本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种boost电路、开关电源、供电系统及控制方法。
背景技术：
开关电源，顾名思义是指通过控制电路控制电子开关器件导通和关断，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现dc/ac或dc/dc电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
而开关电源中，应用较广的是boost电路，boost电路是升压电路，可以将其输入电压进行升压后输出，即boost电路的输出电压高于输入电压。boost电路属于dc/dc电路中的一种。
开关电源在应用中需要能够满足一定的电压跌落标准，当发生电压跌落时，需要开关电源具有尽可能长的掉电保持时间。而掉电保持时间可以用下面的公式(1)表示：
thold＝0.5*c*δu2/pout(1)
其中，thold为掉电保持时间；
c为母线电容容值；
δu为母线电压的变化值；
pout为输出功率。
通过公式(1)可以看出，可以通过增加母线电容容值或者提高母线电压的方法来增加掉电保持时间。
但是，在开关电源中，母线电容的体积较大，如果进一步增加母线电容容值，则母线电容的体积将会更大，一般母线电容的体积与容值成正比。这种方法将导致体积增大同时成本也进一步上升。
另外，提高母线电压容易使开关电源正常工作时，偏离最佳工作点，工作效率较低。而且提高母线电压也会受器件耐压规格的限制，调整范围有限。
因此，现有技术中通过增大母线电容容值或者提高母线电压的方式来增加掉电保持时间均存在相应的问题。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明实施例提供一种boost电路、开关电源、供电系统及控制方法，能够增加掉电保持时间，而且几乎不增加整个开关电源的体积，并且没有降低工作效率。
第一方面，提供一种boost电路，所述boost电路的输入端连接整流器，所述boost电路的输出端连接后级设备，所述后级设备包括直流-直流变换器或负载；
所述boost电路包括：电感、第一开关管、第一二极管；
所述电感的第一端连接boost电路的正输入端，所述电感的第二端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述boost电路的正输出端；所述第一开关管的第一端连接所述电感的第二端，所述第一开关管的第二端连接所述boost电路的负输出端，所述boost电路的负输入端和boost电路的负输出端连接在一起；
所述boost电路还包括：第二开关管、第三开关管和第一电容；
所述第二开关管的第一端连接所述boost电路的正输出端，所述第二开关管的第二端通过所述第一电容连接所述boost电路的负输出端；
所述第三开关管的第一端连接所述boost电路的正输入端，所述第三开关管的第二端连接所述第二开关管的第二端；当电压跌落时，所述第三开关管闭合，所述第二开关管断开；当电压未跌落时，所述第三开关管断开，所述第二开关管闭合。
如果不增加第二开关管、第三开关管，一般母线电压在保持时间内可以利用的能量局限在电压范围310v-425v，第一电容剩余的能量将不能被利用。而本申请实施例增加了第二开关管、第三开关管，第一电容可以利用的能量对应的电压范围为90v-425v之间，因此，利用该技术方案，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，还包括：第二电容；
所述第二电容的第一端连接所述boost电路的正输入端，所述第二电容的第二端连接所述boost电路的负输入端。
c2的作用是为了滤波和稳压，提高boost电路输入端电压的稳定性。
综合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，所述第一开关管、第二开关管和第三开关管为以下任一种：
mosfet、igbt、三极管、晶闸管和继电器。
综合第一方面及上述任一种可能的实现方式中，在第三种可能的实现方式中，还包括：第二二极管；
所述第二二极管的阳极连接所述第三开关管的第一端，所述第二二极管的阴极连接所述boost电路的正输入端。
d2的作用是为了实现软启动，防止整个电路启动时对c1造成较大冲击。如果没有d2，当整个电路启动时，即boost电路输入端连接电源，上电的瞬间，较大的电流会通过q3的体二极管到达c1，给c1进行充电，由于上电瞬间电流太大，对c1冲击厉害。当包括d2时，由于d2的单向导通，反向截止的作用，使得boost电路输入端的电流不会到达c1，因此，不会给c1造成冲击，保护c1不受冲击损坏。
