功率解耦电路、电源以及电子设备制造技术

本申请涉及一种功率解耦电路、电源以及电子设备，功率解耦电路包括第一功率模块与第二功率模块，第一功率模块具有中间电容器C1，第二功率模块输入侧与中间电容器C1并联；第二功率模块的输出侧与第一功率模块的输出侧串联，用于将第二功率模块输出的电压信号叠加至第一功率模块输出的电压信号；第一功率模块输出的电压信号中包括第一直流分量与第一纹波分量，第二功率模块输出的电压信号中包括第二直流分量与第二纹波分量，第一纹波分量与第二纹波分量的幅值差在预设的幅值差范围内，第一纹波分量与所述第二纹波分量的相位差在预设的相位差范围内，本申请具有缩小电路体积、提高功率密度和效率的效果。功率密度和效率的效果。功率密度和效率的效果。

【技术实现步骤摘要】
功率解耦电路、电源以及电子设备


[0001]本申请涉及供电电路的领域，尤其是涉及一种功率解耦电路、电源以及电子设备。

技术介绍

[0002]随着数字电路技术的发展，数字电路对电源要求也越来越高，单相AC
‑
DC变换器就是现在数字电路常用的电源之一。
[0003]实际上，单相AC
‑
DC变换器将输入的交流功率（如，50Hz）转变成直流功率来输出，这种转变的过程会导致在直流功率输出侧的电压存在二倍频（如，100Hz）的纹波电压，为了提高输出的直流功率的质量，现有的技术人员通常都会在直流功率输出侧的直流母线上设置体积较大的电解电容器来抑制电压纹波。
[0004]专利技术人在实施上述方案时发现，若要直流功率输出侧中的电压纹波越小，则所需电解电容器的容值越大，较大容值的电解电容器的寄生电阻也会消耗较多的功率，因此，在直流母线上靠安装大容值的电解电容器来降低直流功率输出侧的二倍频纹波的方法会降低电源的功率密度和效率。

