电源电路与电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种电源电路与电子设备。


背景技术：

2.在ac/dc电源中，可将交流电转换为直流电，并将直流电输送至后端的负载，从而为负载供电。
3.现有相关技术中，为了满足电流谐波要求，可在反激式变换模块的基础上加入一级pfc变换模块调节ac/dc电源的输入电流谐波和功率因数。其中，pfc变换模块始终接入在电路中，然而，在部分条件下(例如输入功率为轻载时，但也不限于此)，pfc变换模块的工作将会对整个ac/dc的效率、安全性等带来影响。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种电源电路与电子设备，以解决pfc变换模块始终接入在电路中而带来的不利影响。
5.根据本实用新型的第一方面，提供了一种电源电路，包括：整流模块、pfc变换模块、反激式变换模块与旁路模块；
6.所述整流模块的输入侧直接或间接连接至交流电的火线与零线，所述pfc变换模块的输入侧连接所述整流模块的输出侧，所述pfc变换模块的输出侧连接所述反激式变换模块的输入侧；所述旁路模块连接于所述整流模块的输入侧与所述反激式变换模块输入侧的第一端之间；
7.所述pfc变换模块的电路状态包括：用于对所述pfc变换模块输入侧获取到的电能进行储能的第一电路状态，以及：用于利用所述pfc变换模块的输出侧导通放电的第二电路状态；
8.所述旁路模块被配置为能够：
9.在所述pfc变换模块处于所述第二电路状态时，旁路所述整流模块与所述pfc变换模块，以使得：被旁路的所述整流模块与所述pfc变换模块停止获取所述交流电的电能。
10.可选的，所述pfc变换模块被配置为：在所述交流电的输入功率低于指定阈值时，保持处于所述第二电路状态，以使所述旁路模块在所述交流电的输入功率低于所述指定阈值时，旁路所述整流模块与所述pfc变换模块。
11.可选的，所述指定阈值处于50-100w的区间范围内。
12.可选的，所述旁路模块包括第一旁路二极管与第二旁路二极管；
13.所述第一旁路二极管的正极连接所述整流模块输入侧的第一端，所述第一旁路二极管的负极连接所述反激式变换模块输入侧的第一端，所述第二旁路二极管的正极连接所述整流模块输入侧的第二端，所述第二旁路二极管的负极连接所述反激式变换模块输入侧的第一端，所述反激式变换模块输入侧的第二端接地。
14.可选的，所述旁路模块包括第一旁路开关管与第二旁路开关管；
15.所述第一旁路开关管连接于所述整流模块输入侧的第一端与所述反激式变换模块输入侧的第一端，所述第二旁路开关管连接于所述整流模块输入侧的第二端与所述反激式变换模块输入侧的第一端，所述反激式变换模块输入侧的第二端接地；
16.所述第一旁路开关管与所述第二旁路开关管被配置为能够在所述pfc变换模块处于所述第二电路状态时，受控而旁路所述整流模块与所述pfc变换模块。
17.可选的，所述第一旁路开关管与所述第二旁路开关管的栅极连接于一控制器；
18.所述控制器用于：
19.在所述pfc变换模块处于所述第二电路状态时，基于所述交流电的电压，控制所述第一旁路开关管与所述第二旁路开关管。
20.可选的，所述整流模块输入侧的第一端直接或间接至所述交流电的火线，所述整流模块输入侧的第二端直接或间接连接至所述交流电的零线；
21.所述控制器在基于所述交流电的电压，控制所述第一旁路开关管与所述第二旁路开关管时，具体用于：
22.在所述交流电处于正半周期时，控制所述第一旁路开关管导通，所述第二旁路开关管关断；
23.在所述交流电处于负半周期时，控制所述第一旁路开关管关断，所述第二旁路开关管导通。
24.可选的，所述的电源电路，还包括bulk电容，所述pfc变换模块包括pfc主开关管、电感、boost二极管、输入电容以及pfc控制器；
25.所述电感的第一端连接所述整流模块输出侧的第一端，所述电感的第二端连接所述boost二极管的正极，所述boost二极管的负极连接所述反激式变换模块输入侧的第一端与所述bulk电容的第一端，所述pfc主开关管的第一端连接所述boost二极管的正极，所述pfc主开关管的第二端、所述bulk电容的第二端、所述整流模块输出侧的第二端接地，所述输入电容并联于所述整流模块输出侧的两端；所述pfc主开关管的栅极连接所述pfc控制器。