第二方面，提供一种开关电源，包括所述的boost电路，还包括：母线电容、电压检测电路和控制器；
所述母线电容并联在所述boost电路的输出端；
所述电压检测电路，用于检测所述开关电源输入端的电压，将检测的所述电压发送给所述控制器；
所述控制器，用于判断所述电压小于或等于预设阈值时，确定发生电压跌落，控制所述第三开关管闭合，控制所述第二开关管断开；反之控制所述第三开关管断开，所述第二开关管闭合。
利用开关电源，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述母线电容的容值小于所述第一电容的容值。
综合第二方面及上述任一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，还包括：
连接在所述控制器与所述第二开关管之间的第一驱动电路；以及，
连接在所述控制器与所述第三开关管之间的第二驱动电路。
综合第二方面及上述任一种可能的实现方式中，在第三种可能的实现方式中，还包括：
连接在所述控制器与所述第一驱动电路之间的第一隔离电路，以及，
连接在所述控制器与所述第二驱动电路之间的第二隔离电路。
综合第二方面及上述任一种可能的实现方式中，在第四种可能的实现方式中，
所述第一隔离电路为第一光耦隔离电路；所述第二隔离电路为第二光耦隔离电路。
第三方面，提供一种供电系统，包括所述的开关电源，还包括：整流器；
所述整流器，用于将交流电整流为直流电输出给所述boost电路。
在第三方面的第一种可能的实现方式中，还包括：直流-直流变换器；
所述直流-直流变换器连接在所述boost电路的输出端，用于将所述boost电路输出电压进行电压转换后输出给负载。
利用供电系统，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
第四方面，提供一种boost电路的控制方法，应用于所述的boost电路，所述boost电路的输入端连接整流器，所述boost电路的输出端连接后级设备，所述后级设备包括直流-直流变换器或负载；
该方法包括：
检测到电压跌落时，控制所述第三开关管闭合，控制所述第二开关管断开；检测到电压未跌落时，控制所述第三开关管断开，控制所述第二开关管闭合。
在第四方面的第一种可能的实现方式中，还包括，检测boost电路所处的环境温度，当所述环境温度低于预设温度值时，执行以下步骤：
第一步：闭合第二开关管；
第二步：断开第二开关管，闭合第三开关管；
循环以上两步，直到检测第一电容容值大于或等于预设容值。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
当电压跌落时，由于q3闭合，q2断开，此时c1的第一端连接boost电路的正输入端，即c1相当于并联在boost电路的输入端，这样c1上存储的能量可以回馈到boost电路的输入端，相当于回馈到母线，从而维持母线电压，使母线电压跌落较少，保证后级设备能够正常工作的电压值，进而增加掉电保持时间。如果不增加q2和q3，一般母线电压在保持时间内可以利用的能量局限在电压范围310v-425v，c1剩余的能量将不能被利用。而本申请实施例增加了q2和q3，c1可以利用的能量对应的电压范围为90v-425v之间，因此，利用该技术方案，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
本申请实施例通过在boost电路中增加两个开关管，当发生掉电时，通过控制开关管动作，将母线电容上存储的能量回馈到母线，维持母线电压，使母线电压跌落较少，进而增加掉电保持时间。这样也可以提高母线电容存储能量的利用率。该方式没有通过增加母线电容容值来提高掉电保持时间，因此，没有增加整个电路的体积，与增加母线电容容值的方案相比本申请实施例提供的技术方案提高了开关电源的功率密度。
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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的开关电源示意图；
图2为本申请实施例提供的一种boost电路示意图；
图3为本申请实施例提供的传统boost电路示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种boost电路示意图；
图5为本申请实施例提供的一种开关电源示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种开关电源示意图；
