一种开关电源的制作方法

本申请涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种开关电源。

背景技术：

开关电源(Switching mode power supply)利用脉宽调制(Pulse width modulation)技术控制开关管开通和关断的时间比率来调节输出的电压或电流，用于给不同的负载供应电能。由于其效率高，体积小，控制灵活，在各个领域得到了广泛的应用。

在大部分应用场合，开关电源的输出是恒压特性，保持输出电压恒定，其输出电流由负载决定。而在一些领域，如LED照明领域，由于LED负载的光通输出和通过自身的电流成正比，为了维持稳定的光通输出，需要采用直流稳流输出的开关电源实现对于LED负载的驱动。

目前LED照明的趋势正朝着模组化的方向发展，一个开关电源通常能够实现对于多个模组的LED负载的驱动，这就要求所述开关电源能够提供多路的恒流输出以驱动多个模组。

现有技术中对于多路输出的设计中，由于要使得各路输出相互独立互不影响，都是采用AC-DC变换器获得直流电压，然后再通过多路DC-DC变换器独立恒流控制。这样使得整体的方案比较复杂，成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种开关电源，用以解决现有技术中方案复杂和成本高的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种开关电源，应用于多个负载的恒流驱动，所述开关电源包括：

电压变换单元，用于接收交流输入电压，对所述交流输入电压进行滤波和变换，生成并输出高频交流电压；

输入端均与所述电压变换单元的输出端相连的多个无源开关单元，一个所述无源开关单元的输出端与一个所述负载对应相连；

所述无源开关单元包括：

一端为所述无源开关单元的一个输入端的限流电容，用于接收所述高频交流电压，并对所述高频交流电压的输出电流进行限制；

与所述限流电容的另一端相连的整流电路，用于对所述高频交流电压进行整流；

与所述整流电路并联的滤波电容，并联的两个连接点分别作为所述无源开关单元的输出端，所述滤波电容用于对所述高频交流电压进行滤波，生成并输出恒定的电流至相连接的所述负载。

优选的，所述整流电路为全波整流，包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述无源开关单元中：

所述限流电容的一端为所述无源开关单元的一个输入端；

所述限流电容的另一端与所述第一二极管的阳极及所述第三二极管的阴极相连；

所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连，连接点与所述滤波电容的一端相连；

所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阳极相连，连接点与所述滤波电容的另一端相连；

所述滤波电容的两端为所述无源开关单元的输出端；

所述第二二极管的阳极与所述第四二极管的阴极相连，连接点为所述无源开关单元的另一个输入端。

优选的，所述整流电路为半波整流，包括：第五二极管和第六二极管；所述无源开关单元中：

所述限流电容的一端为所述无源开关单元的第一输入端；

所述限流电容的另一端与所述第五二极管的阴极及所述第六二极管的阳极相连；

所述第六二极管的阴极与所述滤波电容的一端相连；

所述第五二极管的阳极与所述滤波电容的另一端相连；

所述滤波电容的两端为所述无源开关单元的输出端；

所述第五二极管的阳极与所述滤波电容的连接点为所述无源开关单元的第二输入端。

优选的，所述多个无源开关单元两两对称连接于所述电压变换单元的输出端；其中，每两个对称连接的所述无源开关单元的第一输入端分别与所述电压变换单元的两个输出端相连，每两个对称连接的所述无源开关单元的第二输入端相连。

优选的，所述无源开关单元还包括：

与所述第二二极管及所述第四二极管的串联支路并联的第一开关管；

阳极与所述第一开关管及所述第二二极管的阴极相连的第七二极管；所述第七二极管的阴极与所述滤波电容相连；

输出端与所述第一开关管的控制端相连的控制单元；所述控制单元的一个输入端接收基准信号；

对流经所述负载的电流进行检测并输出检测信号的电流检测装置，所述电流检测装置的输出端与所述控制单元的另一输入端相连。

优选的，所述无源开关单元还包括：

与所述第五二极管并联的第一开关管；

输出端与所述第一开关管的控制端相连的控制单元；所述控制单元的一个输入端接收基准信号；

对流经所述负载的电流进行检测并输出检测信号的电流检测装置，所述电流检测装置的输出端与所述控制单元的另一输入端相连。

优选的，所述第一开关管为晶体管、金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或者绝缘三双极型功率管IGBT。

