电源装置、电源适配器以及电源装置控制方法与流程

本申请涉及充电技术领域，特别是涉及一种电源装置、电源适配器以及电源装置控制方法。

背景技术：

电源适配器是一种能够为电子设备提供电能的装置，通常情况下，电源适配器需要实现整流、斩波等功能。

相关技术中，电源适配器可以采用qf(准谐振式反激)、acf(有源钳位反激)或者llc(电感-电感-电容)等架构实现。

然而，qf和acf架构的输出功率较低，llc架构的输出功率虽然较高，但是其电路复杂度较高，当前，如何在保证输出功率的前提下降低电路复杂度，继而降低成本，已经成为了电源适配器领域的研究热点。

技术实现要素：

基于此，本申请实施例提供了一种电源装置、电源适配器以及电源装置控制方法，可以在保证输出功率的前提下降低电路复杂度。

第一方面，提供了一种电源装置，该电源装置包括变压器、整流斩波电路以及控制电路；

该变压器包括第一原边绕组和第二原边绕组，该第一原边绕组与交流电源的第一端连接，该第二原边绕组与交流电源的第二端连接；该整流斩波电路包括四个桥接的开关管，该第一原边绕组以及该第二原边绕组均与该整流斩波电路连接；该控制电路，用于根据交流电源的电能输出方向，控制该第一原边绕组或该第二原边绕组短路、该整流斩波电路的第一部分开关管导通以及该整流斩波电路中的第二部分开关管关断，以对交流电源输出的交流电进行整流；该控制电路，还用于控制该整流斩波电路中的第三部分开关管在关断状态和导通状态之间进行切换，以对交流电源输出的交流电进行斩波，其中，第一部分开关管、第二部分开关管以及第三部分开关管为四个桥接的开关管中互不相同的开关管。

第二方面，提供了一种电源适配器，其中，该电源适配器包括上述第一方面提供的电源装置。

第三方面，提供了一种电源装置控制方法，用于上述第一方面所述的电源装置中，该方法包括：

根据交流电源的电能输出方向，控制该电源装置中变压器的第一原边绕组或者第二原边绕组短路，该整流斩波电路的第一部分开关管导通以及该整流斩波电路中的第二部分开关管关断，以对交流电源输出的交流电进行整流；根据交流电源的电能输出方向，控制该整流斩波电路中的第三部分开关管在关断状态和导通状态之间进行切换，以对交流电源输出的交流电进行斩波。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过提供一种电源装置，该电源装置包括变压器、整流斩波电路以及控制电路，其中，该变压器包括第一原边绕组和第二原边绕组，该第一原边绕组与交流电源的第一端连接，该第二原边绕组与交流电源的第二端连接，该整流斩波电路包括四个桥接的的开关管，第一原边绕组以及第二原边绕组均与该整流斩波电路连接，该控制电路，用于根据交流电源的电能输出方向，控制第一原边绕组或第二原边绕组短路、整流斩波电路的第一部分开关管导通、整流斩波电路中的第二部分开关管关断，以对交流电源输出的交流电进行整流，并控制整流斩波电路中的第三部分开关管在关断状态和导通状态之间进行切换，以对交流电源输出的交流电进行斩波，这样，就可以由仅包括四个桥接的开关管的整流斩波电路实现电源装置的整流以及斩波功能，因此，其电路复杂度较低，此外，由于本申请实施例中实现整流和斩波功能不需要采用传统的整流二极管以及pfc模块，因此，电能损耗主要集中于开关管上，节省了整流二极管以及pfc模块的电能损耗，故而，可以提高变压器原边的电能转换效率，进而可以保证较高的输出功率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电源装置的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电源装置的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电源装置的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电源装置的等效电路的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电源装置的等效电路的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种电源适配器的框图；

图7为本申请实施例提供的一种电源装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”以及“第三”仅仅用于描述的目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”以及“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个特征。

在本申请的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义的理解，例如，可以是电连接，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体式地连接，可以是直接连接，也可以是间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

下文中公开的内容提供了许多不同的实施例或者例子用以实现本申请的实施例的不同结构。为了简化本申请的实施例的说明，下文中仅对特定的部件和设置进行描述，它们仅仅为示例，其目的并不是在限定本申请的保护范围。

请参考图1，本申请实施例提供了一种电源装置，该电源装置包括变压器101，该变压器101包括第一原边绕组l1以及第二原边绕组l2，其中，该第一原边绕组l1与交流电源的第一端连接，该第二原边绕组l2与交流电源的第二端连接，该变压器101的副边绕组在图1中未示出。其中，交流电源的第一端和交流电源的第二端为极性相反的两个输出端，其中，在交流电源的第一端输出为正的情况下，交流电源的第二端输出为负，在交流电源的第二端输出为正的情况下，交流电源的第一端输出为负。

