開關式電源的制作方法

本公開的實施例涉及開關式電源。

背景技術：

應用于工業環境中的電子產品，越來越期望能夠滿足盡可能寬的輸入電壓范圍，以增加產品的應用場合和可靠性，例如從80vac到580vac。相對于傳統的線性變壓器來說，開關電源是一個理想的選擇，能夠實現寬范圍的輸入電壓應用。但與此同時，由于占空比在輸入電壓較高時偏小，就會造成電源效率偏低，進而影響產品溫升和可靠性。

常規的解決方案可以按輸入電壓分為不同的型號分別設計，這種方法避免了寬范圍輸入的設計難度，可以分別實現最優設計，但增加了產品型號和管理成本，而且不能在一個產品上同時實現寬范圍輸入。另外一種常規方法通過增加設計余量來實現，該方法實現了寬范圍輸入，但是沒有解決效率的問題，通過增加設計余量來降低產品溫升，會帶來體積和成本的增加，不利于產品小型化和成本控制。

技術實現要素：

本公開的實施例旨在提供至少部分地解決上述問題的開關式電源。

根據一些實施例，提供了一種開關式電源，該開關式電源包括：變壓器，變壓器的原邊繞組的第一節點被耦合以接收輸入電壓；第一開關，被耦合至原邊繞組的中間節點；第二開關，被耦合至原邊繞組的第二節點；以及控制電路裝置，被耦合至第一開關和第二開關，并且被配置成根據輸入電壓的變化，向第一開關和第二開關中的一個開關提供驅動信號。

在一些實施例中，控制電路包括輸入電壓檢測器，被配置成響應 于輸入電壓的變化，生成表示將驅動信號提供給第一開關和第二開關中的一個開關的控制信號。

在一些實施例中，輸入電壓檢測器包括：滯回比較器，被配置成：在輸入電壓升高的情況下，根據輸入電壓高于第一閾值的確定，生成用于將驅動信號提供給第二開關的控制信號；以及在輸入電壓降低的情況下，根據輸入電壓低于第二閾值的確定，生成用于將驅動信號提供給第一開關的控制信號，其中第一閾值高于第二閾值。

在一些實施例中，控制電路裝置包括控制器，被配置成生成用于控制第一開關和第二開關中的任一開關通斷的驅動信號。

在一些實施例中，控制電路裝置包括：切換器，被配置成響應于輸入電壓的變化，將驅動信號提供給第一開關和第二開關中的一個開關。

在一些實施例中，切換器包括單刀雙擲開關。

在一些實施例中，切換器包括繼電器或者由分立電子器件組成的切換電路。

在一些實施例中，第一開關和第二開關包括以下類型的開關中的至少一項：mosfet、bjt和igbt。

在一些實施例中，第一開關和第二開關中的任一個與變壓器組成反激式轉換器的一部分。

在一些實施例中，原邊繞組的在第一節點與中間節點之間的第一部分和在中間節點與第二節點之間的第二部分彼此分立。

本公開的實施例所提供的開關式電源可以同時滿足相電壓和線電壓輸入，提高產品的可靠性，同時滿足全球市場不同電網電壓，減少產品型號，提高產品的競爭力。

此外，在寬范圍輸入的開關電源設計中，通過分段控制的方法提高電源的轉換效率，提高了能源的利用率，降低了產品的功耗，降低了產品的溫升，減小了產品的體積，提高了產品的可靠性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本公開的進一步理解，構成本申請的一部分，本公開的示意性實施例及其說明用于解釋本公開，并不構成對本公開的不當限定，其中：

圖1是示意性地圖示根據本公開的實施例的功率轉換器的示意圖。

具體實施方式

下面將參考附圖中示出的若干示例性實施方式來描述本公開的原理和精神。應當理解，描述這些實施方式僅僅是為了使本領域技術人員能夠更好地理解進而實現本公開，而并非以任何方式限制本公開的范圍。

