接，开关管S12的第二端作为第二变换器的第二输出端并与第一变换器的第二输入端连接，电容的另一端与开关管S12的第二端连接；

控制装置，配置为在开关电源电路的输入电压处于高压范围段时，控制第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭；以及配置为

在开关电源电路的输入电压处于高压范围段时，控制第二变换器工作于升压工作模式。

本发明又提供一种开关电源电路的控制方法，开关电源电路为双向开关电源电路，开关电源电路用于将其输入处的输入电压转换为其输出处的输出电压，其特征在于，开关电源电路包括第一变换器以及第二变换器，第一变换器具有第一连接端以及第二连接端；第二变换器包括开关管S11、开关管S12、电感以及电容，开关管S11的第一端与第一连接端连接，开关管S11的第二端分别与电感的一端和开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容的一端连接，开关管S12的第二端与第二连接端连接，电容的另一端与开关管S12的第二端连接；控制方法，包括：

在第一变换器作为输入电路，第二变换器作为输出电路，且开关电源电路的输出电压处于高压范围段的情况下，控制第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭；

在第一变换器作为输入电路，第二变换器作为输出电路，且开关电源电路的输出电压处于低压范围段，控制第二变换器，使得第二变换器工作于降压工作模式；

在第二变换器作为输入电路，第一变换器作为输出电路，且输入电压处于高压范围段的情况下，则控制第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭；

在第二变换器作为输入电路，第一变换器作为输出电路，且在输入电压处于低压范围段的情况下，控制第二变换器工作于升压工作模式。

本发明再提供一种级联电路，包括：

第一变换器，第一变换器具有第一连接端以及第二连接端；

第二变换器，第二变换器包括开关管S11、开关管S12、电感以及电容，开关管S11的第一端与第一连接端连接，开关管S11的第二端分别与电感的一端和开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容的一端连接，开关管S12的第二端与第二连接端连接，电容的另一端与开关管S12的第二端连接。

优选的，第一变换器为LLC变换器，级联变换器还设与第一变换器连接的第三变换器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)在第二变换器作为输出电路，输出电压处于高压范围段的情况下，第二变换器的开关管S11常通，开关管S12常闭模式，此时由前两级稳压输出，整机效率高；当输出电压低压范围段时，第二变换器工作于降压模式，此时由三级稳压输出，输出电压范围得以扩宽；

(2)在第二变换器作为输入电路，输入电压处于高压范围段的情况下，第二变换器中的开关管S11常通、开关管S12常闭，实现两级稳压输出，此时，开关电源电路具有较高的效率；在第二变换器作为输入电路，在开输入电压处于高压范围段的情况下，第二变换器工作于升压工作模式，实现三级稳压输出，进而使得输入电压范围得以扩宽。

附图说明

图1为本发明开关电源电路第一实施例的结构框图；

图2为本发明开关电源电路第一实施例的电路原理图；

图3为本发明开关电源电路第二实施例的结构框图；

图4为本发明开关电源电路第二实施例的电路原理图；

图5为本发明开关电源电路第三实施例的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

图1示出了本发明开关电源电路的结构框图，开关电源电路用于拓宽输入输出电压范围，提升整机效率。

开关电源电路的过程为：当开关电源电路的输出电压处于高压范围段时，Buck变换器20的上管(可控开关管S11)常通，下管(可控开关管S12)常闭，此时，由前两级稳压输出，整机效率高；当输出电压处于低压范围段时，Buck变换器20工作工作于降压模式，此时由三级稳压输出，输出电压范围得以扩宽。

为了使得本领域的技术人员更好地理解本发明，以下结合具体的实施电路对本发明进行进一步说明。

图2示出了本发明开关电源电路第一实施例的电路原理图，开关电源电路包括第一变换器10、第二变换器20、第三变换器30以及控制装置(未图示)，其中，第一变换器10为LLC变换器，第二变换器20为Buck变换器，第三变换器30为四管Buck-Boost变换器。

具体地，第一变换器10包括可控开关管S5、可控开关管S6、可控开关管S7、可控开关管S8、可控开关管S9、可控开关管S10、电感L2、电容C3电容C4以及变压器T1；第二变换器20包括可控开关管S11、可控开关管S12、电感L3和电容C5；第三变换器30包括可控开关管S1、可控开关管S2、可控开关管S3、可控开关管S4、电感L1、电容C1以及电容C2。