如图1所示，该电源装置还包括整流斩波电路102，其中，该整流斩波电路102用于实现整流以及斩波的功能，该整流斩波电路102包括4个桥接的开关管，变压器101的第一原边绕组l1和第二原边绕组l2均与整流斩波电路102连接。

如图1所示，电源装置除了包括变压器101以及整流斩波电路102以外，还可以包括控制电路103，该控制电路103，用于控制第一原边绕组l1或者第二原边绕组l2短路，并用于控制整流斩波电路102中的开关管的通断，以此来实现整流以及斩波功能。

可选的，该控制电路103，用于根据交流电源的电能输出方向，控制第一原边绕组l1或第二原边绕组l2短路、整流斩波电路102的第一部分开关管导通以及整流斩波电路102中的第二部分开关管关断，以对交流电源输出的交流电进行整流。该控制电路103，还用于根据交流电源的电能输出方向，控制整流斩波电路102中的第三部分开关管在关断状态和导通状态之间进行切换，以对交流电源输出的交流电进行斩波，其中，第一部分开关管、第二部分开关管以及第三部分开关管为整流斩波电路102中四个桥接的开关管中互不相同的开关管。

在实际应用中，该控制电路103可以采用控制芯片的形式实现，本申请实施例不对控制电路103的具体结构进行限定。

请参考图2，整流斩波电路102包括四个桥接的第一开关管k1、第二开关管k2、第三开关管k3以及第四开关管k4，其中，变压器中的第一原边绕组l1以及第二原边绕组l2均与该整流斩波电路102连接，可选的，请参考图2，该第一原边绕组l1与第一开关管k1和第二开关管k2之间的桥臂连接，该第二原边绕组l2与第三开关管k3和第四开关管k4之间的桥臂连接。

需要指出的是，本申请实施例中的第一开关管k1、第二开关管k2、第三开关管k3以及第四开关管k4可以为nmos管，本申请实施例不对第一开关管k1、第二开关管k2、第三开关管k3以及第四开关管k4的具体类型进行限定。

其中，需要指出的是，在交流电源的第一端的输出为正的情况下，上文所述的第一部分开关管包括第二开关管k2和第三开关管k3，上文所述的第二部分开关管包括第一开关管k1，上文所述的第三部分开关管包括第四开关管k4。

在交流电源的第二端的输出为正的情况下，上文所述的第一部分开关管包括第一开关管k1和第四开关管k4，上文所述的第二部分开关管包括第二开关管k2，上文所述的第三部分开关管包括第三开关管k3。

由上文所述可知，在本申请实施例提供的电源装置中，可以由仅包括四个桥接的开关管的整流斩波电路实现整流以及斩波功能，因此，其电路复杂度较低，此外，由于本申请实施例中实现整流和斩波功能不需要采用传统的整流二极管以及pfc(英文：powerfactorcorrection，中文：功率因数校正)模块，因此，电能损耗主要集中于开关管上，节省了整流二极管以及pfc模块的电能损耗，故而，可以提高变压器原边的电能转换效率，进而可以保证较高的输出功率

在下文中，本申请实施例将对电源装置中整流功能以及斩波功能的具体实现方式以及原理进行介绍。

请继续参考图2，如图2所示，第一开关管k1的第一极与第二开关管k2的第一极连接，第二开关管k2的第二极与第四开关管k4的第一极连接，第四开关管k4的第二极与第三开关管k3的第一极连接，第三开关管k3的第二极与第一开关管k1的第二极连接。

此外，第一原边绕组l1与第一开关管k1的第一极和第二开关管k2的第一极分别连接，第二原边绕组l2与第三开关管k3的第一极和第四开关管k4的第二极分别连接。

请参考图3，在本申请的可选实施例中，电源装置还可以包括第五开关管k5以及第六开关管k6，其中，第五开关管k5与第一原边绕组l1并联，第六开关管k6与第二原边绕组l2并联。

需要指出的是，本申请实施例中的第五开关管k5以及第六开关管k6可以为nmos管，本申请实施例不对第五开关管k5以及第六开关管k6的具体类型进行限定。

在本申请实施例中，控制电路103，可以通过控制第五开关管k5以及第六开关管k6的通断来实现控制第一原边绕组l1或者第二原边绕组l2短路。其中，在控制电路103控制第五开关管k5导通、第六开关管k6关断的情况下，第一原边绕组l1被短路，第二原边绕组l2可以正常串入电路工作，在控制电路103控制第六开关管k6导通，第五开关管k5关断的情况下，第二原边绕组l2被短路，第一原边绕组l1可以正常串入电路工作。