圖1是示意性地圖示根據本公開的實施例的開關式電源100的示意圖。如圖1所示，開關式電源100在in處接收輸入電壓，輸入電壓可以是穩定的直流電壓，也可以是交流電壓經整流等而獲得的脈動的直流電壓。輸入電壓的范圍例如包括100v-800v。圖1中還示意性地示出了兩個可選的用于濾波的輸入電容器c1和c2。將輸入電壓經由開關式電源100進行轉換之后，在out處提供輸出電壓，例如24v的直流電壓。

此外，開關式電源100可以包括變壓器t1、二極管d2、輸出電容器c3等，這些部件可以與開關管q1和q2中的任一個組成反激式轉換器。應當注意，雖然在圖1中僅示出了反激式轉換器的拓撲，但是本領域技術人員應當理解，本發明的構思很容易地擴展至正激式轉換器等其他拓撲，為了簡潔起見，不再贅述。

如圖1所示，轉換器t1包括原邊繞組和副邊繞組n3，原邊繞組分為兩個部分，分別為第一部分n1和第二部分n2。在圖1中，這兩個部分被示出為兩個分立的繞組。然而，本領域技術人員應當理解，這兩個繞組也可以通過對一個原邊繞組中間抽頭而實現。

原邊繞組的第一節點a1(即，最上部的節點)接收輸入電壓，其中間節點a0(即，第一部分n1與第二部分n2之間的節點)與開關 管q1耦合，其第二節點a2(即，最下部的節點)與開關管q2耦合。

更具體地，由于在圖1中使用的為n型mosfet，因此，原邊繞組的這些節點分別與開關管的漏極耦合。盡管在圖1中示出了n型mosfet，但是本領域技術人員應當理解，這些開關(例如，開關管q1和q2)也可以是p型mosfet，或者由其他形式的半導體開關器件來實施，例如igbt、bjt、jfet等。在采用其他開關器件的情況下，只需對圖1中所示的電路圖進行相應修改即可，因此不再贅述。

開關管q1和q2的柵極分別從控制電路裝置10接收驅動信號。控制電路裝置10響應于輸入電壓的變化，向開關管q1和q2中的一個提供驅動信號。作為示例，控制電路裝置10可以根據輸入電壓的不同范圍而向開關管q1和q2中的一個提供驅動信號。例如，當輸入電壓較低時，可以將驅動信號提供給開關管q1，而非開關管q2，這樣可以通過驅動信號控制開關管q1通斷，從而利用開關管q1與原邊繞組的第一部分n1來實施反激式轉換器。例如，當輸入電壓較高時，可以將驅動信號提供給開關管q2，而非開關管q1，這樣可以通過驅動信號控制開關管q2通斷，從而利用開關管q2與整個原邊繞組(包括第一部分n1和第二部分n2)來實施反激式轉換器。通過這種方式，開關式電源100的驅動信號的占空比可以被控制在一個較高的水平，從而降低諸如開關損耗之類的損耗，提高其電源轉換效率。

作為示例，控制電路裝置10可以包括輸入電壓檢測器3，其響應于輸入電壓的變化而生成表示將驅動信號提供給開關管q1和開關管q2中的一個開關管的控制信號。

作為示例，輸入電壓檢測器3可以由滯回比較器來實現。在輸入電壓升高的情況下，滯回比較器根據輸入電壓高于第一閾值的確定，生成用于將驅動信號提供給第二開關的控制信號。此外，在輸入電壓降低的情況下，滯回比較器根據輸入電壓低于第二閾值的確定，生成用于將驅動信號提供給第一開關的控制信號，其中第一閾值高于第二閾值。第一閾值和第二閾值可以由電壓基準源來提供，滯回比較器的實施方式在本領域中是公知的，因而不再贅述。此外，滯回比較器的 電源可以由in處的輸入電壓提供。

此外，控制電路裝置10還可以包括切換器2，切換器2用于將控制信號在開關管q1和q2之間進行切換。切換器2可以是單刀雙擲開關，其可以由繼電器實現，或者通過由分立電子器件組成的切換電路來實現，這些分立電子器件可以包括各種類型的開關管，例如，mosfet、jfet、igbt和bjt等。

