一种低压电源装置及驱动电源设备的制作方法

1.本发明涉及变流器领域，特别涉及一种低压电源装置及驱动电源设备。


背景技术：

2.目前存在一种低压电源，从高压直流母线取电后对高压直流电进行降压处理后输出低压直流电，为了避免低压电源的开关管耐压要求过高，低压电源可采用两级结构，一级的buck电路先对高压直流母线进行粗调降压后再由二级降压电路进行精准降压调压，这样有利于buck电路的控制电路成本更低，同时降低了二级降压电路的耐压要求。
3.但是为了实现低压电源的启动，buck电路需要一个启动电路，该启动电路执行两个阶段的供电，第一阶段为buck电路启动前，启动电路从buck电路输入端短暂取电用于先行启机，第二阶段为buck电路启动后，启动电路从buck电路电感上取电用于持续稳定为buck电路的控制电路供电，该阶段需要断开第一阶段启动电路和buck电路输入端的连接。这种启动方式的存在和与buck电路输入端连接的高耐压要求，使得buck电路不再具备低成本优势，低压电源的成本上升。
4.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种启动简单、成本较低的低压电源装置及驱动电源设备。其具体方案如下：
6.一种低压电源装置，包括：
7.两个输入端分别连接高压直流母线电容单元的两端的buck电路；
8.与所述buck电路的两个输出端连接的二级降压电路；
9.对所述buck电路输出第一驱动信号的第一控制电路；
10.对所述二级降压电路输出第二驱动信号的第二控制电路；
11.第一端连接所述高压直流母线电容单元的电压中间点、第二端连接所述buck电路的目标输出端的启动二极管，用于在所述buck电路未启动时为所述buck电路的输出电容充电；所述电压中间点为所述高压直流母线电容单元中串联的两个母线电容的公共连接点，所述目标输出端为两个所述输出端中与所述buck电路中的第一开关管和第一电感同侧的所述输出端，所述输出电容连接于所述buck电路的两个所述输出端之间；
12.供电端与所述buck电路的所述输出端连接的启动电路，用于在得电时为所述第一控制电路和所述第二控制电路供电。
13.优选的，所述buck电路中，所述第一开关管和所述第一电感连接于所述高压直流母线电容单元的负端和负极的所述输出端之间，所述目标输出端为负极的所述输出端；
14.所述启动二极管的阴极与所述电压中间点连接，阳极与所述目标输出端连接。
15.优选的，所述buck电路中，所述第一开关管和所述第一电感连接于所述高压直流
母线电容单元的正端和正极的所述输出端之间，所述目标输出端为正极的所述输出端；
16.所述启动二极管的阳极与所述电压中间点连接，阴极与所述目标输出端连接。
17.优选的，所述二级降压电路为隔离电源电路。
18.优选的，所述隔离电源电路具体为flyback电路。
19.优选的，所述启动电路包括：
20.第一端连接正极的所述输出端的启动开关，所述启动开关的第一端作为所述供电端；
21.第一端连接所述启动开关的第二端、第二端接负极的所述输出端的第一电容；
22.与所述隔离电源电路中的变压器绕组耦合的辅助绕组；
23.输入端连接所述辅助绕组、输出端与所述第一电容的第一端并联的整流单元；
24.所述第一电容的第一端分别与所述第一控制电路和所述第二控制电路连接，并用于为所述第一控制电路和所述第二控制电路供电。
25.优选的，
26.所述启动开关具体用于：
27.当收到启动信号，执行闭合动作；
28.当所述第一电容的电压被充电到预设电压，执行断开动作。
29.优选的，所述第一控制电路，用于对所述buck电路输出所述第一驱动信号，以使所述buck电路的输出电压大于启动电压；
30.所述启动电压具体为与所述第一开关管不同侧的所述输入端与所述电压中间点之间的电压。
31.优选的，两个所述母线电容的容量相等。
32.相应的，本技术还公开了一种驱动电源设备，包括如上文任一项所述低压电源装置。
33.本技术在启动电路和buck电路的输出端之间设置了一个启动二极管，从而实现了跳过buck电路、在buck电路未启动的前提下直接通过二极管为启动电路供电实现先行启机的效果，此时启动电路不再直接连接buck电路的输入端，从而降低了低压电源装置的耐压要求，成本明显降低。此外，在启动电路为第一控制电路和第二控制电路供电、buck电路和二级降压电路正常运行后二极管不再导通，自行实现先行启机电路的关断，使得启动电压的供电逻辑更为简单。
附图说明
34.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例中一种低压电源装置的结构分布图；
36.图2为本发明实施例中一种低压电源装置的局部结构分布图；
37.图3为本发明实施例中另一种低压电源装置的局部结构分布图；
38.图4为本发明实施例中另一部分低压电源装置的局部结构分布图。
具体实施方式