26.可选的，所述pfc控制器用于：
27.确定所述交流电的输入功率；
28.在所述输入功率低于指定阈值时，控制所述pfc主开关管保持关断，以使得：所述pfc变换模块进入所述第二电路状态，所述旁路模块旁路所述pfc变换模块与所述整流模块。
29.可选的，所述pfc变换模块还包括检测单元，所述检测单元被配置为能够检测所述交流电的电参数，并将检测结果反馈至所述pfc控制器，以使得：所述输入功率能够基于所述电参数被确定，所述电参数包括以下至少之一：所述交流电的电压、电流、功率。
30.可选的，所述的电源电路，还包括emi滤波器，所述反激式变换模块包括：变压器、反激式开关管与输出二极管；
31.所述变压器的初级绕组的第一端连接所述pfc变换模块与所述旁路模块，以作为所述反激式变换模块输入侧的第一端；所述变压器的初级绕组的第二端连接所述反激式开关管的第一端，所述反激式开关管的第二端接地，以作为所述反激式变换模块输入侧的第二端，所述输出二极管的正极连接所述变压器的次级绕组；
32.所述emi滤波器的输入侧接入所述交流电，所述emi滤波器的输出侧连接所述整流模块的输入侧。
33.根据本实用新型的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的电源电路。
34.本实用新型提供的电源电路与电子设备中，通过引入旁路模块，因其连接于整流模块的输入侧与反激式变换模块之间，所以，在所述pfc变换模块处于能够对其输出侧导通放电的第二电路状态时，可旁路掉所述整流模块与所述pfc变换模块，进而，本实用新型形成了一种可将pfc变换模块旁路的电路机制，避免了pfc变换模块始终工作于电路中；例如：可在输入功率较低(即低于指定阈值，亦即轻载)时，利用旁路模块旁路掉整流模块与pfc变换模块，使pfc变换模块不工作，从而可有效提高轻载时的效率。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
36.图1是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图一；
37.图2是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图二；
38.图3是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图三；
39.图4是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图四；
40.图5是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图五；
41.图6是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图六；
42.图7是本实用新型一实施例中示例性的一种电源电路的电路示意图七。
43.附图标记说明：
44.10-整流模块；
45.20-pfc变换模块；
46.21-pfc主开关管；
47.22-pfc控制器；
48.23-检测单元；
49.30-反激式变换模块；
50.40-旁路模块；
51.41-第一旁路开关管；
52.42-第二旁路开关管；
53.50-emi滤波器；
54.q1-pfc主开关管；
55.q2-反激式控制器；
56.d1-第一旁路二极管；
57.d2-第二旁路二极管；
58.lb-电感；
59.db-boost二极管；
60.cin-输入电容；
61.cbulk-bulk电容；
62.t-变压器；
63.d-输出二极管。
具体实施方式
64.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
65.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
66.下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
67.请参考图1至图7，一种电源电路，包括：整流模块10、pfc变换模块20、反激式变换模块30与旁路模块40。
