CN102222976A - 一种电源系统的辅助电源和供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电源系统的辅助电源和供电系统。其中，一种电源系统的辅助电源，该电源系统包括半桥平衡电路，该辅助电源包括：线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；该线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；感应线圈作为半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从平衡电感耦合出感应电压信号；整形稳压电路，用于对感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；该整形稳压电路的输出端与第一二极管的阳极电连接；开关电源的输出端与第二二极管的阳极电连接；第一二极管的阴极和第二二极管的阴极并联作为辅助电源的输出端。本发明实施例提供电路方案有利于在尽量保证供电可靠性的同时，尽量降低辅助电源成本。

Description

一种电源系统的辅助电源和供电系统

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种电源系统的辅助电源和供电系统。

背景技术

目前，大型供电系统的控制和驱动功能需辅助电源来供电。

现有辅助电源一般直接将380V高压转换成24V或15V的低压来供电，若选用线性电源，虽然可靠性高，价格低廉，但由于输入输出的压差过大，损耗很大。而开关电源可以实现电压的宽范围调节，性能优越，但是电路复杂，器件较多，且成本相对高昂，并且器件工作时应力较高，失效概率偏高。

如果辅助电源失效，对应的供电系统可能就不能正常工作，所以辅助电源的可靠性至关重要。而在某些可靠性要求很高的场景，常常需要由多个开关电源并联以提高可靠性，但这样使得成本成倍增加。

发明内容

本发明实施例提供一种电源系统的辅助电源和供电系统，以期在尽量保证供电可靠性的同时，尽量降低辅助电源成本。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供一种电源系统的辅助电源，所述电源系统包括半桥平衡电路，所述辅助电源包括：

线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；

其中，所述线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；

所述感应线圈作为所述半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从所述平衡电感耦合出感应电压信号；

所述整形稳压电路，用于对所述感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；

所述整形稳压电路的输出端与所述第一二极管的阳极电连接；

所述开关电源的输出端与所述第二二极管的阳极电连接；

所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极并联作为所述辅助电源的输出端。

可选的，所述整形稳压电路包括：第三二极管、第一电容和线性稳压电路；

其中，所述第三二极管的阳极与所述感应线圈的正电压端电连接，所述第三二极管的阴极与所述线性稳压电路的输入端电连接；

所述第一电容并联于所述感应线圈的两端。

可选的，所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于、等于或低于所述开关电源的输出端的输出电压。

可选的，所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于所述开关电源的输出端的输出电压至少0.7伏特。

可选的，所述辅助电源还包括：第二电容；

其中，所述第二电容将所述整形稳压电路的输出端接地。

可选的，所述辅助电源还包括：第三电容；

其中，所述第三电容将所述开关电源的输出端接地。

本发明实施例另一方面提供一种供电系统，包括：

半桥平衡电路和所述辅助电源；

其中，所述辅助电源包括：线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；其中，所述线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；

所述感应线圈作为所述半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从所述平衡电感耦合出感应电压信号；

所述整形稳压电路，用于对所述感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；

所述整形稳压电路的输出端与所述第一二极管的阳极电连接；

所述开关电源的输出端与所述第二二极管的阳极电连接；

所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极并联作为所述辅助电源的输出端。

可选的，所述整形稳压电路包括：第三二极管、第一电容和线性稳压电路；

其中，所述第三二极管的阳极与所述感应线圈的正电压端电连接，所述第三二极管的阴极与所述线性稳压电路的输入端电连接；

所述第一电容并联于所述感应线圈的两端。

可选的，所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于、等于或低于所述开关电源的输出端的输出电压。

可选的，所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于所述开关电源的输出端的输出电压至少0.7伏特。