优选的，所述电流检测装置为：与所述负载串联连接的电阻；所述电阻与所述负载的连接点为所述电流检测装置的输出端；

或者所述电流检测装置为：与所述负载串联连接的霍尔传感器；所述霍尔传感器的输出端为所述电流检测装置的输出端；

或者所述电流检测装置为：电流互感器与信号处理电路；所述电流互感器的一次绕组与所述负载串联，所述电流互感器的二次绕组与所述信号处理电路相连，所述信号处理电路的输出端为所述电流检测装置的输出端。

优选的，所述电压变换单元包括依次串联连接的低通滤波器、PFC稳压器及半桥谐振电路。

优选的，所述低通滤波器为EMI滤波器。

优选的，所述PFC稳压器包括：桥式整流桥、第一电感、第二开关管、第八二极管、第三电容及第四电容；其中：

所述桥式整流桥的输入端为所述PFC稳压器的输入端；

所述第一电感的一端与所述桥式整流桥的输出端相连；所述第一电感的另一端与所述第二开关管的输入端及所述第八二极管的阳极相连；所述第二开关管的输出端接地；

所述第三电容及所述第四电容串联连接于所述第八二极管的阴极与地之间；所述第三电容及所述第四电容的串联支路的两端为所述PFC稳压器的输出端。

优选的，所述半桥谐振电路包括：第三开关管、第四开关管、第二电感、第五电容及变压器；其中：

所述第三开关管的输入端为所述半桥谐振电路的一个输入端；

所述第二电感连接于所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输入端之间；所述第四开关管的输出端接地；

所述第五电容的一端与所述第二电感的中点及所述变压器原边绕组的异名端相连；所述第五电容的另一端与所述第三电容和所述第四电容的串联连接点及所述变压器原边绕组的同名端相连；

所述变压器副边绕组的两端分别为所述半桥谐振电路的输出端。

优选的，所述半桥谐振电路包括：第三开关管、第四开关管、第三电感、第五电容及变压器；其中：

所述第三电感的第一线圈的同名端为所述半桥谐振电路的一个输入端；

所述第三开关管的输入端与所述第三电感的第一线圈的异名端相连；

所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输入端相连；

所述第四开关管的输出端与所述第三电感的第二线圈的同名端相连；所述第三电感的第二线圈的异名端接地；

所述第五电容的一端与所述第三开关管的输出端、所述第四开关管的输入端及所述变压器原边绕组的异名端相连；所述第五电容的另一端与所述第三电容和所述第四电容的串联连接点及所述变压器原边绕组的同名端相连；

所述变压器副边绕组的两端分别为所述半桥谐振电路的输出端。

由以上可知，本申请提供的开关电源，通过电压变换单元接收交流输入电压，对所述交流输入电压进行滤波和变换，生成并输出高频交流电压；再通过多个无源开关单元接收所述高频交流电压，并对所述高频交流电压进行整流滤波后，生成恒定的电流并分别输出至多个负载；其中，所述无源开关单元中仅通过限流电容、整流电路及滤波电容这些无源器件即可实现对多个所述负载的独立恒流驱动，较通过AC-DC变换器与多路DC-DC变换器实现多路恒流驱动的现有技术而言，系统简单且成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的开关电源的结构示意图；

图2为本申请提供的另一开关电源的结构示意图；

图3为本申请提供的另一开关电源的结构示意图；

图4为本申请提供的开关电源的结构连接示意图；

图5为本申请提供的开关电源的供电示意图；

图6为本申请提供的另一开关电源的供电示意图；

图7为本申请提供的无源开关单元的电路图；

图8为本申请提供的另一无源开关单元的电路图；

图9为本申请提供的电压变换单元的结构示意图；

图10为本申请提供的电压变换单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种开关电源，应用于多个负载的恒流驱动，用以解决现有技术中方案复杂和成本高的问题。