可控开关管S1的第一端与输入侧正端以及电容C1的一端相连，可控开关管S1的第二端与可控开关管S2的第一端以及电感L1的一端相连，可控开关管S3的第一端与电容C2、可控开关管S5的第一端和可控开关管S7的第一端相连，可控开关管S3的第二端与连接电感L1的另一端以及可控开关管S4的第一端，可控开关管S5的第二端与电容C3的一端以及可控开关管S6的第一端连接，电容C3的另一端连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接变压器T1的原边绕组的一端，变压器T1的原边绕组的另一端连接可控开关管S8的第一端以及可控开关管S7的第二端，电容C1的另一端、可控开关管S2的第二端、可控开关管S4的第二端、可控开关管S6的第二端、可控开关管S8的第二端以及电容C2的另一端均连接输入侧负端GND；电容C4的一端作为第一变换器10的第一输出端(即第一变换器10的第一连接端)，电容C4的另一端作为第一变换器10的第二输出端(即第一变换器10的第二连接端)，电容C4的一端分别与可控开关管S9的第一端、可控开关管S11第一端(作为第二变换器20的第一输入端)和可控开关管S10的第一端相连，可控开关管S9的第二端连接变压器T1的第一副边绕组的一端，变压器T1的第一副边绕组的另一端连接电容C4的另一端和变压器T1的第二副边绕组的一端，变压器T1的第二副边绕组的另一端连接可控开关管S10的第二端，可控开关管S11的第二端连接电感的一端且与可控开关管S12的第一端连接，电感的另一端与电容C5的一端且与输出侧正端Vout+连接，输出侧负端Vout-连接电容C4的另一端、可控开关管S12的第二端(作为第二变换器20的第二输入端)以及电容C5的另一端。

本实施例中，开关电源电路由第三变换器30、第一变换器10、第二变换器20依次连接组成，也即开关电源电路由三级电路组成，在其它实施例中，也可仅由第一变换器10和第二变换器组成。

控制装置(未图示)，控制装置配置为对第三变换器30中的可控开关管S1～S4、第一变换器10中的开关管S5～S10以及第二变换器中的可控开关管S11、S12进行开关控制，其中，对第二变换器中的可控开关管S11、S12进行开关控制具体为：在开关电源电路的输出电压Vo(即Vout+和Vout-之间的电压)处于高压范围段时，控制第二变换器20中的可控开关管S11常通、可控开关管S12常闭，实现两级稳压输出；在开关电源电路的输出电压Vo处于低压范围段时，控制第二变换器20，使得第二变换器20工作于降压工作模式。第二变换器20工作于降压工作模式时，可控开关管S11和可控开关管S12根据输出电压需求交替导通，第二变换器20对第一变换器10输出电压进行降压，实现三级稳压输出。

相应于本实施例中的开关电源电路，作为本实施例的另一个方面，还提供了一种关电源电路的控制方法，开关电源电路的控制方法包括，如下步骤：

步骤S1，在开关电源电路的输出电压Vo处于高压范围段的情况下，控制第二变换器20的为的可控开关管S11常通、可控开关管S12常闭，实现两级稳压输出，此时，开关电源电路具有较高的效率。

步骤S2，在开关电源电路的输出电压Vo处于低压范围段时，控制第二变换器20工作于降压工作模式，实现三级稳压输出，进而使得输出电压范围得以扩宽。

实施例二

图3示出了本发明的开关电源电路第二实施例的结构框图，本实施例中的开关电源电路与第一实施例中的开关电源电路的电路连接方式完全相同，如图4所示，区别在于：本实施例的输入输出与第一实施例输入输出对调，也即，输入电压VIN从第二变换器20输入，输出电压Vo从第三变换器30(四管Buck-Boost变换器)输出，本实施例中，输入电压VIN从第二变换器20输入，此时第二变换器20作为Boost变换器。

控制装置(未图示)配置为对第二变换器中的开关管S11、S12进行开关控制，具体为：在开关电源电路的输入电压VIN处于高压范围段时，控制第二变换器20中的可控开关管S11常通、可控开关管S12常闭；在输入电压VIN处于低压范围段时，控制第二变换器20，使得第二变换器20工作于升压工作模式，也即，第二变换器20对输入电压VIN进行升压。

相应于本实施例中的开关电源电路，作为本实施例的另一个方面，还提供了一种关电源电路的控制方法，开关电源电路的控制方法包括，如下步骤：

步骤S1，在开关电源电路的输入电压VIN处于高压范围段时，控制第二变换器20中的可控开关管S11常通、可控开关管S12常闭，实现两级稳压输出，此时，开关电源电路具有较高的效率；

步骤S2，在开关电源电路的输入电压VIN处于高压范围段时，控制第二变换器20工作于升压工作模式，实现三级稳压输出，进而使得输入电压范围得以扩宽。

在其它实施例中，开关电源电路还可作为双向电路使用，当输入电压VIN从第二变换器20输入时，就第二变换器20和第一变换器10组成的两级级联电路而言，第二变换器20作为输入电路，第一变换器10作为输出电路；当输入电压VIN从第三变换器30输入时，就第二变换器20和第一变换器10组成的两级级联电路而言，第二变换器20作为输出电路，第一变换器10作为输入电路。开关电源电路作为双向电路使用时，能实现电流的双向流动，其控制方法如上述第一实施例和第二实施例所述，在此不再详细叙述。

实施例三

图5示出了本发明的开关电源电路第二实施例的电路原理图，与第一实施例的区别是：本实施例中将第二级的LLC变换器由全桥拓扑转换为半桥拓扑。本实施例中的开关电源电路控制方法与第一实施例相同，在此不做赘述。