68.所述整流模块10的输入侧直接或间接连接至交流电的火线(例如图中所示的l)与零线(例如图中所示的n)，所述pfc变换模块20的输入侧连接所述整流模块10的输出侧，所述pfc变换模块20的输出侧连接所述反激式变换模块30的输入侧；所述旁路模块40连接于所述整流模块10的输入侧与所述反激式变换模块30输入侧的第一端之间；
69.所述pfc变换模块20的电路状态包括：用于对所述pfc变换模块输入侧获取到的电能进行储能的第一电路状态，以及：用于利用所述pfc变换模块的输出侧导通放电的第二电路状态。
70.其中的第一电路状态，可理解为能够储能的电路状态，该电路状态下，通常不对输出侧导通放电；具体的，第一电路状态可理解为pfc主开关管21导通时的电路状态；
71.其中的第二电路状态，可理解为：在第二电路状态下，只要pfc变换模块存储有电能，输出侧即可用于导通放电，在处于第二电路状态时，可能在导通放电，也可能因放电完或未存储有电能而不进行实际的放电，均可理解为处于第二电路状态；具体的，第二电路状态可理解为pfc主开关管21关断时的电路状态，可能是pfc变换模块实现变换的过程中，基于pwm信号控制pfc主开关管而实现的短时关断，也可能是不需要pfc变换模块工作时，基于关断信号(也可理解为关闭信号)控制pfc主开关管保持关断(也可视作控制pfc主开关管的pwm关闭)而实现的关断保持。
72.所述旁路模块40被配置为能够：
73.在所述pfc变换模块20处于所述第二电路状态时，旁路所述整流模块10与所述pfc变换模块20，以使得：被旁路的所述整流模块与所述pfc变换模块停止获取所述交流电的电能。
74.其中，对整流模块与pfc变换模块的旁路，可理解为：使得二者不再获取到交流电的电能，且反激式变换模块30依旧能获取到电能而进行工作的一种处理，进而，能实现该处理的任意电路模块，均不脱离本实用新型实施例的范围。
75.通过引入旁路模块，因其连接于整流模块的输入侧与反激式变换模块之间，所以，在所述pfc变换模块处于能够对其输出侧导通放电的第二电路状态时，可旁路掉所述整流模块与所述pfc变换模块，进而，本实用新型形成了一种可将pfc变换模块旁路的电路机制，避免了pfc变换模块始终工作于电路中。
76.其中一种实施方式中，所述pfc变换模块20被配置为：在所述交流电的输入功率低于指定阈值时，保持处于所述第二电路状态，以使所述旁路模块在所述交流电的输入功率低于所述指定阈值时，旁路所述整流模块与所述pfc变换模块。
77.其中的指定阈值可理解为能判断出是否轻载的取值，一种举例中，所述指定阈值可处于50-100w的区间范围内，例如可以为75w。根据所应用的场景不同，交流电的规格不同，所取的指定阈值也可根据需求适配变化。
78.在加入一级pfc变换模块的情况下，当输入功率属于轻载(例如小于75w)时，两级变换的ac/dc电源的效率势必会降低，为了提高轻载时电源的效率，可通过将pfc变换模块关闭(例如控制pfc主开关管保持关断)，使pfc变换模块不工作。
79.此外，其中确定输入功率，比较输入功率与指定阈值的实现方式，可基于软件实现，也可基于硬件(例如采用功率表、比较器等)实现，还可结合软件与硬件实现，在已经确定要确定输入功率并进行比较的情况下，本领域中任意已有或改进的确定输入功率、比较输入功率与指定阈值的方式，均可应用于此而作为一种可选方案。
80.以上方案中，可在输入功率较低(即低于指定阈值，亦即轻载)时，利用旁路模块旁路掉整流模块与pfc变换模块，使pfc变换模块不工作，从而可有效提高轻载时的效率。
81.在区别于本实用新型实施例的部分方案中，也可在pfc变换模块的输入侧与输出侧之间并联一个指定二极管实现，然而，由于整流模块整流后的信号依旧会传输到pfc变换模块，进而，pfc变换模块的输出侧依旧会导通(例如，pfc变换模块的boost二极管db，以及该指定二极管依旧会保持畅通状态)，进而，依旧会导致整个ac/dc电源效率降低，此外，随着负载进一步减轻(也可视作输入功率的进一步减轻)，效率也会进一步降低。
82.其中一种实施方式中，请参考图2、图3、图5与图7，所述的电源电路，还包括bulk电容cbulk，所述pfc变换模块20包括pfc主开关管21、电感lb、boost二极管db、输入电容cin以及pfc控制器22。
