单级开关电源制造技术

一种单级开关电源，包括：双源整流单元(501)，用于将交流电源输入的交流电转换为至少两路直流源，第一直流源(606)和第二直流源(607)；复合开关单元，至少包括第一开关电路(603)和第二开关电路(605)，用于分别对第一直流源(606)和第二直流源(607)进行功率转换，共同输出直流电，第一直流源(606)通过一储能电容(604)接入第一开关电路(603)，第一开关电路(603)为任一可实现开关电路功能的电路，第二开关电路(605)为具有反激式开关电路功能的电路。该单级开关电源在具有完整的功率因数校正和输出保持时间的同时，进一步地提升了电源转换效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单级开关电源
本专利技术关于单级开关电源，具体的讲是一种单级开关电源。
技术介绍
电能在人类能源利用种类中是使用最广泛、最便利的能源。随着世界能源消耗的加快，对电能的利用效率，特别是对提升电力电子转换电源的工作效率，亦日益得到重视。作为用电设备的入口电源，其能效对设备总体的能效影响甚大，入口电源的能效提不高，设备整体的电能效率只会比它低，而不会比它高。图1至图4为现有的四种典型的单管、单级高频开关电源拓扑电路应用方案，基本上只是用于小功率的AC/DC开关电源。其中最简单的方案如图1所示，带有有源钳位网络101，其显著缺点是不易用于低电压，大电流的场合，因为输出储能电容的电压太低，钳位网络的控制会较复杂，且还会有少量的损失；图2所示的方案存在的问题在于电路中多了两个功率二极管，增加了体积和成本，和钳位网络的损耗；图3所示的方案的问题在于不完全属于单级，而是单级半，其功率因素不容易校正，功率开关开通时，也还要承受来自电感和变压器的两倍的电流应力，加重了导通时的损耗；图4所示的方案带有无源钳位网络102，效率做不高，还多了一对功率二极管，增加了损耗，体积和成本，同样地情况是，功率开关开通时，也还要承受来自电感和变压器的两倍的电流应力，加重了导通时的损耗。一个能够满足了现代高频开关电源管理规范中多项高端要求的高转换能效，高工程指标的高频开关电源，多少具备交错式、单级、软开关、同步整流，输出管理，等多项行业前沿技术。然而，当下的单级高频开关电源的性能，始终未有普适性地有效地提升，也就意味着产业化和商品化难以实施。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种单级开关电源，所述的单级开关电源包括：双源整流单元，用于将交流电源输入的交流电转换为至少两路直流源，第一直流源和第二直流源；复合开关单元，至少包括第一开关电路和第二开关电路，用于分别对第一直流源和第二直流源进行功率转换，共同输出直流电，第一直流源通过一储能电容接入第一开关电路，第一开关电路为任一可实现开关电路功能的电路，第二开关电路为具有反激式开关电路功能的电路。通过使用本专利技术具有单级双源拓扑，无损钳位，多相交错开关，双源控制集成的开关电源，在具有完整的功率因素校正和输出保持时间的同时，进一步地提升了电源转换效率。为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有的一种开关电源拓扑电路图；图2为现有的一种开关电源拓扑电路图；图3为现有的一种开关电源拓扑电路图；图4为现有的一种开关电源拓扑电路图；图5为本专利技术单级开关电源的结构框图；图6为本专利技术单级开关电源的一种拓扑电路原理图；图7为本专利技术单级开关电源中的电流电压的图示关系；图8为本专利技术单级开关电源的一种拓扑电路原理图；图9为本专利技术单级开关电源的一种拓扑电路原理图；图10为本专利技术单级开关电源的一种拓扑电路原理图；图11为本专利技术单级开关电源一实施例的电路图；图12为本专利技术一实施例中的单相单级开关双源控制集成电路图；图13为本专利技术单级开关电源又一实施例的电路图；图14为本专利技术又一实施例中的双相单级开关双源控制集成电路图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种单级开关电源，如图5所示为本专利技术公开的单级开关电源的结构框图，本专利技术公开的单级开关电源包括：双源整流单元501，用于将交流电源输入的交流电转换为两路直流源，分别为第一直流源和第二直流源；复合开关单元502，包括第一开关电路5021和第二开关电路5022，用于分别对第一直流源和第二直流源进行功率因素校正，输出校正后的直流电，第一直流源通过一储能电容接入第一开关电路，第二开关电路为反激式开关电源。本实施例中双源整流单元501包括：两个整流桥，两整流桥的交流输入端并联，直流输出负端并联，从而实现将输入的交流电转换为两路直流源。