具体的，如图1所示，所述开关电源包括：

电压变换单元101；

输入端均与电压变换单元101的输出端相连的多个无源开关单元102，一个无源开关单元102的输出端与一个所述负载对应相连；

无源开关单元102包括：

一端为无源开关单元102的一个输入端的限流电容；

与所述限流电容的另一端相连的整流电路；

与所述整流电路并联的滤波电容，并联的两个连接点分别作为所述无源开关单元的输出端。

具体的工作原理为：

电压变换单元101接收交流输入电压，对所述交流输入电压进行滤波和变换，生成并输出高频交流电压；

无源开关单元102中，所述限流电容用于接收所述高频交流电压，并对所述高频交流电压的输出电流进行限制；所述整流电路用于对所述高频交流电压进行整流；所述滤波电容用于对所述高频交流电压进行滤波，生成并输出恒定的电流至相连接的所述负载。多个无源开关单元102分别接收所述高频交流电压，并对所述高频交流电压进行整流滤波后，生成并输出恒定的电流至相连接的所述负载。

无源开关单元102中包括的所述限流电容、所述整流电路及所述滤波电容均为无源器件。

本实施例所述的开关电源通过电压变换单元101获得高频交流电压；然后多个无源开关单元102中仅通过所述限流电容、所述整流电路及所述滤波电容这些无源器件即可实现对多个所述负载的独立恒流驱动，较通过AC-DC变换器与多路DC-DC变换器实现多路恒流驱动的现有技术而言，系统简单且成本低。

值得说明的是，在具体的实际应用中，当所述开关电源需要驱动的所述负载为一个时，无源开关单元102也可以为一个；通过所述限流电容、所述整流电路及所述滤波电容，同样可以实现对所述负载的恒流驱动；无源开关单元102的个数视需要驱动的所述负载的个数而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，如图2所示，无源开关单元102中的所述整流电路为全波整流，包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4；无源开关单元102中：

限流电容C1的一端为无源开关单元102的一个输入端；

限流电容C1的另一端与第一二极管D1的阳极及第三二极管D3的阴极相连；

第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连，连接点与滤波电容C2的一端相连；

第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连，连接点与滤波电容C2的另一端相连；

滤波电容C2的两端为无源开关单元102的输出端；

第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阴极相连，连接点为无源开关单元102的另一个输入端。

当无源开关单元102接收的所述高频交流电压为信号正半周时，电流流经限流电容C1和第一二极管D1，为所述负载供电，再通过第四二极管D4流出。当无源开关单元102接收的所述高频开关电源为信号负半周时，电流流经第二二极管D2为所述负载供电，再通过第三二极管D3和限流电容C1流出。滤波电容C2用于滤除所述高频交流电压的高频成分，使所述负载得到平滑的直流。

如图2所示，无源开关单元102接收的所述高频交流电压为U_TS，流经所述负载的恒定电流为I_L，所述负载电压为U_L+ΔU_L，其中ΔU_L为不同的负载造成的电压变化，忽略二极管的导通压降，限流电容C1的容抗为Z_C1，可以得到下面的关系：

如果不同的负载造成的电压变化ΔU_L在相对高频交流电压U_TS比较小的范围，流经所述负载的恒定电流为I_L就可以保持基本恒定。

或者，如图3所示，所述整流电路为半波整流，包括：第五二极管D5和第六二极管D6；无源开关单元102中：

限流电容C1的一端为无源开关单元102的第一输入端；

限流电容C1的另一端与第五二极管D5的阴极及第六二极管D6的阳极相连；

第六二极管D6的阴极与滤波电容C2的一端相连；

第五二极管D5的阳极与滤波电容C2的另一端相连；

滤波电容C2的两端为无源开关单元102的输出端；

第五二极管D5的阳极与滤波电容C2的连接点为无源开关单元102的第二输入端。

当无源开关单元102接收的所述高频交流电压为信号正半周时，电流流经限流电容C1和第六二极管D6，为所述负载供电。当无源开关单元102接收的所述高频开关电源为信号负半周时，电流流经第五二极管D5和限流电容C1，并不通过所述负载，为无功电流。所述负载由滤波电容C2供电。滤波电容C2用于滤除所述高频交流电压的高频成分，使所述负载得到平滑的直流。

