一种电源电路及电源模块的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电源电路及电源模块。

背景技术：

在dc/dc应用中，针对特定范围的输入电压时，一般采用独立的电源模块对该输入电压进行转换，以得到预期的输出电压或输出电流，然而，当输入电压范围较大时，独立的电源模块可能无法得到预期的输出电压的输出电流，例如，有些电源模块虽然能输出高电流，但是不能得到合适的输出电压，或者，有些电源模块在高压输入时效率很低，不能输出大电流。而为了满足较宽范围的输入电压，使用多个电源模块则不利于成本和体积控制。因此，相关技术的电源模块对宽范围输入电压的转换具有一定的局限性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种电源电路及电源模块，能够解决现有技术中电源模块适用范围窄的技术问题。

本实用新型实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

在第一方面，本实用新型实施例提供一种电源电路，包括并联于输入电源正极与输入电源负极之间的第一桥臂单元及第二桥臂单元、谐振电路、隔离转换电路、第一切换开关及第二切换开关；所述第一桥臂单元包括串联连接的第一开关及第二开关，所述第二桥臂单元包括串联连接的第三开关及第四开关，所述第一开关及所述第二开关之间的连接点为第一连接点，所述第三开关与所述第四开关之间的连接点为第二连接点，所述隔离转换电路包括第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，所述第一切换开关连接在所述隔离转换电路的第一输入端和第二输入端之间，所述谐振电路连接在所述第一连接点及所述隔离转换电路的第一输入端之间，所述第二切换开关连接在所述第二连接点及所述隔离转换电路的第一输出端之间，所述隔离转换电路的第一输出端用于与第一电压输出端连接，所述隔离转换电路的第二输出端用于与第二电压输出端连接。

可选的，所述谐振电路包括第一电感，所述第一电感的一端连接于所述第一连接点，所述第一电感的另一端与所述隔离转换电路的第一输入端连接。

可选的，所述第一开关为第一mos管，所述第二开关为第二mos管，所述第三开关包括第三mos管，所述第四开关为第四mos管；所述第一mos管的漏极及所述第三mos管的漏极用于共同连接于输入电源正极，所述第一mos管的源极与所述第二mos管的漏极共同连接于所述第一连接点，所述第三mos管的源极与所述第四mos管的漏极共用连接于所述第二连接点，所述第二mos管的源极及所述第四mos管的源极共同接地。

可选的，所述第三开关还包括第五mos管，所述第五mos管的源极用于与输入电源正极连接，所述第五mos管的漏极与所述第三mos管的漏极连接。

可选的，所述隔离转换电路包括变压器模组、第一二极管及第二二极管；所述变压器模组包括一原边绕组、第一副边绕组及第二副边绕组；所述原边绕组的同名端为所述隔离转换电路的第一输入端，所述原边绕组的异名端为所述隔离转换电路的第二输入端，所述第一副边绕组的同名端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一副边绕组的异名端及所述第二副边绕组的同名端用于共同连接于第二电压输出端，所述第二副边绕组的异名端与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极及所述第一二极管的阴极用于共同连接于第一电压输出端。

可选的，所述隔离转换电路还包括第二电感，所述第二电感的一端、所述第一二极管的阴极及所述第二二极管的阴极共同连接，所述第二电感的另一端用于连接于第一电压输出端。

可选的，还包括输出电容，所述输出电容用于并联在第一电压输出端与第二电压输出端之间。

可选的，所述第一切换开关包括第六mos管及第七mos管；所述第六mos管的源极与所述隔离转换电路的第一输入端连接，所述第六mos管的漏极与所述第七mos管的漏极连接，所述第七mos管的源极与所述隔离转换电路的第二输入端连接。

可选的，所述第二切换开关包括第八mos管及第九mos管；所述第八mos管的源极与所述第二连接点连接，所述第八mos管的漏极与所述第九mos管的漏极连接，所述第九mos管的源极与所述隔离转换电路的第一输出端连接。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种电源模块，包括如上所述的电源电路。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于相关技术，提供一种电源电路及电源模块。电源电路包括两种工作模式的电路，由并联在输入电源正负极之间的第一桥臂单元及第二桥臂单元、隔离转换电路、谐振电路、第一切换开关及第二切换开关组合而成，两种工作模式的电路分别对应两种电压转换形式，其可根据输入电源的电压大小决定以何种工作模式进行工作，通过控制第一切换开关和第二切换开关的工作状态，可实现电源电路在两种工作模式中随意切换，在任一工作模式中，通过对第一桥臂单元及第二桥臂单元进行控制，可得到相应的输出。因此，其能够根据输入电压灵活地改变工作模式，实现较宽输入电压范围的电压转换，适用范围广。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供一种电源电路的结构示意图；

