直流转换器及供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种直流转换器及供电系统。本发明实施例提供的直流转换器，通过控制电路控制开关桥的第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通状态，改变开关桥的导通模式，以切换直流转换器的工作模式，使得直流转换器兼容LLC全桥和LLC半桥的工作模式，可以实现多个电压的兼容输出，实现了宽范围输出一次电源的需求，降低了开发和维护成本，提高了输出效率。
【专利说明】直流转换器及供电系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明实施例涉及电路技术，尤其涉及一种直流转换器及供电系统。
【背景技术】
[0002]在视频监控场景中，视频监控设备的主流供电电压等级为12V/24V，供电设备例如小型太阳能供电设备、市电输入等。
[0003]针对采用市电输入的应用需求，为了适应主流供电等级，便于电池选型，要求充电设备需要满足宽范围输出一次电源的要求，如12V/24V兼容输出。
[0004]传统的技术是采用功率因素校正(Power Factor Correction,简称PFC)母线电压，正激变换实现宽范围输出。然而，正激是一种硬开关技术，电路成本高，并且开关损耗比较大，造成效率较低。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供一种直流转换器及供电系统，以解决现有技术的宽范围输出一次电源的效率低、成本高的问题。
[0006]第一方面，本发明实施例提供一种直流转换器，包括:开关桥、LLC谐振电路、主变压器、控制电路、同步整流电路、滤波电路及采样电路；其中，
[0007]所述开关桥，包括全桥式连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管；
[0008]所述LLC谐振电路，包括串联连接的谐振电容、谐振电感、及磁化电感；所述磁化电感与所述主变压器的原边绕组并联；所述LLC谐振电路的两端分别与所述第一开关管和第二开关管之间的共用连接点和所述第三开关管和第四开关管之间的共用连接点连接；
[0009]所述主变压器的副边绕组包括第一绕组和第二绕组；
[0010]所述同步整流电路包括至少两个整流管；所述至少两个整流管的正极分别与所述第一绕组和第二绕组的非共用端口连接，所述至少两个整流管的负极连接并接地；
[0011]所述滤波电路，与所述第一绕组和第二绕组的共用端口连接并接地；
[0012]所述采样电路，与所述第一绕组和第二绕组的共用端口连接，用于获取所述直流转换器的输出电压；
[0013]所述控制电路，与所述采样电路连接，用以通过控制所述第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通状态，改变所述开关桥的导通模式，以切换所述直流转换器的工作模式；其中，所述开关桥的导通模式包括全桥式导通和半桥式导通；相应的，所述直流转换器的工作模式包括LLC全桥和LLC半桥。
[0014]根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述控制电路，还用于根据控制信号及所述采样电路获取的所述直流转换器的输出电压，确定是否切换所述直流转换器的工作模式。
[0015]根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述滤波电路包括滤波电容。
[0016]根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述磁化电感集成在所述主变压器内部。
[0017]根据第一方面、第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述控制信号为手动输入，或者系统生成。
[0018]根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述开关管、续流器为MOS管。
[0019]第二方面，本发明实施例提供一种供电系统，所述供电系统:包括:电源、负载，以及本发明任意实施例所提供的直流转换器。
[0020]本发明实施例提供的直流转换器及供电系统，通过控制电路控制开关桥的第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通状态，改变开关桥的导通模式，以切换直流转换器的工作模式，使得直流转换器兼容LLC全桥和LLC半桥的工作模式，可以实现多个电压的兼容输出，实现了宽范围输出一次电源的需求，降低了开发和维护成本，提高了输出效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
[0022]图1为本发明实施例提供的直流转换器的结构示意图；