图7为本申请实施例提供的一种供电系统示意图；
图8为本申请实施例提供的一种boost电路的控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅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，都属于本发明保护的范围。
首先介绍下开关电源的架构。
参见图1，该图为开关电源的示意图。
开关电源一般包括整流器、boost电路和直流-直流变换器(dc-dc)，当然也可以不包括dc-dc，即boost电路的输出端可以直接连接负载给负载供电。为了提高功率因数，一般包括功率因数校正电路，例如功率因数校正电路可以利用boost电路来实现。
图1所示的开关电源包括：整流器(ac-dc)100、boost电路200和直流-直流变换器(dc-dc)300。
其中，ac-dc100的作用是将交流电整流为直流电。
一般ac-dc100可以使用整流桥来实现。
boost电路200的作用是升压。
dc-dc300的作用是将ac-dc100输出的电压进行进一步转换，例如降压为负载工作时需要的电压。另外，dc-dc300还可以实现稳压作用。
图1中dc-dc300输入端连接的电容c为母线电容。
目前开关电源增加掉电保持时间的方式是通过增加母线电容容值或者提高母线电压，但是这两种方式均存在缺点。
本申请实施例通过在boost电路中增加两个开关管，当发生掉电时，通过控制开关管动作，将母线电容上存储的能量回馈到母线，维持母线电压，使母线电压跌落较少，进而增加掉电保持时间。这样也可以提高母线电容存储能量的利用率。该方式没有通过增加母线电容容值来提高掉电保持时间，因此，没有增加整个电路的体积，与增加母线电容容值的方案相比本申请实施例提供的技术方案提高了开关电源的功率密度。
实施例一：
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种boost电路示意图。
本实施例提供的boost电路的输入端连接整流器100，所述boost电路的输出端连接后级设备200，所述后级设备200包括直流-直流变换器或负载；
所述boost电路包括：电感l、第一开关管q1、第一二极管d1；
所述电感l的第一端连接boost电路的正输入端，所述电感l的第二端连接所述第一二极管d1的阳极，所述第一二极管d1的阴极连接所述boost电路的正输出端；所述第一开关管q1的第一端连接所述电感l的第二端，所述第一开关管q1的第二端连接所述boost电路的负输出端，所述boost电路的负输入端和boost电路的负输出端连接在一起。
图2中l、q1和d1是传统boost电路的器件。其中，q1的开关状态利用boost电路升压时的控制方式即可，本申请实施例中没有对q1进行任何改变，由于传统boost电路中开关管的控制方式属于比较成熟的技术，因此在此不再赘述。为了更明显地对比传统boost电路与本申请实施例提供的boost电路，具体可以参见图3，图3为传统boost电路的示意图。对比图2和图3可以发现，图2比图3多了q2、q3和c1。
本申请实施例除了包括l、q1和d1以外，还包括：第二开关管q2、第三开关管q3和第一电容c1；
所述第二开关管q2的第一端连接所述boost电路的正输出端，所述第二开关管q2的第二端通过所述第一电容c1连接所述boost电路的负输出端；
所述第三开关管q3的第一端连接所述boost电路的正输入端，所述第三开关管q3的第二端连接所述第二开关管q2的第二端；当电压跌落时，所述第三开关管q3闭合，所述第二开关管q2断开；当电压未跌落时，所述第三开关管q3断开，所述第二开关管q2闭合。
可以理解的是，所述第一开关管q1、第二开关管q2和第三开关管q3均有可控开关管，可以为以下任一种：
mosfet、igbt、三极管、晶闸管和继电器。
q1、q2和q3的具体类型可以根据实际需要来选择，本申请实施例中不做具体限定。
q1、q2和q3除了包括第一端和第二端以外，还包括控制端，可以通过改变控制端的信号来控制其开关状态。
下面介绍本申请实施例提供的boost电路的工作原理。
当电压未跌落时，由于q3断开，q2闭合，因此与传统的boost电路的拓扑一样，工作原理也与传统的boost电路相同。在此不再赘述。