本专利技术的单级开关电源还包括：汇流单元503，用于将通过复合开关单元502的充电电流馈入交流电源形成闭合回路；双源控制单元504，用于控制复合开关单元502的第一开关电路和第二开关电路。如图6所示，为本专利技术的单级开关电源的拓扑电路原理图，将整流桥601，整流桥602的交流输入端并联，直流输出负端并联，形成双源整流网络，其中有两个交流输入电极和三个直流输出电极，用于从单相交流电源中产生两路直流电源，分别为直流源606，直流源607，其中一路直流源606中带有输入储能大电容604，称为储能源，另一路直流源607则没有，称为交变源，从而形成了双源直流供电源。直流源607通过反激开关拓扑电路605，将交流电转换为直流电；直流源606通过开关拓扑电路603将储能大电容604中的电能转换为直流电，其中开关拓扑电路603为任意开关拓扑电路，开关拓扑电路603可以为正激式，反激式，推挽式，桥式或任一可实现开关电路功能的电路；两个开关拓扑电路的输出以并联的方式输出直流电能，并储存在输出电容609中。本专利技术的单级开关电源还包括工频汇流网络，由测量电阻和汇合测量电阻组成。两个电阻构成串联，串联后的一端接入双源整流输出的电压负端，另一端接线汇入工频交变电流IPFC，电阻串的中间点接线汇入工频充电电流ICHG。流过开关拓扑电路603的工频充电电流为ICHG，反映了交流电对储能大电容604的充电电流；流过开关拓扑电路605的工频交变电流为IPFC，反映了电源对交流电流的调控电流；开关电源总体的通过电流为IAC，三者之间的定量关系为下述公式：IAC＝ICHG+IPFC三者之间的图示关系为图7所示。其中，储能源的电压VCHG，基本上为脉动直流电源；交变源的电压VAC则为跟随交流电源的全波直流电源。图中可见充电电流ICHG的大小和形状仅由电源负载的状况决定；开关电源总体的通过电流IAC由电源负载的状况和功率因素要求同时决定；而开关拓扑电路交变电流IPFC则由上述两种电流唯一地确定，用方程表达即为：IPFC＝IAC-ICHG开关拓扑电路交变电流IPFC成为决定了双源电源控制器的目标函数之一。这就是双源开关拓扑电路功率因素校正的原理所在之处。双源整流拓扑至少有四种结构不同的拓扑电路，如图8、图9、图10所示。其中图6中为由八个二极管构成的双源整流拓扑；图8为由五个二极管构成的双源整流拓扑；图9为由两个二极管构成的双源整流拓扑；图10为由六个二极管构成的双源整流拓扑。本专利技术中的反激式开关电路工作期间，初级线圈上产生的瞬变电压能量应当由钳位电路得以抑制，本专利技术实施例中的钳位网络为初级无损钳位网络或次级无损钳位网络，用于抑制第二开关电路的开关管关断过程中的瞬变电压。次级无损钳位网包括：串联连接的电感和电容，电感一端连接到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单级开关电源，其特征在于，所述的单级开关电源包括：双源整流单元，用于将交流电源输入的交流电转换为至少两路直流源，第一直流源和第二直流源；复合开关单元，至少包括第一开关电路和第二开关电路，用于分别对所述的第一直流源和第二直流源进行功率转换，各种整流后并联输出直流电，所述的第一直流源通过一储能电容接入第一开关电路，流过所述第一开关电路的工频充电电流为ICHG，所述第一开关电路为任一可实现开关电路功能的电路，所述第二开关电路为具有反激式开关电路功能的电路，流过所述第二开关电路的工频充电电流为IPFC，所述开关电源总体的通过电流为IAC，IAC＝ICHG+IPFC；所述的单级开关电源还包括：汇流单元，用于将通过所述复合开关单元中流过第一开关电路的充电电流与流过第二开关电路的开关电流馈入所述交流电源；所述的汇流单元包括至少两串联连接的电阻，所述两串联电阻的一端接到双源整流单元的直流输出负端，另一端连接到第二开关电路中的开关管的一端，用于引入功率因素校正电流，所述两串联电阻的中间端与所述储能电容的负端相连接，用于接收通过第一开关电路中所述储能电容的充电电流，所述的功率因素校正电流和通过所述储能电容的充电电流汇集为通过所述复合开关单元的汇流电流并馈入所述交流电源；所述复合开关单元还包括：初级无损钳位网络和/或次级无损钳位网络，用于抑制所述的第二开关电路中的开关管关断过程中的瞬变电压；其中，所述的次级无损钳位网络包括：串联连接的电感和电容，所述电感一端连接到所述第二开关电路的变压器的次级线圈的输出端，所述电感的另一端与电容的一端相连接，所述电容的另一端接次级线圈的输出地；所述的初级无损钳位网络包括：串联连接的电感和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威伦，陈迪夫，
申请(专利权)人：陈威伦，
类型：发明
国别省市：北京;11