一种主电感共用电源电路及其实现方法与流程

本发明涉及电能转换，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(一般称大于200瓦为较大功率)或大功率场景下的电源模块包括前后两级电路，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(例如还包括：交错式boost，单相电适用)；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(例如：两组交错式串联二电平全桥llc、两组交错式并联二电平全桥llc、三电平移相全桥、两组二电平llc全桥串联、两组二电平三相交错llc串联、三电平llc半/全桥等)实现降压/稳压。

2、同时，现有的大功率电源是用前级pfc+后级dc-dc实现的大功率电源。在单体电源越来越大的过程中。必须把单个pfc电路的功率越做越大，也必须把单体dc-dc的功率越做越大。

3、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，即图1及图2的前后级电路共同实现电源模块为负载提供电能的功能，仅从图1及图2中即可看出，现有技术的电源模块电路元器件多，电路连接复杂，必然会导致成本高，电路稳定性弱，在能量转换/传输过程中损耗大，电能转换率低等问题，同时设计出即能够承载比较大的功率，又能实现比较高的转化效率的适应大功率电源场景的电源电路也是业内难题。

技术实现思路

1、本技术的一个目的是提供一种主电感共用电源电路，可以解决现有技术中电源电路转化率低、成本高、稳定性弱等问题，同时还可以设计出即能够承载比较大的功率，又能实现比较高的转化效率的适应大功率电源场景的电源电路。

2、本技术提供一种主电感共用电源电路，所述电源电路包括n个电路组件(n为大于等于2小于等于12的自然数)、主电感、开关、控制器及信息采集模块；所述电路组件包括：电容、变压器、输出半波整流模块；

3、所述电路组件的电容及变压器原边绕组端进行串联连接，所述变压器副边绕组端为提供电能输出端，其中一端与输出半波整流模块相连接；

4、所述n个电路组件中每个电路组件内的电容及变压器原边绕组串联连接，电路组件之间并联连接；

5、输入电源的一端与所述主电感的一端相连接，所述主电感的另一端与所述n个电路组件的每个电容的一端及所述开关的一端相连接；所述n个电路组件的每个变压器的原边绕组非与电容串联连接的一端均与所述开关的另一端及输入电源的另一端相连接；

6、所述信息采集模块用于采集所述电源电路输入和/或输出端的信息；

7、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，生成包括所述开关占空比及频率的控制信息，并控制所述开关执行所述控制信息。

8、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n个电路组件的n个电容的参数范围为30nf-3μf，所述n个电路组件的n个变压器原边绕组电感量范围为10μh-1000μh，所述n个变压器原边/副边绕组比例范围为r原∶r副＝1∶5-5∶1。

9、优选地，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n个电路组件的n个变压器原边绕组的电感量范围为10μh-1000μh，所述n个变压器原边/副边绕组比例范围为r原∶r副＝1∶5-1∶1；所述n个电路组件的n个电容的参数范围为100nf-3μf。

10、优选地，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＝5.0-8.0，输出功率1000w-2000w时，所述n个电路组件的n个变压器原边电感量范围为50μh-250μh，所述n个变压器原边/副边绕组比例范围为r原∶r副＝2∶1-5∶1；所述n个电路组件的n个电容参数范围为200nf-800nf。

11、优选地，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n个电路组件的n个变压器原边电感量范围为30μh-1000μh，所述n个变压器原边/副边绕组比例范围为r原∶r副＝1∶2-2∶1；所述n个电路组件的n个电容参数范围为50nf-3μf。

12、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＝2.0-5.0，输出功率2000w-10000w时，所述n个电路组件的n个变压器原边电感量范围为50μh-250μh，所述n个变压器原边/副边绕组比例范围为r原∶r副＝1∶1-2∶1；所述n个电路组件的n个电容参数值范围为200nf-800nf。

13、优选地，所述电源电路的主电感配合开关参与实现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。

14、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主电感提供直流电输入的输入整流模块。

15、优选地，所述电源电路还包括输入电容，所述输入电容的一端与所述主电感的一端及输入电源的一端相连接，所述输入电容的另一端与所述开关的接地端及输入电源的另一端相连接；其中，在未知当前可输入所述电源电路的功率最大值时，所述电源电路实现最大功率点跟踪的同时，还实现根据输出需求的输出电压升/降的动态调整。