当电压跌落时，由于q3闭合，q2断开，此时c1的第一端连接boost电路的正输入端，即c1相当于并联在boost电路的输入端，这样c1上存储的能量可以回馈到boost电路的输入端，相当于回馈到母线，从而维持母线电压，使母线电压跌落较少，保证后级设备能够正常工作的电压值，进而增加掉电保持时间。如果不增加q2和q3，一般母线电压在保持时间内可以利用的能量局限在电压范围310v-425v，c1剩余的能量将不能被利用。而本申请实施例增加了q2和q3，c1可以利用的能量对应的电压范围为90v-425v之间，因此，利用该技术方案，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
实施例二：
参见图4，该图为本申请实施例提供的又一种boost电路示意图。
本实施例提供的boost电路还可以包括：第二电容c2；
所述第二电容c2的第一端连接所述boost电路的正输入端，所述第二电容c2的第二端连接所述boost电路的负输入端。即c2并联在boost电路的输入端。
c2的作用是为了滤波和稳压，提高boost电路输入端电压的稳定性。
另外，本实施例提供的boost电路还可以包括：第二二极管d2；
所述第二二极管d2的阳极连接所述第三开关管q3的第一端，所述第二二极管d2的阴极连接所述boost电路的正输入端。
d2的作用是为了实现软启动，防止整个电路启动时对c1造成较大冲击。如果没有d2，当整个电路启动时，即boost电路输入端连接电源，上电的瞬间，较大的电流会通过q3的体二极管到达c1，给c1进行充电，由于上电瞬间电流太大，对c1冲击厉害。当包括d2时，由于d2的单向导通，反向截止的作用，使得boost电路输入端的电流不会到达c1，因此，不会给c1造成冲击，保护c1不受冲击损坏。
图1中母线电容为c，本申请实施例提供boost电路对应两个母线电容分别为c1和第三电容c3，即将传统的母线电容拆分为两个。当q2闭合时，c1和c3并联。当q2断开，q3闭合时，c1上的能量被回馈到boost电路的输入端。
具体实现时，可以选取c1的电容容值大于c3的电容容值。即c1的容值可以是c3容值的几倍或者十几倍。由于c1的储能需要在电压跌落时回馈到boost电路输入端，因此，c1的容值越大，储能越多，当电压跌落时，c1回馈到boost输入端的能量也越多。
另外，c1和c2可以选用电解电容，当该boost电路应用于环境温度比较低的环境中时，电解电容在较低温度时容值将急剧降低，甚至低到可以忽略没有容值。对于这样情况，需要在整个电路带载工作之前，对电解电容进行加热，进而恢复其正常容值，由于c1的容值较大，因此c1受低温影响比较明显。下面介绍低温加热电容的具体实现方式。
检测boost电路所处的环境温度，当所述环境温度低于预设温度值时，执行以下步骤：
第一步：闭合q2，c3为c1充电；
第二步：断开q2，闭合q3，使c1的能量反馈回l；
循环以上两步，直到检测c1的容值大于或等于预设容值。
以上两步的目的是使c1循环进行充放电，从而激活c1的电解液，使其温度升高，进而容值升高。
其中，预设温度值可以根据c1和c2的具体型号来设定，在此不再赘述。
本实施例提供的boost电路添加了d2，d2可以防止整个电路上电瞬间对c1造成冲击，进而保护c1。另外，boost电路还包括c2，可以对输入电压进行滤波和稳压，提高boost电路输入端电压的稳定性。
实施例三：
基于以上实施例提供的一种boost电路，本申请实施例还提供一种开关电源，下面结合附图进行详细介绍。
参见图5，该图为本申请实施例提供的一种开关电源示意图。
本实施例提供的开关电源，包括以上实施例提供的boost电路，还包括：母线电容c3、电压检测电路501和控制器502；
所述母线电容c3并联在所述boost电路的输出端；
所述电压检测电路501，用于检测所述开关电源输入端的交流电压，将检测的所述交流电压发送给所述控制器502；
可以理解的是，电压跌落一般是指电网断电引起电压跌落或者发生故障引起电压跌落，因此，检测电压是否跌落通过检测交流电压便可以获知。电压检测电路501具体可以通过电压互感器来实现。
所述控制器502，用于判断所述交流电压小于或等于预设阈值时，确定发生电压跌落，控制所述第三开关管q3闭合，控制所述第二开关管q2断开；反之控制所述第三开关管q3断开，所述第二开关管q2闭合。
当电压跌落时，控制器502控制q3闭合，q2断开，此时c1的第一端连接boost电路的正输入端，即c1相当于并联在boost电路的输入端，这样c1上存储的能量可以回馈到boost电路的输入端，相当于回馈到母线，从而维持母线电压，使母线电压跌落较少，保证后级设备能够正常工作的电压值，进而增加掉电保持时间。如果不增加q2和q3，一般母线电压在保持时间内可以利用的能量局限在电压范围310v-425v，c1剩余的能量将不能被利用。而本申请实施例增加了q2和q3，c1可以利用的能量对应的电压范围为90v-425v之间，因此，利用开关电源，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