[0023]图2为本发明实施例提供的供电系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]图1为本发明实施例提供的直流转换器的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的直流转换器I可以包括:开关桥11、由谐振电容12、谐振电感13、及磁化电感14通过串联连接组成的LLC谐振电路、主变压器15、控制电路16、由整流管17和整流管18组成的同步整流电路、滤波电路19及采样电路20 ;其中，
[0026]所述开关桥11，可以包括采用全桥式连接的第一开关管111、第二开关管112、第三开关管113及第四开关管114 ;所述第一开关管111和第二开关管112之间的共用连接点为连接点B ;所述第三开关管113和第四开关管114之间的共用连接点为连接点B ;所述谐振电容12与所述连接点B连接；所述磁化电感14与与所述连接点A连接；
[0027]所述磁化电感14与所述主变压器15的原边绕组并联；
[0028]所述主变压器15的副边绕组包括第一绕组151和第二绕组152 ；
[0029]所述整流管17的正极与所述第一绕组151的端口 a连接；所述整流管18的正极与所述第二绕组152的端口 b连接；所述整流管17的负极与所述整流管18的负极连接并接地；
[0030]所述滤波电路19，与所述第一绕组151和所述第二绕组152的共用端口 c连接并接地；
[0031]所述采样电路20，与所述第一绕组151和所述第二绕组152的共用端口 c连接，用于获取所述直流转换器I的输出电压Vout ；
[0032]所述控制电路16，与所述采样电路20连接，用以通过控制所述第一开关管111、第二开关管112、第三开关管113及第四开关管114的导通状态，改变所述开关桥11的导通模式，以切换所述直流转换器I的工作模式；其中，所述开关桥11的导通模式包括全桥式导通和半桥式导通；相应的，所述直流转换器I的工作模式包括LLC全桥和LLC半桥。
[0033]本发明实施例提供的直流转换器，通过控制电路控制开关桥的第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通状态，改变开关桥的导通模式，以切换直流转换器的工作模式，使得直流转换器兼容LLC全桥和LLC半桥的工作模式，可以实现多个电压的兼容输出，实现了宽范围输出一次电源的需求，降低了开发和维护成本，提高了输出效率。
[0034]在上述实施例的基础上，所述控制电路16，还用于根据控制信号及所述采样电路20获取的所述直流转换器I的输出电压，确定是否切换所述直流转换器的工作模式。具体地，若所述米样电路20获取的所述直流转换器I的输出电压与控制信号指不的输出电压一致，则所述控制电路16判定所述直流转换器I当前的输出电压满足控制信号的要求，从而确定不切换所述直流转换器I的工作模式；若所述采样电路20获取的所述直流转换器I的输出电压与控制信号指示的输出电压不一致，则所述控制电路16判定所述直流转换器I当前的输出电压不满足控制信号的要求，从而确定需要切换所述直流转换器I的工作模式。
[0035]在上述实施例的基础上，假设当前的所述开关桥11的导通模式为全桥式导通，所述直流转换器I当前的工作模式为LLC全桥，其输出电压为V0，例如，输出电压为24V，此时，所述主变压器15的原边绕组电压近似+/-400V ;当所述控制信号要求所述直流转换器I的输出电压为0.5V0，例如，要求输出电压为12V，即要求将所述直流转换器I的工作模式切换到LLC半桥时，控制电路16根据配置的参数通过控制所述第三开关管113断开，且控制所述第四开关管114闭合，从而将所述开关桥11的导通模式从全桥式导通切换到半桥式导通，此时，所述主变压器15的原边绕组电压近似+/-200V，从而实现了 V0/0.5V0 (例如12V/24V)的兼容输出，并且实现了输出电压的切换。实际中，全桥式导通和半桥式导通各自对应的配置参数可以根据实际需求配置，本实施例以所述第三开关管113断开及所述第四开关管114闭合为半桥式导通的参数只是示例，本发明并不以此为限。
[0036]可选的，所述控制电路为DSP数字电路。所述V0/0.5V0的环路控制、保护控制均用同一 DSP实现，不需要修改外围参数，只需要配置两套参数即可实现。所述直流转换器I工作于变频模式，占空比接近50%，但要留有足够死区防止直通；工作频率放在谐振频率(由所述谐振电容12、谐振电感13、及磁化电感14共同决定)右边。在工作占空比内，谐振电容12、谐振电感13参与谐振，使原边电流为正弦波形，各开关管上面电流可以双向流动；在死区时间内，所述谐振电容12、谐振电感13、及磁化电感14参与谐振。在原边开关管开通前，电流由S极流向D极，迅速将其上面的电压拉到0V，从而使原边开关管零电压开通；在整流管关断前，由于谐振变化其上面的电流降低到0A，从而使整流管零电流关断。当所述直流转换器I当前的工作模式为LLC半桥时。