39.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。
40.为了实现低压电源的启动，buck电路需要一个启动电路，该启动电路执行两个阶段的供电，第一阶段为buck电路启动前，启动电路从buck电路输入端短暂取电用于先行启机，第二阶段为buck电路启动后，启动电路从buck电路电感上取电用于持续稳定为buck电路的控制电路供电，该阶段需要断开第一阶段启动电路和buck电路输入端的连接。这种启动方式的存在和与buck电路输入端连接的高耐压要求，使得buck电路不再具备低成本优势，低压电源的成本上升。
41.本技术在启动电路和buck电路的输出端之间设置了一个启动二极管，从而实现了跳过buck电路、在buck电路未启动的前提下直接通过二极管为启动电路供电实现先行启机的效果，此时启动电路不再直接连接buck电路的输入端，从而降低了低压电源装置的耐压要求，成本明显降低。此外，在启动电路为第一控制电路和第二控制电路供电、buck电路和二级降压电路正常运行后二极管不再导通，自行实现先行启机电路的关断，使得启动电压的供电逻辑更为简单。
42.本发明实施例公开了一种低压电源装置，参见图1所示，包括：
43.两个输入端分别连接高压直流母线电容单元的两端的buck电路1；
44.与buck电路1的两个输出端连接的二级降压电路2；
45.对buck电路1输出第一驱动信号的第一控制电路3；
46.对二级降压电路2输出第二驱动信号的第二控制电路4；
47.第一端连接高压直流母线电容单元的电压中间点、第二端连接buck电路1的目标输出端的启动二极管d0，用于在buck电路1未启动时为buck电路1的输出电容充电；电压中间点为高压直流母线电容单元中串联的两个母线电容的公共连接点，目标输出端为两个输出端中与buck电路1中的第一开关管和第一电感同侧的输出端，输出电容连接于buck电路1的两个输出端之间；
48.供电端与buck电路1的输出端连接的启动电路5，用于在得电时为第一控制电路3和第二控制电路4供电。
49.可以理解的是，本实施例中高压直流母线电容单元中串联的两个母线电容c1和c2中，有一个母线电容通过启动二极管d0的导通实现了与输出电容的并联回路，该母线电容通过该并联回路对输出电容充电。
50.可以理解的是，本实施例中启动二极管d0的出现，使得buck电路1的输出电容在未启动buck电路1时被充电，由于输出电容连接于buck电路1的两个输出端之间，因此充电后的输出电容可用于通过供电端对启动电路5供电，进一步的，得电后的启动电路5可为第一控制电路3和第二控制电路4供电，第一控制电路3将输出相应的第一驱动信号来控制buck电路1，第二控制电路4将输出相应的第二驱动信号来控制二级降压电路2。可见，在本实施例中启动电路5从buck电路1的输出电容上取电，输出电容由启动二极管充电，除了buck电路1的输入侧和启动二极管d0之外，低压电源装置中的其他电路：二级降压电路2、第一控制
电路3、第二控制电路4、启动电路5均不接触高压直流母线侧，这些电路的耐压要求均不需要过高，从而大幅降低了低压电源装置的电路成本。
51.进一步的，buck电路1的拓扑有两种接法，一种是第一开关管k1和第一电感l1串联在输入负端和输出负端之间、输入正端和输出正端直接连接、第一二极管d1的阴极连接输出正端、第一二极管d1的阳极连接第一开关管k1和第一电感l1的公共连接点的接法，如图2所示；另一种是第一开关管k1和第一电感l1串联在输入正端和输出正端之间、输入负端和输出负端直接连接、第一二极管d1的阴极连接第一开关管k1和第一电感l1的公共连接点、第一二极管d1的阳极连接输出负端的接法，如图3所示。可以理解的是，这两种拓扑中，输出电容co均直接接在输出正端和输出负端之间。
52.根据不同的拓扑接法，本实施例中启动二极管d0的接法也有两种：
53.当buck电路1如图2所示的接法时，buck电路1中第一开关管k1和第一电感l1连接于高压直流母线电容单元的负端和负极的输出端之间，目标输出端为负极的输出端；启动二极管d0的阴极与电压中间点连接，阳极与目标输出端连接。此时由输入正端和电压中间点之间的母线电容c1为输出电容co充电。
54.当buck电路1如图3所示的接法时，buck电路1中第一开关管k1和第一电感l1连接于高压直流母线电容单元的正端和正极的输出端之间，目标输出端为正极的输出端；启动二极管d0的阳极与电压中间点连接，阴极与目标输出端连接。此时由输入负端和电压中间点之间的母线电容c2为输出电容co充电。
55.可以理解的是，两种拓扑接法中，第一控制电路3由启动电路5供电，供电电压为vd，第一控制电路3在得电后输出第一驱动信号来驱动第一开关管k1的通断。
56.进一步的，第一控制电路3，用于对buck电路1输出第一驱动信号，以使buck电路1的输出电压大于启动电压；启动电压具体为与第一开关管不同侧的输入端与电压中间点之间的电压。