16、优选地，所述电源电路还包括为所述电源电路输出端提供整流的输出整流单元。

17、优选地，所述输出整流单元为h桥。

18、优选地，所述电路组件中的输出半波整流模块通过二极管实现输出的半波整流。

19、优选地，所述输出半波整流模块通过整流开关及控制所述整流开关的整流开关控制器实现输出的半波整流。

20、优选地，所述整流开关控制器根据对应电源电路的控制器控制开关为所述电路组件中的变压器的副边绕组感应电能的模式控制整流开关的开关模式。

21、优选地，所述电源电路包括的n个电路组件的输出端进行串联或并联的组合式连接，形成所述电源电路的提供电能输出端。

22、优选地，所述每个电源电路中包括的n个电路组件中的电容及变压器参数一致。

23、优选地，所述电源电路的开关通过双向开关或可控制开关器件实现。

24、优选地，所述电源电路包括的所述电源电路的开关为开关组件，所述开关组件为多个开关管的并联。

25、优选地，所述电源电路中变压器漏感值范围为小于1.5％。

26、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。

27、本技术还提供一种主电感共用电源电路同时实现功率因数跟踪及升压/降压动态调整的方法，其特征在于，所述方法包括：

28、步骤s1，高频获取当前实际输入电流、输入电压、输出电压、输出电流值；

29、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；

30、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，高频调整输入电流峰值；

31、步骤s4，根据所述输入电流峰值及当前输入的相位信息，高频确定目标输入电流值；

32、步骤s5，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，根据所述比较结果高频确定开关的占空比、频率调整指令信息；

33、步骤s6，电源电路的开关高频执行所述指令信息，控制电源电路中主电感的充放电时间，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。

34、本技术还提供一种主电感共用电源电路同时实现最大功率点跟踪及根据输出需求的输出电压升/降的动态调整的方法，其特征在于，该方法包括：

35、步骤s1，高频获取当前实际输入电流、输入电压、输出电压、输出电流值；

36、步骤s2，高频调整输出电流峰值，监控由此引起的输入电压及输入功率变化情况，并根据所述输入电压及输入功率变化情况，确定输出电流峰值的更新调整信息；

37、步骤s3，根据所述输出电流峰值及对应输出的目标相位信息，高频确定目标输出电流值；

38、步骤s4，将所述当前实际输出电流值与所述目标输出电流值大小进行比较，根据所述比较结果高频确定开关的占空比、频率调整指令信息；

39、步骤s5，电源电路的开关高频执行所述指令信息，控制电源电路中主电感的充放电时间，使得电源电路的当前实际输出电流值尽量逼近所述目标输出电流值。

40、与现有技术相比，本技术的主电感电源电路包括多个电路组件、主电感、开关及用于控制开关工作状态的控制器；所述电路组件包括：电容、变压器、输出半波整流模块；在所述开关处于闭合状态时，开关与输入电源、所述主电感形成回路，并为所述主电感充电；所述多个电路组件中的电容、变压器原边绕组及开关形成多个回路；当所述开关处于断开状态时，所述输入电源、主电感、多个电路组件中的电容及变压器原边绕组形成多个回路，所述输入电源及充电后的主电感同时为所述多个电路组件中的电容充电，同时，变压器将原边绕组获得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，与现有技术相比，本技术的电源电路具有更好的扩展性，可以提供更加宽范围的电压/功率输出，使用的元器件少，具有很好的稳定性，且能量损耗低，转化率高；尤其是通过设置的多个电路组件，可以在提供同等功率输出的情况下，更加节约成本。

41、本技术所述的主电感共用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，控制主电感充放电时间，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，本技术的主电感共用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。

42、本技术所述的主电感共用电源电路同时实现最大功率点跟踪及根据输出需求的输出电压升/降的动态调整的方法，可以通过高频调整输出电流峰值大小，进一步控制调整开关的频率和/或占空比，控制主电感充放电时间，实现了根据输出需要的升压/降压及最大功率点跟踪，从而在未知输入电源功率大小的领域，例如通过太阳能电池板的光伏发电领域等，可以探测出输入至电源电路的电源的功率最大值，以最大限度的获取输入电源的电能，提高发电量，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。