由上可见，本发明实施例中巧妙的利用供电系统已有的半桥平衡电路的平衡电感的特性，在平衡电感上加装一个感应线圈作为其副边绕阻，利用感应线圈从平衡电感耦合出的感应电压信号来辅助电源增加一组可靠的线性电源，并且该线性电源和开关电源配合起来供电，既可提高辅助电源系统可靠性，也不需要以增额外加开关电源为代价，成本得到有效控制。

并且，线性电源和开关电源配合供电，可以兼顾线性电源和开关电源的各自优点；若把开关电源的输出电压设计成比线性电源略低，则系统工作时大部分辅助电源由线性电源提供，则可大大降低开关电源的负荷，进而有利于降低故障率，降低损耗。

进一步的，如果系统可靠性要求不太高，则开关电源只需要提供启动的短时间的电源能力，正常工作的绝大部分供电可以由线性电源来完成，则可以把开关电源的设计容量和散热设计要求降到最低，达到成本最优化，可见，本发明实施例的方案具有很高的实用价值和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电源系统的半桥平衡电路的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电源系统的半桥平衡电路和辅助电源配合的示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种电源系统的半桥平衡电路和辅助电源配合的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种半桥平衡电路和辅助电源配合工作时信号联动变化的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种电源系统的辅助电源和供电系统，有利于在尽量保证供电可靠性的同时，尽量降低辅助电源成本。

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作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。

以下通过实施例分别进行详细说明。

首先参见图1，电源系统中由于负载特性和整流器控制的局限性，可能导致正母线电压V_BUS+和负母线电压V_BUS-不均衡，从而可能导致系统功能异常和器件失效。因此，增加1组半桥平衡电路来调节V_BUS+和V_BUS-，其中，半桥平衡电路包括一对半桥开关(三极管Q1和三极管Q2)和1个平衡电感LTX1，如图1虚线框中所示。

在平衡电路工作时，通过调节三极管Q1和三极管Q2的导通时间(三极管Q1和三极管Q2的导通时间可通过控制芯片来控制，其中，该控制芯片在图中未示出)，来调节平衡电感LTX1的电流I_L1的平均值，从而实现对母线电压V_BUS+和V_BUS-的平衡。例如，当正母线电压V_BUS+和负母线电压V_BUS-相等时，控制芯片可控制三极管Q1和三极管Q2的导通时间相等，则I_L1的平均值等于零，此时对母线电压V_BUS+和V_BUS-不起调节作用；当正母线电压V_BUS+大于负母线电压V_BUS-时，控制芯片可控制三极管Q1的导通时间略大于三极管Q2，则I_L1的平均值大于零(图1中所标电流方向例如为正方向)，也就相当于给电容C1放电，给电容C2充电；类似的，当负母线电压V_BUS+小于负母线电压V_BUS-时，控制芯片控制三极管Q1的导通时间略小于三极管Q2，则I_L1的平均值小于零，也就相当于给C1充电，给C2放电，进而实现对V_BUS+和V_BUS-的调节。本发明实施例的技术方案主要基于电源系统的半桥平衡电路，来扩展出一组稳定的线性电源。本发明实施例考虑在半桥平衡电路的平衡电感上增加一个副边绕阻、对副边绕阻输出电压进行整形和线性稳压的整形稳压电路等。

本发明实施例提供的一种电源系统的辅助电源，其中，电源系统包括半桥平衡电路，辅助电源可包括：

线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；

其中，线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；

其中，该感应线圈作为该半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从该平衡电感耦合出感应电压信号；整形稳压电路，用于对该感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；

该整形稳压电路的输出端(即线性电源的输出端)与第一二极管的阳极电连接；该开关电源的输出端与第二二极管的阳极电连接；该第一二极管的阴极和该第二二极管的阴极并联作为辅助电源的输出端。

在实际应用中，上述整形稳压电路可以是具有整形稳压功能的多种可能的电路结构。例如，该整形稳压电路可包括：第三二极管、第一电容和线性稳压电路；其中，第三二极管的阳极与感应线圈的正电压端电连接，第三二极管的阴极与上述线性稳压电路的输入端电连接，以对感应电压信号进行整形；第一电容并联于感应线圈的两端，以对感应电压信号进行滤波。