[0037]可选的，所述滤波电路19可以包括滤波电容。进一步，所述磁化电感14可以集成在所述主变压器15内部。
[0038]在上述实施例的基础上，所述控制信号可以为手动输入或者系统生成；实际中，所述控制信号为手动输入的一种可能的实现方式为:通过在系统上设置拨码开关，当操作人员确定要切换所述直流转换器I的工作模式时，手动控制所述拨码开关以向所述控制电路16发送控制信号。所述控制信号为系统生成的一种可能的实现方式为:系统新增一个输出信号，所述输出信号携带系统要求的输出电压信息。进一步，所述开关管、续流器可以为MOS管。所述控制电路16通过隔离变压器来驱动原边开关管，并且按照V0/10的输出需求进行参数设计，从而能满足0.5V0/10的输出需求。
[0039]图2为本发明实施例提供的供电系统的结构示意图。如图2所示，本发明实施例提供的供电系统2包括:电源21、负载22，以及本发明任意实施例所提供的直流转换器I。
[0040]本发明实施例提供的供电系统，通过直流转换器I控制电路控制开关桥的第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通状态，改变开关桥的导通模式，以切换直流转换器的工作模式，使得直流转换器兼容LLC全桥和LLC半桥的工作模式，可以实现多个电压的兼容输出，实现了宽范围输出一次电源的需求，降低了开发和维护成本，提高了输出效率。
[0041]在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0042]所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0043]另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
[0044]上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory, ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory, RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0045]本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0046]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种直流转换器，其特征在于，包括: 开关桥、LLC谐振电路、主变压器、控制电路、同步整流电路、滤波电路及采样电路；其中， 所述开关桥，包括全桥式连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管；所述LLC谐振电路，包括串联连接的谐振电容、谐振电感、及磁化电感；所述磁化电感与所述主变压器的原边绕组并联；所述LLC谐振电路的两端分别与所述第一开关管和第二开关管之间的共用连接点和所述第三开关管和第四开关管之间的共用连接点连接； 所述主变压器的副边绕组包括第一绕组和第二绕组； 所述同步整流电路包括至少两个整流管；所述至少两个整流管的正极分别与所述第一绕组和第二绕组的非共用端口连接，所述至少两个整流管的负极连接并接地； 所述滤波电路，与所述第一绕组和第二绕组的共用端口连接并接地； 所述采样电路，与所述第一绕组和第二绕组的共用端口连接，用于获取所述直流转换器的输出电压； 所述控制电路，与所述采样电路连接，用以通过控制所述第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管的导通状态，改变所述开关桥的导通模式，以切换所述直流转换器的工作模式；其中，所述开关桥的导通模式包括全桥式导通和半桥式导通；相应的，所述直流转换器的工作模式包括LLC全桥和LLC半桥。
2.根据权利要求1所述的直流转换器，其特征在于: 所述控制电路，还用于根据控制信号及所述采样电路获取的所述直流转换器的输出电压，确定是否切换所述直流转换器的工作模式。
3.根据权利要求2所述的直流转换器，其特征在于: 所述滤波电路包括滤波电容。
4.根据权利要求3所述的直流转换器，其特征在于: 所述磁化电感集成在所述主变压器内部。
5.根据权利要求1-4任一项所述的直流转换器，其特征在于: 所述控制信号为手动输入，或者系统生成。
6.根据权利要求5所述的直流转换器，其特征在于: 所述开关管、续流器为MOS管。
7.—种供电系统,其特征在于:包括:电源、负载，以及如权利要求1-6任一项所述的直流转换器。
【文档编号】H02M3/338GK103683955SQ201310719535
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】叶万祥, 付顺武, 黄国超 申请人:华为技术有限公司