电源电路及扩展电源电路及其实现PFC/升压/降压的方法与流程

本发明涉及电源电路，尤其涉及一种较大功率场景下的电源电路技术。

背景技术：

1、现有技术中应用在较大功率(非200瓦以下)或大功率场景下的电源模块一般包括前后两级电路，前级一般采用基于boost整流器或者等效于boost电路的各种拓扑电路实现功率因数跟踪(也称为pfc)，主流的pfc拓扑方案为三相三线制三电平vienna(例如还包括：两路交错并联三相三线制三电平vienna、单相交错式三相三线制三电平vienna、图腾柱拓补电路、boost电路)；后级dc-dc的方案一般通过基于全桥或者半桥的电路拓扑方式实现降压/稳压。

2、参附图1所示现有技术中电源模块的前级实现pfc的拓扑电路，具体为三相三线制三电平vienna电路的连接示意图，参图2所示为现有技术中的电源模块的后级dc-dc拓扑电路，实现电源模块的稳压/隔离，具体为两组交错式串联二电平全桥llc的连接示意图，仅从图1及图2便可看出现有技术的电源电路包括的元器件多、电路结构非常复杂，必然导致电源电路稳定性差等问题。

3、现有技术使用两级电路实现pfc(power factor correction，译文：功率因数跟踪)及通过dc/dc实现降压/稳压的电源模块产品能耗较高：作为举例，满载效率维持在95％～95.5％之间的电源模块，目前在市场上常见的有：华为编号为r100030g1的充电模块产品公开资料记载其满载效率为95.35％，英飞源产品编号为reg1k0100a2的充电模块产品，公开资料记载其满载效率95.5％等，若以满载效率为95.5％、功率为30kw的充电模块产品为例，每小时产生的能耗为(1-95.5％)*30kw*1h＝1.35kwh，即每小时约有1.35kwh的能量被浪费。

4、由此可见，现有技术的电源模块一般需要前后两级电路实现电源的转换和传输，元器件多且电路连接复杂，存在转化率低，同样的转化率成本高、能量损耗大、稳定性较差等问题。

技术实现思路

1、本技术的一个目的是提供一种电源电路及基于该电源电路的第一、第二、第三扩展电源电路，可以解决现有技术中电源电路转化率低、同样的电能转化率成本高、稳定性差等问题。

2、本技术提供一种电源电路，所述电源电路包括信息采集模块、电源电路单元及控制器，其中所述电源电路单元包括电感、开关、电容、变压器、输出半波整流模块；

3、为电源电路提供电能的输入电源的一端与所述电感的一端相连接，所述电感的另一端与所述电容的一端及所述开关的一端相连接；所述电容的另一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接；所述开关的另一端及所述变压器原边绕组的另一端与输入电源的另一端相连接并接地；所述变压器副边绕组的其中一个输出端与所述输出半波整流模块相连接，所述半波整流模块的输出端及所述变压器副边绕组的另一个输出端为所述电源电路单元向负载提供电能的输出端；

4、所述信息采集模块用于采集所述电源电路单元电能输入和/或输出端的信息；

5、所述控制器与所述信息采集模块及所述开关相连接，用于根据所述信息采集模块采集的信息及负载对电源电路的输出需求，生成控制所述开关占空比及频率的指令信息，并控制所述开关执行所述指令信息。

6、优选地，所述电源电路输入电压最大值v入与输出电压最大值v出的比例为v入:v出＝0.2-8，输出功率大于200w时，所述电容的参数范围为30nf-3μf，所述变压器原边绕组电感量范围为10μh-1000μh；所述变压器原边/副边绕组比例范围为r原:r副＝1:5-5:1。

7、优选地，在所述电源电路输入电压最大值与输出电压最大值的比例为v入:v出＝0.2-1.0，输出功率200w-1000w时，所述变压器原边绕组的电感量范围为10μh-1000μh，所述电容的参数范围为100nf-3μf，所述变压器原边/副边绕组比例范围为r原:r副＝1:5-1:1。

8、优选地，在所述电源电路输入电压最大值与输出电压最大值的比例为v入:v出＝0.5-1.5，输出功率1000w-2000w时，所述变压器原边电感量范围为30μh-1000μh，所述电容参数范围为50nf-3μf，所述变压器原边/副边绕组比例范围为r原:r副＝1:2-2:1。

9、优选地，在所述电源电路输入电压最大值与输出电压最大值的比例为v入:v出＝5-8，输出功率1000w-2000w时，所述变压器原边电感量范围为50μh-250μh，所述电容参数范围为200nf-800nf，所述变压器原边/副边绕组比例范围为r原:r副＝2:1-5:1。

10、优选地，所述电源电路的输入电压最大值与输出电压最大值的比例为v入:v出＝2-5，输出功率2000w-10000w时，所述变压器原边电感量范围为50μh-250μh，所述电容参数值范围为200nf-800nf，所述变压器原边/副边绕组比例范围为r原:r副＝1:1-2:1。