换言之，在本申请实施例中，该控制电路103，具体用于根据交流电源的电能输出方向，控制第五开关管k5或者第六开关管导通k6，以实现控制第一原边绕组l1或者第二原边绕组l2短路。

在本申请的一个可选实施例中，控制电路103，具体用于在交流电源的第一端的输出为正的情况下，也即是，在第一原边绕组l1的输入为正的情况下，控制第一开关管k1(也即是上文的第二部分开关管)关断、第二开关管k2和第三开关管k3(也即是上文的第一部分开关管)导通，除此以外，该控制电路103，还可以在交流电源的第一端的输出为正的情况下，也即是，在第一原边绕组l1的输入为正的情况下，控制第六开关管k6导通，第五开关管k5关断，这样，就可以将第二原边绕组l2短路，并将第一原边绕组l1串入电路正常工作，以实现整流功能。同时，该控制电路103，还用于在交流电源的第一端的输出为正的情况下，也即是，在第一原边绕组l1的输入为正的情况下，控制第四开关管k4(也即是上文的第三部分开关管)在关断状态和导通状态之间进行切换，以实现斩波功能。

请参考图4，其为交流电源的第一端的输出为正，也即是，第一原边绕组l1的输入为正的情况下，电源装置的等效电路图，如图4所示，在第一原边绕组l1的输入为正的情况下，电流可以依次流经第一原边绕组l1以及第四开关管k4，电流方向为由第一原边绕组l1与交流电源连接的一端流向与整流斩波电路连接的一端。

通常情况下，对于所有类型的斩波电路，其输出的波形均可以通过周期性地导通和断开电路中的开关来控制，在本申请实施例中，在第四开关管k4导通的情况下，第一原边绕组l1的电压与交流电源的电压一致，在第四开关管k4关断的情况下，第一原边绕组l1的电压下降到0，在第四开关管k4导通的情况下，第一原边绕组l1的电流上升到最大值，在第四开关管k4关断的情况下，第一原边绕组l1的电流衰减，减小到最小值。

在本申请的可选实施例中，在另外一些情况下，控制电路103，还可以在交流电源的第一端的输出为正的情况下，也即是，在第一原边绕组l1的输入为正的情况下，控制第一开关管k1关断、第四开关管k4和第三开关管k3导通，以实现整流功能，并控制第二开关管k2在关断状态和导通状态之间进行切换，以实现斩波功能。

在还有一些情况下，控制电路103，还可以在交流电源的第一端的输出为正的情况下，也即是，在第一原边绕组l1的输入为正的情况下，控制第一开关管k1关断、第四开关管k4和第二开关管k2导通，以实现整流功能，并控制第三开关管k3在关断状态和导通状态之间进行切换，以实现斩波功能。

上述两种情况下，整流和斩波的实现方式与“第一开关管k1关断、第二开关管k2和第三开关管k3导通，第四开关管k4在关断状态和导通状态之间进行切换”的情况同理，本申请实施例在此不进行赘述。

在本申请的另一个可选实施例中，控制电路103，还可以在交流电源的第二端的输出为正的情况下，也即是，在第二原边绕组l2的输入为正的情况下，控制第二开关管k2(也即是上文的第二部分开关管)关断、第一开关管k1和第四开关管k4(也即是上文的第一部分开关管)导通，除此以外，该控制电路103，还可以在交流电源的第二端的输出为正的情况下，也即是，在第二原边绕组l2的输入为正的情况下，控制第五开关管k5导通，第六开关管k6关断，这样，就可以将第一原边绕组l1短路，并将第二原边绕组l2串入电路正常工作，以实现整流功能，并控制第三开关管k3(也即是上文的第三部分开关管)在关断状态和导通状态之间进行切换，以实现斩波功能。

请参考图5，其为交流电源的第二端的输出为正，也即是，第二原边绕组l2的输入为正的情况下，电源装置的等效电路图，如图5所示，在第二原边绕组l1的输入为正的情况下，电流可以依次流经第二原边绕组l2以及第三开关管k3，电流方向为由第二原边绕组l2与交流电源连接的一端流向与整流斩波电路连接的一端。