技术实现思路

[0005]为了提高电源的功率密度和效率，本申请的目的一在于提供一种功率解耦电路。
[0006]本申请提供的一种功率解耦电路采用如下的技术方案：一种功率解耦电路，包括用于提供直流功率的第一功率模块与用于变换电压的第二功率模块，所述第一功率模块具有用于供直流功率通过并产生直流电压偏置的中间电容器C1；所述第二功率模块的输入端与所述中间电容器C1并联电连接，所述输入端用于接收所述中间电容器C1两端的电压信号，所述第二功率模块用于将所述电压信号进行电气参数等级变换后输出；所述第二功率模块的输出侧与所述第一功率模块的输出侧串联，用于将所述第二功率模块输出的电压信号叠加至所述第一功率模块输出的电压信号；所述第一功率模块输出的电压信号中包括第一直流分量与第一纹波分量，所述第二功率模块输出的电压信号中包括第二直流分量与第二纹波分量，所述第一纹波分量与所述第二纹波分量的幅值差在预设的幅值差范围内，所述第一纹波分量与所述第二纹波分量的相位差在预设的相位差范围内。
[0007]通过采用上述技术方案，第一功率模块中至少含有一个中间电容器C1，中间电容器C1作为第二功率模块的输入源，第二功率模块不需要额外在添加其他的输入源或者电解电容器，通过调制第一功率模块的输出与第二功率模块的输出，并将第一功率模块输出的电压信号与第二功率模块输出的电压信号进行叠加，即缩小了电路的体积，还能降低直流功率输出侧的二倍频纹波，提高了电路的功率密度和效率。
[0008]作为优选，所述第一功率模块或者所述第二功率模块工作于CRM临界导通模式；
或者，所述第一功率模块或者所述第二功率模块工作于ZVS区域；或者，所述第一直流分量大于所述第二直流分量。
[0009]通过采用上述技术方案，CRM临界导通模式既没有断续导电模式那么大的器件应力，也不存在连续导通模式所具有的二极管反向恢复问题，且输入平均电流与输入电压成线性关系，在功率为300W左右及以下的电路中采用临界导电模式会有更好的功率因数校正效果。ZVS区域就是让第一功率模块与第二功率模块的工作期间工作于零电压开关的模式或称为软开关模式，降低电路中的高频损耗。总功率中的大部分输入功率将被第一功率模块传递到输出侧，而第二功率模块只会输出部分功率用于抵消第一功率模块输出电压产生的电压纹波；流经第一功率模块和第二功率模块的功率之比和输出电压的平均值之比相对不变，为了减小第二功率模块的体积，使第一直流分量大于第二直流分量，以限制流过第二功率模块的部分功率。
[0010]作为优选，当所述第一功率模块的输出侧为正电压拓扑时，所述第一功率模块输出侧的正极与所述第二功率模块输出侧的负极电连接，所述第一功率模块输出侧的负极以及所述第二功率模块输出侧的正极均用于与负载连接。
[0011]通过采用上述技术方案，功率解耦电路适用于输出侧为正电压的电源。
[0012]作为优选，当所述第一功率模块输出侧为负电压拓扑时，所述第一功率模块输出侧的负极与所述第二功率模块输出侧的正极电连接，所述第一功率模块输出侧的正极以及所述第二功率模块输出侧的负极均用于与负载连接。
[0013]通过采用上述技术方案，功率解耦电路适用于输出侧为负电压的电源。
[0014]作为优选，所述第一功率模块为Cuk拓扑结构、Zeta拓扑结构、SEPIC拓扑结构或者Class
‑
E拓扑结构。
[0015]通过采用上述技术方案，Cuk拓扑结构可升降压，而且不会出现电感电流断续情况，利于搭建恒流源。Zeta拓扑结构利于对不稳定输入电源进行调节，可以构成一个低成本墙式电源，实际设计时，还可搭配使用耦合电感来最小化电路板空间。SEPIC拓扑结构的输入输出同极性，适合于电池供电的应用场合，允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压。Class
‑
E拓扑结构中输入端由于电感器足够大，电路可以等效为电流源。
[0016]作为优选，所述第二功率模块为Full
‑
bridge拓扑结构、Boost拓扑结构、Buck
‑
Boost拓扑结构、Four
‑
Switch
‑
Buck
‑
Boost拓扑结构、Flyback拓扑结构或者Forward拓扑结构。
[0017]通过采用上述技术方案，Full
‑
bridge拓扑结构具有较高的功率，其开关以对角对的形式驱动，可以进行脉冲宽度调制以调节输出电压。Boost拓扑结构把输入升至一个较高的电压，忽略二极管的正向压降的情况下输出总是比大于或等于输入，其输入电流平滑，其输出电流不连续。Buck
‑
Boost拓扑结构的输入电流不连续，输出电流也不连续，其输出总是与输入反向，但是其输出幅度可以小于或大于输入。Flyback拓扑结构的电感有两个绕组，而且同时作为变压器和电感。Forward拓扑结构具有不连续的输入电流与平滑的输出电流，因为采用了变压器，其输出可以大于或小于输入，可以是多种极性。
[0018]作为优选，所述第一功率模块用于将输入交流源的交流功率转换成直流功率，所述第一功率模块还包括输入整流单元、第一信号控制单元与第一输出单元，所述输入整流单元、所述第一信号控制单元、所述中间电容器C1以及所述第一输出单元依次电连接；
所述输入整流单元用于将所述输入交流源的交流电整流成直流电；所述信号控制单元包括第一自控子单元与第一受控子单元，所述第一自控子单元用于采集所述直流功率的数据以及所述交流源的数据后按照第一预设程序输出第一驱动信号，所述第一受控子单元响应于所述第一驱动信号而控制所述第一功率模块中的导通回路与导通时长，所述第一驱动信号还用于让所述第一功率模块工作于CRM临界导通模式并工作于ZVS区域；所述第一输出单元用于与所述中间电容器C1形成第一功率转换状态，并输出所述直流功率。
[0019]通过采用上述技术方案，交流功率依次通过输入整流单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率解耦电路，其特征在于：包括用于提供直流功率的第一功率模块（100）与用于变换电压的第二功率模块（200），所述第一功率模块（100）具有用于供直流功率通过并产生直流电压偏置的中间电容器C1（130）；所述第二功率模块（200）的输入端与所述中间电容器C1（130）并联电连接，所述输入端用于接收所述中间电容器C1（130）两端的电压信号，所述第二功率模块（200）用于将所述电压信号进行电气参数等级变换后输出；所述第二功率模块（200）的输出侧与所述第一功率模块（100）的输出侧串联，用于将所述第二功率模块（200）输出的电压信号叠加至所述第一功率模块（100）输出的电压信号；所述第一功率模块（100）输出的电压信号中包括第一直流分量与第一纹波分量，所述第二功率模块（200）输出的电压信号中包括第二直流分量与第二纹波分量，所述第一纹波分量与所述第二纹波分量的幅值差在预设的幅值差范围内，所述第一纹波分量与所述第二纹波分量的相位差在预设的相位差范围内。2.根据权利要求1所述的一种功率解耦电路，其特征在于：所述第一功率模块（100）或者所述第二功率模块（200）工作于CRM临界导通模式；或者，所述第一功率模块（100）或者所述第二功率模块（200）工作于ZVS区域；或者，所述第一直流分量大于所述第二直流分量。3.根据权利要求1所述的一种功率解耦电路，其特征在于：当所述第一功率模块（100）的输出侧为正电压拓扑时，所述第一功率模块（100）输出侧的正极与所述第二功率模块（200）输出侧的负极电连接，所述第一功率模块（100）输出侧的负极以及所述第二功率模块（200）输出侧的正极均用于与负载连接。4.根据权利要求1所述的一种功率解耦电路，其特征在于：当所述第一功率模块（100）的输出侧为负电压拓扑时，所述第一功率模块（100）输出侧的负极与所述第二功率模块（200）输出侧的正极电连接，所述第一功率模块（100）输出侧的正极以及所述第二功率模块（200）输出侧的负极均用于与负载连接。5.根据权利要求1所述的一种功率解耦电路，其特征在于：所述第一功率模块（100）为Cuk拓扑结构、Zeta拓扑结构、SEPIC拓扑结构或者Class
‑
E拓扑结构。6.根据权利要求1所述的一种功率解耦电路，其特征在于：所述第二功率模块（200）为Full
‑
bridge拓扑结构、Boost拓扑结构、B...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文博，
申请(专利权)人：青未科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：