如图3所示，无源开关单元102接收的所述高频交流电压为U_TS，流经所述负载的恒定电流为I_L，所述负载电压为U_L+ΔU_L，其中ΔU_L为不同的负载造成的电压变化，忽略二极管的导通压降，限流电容C1的容抗为Z_C1，可以得到下面的关系：

公式中分母部分的2是由于在半波整流的模式下只有正半周的电流供应到了负载端。

如果不同的负载造成的电压变化ΔU_L在相对高频交流电压U_TS比较小的范围，流经所述负载的恒定电流为I_L就可以保持基本恒定。

优选的，如图4、图5和图6所示，多个无源开关单元102两两对称连接于电压变换单元101的输出端；其中，每两个对称连接的无源开关单元102的第一输入端分别与电压变换单元101的两个输出端相连，每两个对称连接的无源开关单元102的第二输入端相连。

如图4所示，负载1和负载2以一种对称的结构和电压变换单元101的输出端连接。当所述高频交流电压为正半周时，电流通过如图5所示的回路，流经与所述负载1相连的无源开关单元102中的限流电容C1和第六二极管D6为所述负载1供电.当所述高频交流电压为负半周时，电流通过如图6所示的回路，流经与所述负载2相连的无源开关单元102中的限流电容C1和第六二极管D6为所述负载2供电。通过这样的对称结构，可以大大的降低无功电流，在所述负载1和所述负载2相等的情况下，回路里没有无功电流。

优选的，无源开关单元102中的所述整流电路为全波整流时，在图2的基础上，无源开关单元102如图7所示，还包括：

与第二二极管D2及第四二极管D4的串联支路并联的第一开关管S1；

阳极与第一开关管S1及第二二极管D2的阴极相连的第七二极管D7；第七二极管D7的阴极与滤波电容C2相连；

输出端与第一开关管S1的控制端相连的控制单元200；控制单元200的一个输入端接收基准信号；

对流经所述负载的电流进行检测并输出检测信号的电流检测装置300，电流检测装置300的输出端与控制单元200的另一输入端相连。

优选的，无源开关单元102中的所述整流电路为半波整流时，在图3的基础上，无源开关单元102如图8所示，还包括：

与第五二极管D5并联的第一开关管S1；

输出端与第一开关管S1的控制端相连的控制单元200；控制单元200的一个输入端接收基准信号；

对流经所述负载的电流进行检测并输出检测信号的电流检测装置300，电流检测装置300的输出端与控制单元200的另一输入端相连。

其中，第一开关管S1可以为晶体管、MOSFET或者IGBT。

从上面的公式(2)可以看到，当不同的负载造成的电压变化ΔU_L比较小时，流经所述负载的恒定电流为就可以保持基本恒定。但是如果需要在不同的负载造成的电压变化ΔU_L较大的情况下保持恒定电流输出的话，可以进一步在每一个无源开关单元102内加入一个主动开关来调节电流，如图7或图8所示，一个主动开关器件(第一开关管S1)并联在限流电容C1之后，当第一开关管S1关断时，电流正常流入所述负载。当第一开关管S1闭合时，电流通过第一开关管S1直接回到电压变换单元101的输出端，成为了无功电流。所以通过调节第一开关管S1开通与关断的比例可以控制从电压变换单元101的输出端流入的电流的有功和无功的比例。

电流检测装置300可以为：与所述负载串联连接的电阻；所述电阻与所述负载的连接点为电流检测装置300的输出端；

或者为：与所述负载串联连接的霍尔传感器；所述霍尔传感器的输出端为电流检测装置300的输出端；

或者为：电流互感器与信号处理电路；所述电流互感器的一次绕组与所述负载串联，所述电流互感器的二次绕组与所述信号处理电路相连，所述信号处理电路的输出端为电流检测装置300的输出端。

电流检测装置300与所述负载串联，用于对流经所述负载的电流进行检测并输出检测信号；但是电流检测装置300的位置并不限于所述负载所在的回路，也可以是和第六二极管D6或者第七二极管D7串联，只要能检测出流经所述负载的电流信号，并转换为控制单元200可以接收的信号即可。