控制電路裝置10包括控制器1，其為開關管q1和q2中的任一個提供驅動信號，例如脈寬調制(pwm)驅動信號。此外，控制器1可以通過反饋信號進行調制和實現各種保護功能。

下面結合具體的示例描述根據圖1所示的開關式電源100的工作原理。應當理解，如下具體示例主要用于使發明構思對本領域技術人員而言更加清楚，并不旨在限制本公開的范圍。

假設輸入電壓為交流電壓整流后的直流電壓或直接為直流電壓，其數值為100vdc到800vdc，輸出電壓為24vdc。

變壓器t1的原邊繞組包括串聯連接的第一部分n1和第二部分n2，在該示例中第一部分n1與第二部分n2為分立的繞組。變壓器t1的副邊繞組為n3。

輸入電壓可以分為兩個區間，例如，區間1：100vdc到400vdc，區間2：300vdc到800vdc。這樣，輸入電壓的范圍由原來的1:8分別變為1:4和1:2.67，降低了設計的困難。

輸入電壓檢測器3通過電阻分壓直接檢測輸入電壓，與基準源進行比較。例如，可以設置兩個閾值，即，第一閾值為400vdc，第二閾值為300vdc。具體地，如果電壓從低到高變化，則需要達到400vdc，才達到第一閾值，輸入電壓判斷為區間2；如果電壓從高到低變化，需要降低到300vdc，才達到第二閾值，輸入電壓判斷為區間1。這樣，可以避免輸入電壓在閾值附近波動導致的控制電路裝置的頻繁切換。

兩個區間有100v電壓的重疊區域，這是為了滿足不同額定電壓的波動范圍，并留有足夠的余量。比如，區間1可以滿足110vac、230vac等額定交流輸入，而區間2可以滿足277vac、400vac、480vac 等額定交流輸入。

下面描述該電路的具體操作。當輸入電壓在區間1時，驅動信號被提供給開關管q1而非開關管q2，從而開關管q1在驅動信號的控制下通斷，而開關管q2保持關閉，原邊繞組的第一部分n1通過電流，而第二部分n2被禁用，變壓器的匝比為n1＝n1/n3。

當輸入電壓在區間2時，驅動信號被提供給開關管q2而非開關管q1，從而開關管q1保持關閉，而開關管q2在驅動信號的控制下通斷，原邊繞組的兩個部分n1和n2通過電流，變壓器的匝比為n2＝(n1+n2)/n3。

顯然，n2大于n1，因此，對于反激式恒壓輸出的電路，輸出電壓24vdc保持不變，不同的匝比將帶來不同的反射電壓vor＝(vo+vf)*n，其中vo為輸出電壓，vf為副邊整流二極管的正向導通壓降。而占空比d＝vor/(vor+vin)，通過反射電壓和輸入電壓的變化，就可以控制占空比。

常規方法由于沒有實施上述分段控制方法，因此，不存在原邊繞組的第二部分n2。與常規方法相比，在區間1，反射電壓不變，占空比也保持不變，但由于最大電壓相對較低，元器件應力減小；在區間2，由于原邊繞組的第二部分n2的使用，與常規方法相比，反射電壓增大，而最大輸入電壓不變，從而導致最小占空比增大。

由此可見，開關式電源100通過檢測輸入電壓，將輸入電壓分為不同的區間，在不同的電壓范圍內由驅動信號控制不同的開關管。開關管分別連接變壓器原邊繞組的不同繞組的輸出端，從而實現占空比在不同輸入電壓下的分段控制，提高最小占空比，進而提高效率。此外，開關式電源100還可以實現自動調節、動態調節，無需人為控制。本領域技術人員還應當理解，盡管僅示出了兩段控制的實施例，但是本發明的構思還很容易地擴展至多段控制的實施例，例如，原邊繞組可以分為多段，從而相應地提供多個開關管，此外切換器也可以使用具有單刀多擲功能的開關，這種開關具體可以通過由分立電子器件組成的多個開關來實施。