图2是图1中的电源电路一种工作模式示意图；

图3是图1中的电源电路另一种工作模式示意图；

图4是本实用新型实施例提供一种电源电路的电路结构示意图；

图5是本实用新型另一实施例提供一种电源电路的结构示意图；

图6是图4中的电源电路一种工作模式示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等等仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供一种电源电路的结构示意图。如图1所示，电源电路100包括第一桥臂单元10、第二桥臂单元20、谐振电路30、隔离转换电路40、第一切换开关50以及第二切换开关60，第一桥臂单元10与第二桥臂单元20并联于输入电源正极vin+与输入电源负极vin-之间，第一桥臂单元10包括串联连接的第一开关s1及第二开关s2，第二桥臂单元20包括串联连接的第三开关s3及第四开关s4，第一开关s1与第二开关s2之间的连接点为10a，第三开关s3与第四开关s4之间的连接点为20a，隔离转换电路40包括第一输入端40a、第二输入端40b、第一输出端40c及第二输出端40d，第一切换开关50连接在隔离转换电路40的第一输入端40a和第二输入端40b之间，谐振电路30连接在第一连接点10a与隔离转换电路40的第一输入端40a之间，第二切换开关60连接在第二连接点20a与隔离转换电路40的第一输出端40c之间，隔离转换电路40的第一输出端40c用于与第一电压输出端(下面以负极vout-为例)连接，隔离转换电路40的第二输出端40d用于与第二电压输出端(下面以正极vout+为例)连接。

在本实施例中，通过控制第一切换开关50和第二切换开关60的工作状态，同时控制第一开关s1、第二开关s2和第三开关s3、第四开关s4以合适的占空比工作，可使得电源电路100工作在第一工作模式和第二工作模式。当控制第一切换开关50断开、第二切换开关60断开，并且控制第一开关s1、第四开关s4和第二开关s2、第三开关s3时，如图2所示，电源电路100工作在第一工作模式；当控制第一切换开关50闭合，并且控制第一开关s1、第四开关s4和第二开关s2、第二切换开关60时，如图3所示，电源电路100工作在第二工作模式。

图2所示的结构为隔离移项全桥dc/dc变换器，其基本工作原理是第一开关s1、第四开关s4和第二开关s2、第三开关s3在隔离转换电路40的第一输入端40a和第二输入端40b产生脉动交流电压，隔离转换电路40用于降低该脉动交流电压并提供输入电源vin与输出电压vo之间的隔离。在选择的开关周期内，第一开关s1、第四开关s4和第二开关s2、第三开关s3交替导通，通过对第一开关s1、第四开关s4和第二开关s2、第三开关s3的占空比进行调节，可以对输出电压v0ut进行调节。该变换器适用于高压输入(例如120v至400v)的场合，其可将较高的输入电压变换为较低的输出电压，并且可输出大电流。

图3所示的结构为非隔离buck-boost变换器，该变换器可以实现输入到输出同相的升降压变换，第一开关s1和第二开关s2构成buck单元，第二切换开关60和第四开关s4构成boost单元，通过对第一开关s1和第四开关s4和第二切换开关60、第二开关s2进行合理的时序控制，可达到调节输出电压的目的。控制方法是多种多样的，其中比较传统简单的控制方法是控制第一开关s1和第四开关s4同时工作，控制第二开关s2和第二切换开关60同时工作，并且两组开关交替导通，在此种控制方法下，假设各个开关的占空比d相同，根据谐振电路30的伏秒平衡特性，电压转换比vout/vin＝d/(1-d)，从而可通过调节占空比d，进而达到控制输出电压vout的效果。在高压输入时，由于占空比d和开关频率的限制，加上各个开关的开关特性等因素，使得该变换器在高压时效率很低，并且不能输出大电流，然而，在低压输入(例如5v至120v)时，其具有较好的转换性能。

因此，本实施例可实现较宽范围的电压转换，适用性强，通过在高压输入时使用隔离移项全桥dc/dc变换器进行电压转换，可降压，同时可输出大电流，通过在低压输入时使用非隔离buck-boost变换器进行电压转换，可进行升降压。

请参与图4，图4为本实用新型实施例提供一种电源电路的电路结构示意图。如图4所示，谐振电路30包括第一电感l1，第一电感l1的一端连接于第一连接点10a，第一电感l1的另一端与隔离转换电路40的第一输入端40a连接。第一电感l1在隔离移项全桥dc/dc变换器中作为谐振电感，以辅助隔离转换电路40的能量转换，第一电感l1在非隔离buck-boost变换器中利用其伏秒平衡特性而作为工作电感。

在一些实施例中，第一开关s1为第一mos管q1，第二开关s2为第二mos管q2，第三开关s3包括第三mos管q3，第四开关为第四mos管q4，第一mos管q1的漏极及第三mos管q3的漏极共同连接于输入电源正极vin+，第一mos管q1的源极与第二mos管q2的漏极连接于第一连接点10a，第三mos管q3的源极与第四mos管q4的漏极连接于第二连接点20a，第二mos管q2的源极及第四mos管q4的源极共同接地。

