专利名称：一种高效率的交流-直流电压转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源领域，更具体的说，涉及一种高效率的交流-直流电压转换电路。
背景技术：
目前交流-直流电压转换电路中比较常用的 两级结构包括PFC电路和反激式变换器。参考图1，为现有技术中由PFC电路和反激式变换器组成的两级式交流-直流电压转换电路的原理框图。其中前一级PFC电路用以提高功率因数，进而提高电源的工作效率，而后级的反激式变换器用以将前级的输出电压通过隔离式的拓扑结构传输至副边。但是由于带有PFC功能的交/直流电路通常采用升压型电路，其输出电压比输入电压高，在用于输入电压较高的宽输出电压范围场合时，将造成输出电压进一步提高，因此某些电路器件如图I中的二极管D1、开关管Q1、开关管Q2以及电容C1均需要采用耐高压器件，此外，电容C1的储能容量也会增大，因此成本较高；另外无论负载如何变化，其两级式结构一直处于工作状态，电路的转换效率难以提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效率的交流-直流电压转换电路，其利用两级结构将输入的交流电源转换为一恒定的直流输出，在第一工作状态时，所述交流电源依次经过两级电压转换电路产生电信号为负载供电；在第二工作状态时，控制第一级电压转换电路的输出与期望电信号匹配以为负载供电，以提高电路的转换效率。由于第二级电压转换电路的拓扑结构优选为降压型变换器，对其输出电容的容值要求较低，无需采用电解电容即可达到要求，降低了成本；另外，交流-直流电压转换电路中的反激式变换器优选采用原边控制方式，而无需采用光耦元件等，因此有利于电路集成。由此采用依据本发明的交流-直流电压转换电路具有高效率、易集成、低成本的优点。依据本发明一实施例的一种高效率的交流-直流电压转换电路，包括第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中，所述第一级电压转换电路为具有功率因数校正功能的隔离型拓扑结构，用以将接收到的交流电源转换为第一输出电压；所述第二级电压转换电路为非隔离型拓扑结构，用以将接收到的所述第一输出电压转换为一;〖亘定的电信号；在第一工作状态时，所述交流电源依次经过第一级电压转换电路和第二级电压转换电路后，产生所述恒定的电信号来驱动后续负载；在第二工作状态时，所述第二级电压转换电路不进行电压转换操作，所述第一级电压转换电路根据当前期望电信号将所述交流电源进行电压转换，以使所述第一级电压转换电路的输出电信号与所述当前期望电信号相匹配。进一步的，所述第一级电压转换电路包括一整流桥，一反激式变换器和一功率因数校正控制电路；其中，所述整流桥与所述交流电源连接，以将所述交流电源转换为一直流电压；所述反激式变换器分别与所述整流桥和所述功率因数校正控制电路连接，以接收所述直流电压，所述功率因数校正控制电路控制所述反激式变换器的输入电压和输入电流同相位。优选的，在第二工作状态时，通过调节所述第一级电压转换电路中的反馈电路的反馈电压或其基准值，以使所述 第一级电压转换电路的输出电信号与所述当前期望电信号相匹配。优选的，在第一工作状态时，所述第二级电压转换电路工作在PWM模式，通过控制开关管的占空比维持输出电信号的恒定；在第二工作状态时，所述第二级电压转换电路的输入端和输出端之间的支路保持直通状态，其他支路保持关断状态以停止电压转换操作。优选的，所述第二级电压转换电路的拓扑结构为非隔离型非同步降压电路，在第二工作状态时，其主功率开关管保持导通状态。优选的，所述第二级电压转换电路的拓扑结构为非隔离型同步降压电路，在第二工作状态时，其主功率开关管保持导通状态，同步功率开关管保持关断状态。进一步的，所述交流-直流电压转换电路进一步包括选择电路、PWM控制电路和线性调节电路，在第一工作状态时，所述选择电路选择所述PWM控制电路控制所述第二级电压转换电路中开关管的开关动作；在第二工作状态时，所述选择电路选择所述线性调节电路控制所述第二级电压转换电路中开关管的开关动作。进一步的，所述交流-直流电压转换电路进一步包括，PWM控制电路、检测电路和逻辑电路；其中，所述检测电路在第二工作状态时输出一有效信号；所述PWM控制电路输出的PWM控制信号以及所述检测电路输出的有效信号通过所述逻辑电路控制所述第二级电压转换电路中开关管的开关状态。优选的，所述反激式变换器采用原边控制方式，通过采样所述反激式变换器的辅助绕组的输出电压控制所述反激式变换器的工作状态。优选的，所述反激式变换器进一步包括一原边开关管，所述反激式变换器的原边与所述原边开关管相连接，所述功率因数校正控制电路采用准谐振控制方式控制所述原边开关管的开关动作。