11、优选地，在所述电源电路的输入电源为交流电时，所述电源电路还包括为所述电感提供直流电输入的输入整流模块。

12、优选地，所述电源电路的输入整流模块为全波整流电路或半波整流电路。

13、优选地，所述电源电路的输出半波整流模块通过二极管实现半波整流。

14、优选地，所述电源电路的输出半波整流模块通过第五开关及控制所述第五开关的第五控制器实现半波整流。

15、优选地，所述第五控制器根据电源电路的控制器控制开关为变压器的副边绕组感应电能的模式控制第五开关的开关模式。

16、优选地，所述电源电路的开关通过双向开关、开关组件或可控制开关器件实现。

17、优选地，所述电源电路中变压器漏感值范围为小于1.5％。

18、优选地，所述电源电路中变压器结构为铜箔或u型金属片，且绕组方式为并绕。

19、优选地，所述电源电路的电感配合所述控制器对开关工作状态的控制，使所述电源电路同时实现功率因数跟踪及根据输出需要的升/降压的动态调整。

20、本技术还提供一种第一扩展电源电路，在输入电源为交流电时，包括上述的两个电源电路单元，所述第一扩展电源电路包括第一电源电路单元、第二电源电路单元，及用于采集所述第一扩展电源电路的输入及输出端的电压/电流信息的第一信息采集模块，及分别与所述第一、第二电源电路单元相连接的第一二极管、第二二极管，及与所述第一信息采集模块相连接用于控制所述第一/第二电源电路单元中的开关工作状态的第一控制中心。

21、优选地，当输入电源通过所述第一二极管向所述第一电源电路单元输入电流时，所述第一控制中心控制第二电源电路单元的开关处于断开状态，所述第一电源电路单元正常工作；

22、当输入电源通过所述第二二极管向所述第二电源电路单元输入电流时，所述第一控制中心控制第一电源电路单元的开关处于断开状态，所述第二电源电路单元正常工作。

23、优选地，所述第一电源电路的提供电能的输出端与所述第二电源电路的提供电能的输出端串联或并联连接。

24、本技术还提供一种第二扩展电源电路，在输入电源为交流电时，所述第二扩展电源电路包括上述的两个电源电路单元，分别为第三电源电路单元及第四电源电路单元，及用于采集所述第二扩展电源电路的输入及输出端的电压/电流信息的第二信息采集模块，及与所述第二信息采集模块相连接用于控制所述第三/第四电源电路单元中的开关工作状态的第二控制中心。

25、优选地，所述第三电源电路单元提供电能的输出端与所述第四电源电路单元提供电能的输出端串联或并联连接。

26、优选地，当输入电源向所述第三电源电路单元输入电流时，所述第二控制中心控制第四电源电路单元的开关处于闭合状态，所述第三电源电路单元正常工作；

27、当输入电源向所述第四电源电路单元输入电流时，所述第二控制中心控制第三电源电路单元的开关处于闭合状态，所述第四电源电路单元正常工作。

28、本技术还提供一种第三扩展电源电路，在输入电源为交流电时，所述第三扩展电源电路包括上述的省掉第三或第四电源电路单元中电感的第二扩展电源电路。

29、本技术还提供一种电源电路同时实现功率因数跟踪及升压/降压的方法，所述电源电路为上述的电源电路，或为上述的第一扩展电源电路，或为上述的第二扩展电源电路，或为上述的第三扩展电源电路，所述方法包括：

30、步骤s1，动态获取当前实际输入电流、输入电压、输出电压、输出电流值；

31、步骤s2，将获取的当前实际输出功率大小与接入负载所需要的目标输出功率大小进行比较；

32、步骤s3，根据所述当前实际输出功率与所述目标输出功率大小的比较结果，动态确定目标输入电流值；

33、步骤s4，将所述当前实际输入电流值与所述目标输入电流值大小进行比较，根据所述比较结果动态确定开关的占空比、频率调整指令信息；

34、步骤s5，电源电路的开关执行所述指令信息，动态控制电源电路中电感的充放电时间，使得电源电路的当前实际输入电流值尽量逼近所述目标输入电流值。

35、与现有技术相比，本技术的电源电路通过包括电感、开关、电容、变压器、输出半波整流模块组成的电源电路单元、用于采集电源电路输入及输出端电流/电压信息的信息采集模块及用于根据所述信息采集模块采集的信息及负载对电源电路的输出需求，生成控制所述开关占空比及频率的指令信息，并控制所述开关执行所述指令信息的控制器；在所述开关处于闭合状态时，开关与输入电源、电感形成回路，并为所述电感充电，此时所述电容与所述开关及所述变压器原边绕组电感等效形成lc震荡回路；当所述开关处于断开状态时，所述输入电源、电感、电容及变压器原边绕组等效形成llc震荡回路，所述输入电源及充电后的电感为所述电容充电，并通过变压器原边绕组的电流变化将电能感应至副边绕组中，副边绕组输出端作为电源电路提供电能的输出端，从而实现了电能的传递，本技术所述的第一扩展电源电路、第二扩展电源电路及第三扩展电源电路，为在电源电路的基础上的扩展和优化，更加降低了能耗，更加提高了电能的转化率，同时在大功率场景下，两个电源电路包括了两个变压器及两个开关，使变压器及开关散热更均匀，有效解决了变压器及开关热量过于集中的问题。本技术所述的电源电路的同时实现功率因数跟踪及根据输出需要的升压/降压的方法，可以通过高频调整输入电流峰值大小，进一步调整开关的频率及占空比，控制电感充放电时间，实现了功率因数跟踪的同时，还根据输入电压大小及电源电路输出电压要求的大小实现升压及降压的动态调整，以及高频隔离，以满足负载需求；与现有技术相比，本技术的电源电路可同时实现升压、降压及功率因数跟踪、高频隔离等功能，使用的元器件少，可有效节约成本，具有很好的稳定性，且能量损耗低，电能转化率高。