57.可以理解的是，buck电路1未启动时，其输出电容被启动二极管d0充电后的电压为启动电压，当buck电路1根据第一驱动信号启动后的输出电压大于启动电压时，启动二极管d0截止，退出充电动作，不再产生功耗，保证buck电路1与二级降压电路2的正常运行。
58.进一步的，两个母线电容的容量相等。
59.可以理解的是，高压直流母线电容单元上串联的两个母线电容c1和c2，在容量相等或相近时，更容易达到电路平衡和稳定的效果，电路失衡冲击的可能更小。此时不论buck电路1的电路结构是哪一种，只要buck电路1的输出电压与输入电压的比值大于0.5，即可实现buck电路1的输出电压大于启动电压的效果，是一种最简洁可靠的设定方式。
60.本技术实施例在启动电路和buck电路的输出端之间设置了一个启动二极管，从而实现了跳过buck电路、在buck电路未启动的前提下直接通过二极管为启动电路供电实现先行启机的效果，此时启动电路不再直接连接buck电路的输入端，从而降低了低压电源装置的耐压要求，成本明显降低。此外，在启动电路为第一控制电路和第二控制电路供电、buck电路和二级降压电路正常运行后二极管不再导通，自行实现先行启机电路的关断，使得启动电压的供电逻辑更为简单。
61.本发明实施例公开了一种具体的低压电源装置，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，二级降压电路2为隔离电源电路，进一步的，隔
离电源电路具体可为flyback电路。
62.可以理解的是，flyback电路上开关管的耐压等于flyback电路输出电压与变比的乘积与flyback输入电压相加的结果，因此在没有buck电路进行高压直流母线和flyback电路之间的降压转换时，flyback电路的耐压要求非常高。在增加了buck电路作为flyback电路的前级电路时，flyback电路的耐压要求明显降低，器件成本也大幅降低。
63.考虑到隔离电源电路包括变压器绕组，可用于为启动电路5持续供电，因此，启动电路5可包括：
64.第一端连接正极的输出端的启动开关s，启动开关s的第一端作为供电端；
65.第一端连接启动开关的第二端、第二端接负极的输出端的第一电容cs；
66.与隔离电源电路中的变压器绕组耦合的辅助绕组sw；
67.输入端连接辅助绕组sw、输出端与第一电容cs的第一端并联的整流单元ds；
68.第一电容cs的第一端分别与第一控制电路和第二控制电路连接，并用于为第一控制电路和第二控制电路供电。
69.如图4所示，以隔离电源电路为flyback电路为例，变压器绕组的原边绕组串联一个开关管后连接于与buck电路1的输出端，即flyback电路的输入电压为vob，变压器绕组的副边绕组连接相关的整流电路输出电压vcc，辅助绕组sw与变压器绕组耦合。
70.当启动开关s闭合，输出电容co输出vob对第一电容cs充电，第一电容cs的第一端为第一控制电路3和第二控制电路4供电。可以理解的是，为了降低电流冲击，启动开关s和正极的输出端之间可串联一个电阻r。
71.当第二控制电路4得电，输出第二驱动信号控制flyback电路中的开关管从而驱动变压器绕组工作，辅助绕组sw将开始工作，并通过整流单元ds后为第一电容cs供电，进而实现先行启机后的第二阶段稳定供电。
72.进一步的，整流电源ds具体可包括二极管、电容等元件，具体结构根据工况进行安排即可。
73.进一步的，启动开关s具体用于：当收到启动信号，执行闭合动作；当第一电容cs的电压被充电到预设电压，执行断开动作。
74.可以理解的是，启动开关s的闭合动作由低压电源装置外部的按钮或上位机发出，即当低压电源装置外的上位机认为当前需要启动该低压电源装置，则向启动开关s发出启动信号，启动低压电源装置。启动开关s的断开操作在确定当前状态能够进入第二阶段稳定供电时发生，即当第一电容cs的电压被充电到预设电压，则判定先行启机阶段是否已经完成，从而可执行断开动作。启动开关s的具体电路结构，可以根据实际工况进行设置，此处不再赘述。
75.相应的，本技术实施例还公开了一种驱动电源设备，包括如上文任一实施例所述低压电源装置。
76.可以理解的是，该驱动电源设备的输入电源为高压直流电源，同时驱动电源设备中设有如上文实施例所述低压电源装置，作为该驱动电源设备的辅助电源。
77.其中，本实施例中有关低压电源装置的细节内容可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。
78.其中，本实施例中驱动电源设备具有与上文实施例中所述低压电源装置相同的技
术效果，此处不再赘述。
79.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.以上对本发明所提供的一种低压电源装置及驱动电源设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。