图I所示为现有的一种两级式交流-直流电压转换电路的原理框图。图2所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第一实施例的电路图；图3所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第二实施例的电路图；图4所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第三实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。参考图2，所示为依据本发明的一种交流-直流电压转换电路的第一实施例的电路图；其包括第一级电压转换电路和第二级电压转换电路。其中，所述第一级电压转换电路为具有功率因数校正功能的隔离型拓扑结构，其具体包括一整流桥，一反激式变换器和一功率因数校正控制电路；其中，所述整流桥与所述交流电源连接，以将所述交流电源转换为一直流电压；所述反激式变换器分别与所述整流桥和所述功率因数校正控制电路连接，以接收所述直流电压；一原边开关管S1与所述反激式变换器的原边相连接，所述功率因数校正控制电路控制所述原边开关管S1的开关动作，以达到所述反激式变换器的输入电压和输入电流同相位，提高功率因数的目的。所述反激式变换器的副边输出经过一输出二极管D1和一输出电容Cratl后,得到第一输出电压Vtjutl ；所述第二级电压转换电路为非隔离型拓扑结构，在本实施例中具体包括一直流/直流变换器，用以将接收到的所述第一输出电压Vwtl转换为一恒定的直流电压Vtjut输出。为了提高整个电路的转换效率，在第一工作状态时，即所述交流-直流电压转换电路正常工作时，所述交流电源依次经过所述第一级电压转换电路和第二级电压转换电路后，产生恒定直流电压来驱动后续负载；在实际应用中所述第二级电压转换电路可以工作在PWM模式。在第二工作状态时，即所述交流-直流电压转换电路工作在待机状态时，所述第二级电压转换电路通过逻辑控制或线性控制使输入端和输出端之间的支路保持导通，其他支路关断以停止电压转换操作，所述第一级电压转换电路根据当前驱动负载的期望电信号对所述交流电源进行电压转换，使其输出的电信号与期望电信号匹配，以为负载供电。在这里需要说明的是对所述原边开关管S1的控制，其控制模式不限，峰值电流控制模式，恒导通时间控制、平均电流模式控制、单周控制等任何合适的控制模式，均适用于本发明。而第二级电压转换电路的拓扑结构也可以为buck、boost、cuk、zeta或sepic等常规非隔离型拓扑，其均在本发明的保护范围之内。在实际应用中，将依据本发明的交流-直流电压转换电路应用于电视机的12V恒压电源中，以所述第二级电压转换电路为一降压型变换器为例，其中第一级电压转换电路输出一大于12V的直流电压，经过第二电压转换电路的直流变换可以提供一符合规格的稳定的12V输出电压。利用图I所示的两级式结构整个电路的效率为82. 7%，而利用依据本发明的交流-直流电压变换电路实现时，其效率提升至88.4%，而成本下降了 37%。由此可见采用依据本发明的交流-直流电压转换电路具有高效率、低成本的优点。参考图3，所示为依据本发明的一种交 流-直流电压转换电路的第二实施例的电路图；在该实施例中，进一步包括选择电路、PWM控制电路和线性调节电路；所述第二级电压转换电路的拓扑结构优选为非隔离型非同步降压电路，其由主功率开关管S2、二极管D2、电感L1、以及输出电容Ctjut2组成，输出为一直流电压Vwt ；在第一工作状态时，所述第一级电压转换电路中的反激式变换器的控制方式为副边控制，分压电阻R11和电阻R12串联连接并接收所述第一输出电压Vwtl, —开关管S3和电阻R13串联连接至地并与所述电阻R12并联；在第一工作状态时，所述开关管S3导通，所述第一输出电压Vwtl经过电阻R11和电阻R12、R13并联等效的电阻分压后，再经过光耦合器反馈至控制芯片301以控制原边开关管S1的开关动作，将接收到的交流电源转换为所述第一输出电压Vratl ;所述选择电路接收表征负载状态的信息以在第一工作状态时选择所述PWM控制电路控制所述主功率开关管S2的开关动作，以保证所述第二级电压转换电路的输入为后续负载供电。