此外，辅助电源还可包括：第二电容，第二电容可将整形稳压电路的输出端接地，以对整形稳压电路的输出电压信号进行滤波。

此外，辅助电源还可包括：第三电容，第三电容可将开关电源的输出端接地，以对开关电源的输出电压信号进行滤波。

在实际应用中，例如可通过调节半桥平衡电路中的平衡电感和感应线圈的匝数比，来调节感应线圈所耦合的感应电压大小，而线性电源的输出电压大小感应电压大小和整形稳压电路决定。

可通过微调开关电源的输出，使得整形稳压电路的输出端的输出电压高于、等于或者低于开关电源的输出端的输出电压。当然，为保护开关电源，整形稳压电路的输出端的输出电压可略高于开关电源的输出电压(差值可为一个二极管的导通电压)，这样，在正常情况下就可由线性电压来供电，对开关电源起到一定的工作保护。例如，整形稳压电路的输出端的输出电压高于开关电源的输出端的输出电压至少0.7伏特。

特别的，若系统对辅助电源的性能要求很高，线性电源未必能达到，正常工作时可使开关电源的输出电压略高于线性电源(差值可为1个二极管的导通电压)，以利用开关电源供电，线性电源仅在开关电源故障后作为备用辅助电源。

为便于更好的理解和实施本发明实施例的上述方案，下面通过附图2和3举例给出一种具体的实现电路。

参见图2，辅助电源可包括：开关电源100、线性电源200、二极管D2(即第一二极管)和二极管D3(即第二二极管)。

其中，线性电源200包括感应线圈L2和整形稳压电路220；

其中，感应线圈L2作为半桥平衡电路中的平衡电感LTX1的副边绕阻，以从平衡电感LTX1耦合出感应电压信号V_S2；

整形稳压电路220，用于对感应线圈L2耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出V_PS2；

整形稳压电路220的输出端(即线性电源100的输出端)与二极管D2的阳极电连接；开关电源100的输出端与二极管D3的阳极电连接；该二极管D2的阴极和二极管D3的阴极并联作为辅助电源的输出端。

参见图3，图3示中举例示出了整形稳压电路220的一种结构，包括：二极管D1(即第三二极管)、电容C3(即第一电容)和线性稳压电路221；二极管D1的阳极与感应线圈L2的正电压端电连接，二极管D1的阴极与线性稳压电路221的输入端电连接，以对感应电压信号进行整形；电容C3并联于感应线圈L2的两端，以对二极管D1整形后的感应电压信号进行滤波。

此外，辅助电源还可包括电容C4(即第二电容)，电容C4可将整形稳压电路220的输出端接地，以对整形稳压电路的输出电压信号进行滤波。

此外，辅助电源还可包括电容C5(即第三电容)，电容C5可将开关电源100的输出端接地，以对开关电源100的输出电压信号进行滤波。

基于上述电路结构，辅助电源能够高效可靠的输出电压V_PS以供给电源系统。

下面介绍一下图2和图3所示电路的工作原理。

半桥平衡电路的工作模式为：通过控制互补的三极管Q1和三极管Q2的占空比，实现平衡电感的电流平均值的控制，以达到补偿正负母线电压偏差的目的。正常工作时，三极管Q1和三极管Q2的占空比各占50％(此处不考虑死区影响)，根据实际平衡要求在此范围内上下略有波动。也就是说，平衡电感LTX1的两端电压V_LTX1会在正母线电压(V_BUS+)和负正母线电压(-V_BUS-)之间以高频开关频率变化，因此，本发明实施例的方案在半桥平衡电路的平衡电感LTX1上加装一个副边绕阻(即感应线圈L2)，感应线圈L2必然可从平衡电感LTX1耦合到感应电压，而该感应电压就可为线性电源提供初始电压了，平衡电感LTX1和感应线圈L2可等效成一个变压器，感应线圈L2可耦合到相应的电压V_S2，电压V_S2的幅值根据原、副边匝数比K来确定(即根据平衡电感LTX1和感应线圈L2的匝数比K来确定)。