83.所述电感lb的第一端连接所述整流模块10输出侧的第一端，所述电感lb的第二端连接所述boost二极管db的正极，所述boost二极管db的负极连接所述反激式变换模块30输入侧的第一端与所述bulk电容cbulk的第一端，所述pfc主开关管21(亦即开关管q1)的第一端连接所述boost二极管db的正极，所述pfc主开关管21(亦即开关管q1)的第二端、所述bulk电容cbulk的第二端、所述整流模块10输出侧的第二端接地，所述输入电容cin并联于所述整流模块10输出侧的两端；所述pfc主开关管21(亦即开关管q1)的栅极连接所述pfc控
制器22，进而，可在pfc控制器22的控制下实现通断变化。
84.其中，在一般工作过程中，pfc控制器22可输出pwm信号，控制pfc主开关管21(亦即开关管q1)的通断变化，进而在pfc变换模块的输出侧输出所需的变换后的电压。
85.一种实施方式中，所述pfc控制器22用于：
86.确定所述交流电的输入功率；具体的，可检测交流电的功率作为此处的输出功率，也可检测整流模块10输入侧的功率表征此处的输入功率；
87.在所述输入功率低于指定阈值(例如75w)时，控制所述pfc主开关管21(亦即开关管q1)保持关断，以使得：所述pfc变换模块进入所述第二电路状态，所述旁路模块旁路所述pfc变换模块与所述整流模块，此时，pfc控制器22可向pfc主开关管21(亦即开关管q1)输出关断信号(也可理解为关闭信号)。
88.其中的pfc主开关管21可以为如图5与图7所示的开关管q1，其为nmos管，在其他举例中，开关管q1也可能采用三极管或其他晶体管或晶体管的组合实现。
89.此外，pfc变换模块20的电路可基于本领域已有或改进的pfc变换模块理解，不论如何变化，均不脱离本实用新型实施例的范围。
90.进一步的一种举例中，所述pfc变换模块20还包括检测单元23，所述检测单元23被配置为能够检测所述交流电的电参数，并将检测结果反馈至所述pfc控制器，以使得：所述输入功率能够基于所述电参数被确定；
91.其中，所述电参数包括以下至少之一：所述交流电的电压、电流、功率，进而，pfc变换模块20的pfc控制器22可将检测到的功率直接作为输入功率，从而判断其是否低于指定阈值，pfc控制器22也可基于电压、电流而计算出输入功率，从而判断其是否低于指定阈值。
92.本领域任意检测、计算功率的方式，不论其是已有的还是改进的，均可作为本实用新型实施例的一种可选方案而不脱离本实用新型实施例的范围。
93.其中旁路模块40的一种实现电路中，请参考图4与图5，所述旁路模块40包括第一旁路二极管d1与第二旁路二极管d2；
94.所述第一旁路二极管d1的正极连接所述整流模块10输入侧的第一端，即可直接或间接连接至火线，所述第一旁路二极管d1的负极连接所述反激式变换模块30输入侧的第一端，具体可直接或间接连接至变压器t初级绕组的第一端，所述第二旁路二极管d2的正极连接所述整流模块10输入侧的第二端，即可直接或间接连接至零线，所述第二旁路二极管d2的负极连接所述反激式变换模块输入侧的第一端，具体可直接或间接连接至变压器t初级绕组的第一端，所述反激式变换模块30输入侧的第二端接地。
95.以上方案中，以图5为例，当ac/dc电源(即电源电路)输入功率低于指定阈值(例如75w)时，控制开关管q1的pwm关闭(即控制开关管q1保持关断)，此时，第一旁路二极管d1和第二旁路二极管d2会旁路整个pfc变换模块，整流桥(即整流模块)和boost二极管db不再导通，从而大幅提高ac/dc电源的效率，相较于在pfc变换模块并联指定二极管的方案，采用图5所示方案的电路在轻载时可以将整个ac/dc电源的效率提高1％以上。
96.其中旁路模块40的另一种实现电路中，所述旁路模块40包括第一旁路开关管41(亦即开关管q3)与第二旁路开关管42(亦即开关管q4)；
97.所述第一旁路开关管41(亦即开关管q3)连接于所述整流模块10输入侧的第一端与所述反激式变换模块30输入侧的第一端，所述第二旁路开关管42(亦即开关管q4)连接于
所述整流模块10输入侧的第二端与所述反激式变换模块30输入侧的第一端，所述反激式变换模块30输入侧的第二端接地；