在第二工作状态时，所述选择电路选择所述线性调节电路控制所述主功率开关管S2保持导通状态，此时所述非同步降压电路中止电压转换操作，为保证此时第一级电压转换电路能够根据负载的期望供电电压对所述交流电源进行电压转换，需要调节所述第一级电压转换电路的反馈电压，在本实施例中通过以下方式实现所述线性调节电路输出一有效信号，通过反相后控制所述开关管S3关断，此时所述第一输出电压Vwtl经过电阻R11和电阻R12分压，由于分压电阻的连接变化，导致表征所述第一输出电压Vratl的反馈信号相应的变大，通过对原边开关管S1的占空比的控制，导致所述第一输出电压Vwtl较之正常工作时有所下降，经过电感L1和输出电容Crat2的滤波后，能够为所述负载正常供电。由于降压电路的输出电压比输入电压低，因此对其输出电容的容值要求较低，无需采用电解电容即可达到要求，降低了成本。另外，降压电路其带宽较宽，能够有效消除第一电压转换电路输出的谐波，进而降低了对输出电容Cwtl的容值要求，使所述第一电压转换电路输出端的电容不需要采用电解电容即能满足要求。这里需要说明的是，在图3所示实施例中，通过调节所述第一级电压转换电路的反馈电路的反馈电压以使所述第一级电压转换电路的输出电信号与期望电信号匹配，在实际应用中，通过调节反馈电压对应的基准值也能够达到同样的技术效果，同样在本发明的保护范围之内。另外，所述第二级电压转换电路采用非隔离型拓扑结构，其具体实现也不局限于非同步降压电路，其他如同步降压电路，非同步升压电路、同步降压电路等任何适合的非隔离型拓扑均可适用。相应的，为保证所述第二级电压转换电路的输入端和输出端之间的支路保持直通状态，其他支路保持关断状态以停止电压转换操作，在第二工作状态时，同步降压电路中的主功率开关管保持导通状态，同步开关管保持关断状态；采用非同步升压电路时，其主功率开关管保持关断状态；采用同步升压电路时，其主功率开关管保持关断状态，同步开关管保持导通状态。图3所示实施例中反激式变换器采用副边控制方式，利用光耦合器进行反馈信号取样，不仅不利于电路集成，同时增加了电路的体积和成本，在图4所示实施例中，所述反激式变换器采用原边控制方式，通过采样所述反激式变换器的辅助绕组的输出电压控制所述反激式变换器的工作状态，而无需采用光耦元件等，因此有利于电路集成。而所述第二级电压转换电路的拓扑结构优选为非隔离型同步降压电路，并进一步包括PWM控制电路、检测电路和逻辑电路；其中所述检测信号在第二工作状态时输出一有效信号；所述PWM控制电路输出的PWM控制信号以及所述检测电路输出的有效信号通过所述逻辑电路控制所述第二级电压转换电路中的开关管的开关动作。在第一工作状态时，所述第一级电压转换电路中反激式变换器采用原边控制方式，且对所述原边开关管S1的控制优选为准谐振控制方式。而所述逻辑电路根据所述PWM控制信号控制所述同步降压电路中主功率开关管S4以及同步开关管S5的开关动作；在第二工作状态时，所述逻辑电路根据所述检测电路输出的有效信号控制所述主功率开关管S4保持导通状态，而同步开关管S5保持关断状态。同时所述有效信号经过反相控制所述开关管S3关断，此时所述第一输出电压Vwtl经过电阻R21和电阻R22分压，由于分压电阻的连接变化，导致表征所述第一输出电压Vratl的反馈信号相应的变大，通过对原边开关管S1的占空比的控制，导致所述第一输出电压Vratl较之正常工作时有所下降，能够为所述负载正常供电。以上对依据本发明的优选实 施例的交流-直流电压转换电路进行了描述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本领域技术人员在本发明实施例公开的电路的基础上所做的相关的改进、多个实施例的结合，以及采用其他技术、电路布局或元件而实现的相同功能的电路结构，也在本发明实施例的保护范围之内。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
权利要求
1.一种高效率的交流-直流电压转换电路，其特征在于，包括第一级电压转换电路和第二级电压转换电路，其中， 所述第一级电压转换电路为具有功率因数校正功能的隔离型拓扑结构，用以将接收到的交流电源转换为第一输出电压； 所述第二级电压转换电路为非隔离型拓扑结构，用以将接收到的所述第一输出电压转换为一-〖亘定的电信号； 在第一工作状态时，所述交流电源依次经过第一级电压转换电路和第二级电压转换电路后，产生所述恒定的电信号来驱动后续负载； 在第二工作状态时，所述第二级电压转换电路不进行电压转换操作，所述第一级电压转换电路根据当前期望电信号将所述交流电源进行电压转换，以使所述第一级电压转换电路的输出电信号与所述当前期望电信号相匹配。