由图4和图5可知，在交流电源的第一端输出为正以及交流电源的第二端输出为正的情况下，第一原边绕组l1和第二原边绕组l2的电流方向相同，因此，实现了整流功能。

除此以外，本申请实施例实现斩波功能时，在第三开关管k3导通的情况下，第二原边绕组l2的电压与交流电源的电压一致，在第三开关管k3关断的情况下，第二原边绕组l2的电压下降到0，在第三开关管k3导通的情况下，第二原边绕组l2的电流上升到最大值，在第三开关管k3关断的情况下，第二原边套组l2的电流衰减，减小到最小值。

在本申请的可选实施例中，在另外一些情况下，控制电路103，还可以在交流电源的第二端的输出为正的情况下，也即是，在第二原边绕组l2的输入为正的情况下，控制第二开关管k2、第四开关管k4关断、第一开关管k1导通，以实现整流功能，并控制第三开关管k3在关断状态和导通状态之间进行切换，以实现斩波功能。

在还有一些情况下，控制电路103，还可以在交流电源的第二端的输出为正的情况下，也即是，在第二原边绕组l2的输入为正的情况下，控制第二开关管k2、第四开关管k4关断、第三开关管k3导通，以实现整流功能，并控制第一开关管k1在关断状态和导通状态之间进行切换，以实现斩波功能。

上述两种情况下，整流和斩波的实现方式与“第二开关管k2关断、第一开关管k1和第四开关管k4导通，并控制第三开关管k3在关断状态和导通状态之间进行切换”的情况同理，本申请实施例在此不进行赘述。

需要指出的是，在本申请实施例中，整流斩波电路包括的各开关管可以为gan开关管，由于gan开关管体积较小，因此，使用gan开关管可以缩小整个电源装置的体积。

可选的，在本申请实施例，为了缩小电源装置的体积，第五开关管k5以及第六开关管k6也可以采用gan开关管实现。

本申请实施例还提供了一种电源适配器，其中，该电源适配器可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等电子设备提供电能，请参考图6，该电源适配器可以包括上文中图1至图3中任一所示的电源装置601、充电接口602、滤波电路603、主控电路604以及电流电压检测电路605。

其中，该电源装置601，用于实现电源适配器的核心功能，也即是，变压、整流以及斩波的功能。

该充电接口602，能够与电子设备的充电接口连接，并能够使电源适配器通过该充电接口602向电子设备提供电能，以及在充电的过程中与电子设备进行通信。

该滤波电路603，用于对电源适配器输入的交流电进行滤波处理，并将滤波处理后的交流电输出至该电源装置601。

该电流电压检测电路605，用于检测电源适配器输出的电流以及电压，并将检测得到的电流和电压传递至主控电路604。

该主控电路604，用于接收电流电压检测电路605检测得到的电流以及电压，并将接收到的电流以及电压通过充电接口602发送至电子设备中。

该主控电路604，还用于接收电子设备通过充电接口602发送的充电控制信息，并根据该充电控制信息对电源装置601输出的电流以及电压进行相应的控制。

本申请实施例还提供了一种电源装置控制方法，该电源装置控制方法可以应用于上文各实施例所述的电源装置中，请参考图7，该电源装置控制方法包括以下步骤：

步骤701、根据交流电源的电能输出方向，控制该电源装置中变压器的第一原边绕组或者第二原边绕组短路，该整流斩波电路的第一部分开关管导通以及该整流斩波电路中的第二部分开关管关断，以对交流电源输出的交流电进行整流。

步骤702、根据交流电源的电能输出方向，控制该整流斩波电路中的第三部分开关管在关断状态和导通状态之间进行切换，以对交流电源输出的交流电进行斩波。

如上文所述，在交流电源的第一端输出为正的情况下，也即是在第一原边绕组的输入为正的情况下，可以控制第二原边绕组短路，第一原边绕组正常串入电路工作，在交流电源的第二端输出为正的情况下，也即是，在第二原边绕组的输入为正的情况下，可以控制第一原边绕组短路，第二原边绕组正常串入电路工作。

需要指出的是，在本申请实施例中，可以通过控制与第一原边绕组并联的第五开关管导通的方式，控制第一原边绕组短路，可以通过控制与第二原边绕组并联的第六开关管导通的方式，控制第二原边绕组短路。

如上文所述，在交流电源的第一端的输出为正的情况下，也即是，在第一原边绕组的输入为正的情况下，可以控制整流斩波电路中的第一开关管关断、第二开关管和第三开关管导通，并控制第四开关管在关断状态和导通状态之间进行切换。

在交流电源的第二端输出为正的情况下，也即是，在第二原边绕组的输入为正的情况下，可以控制第二开关管关断、第一开关管和第四开关管导通，并控制第三开关管在关断状态和导通状态之间进行切换。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。