98.第一旁路开关管相对于整流模块、反激式变换模块的连接关系可参照第一旁路二极管连接，第二旁路开关管相对于整流模块、反激式变换模块的连接关系可参照第二旁路二极管连接。
99.所述第一旁路开关管41(亦即开关管q3)与所述第二旁路开关管42(亦即开关管q4)被配置为能够在所述pfc变换模块20处于所述第二电路状态时，受控而旁路所述整流模块10与所述pfc变换模块20。
100.部分举例中，第一旁路开关管与第二旁路开关管可始终受控保持导通，另部分举例中，可在输入功率低于所述指定阈值时受控而导通，其余时间保持断开，再部分举例中，也可在输入功率低于所述指定阈值时，变化第一旁路开关管与第二旁路开关管的通断状态，例如：第一旁路开关管与第二旁路开关管可随交流电电压的正负半周期而变化；此外，输入功率未低于所述指定阈值时，第一旁路开关管与第二旁路开关管可以是导通的，也可以是关断的，还可以是随交流电电压的正负半周期而变化。具体的，所述第一旁路开关管41与所述第二旁路开关管42的栅极连接于一控制器；该控制器例如可以为pfc控制器22，其他举例中，该控制器也可能为专用于控制旁路开关管的控制器，也不排除采用反激式变换模块中反激式控制器的方案。
101.所述控制器(例如pfc控制器22)用于：
102.在所述pfc变换模块20处于所述第二电路状态时(例如在所述输入功率低于所述指定阈值时)，基于所述交流电的电压，控制所述第一旁路开关管与所述第二旁路开关管。
103.其中，由于所述整流模块输入侧的第一端直接或间接至所述交流电的火线，所述整流模块输入侧的第二端直接或间接连接至所述交流电的零线；
104.故而，所述控制器(例如pfc控制器)在基于所述交流电的电压，控制所述第一旁路开关管与所述第二旁路开关管时，具体用于：
105.在所述交流电处于正半周期时，控制所述第一旁路开关管导通，所述第二旁路开关管关断；
106.在所述交流电处于负半周期时，控制所述第一旁路开关管关断，所述第二旁路开关管导通。
107.一种举例中，控制器(例如pfc控制器)可通过检测单元23检测交流电的电压，从而判断交流电处于正半周期还是负半周期，进而，基于此控制第一旁路开关管、第二旁路开关管。
108.以图7所示为例，当输入功率低于指定阈值(例如75w)时，pfc变换模块的pwm关闭(即控制开关管q1保持关断)，此时第一旁路开关管q3和第二旁路开关管q4会旁路pfc变换模块，通过检测输入交流母线电压的正负半周期(即交流电电压的正负变化)，即可实现第一旁路开关管q3和第二旁路开关管q4的开通控制，进一步地提高两级ac/dc电源系统的效率。
109.其中一种实施方式中，请参考图5与图7，所述的电源电路，还包括emi滤波器50；所述emi滤波器50的输入侧接入所述交流电，所述emi滤波器50的输出侧连接所述整流模块的输入侧。其他实施方式中，也可能不采用emi滤波器，或采用其他滤波模块。
110.其中一种实施方式中，所述反激式变换模块30包括：变压器t、反激式开关管(即开关管q2)与输出二极管d；
111.所述变压器t的初级绕组的第一端连接所述pfc变换模块20与所述旁路模块40，以作为所述反激式变换模块输入侧的第一端；所述变压器t的初级绕组的第二端连接所述反激式开关管(即开关管q2)的第一端，所述反激式开关管(即开关管q2)的第二端接地，以作为所述反激式变换模块30输入侧的第二端，所述输出二极管d的正极连接所述变压器t的次级绕组。
112.本实用新型实施例的各种可选方案中，反激式变换模块30的电路可不限于图5、图7所示，任意在此基础上的改进电路或变化，不论是已有的还是改进的，均不脱离本实用新型实施例的范围。
113.其中一种实施方式中，整流模块10可以采用包含四个整流二极管的全波整流桥，其他实施方式中，整流模块10也可能采用半波整流桥，若采用半波整流桥，则旁路模块中旁路二极管或旁路开关管的数量也可以为一个(例如仅采用第一旁路二极管、第一旁路开关管)。此外，旁路模块也可采用旁路二极管与旁路开关管的组合实现。
114.本实用新型实施例还提供了一种电子设备，包括以上可选方案涉及的电源电路。
115.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。