2.根据权利要求I所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述第一级电压转换电路包括一整流桥，一反激式变换器和一功率因数校正控制电路；其中，所述整流桥与所述交流电源连接，以将所述交流电源转换为一直流电压； 所述反激式变换器分别与所述整流桥和所述功率因数校正控制电路连接，以接收所述直流电压，所述功率因数校正控制电路控制所述反激式变换器的输入电压和输入电流同相位。
3.根据权利要求I所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，在第二工作状态时，通过调节所述第一级电压转换电路中的反馈电路的反馈电压或其基准值，以使所述第一级电压转换电路的输出电信号与所述当前期望电信号相匹配。
4.根据权利要求I所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，在第一工作状态时，所述第二级电压转换电路工作在PWM模式，通过控制开关管的占空比维持输出电信号的恒定；在第二工作状态时，所述第二级电压转换电路的输入端和输出端之间的支路保持直通状态，其他支路保持关断状态以停止电压转换操作。
5.根据权利要求4所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述第二级电压转换电路的拓扑结构为非隔尚型非同步降压电路，在第二工作状态时，其主功率开关管保持导通状态。
6.根据权利要求4所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述第二级电压转换电路的拓扑结构为非隔离型同步降压电路，在第二工作状态时，其主功率开关管保持导通状态，同步功率开关管保持关断状态。
7.根据权利要求5或6所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，进一步包括选择电路、PWM控制电路和线性调节电路， 在第一工作状态时，所述选择电路选择所述PWM控制电路控制所述第二级电压转换电路中开关管的开关动作； 在第二工作状态时，所述选择电路选择所述线性调节电路控制所述第二级电压转换电路中开关管的开关动作。
8.根据权利要求5或6所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于进一步包括，PWM控制电路、检测电路和逻辑电路； 其中，所述检测电路在第二工作状态时输出一有效信号；所述PWM控制电路输出的PWM控制信号以及所述检测电路输出的有效信号通过所述逻辑电路控制所述第二级电压转换电路中开关管的开关状态。
9.根据权利要求2所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述反激式变换器采用原边控制方式，通过采样所述反激式变换器的辅助绕组的输出电压控制所述反激式变换器的工作状态。
10.根据权利要求2所述的交流-直流电压转换电路，其特征在于，所述反激式变换器进一步包括一原边开关管，所述反激式变换器的原边与所述原边开关管相连接，所述功率因数校正控制电路采用准谐振控制方式控制所述原边开关管的开关动作。
全文摘要
依据本发明的一种高效率的交流-直流电压转换电路，其利用两级结构将输入的交流电源转换为一恒定的直流输出，在第一工作状态时，所述交流电源依次经过两级电压转换电路产生电信号为负载供电；在第二工作状态时，控制第一级电压转换电路的输出与期望电信号匹配以为负载供电，以提高电路的转换效率。由于第二级电压转换电路的拓扑结构优选为降压型变换器，对其输出电容的容值要求较低，无需采用电解电容即可达到要求，降低了成本；另外，交流-直流电压转换电路中的反激式变换器优选采用原边控制方式，而无需采用光耦元件等，因此有利于电路集成。由此采用依据本发明的交流-直流电压转换电路具有高效率、易集成、低成本的优点。
文档编号H02M7/12GK102638184SQ20121012997
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者徐鸿国 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司