再由控制单元200通过负反馈控制，采用脉宽调制(PWM)控制第一开关管S1的开通占空比，可以使所述负载上的电流达到预设的数值，进而在不同的负载造成的电压变化ΔU_L较大的情况下实现对流经所述负载的电流的精确控制，保持恒定电流输出。

本发明另一实施例还提供了另外一种开关电源，如图1所示，包括：

电压变换单元101；

多个无源开关单元102，多个无源开关单元102的输入端均与电压变换单元101的输出端相连，一个无源开关单元102的输出端与一个所述负载对应相连；

无源开关单元102包括限流电容、整流电路及滤波电容；其具体的实现形式可以参见上述任一实施例。

优选的，电压变换单元101如图9所示，包括：依次串联连接的低通滤波器111、PFC稳压器112及半桥谐振电路113。

其中，低通滤波器111为EMI滤波器。

PFC稳压器112包括：桥式整流桥、第一电感L1、第二开关管Q2、第七二极管D7、第三电容C3及第四电容C4；其中：

所述桥式整流桥的输入端为PFC稳压器112的输入端；

第一电感L1的一端与所述桥式整流桥的输出端相连；第一电感L1的另一端与第二开关管Q2的输入端及第七二极管D7的阳极相连；第二开关管Q2的输出端接地；

第三电容C3及第四电容C4串联连接于第七二极管D7的阴极与地之间；第三电容C3及第四电容C4的串联支路的两端为PFC稳压器112的输出端。

半桥谐振电路113包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第二电感L2、第五电容C5及变压器T；其中：

第三开关管Q3的输入端为半桥谐振电路113的一个输入端；

第二电感L2连接于第三开关管Q3的输出端与第四开关管Q4的输入端之间；第四开关管Q4的输出端接地；

第五电容C5的一端与第二电感L2的中点及变压器T原边绕组的异名端相连；第五电容C5的另一端与第三电容C3和第四电容C4的串联连接点及变压器T原边绕组的同名端相连；

变压器T副边绕组的两端分别为半桥谐振电路113的输出端。

交流输入电压经过所述EMI滤波器、所述桥式整流桥之后，再经过第一电感L1、第七二极管D7和第二开关管Q2组成的boost电路，在第三电容C3及第四电容C4(两个电解电容)上产生400V左右的直流电压。

第三开关管Q3和第四开关管Q4组成了半桥电路，第五电容C5及变压器T构成了LC谐振网络，并在变压器T的副边隔离输出高频交流电压。由于第二电感L2的存在，使得半桥电路的输出特性接近于电流源。变压器T输出的高频交流电压的频率由第三开关管Q3和第四开关管Q4的开关频率决定。

在具体的实际应用中，第二开关管Q2的控制信号可以来自于如图9所示的L6562，即PFC稳压器112的内部信号；第三开关管Q3和第四开关管Q4的控制信号可以来自第二电感L2的辅助绕组，具体的实现形式此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

或者，如图10所示，半桥谐振电路113包括：第三开关管Q3、第四开关管Q4、第三电感、第五电容C5及变压器T；其中：

第三电感的第一线圈L3-1的同名端为半桥谐振电路113的一个输入端；

第三开关管Q3的输入端与第三电感的第一线圈L3-1的异名端相连；

第三开关管Q3的输出端与第四开关管Q4的输入端相连；

第四开关管Q4的输出端与第三电感的第二线圈L3-2的同名端相连；第三电感的第二线圈L3-2的异名端接地；

第五电容C5的一端与第三开关管Q3的输出端、第四开关管Q4的输入端及变压器T原边绕组的异名端相连；第五电容C5的另一端与第三电容C3和第四电容C4的串联连接点及变压器T原边绕组的同名端相连；

变压器T副边绕组的两端分别为半桥谐振电路113的输出端。

电压变换单元101的具体实现形式也不做具体限定，只要能够接收并对所述交流输入电压进行滤波和变换，生成并输出所述高频交流电压即可，可以视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要 素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。