可以理解，在图4所示的第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3及第四mos管q4均为nmos管，然而，这些开关管均可使用其它任意合适的开关或开关管代替，例如pmos管、igbt等。

在一些实施例中，如图5所示，第三开关s3还包括第五mos管q5，第五mos管q5的源极与输入电源正极vin+连接，第五mos管q5的漏极与第三mos管q3的漏极连接。第五mos管q5与第三mos管q3同步关断时，由于第五mos管q5与第三mos管q3是背靠背连接的，因此利用各自的体二极管的单向导通特性防止电流流通。

在一些实施例中，隔离转换电路40包括变压器模组lm、第一二极管d1及第二二极管d2，变压器模组lm包括一原边绕组np、第一副边绕组ns1及第二副边绕组ns2，原边绕组np的同名端为隔离转换电路40的第一输入端40a，原边绕组np的异名端为隔离转换电路40的第二输入端40b，第一副边绕组ns1的同名端与第一二极管d1的阳极连接，第一副边绕组ns1的异名端及第二副边绕组ns2的同名端共同连接于电压输出正极vout+，第二副边绕组ns2的异名端与第二二极管d2的阳极连接，第二二极管d2的阴极及第一二极管d1的阴极共同连接于电压输出负极vout-。第一二极管d1及第二二极管d2作为整流二极管。

下面结合图6对本实施进行详细说明。

在全桥工作模式下，第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3及第四mos管q4的驱动信号的占空比d(例如50％)相同且具有相同的开关频率，第一mos管q1、第四mos管q4和第二mos管q2、第三mos管q3交替导通，并且两组开关留有一定的死区时间，第一mos管q1和第四mos管q4导通、第二mos管q2和第三mos管q3关断时，第一连接点10a与第二连接点20a之间的电压差为正的输入电压，第一二极管d1为正向偏置而第二二极管d2为反向偏置，第一mos管q1和第四mos管q4关断、第二mos管q2和第三mos管q3导通时，第一连接点10a与第二连接点20a之间的电压差为负的输入电压，第一二极管d1为反向偏置而第二二极管d2为正向偏置。

若操作在电感电流连续模式(ccm)下，并且假设第一副边绕组ns1和第二副边绕组ns2的匝数均为ns，原边绕组np的匝数为np，那么输入电压和输出电压的关系为：vout＝2*vin*(ns/np)*d。

在一些实施例中，隔离转换电路40还包括第二电感l2，第二电感l2的一端、第一二极管d1的阴极及第二二极管d2的阴极共同连接，第二电感l2的另一端连接于电压输出负极vout-。第二电感l2用于滤波。

在一些实施例中，电源电路100还包括输出电容co，输出电容co并联在电压输出正极vout+与电压输出负极vout-之间。

在一些实施例中，第一切换开关50包括第六mos管q6及第七mos管q7，第六mos管q6的源极与隔离转换电路40的第一输入端40a(变压器模组lm原边绕组np的同名端)连接，第六mos管q6的漏极与第七mos管q7的漏极连接，第七mos管q7的源极与隔离转换电路40的第二输入端40b(变压器模组lm原边绕组np的异名端)连接。

当第六mos管q6及第七mos管q7导通时，相当于一根导线短接于变压器模组lm原边绕组np的同名端和异名端之间，电流将流经第六mos管q6及第七mos管q7，而不会流经变压器模组lm原边绕组np；当第六mos管q6及第七mos管q7关断时，相当于第六mos管q6及第七mos管q7可忽略，电流将流经变压器模组lm原边绕组np，并且，背靠背连接的第六mos管q6及第七mos管q7利用各自的体二极管的单向导通特性完全阻止电流流通。第六mos管q6及第七mos管q7可以使用任意合适的开关或开关管来代替，只要其能够实现切换功能即可。

在一些实施例中，第二切换开关60包括第八mos管q8及第九mos管q9，第八mos管q8的源极与第二连接点10a连接，第八mos管q8的漏极与第九mos管q9的漏极连接，第九mos管q9的源极与隔离转换电路40的第一输出端40c连接。第八mos管q8及第九mos管q9可以使用任意合适的开关或开关管来代替。

当第八mos管q8及第九mos管q9导通时，相当于一根导线短接于第二连接点20a与电压输出负极vout-之间，当第八mos管q8及第九mos管q9关断时，相当于第八mos管q8及第九mos管q9可忽略，并且背靠背连接的第八mos管q8及第九mos管q9利用各自的体二极管的单向导通特性完全阻止电流流通。

作为本实用新型实施例的另一方面，本实用新型实施例还提供一种电源模块，包括如上所述的电源电路。

最后要说明的是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本实用新型的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本实用新型不同方面的许多其它变化，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。