实施例四：
参见图6，该图为本申请实施例提供的另一种开关电源示意图。
q2和q3为可控开关管，当q2和q3选择继电器时，控制器502直接控制q2和q3动作即可。当q2和q3选择igbt、mosfet或晶闸管时，需要驱动电路驱动才可以动作，控制器502输出的控制信号不足以驱动其进行开关动作。
另外，当q2和q3选择igbt、mosfet或晶闸管时，需要进行信号隔离，避免强电信号和弱电信号之间的互相干扰。
因此，下面介绍当q2和q3选择igbt、mosfet或晶闸管时的具体实现方式。
本实施例提供的开关电源还可以包括：连接在所述控制器502与所述第二开关管q2之间的第一驱动电路503；以及，连接在所述控制器502与所述第三开关管q3之间的第二驱动电路504。
可以理解的是，第一驱动电路503和第二驱动电路504可以由同一款集成驱动芯片来实现。也可以是单独搭建的模拟电路。
另外，为了实现信号隔离互不干扰，该开关电源还可以包括：连接在所述控制器502与所述第一驱动电路503之间的第一隔离电路505，以及，连接在所述控制器502与所述第二驱动电路504之间的第二隔离电路506。
其中本实施例中不限定第一隔离电路505和第二隔离电路506的具体实现方式，例如可以采用光耦隔离电路，也可以采用其他具有隔离效果的隔离电路。
实施例五：
基于以上实施例提供的一种boost电路和开关电源，本申请实施例还提供一种供电系统，下面结合附图进行详细介绍。
参见图7，该图为本申请实施例提供的一种供电系统示意图。
本实施例提供的供电系统，包括以上实施例提供的开关电源，还包括：整流器100；
所述整流器100，用于将交流电整流为直流电输出给所述boost电路200。
本实施例提供的供电系统，当交流电压跌落时，开关电源中的控制器502控制q3闭合，q2断开，此时c1的第一端连接boost电路的正输入端，即c1相当于并联在boost电路的输入端，这样c1上存储的能量可以回馈到boost电路的输入端，相当于回馈到母线，从而维持母线电压，使母线电压跌落较少，保证后级设备能够正常工作的电压值，进而增加掉电保持时间。如果不增加q2和q3，一般母线电压在保持时间内可以利用的能量局限在电压范围310v-425v，c1剩余的能量将不能被利用。而本申请实施例增加了q2和q3，c1可以利用的能量对应的电压范围为90v-425v之间，因此，利用供电系统，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
另外，该供电系统还可以包括：直流-直流变换器dc-dc300，继续参见图7。
dc-dc300连接在所述boost电路200的输出端，用于将所述boost电路200输出电压进行电压转换后输出给负载。
实施例六：
基于以上实施例提供的一种boost电路、开关电源和供电系统，本申请实施例还提供一种boost电路的控制方法，下面结合附图进行详细介绍。
参见图8，该图为本申请实施例提供的一种boost电路的控制方法流程图。
本实施例提供的boost电路的控制方法，应用以上实施例提供的boost电路，所述boost电路的输入端连接整流器，所述boost电路的输出端连接后级设备，所述后级设备包括直流-直流变换器或负载；
该方法包括：
s801：检测到电压跌落时，控制所述第三开关管闭合，控制所述第二开关管断开；
s802：检测到电压未跌落时，控制所述第三开关管断开，控制所述第二开关管闭合。
需要说明的是，s701和s702没有先后顺序。
本实施例提供的控制方法，当交流电压跌落时，开关电源中的控制器502控制q3闭合，q2断开，此时c1的第一端连接boost电路的正输入端，即c1相当于并联在boost电路的输入端，这样c1上存储的能量可以回馈到boost电路的输入端，相当于回馈到母线，从而维持母线电压，使母线电压跌落较少，保证后级设备能够正常工作的电压值，进而增加掉电保持时间。如果不增加q2和q3，一般母线电压在保持时间内可以利用的能量局限在电压范围310v-425v，c1剩余的能量将不能被利用。而本申请实施例增加了q2和q3，c1可以利用的能量对应的电压范围为90v-425v之间，因此，利用该方法，相同容值的母线电容，当电压跌落时，掉电保持时间延长了50％左右。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。