参见图4，图4中举例示出了在三极管Q1和Q2的某种导通情况下，平衡电感LTX1的两端电压V_LTX1和感应线圈L2的感应电压V_S2的联动关系。

当开关电源100上电后，开关电源100工作，输出电压V_PS1；当半桥平衡电路工作后，线性电源200工作，输出电压V_PS2，此时，若V_PS2大于V_PS1至少一个二极管D3的导通电压(一般0.7伏特)，则线性电源200继续工作，此时由于二极管D3截止，使得而开关电源100无输出电流；后续若线性电源200故障，此时开关电源100能够迅速支持辅助电源的输出，因此系统能够保持相对稳定的运行。

本发明实施例还提供的一种供电系统，可包括：

半桥平衡电路和辅助电源，其中，辅助电源可以包括：线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；

其中，线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；

其中，该感应线圈作为该半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从该平衡电感耦合出感应电压信号；整形稳压电路，用于对该感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；

该整形稳压电路的输出端(即线性电源的输出端)与第一二极管的阳极电连接；该开关电源的输出端与第二二极管的阳极电连接；该第一二极管的阴极和该第二二极管的阴极并联作为辅助电源的输出端。

在实际应用中，上述整形稳压电路可以是具有整形稳压功能的多种可能的电路结构。例如，该整形稳压电路可包括：第三二极管、第一电容和线性稳压电路；其中，第三二极管的阳极与感应线圈的正电压端电连接，第三二极管的阴极与上述线性稳压电路的输入端电连接，以对感应电压信号进行整形；第一电容并联于感应线圈的两端，以对感应电压信号进行滤波。

此外，辅助电源还可包括：第二电容，第二电容可将整形稳压电路的输出端接地，以对整形稳压电路的输出电压信号进行滤波。

此外，辅助电源还可包括：第三电容，第三电容可将开关电源的输出端接地，以对开关电源的输出电压信号进行滤波。

在实际应用中，例如可通过调节半桥平衡电路中的平衡电感和感应线圈的匝数比，来调节感应线圈所耦合的感应电压大小，而线性电源的输出电压大小感应电压大小和整形稳压电路决定。

可通过微调开关电源的输出，使得整形稳压电路的输出端的输出电压高于、等于或者低于开关电源的输出端的输出电压。当然，为保护开关电源，整形稳压电路的输出端的输出电压可略高于开关电源的输出电压(差值可为一个二极管的导通电压)，这样，在正常情况下就可由线性电压来供电，对开关电源起到一定的工作保护。例如，整形稳压电路的输出端的输出电压高于开关电源的输出端的输出电压至少0.7伏特。

可以理解，本实施例的供电系统中的辅助电源的具体结构可如上述实施例中的辅助电源，举例实现方式可参见图2和图3，此处不再赘述。

由上可见，本发明实施例中巧妙的利用供电系统已有的半桥平衡电路的平衡电感的特性，在平衡电感上加装一个感应线圈作为其副边绕阻，利用感应线圈从平衡电感耦合出的感应电压信号来辅助电源增加一组可靠的线性电源，并且该线性电源和开关电源配合起来供电，既可提高辅助电源系统可靠性，也不需要以增额外加开关电源为代价，成本得到有效控制。

并且，线性电源和开关电源配合供电，可以兼顾线性电源和开关电源的各自优点；若把开关电源的输出电压设计成比线性电源略低，则系统工作时大部分辅助电源由线性电源提供，则可大大降低开关电源的负荷，进而有利于降低故障率，降低损耗。

进一步的，如果系统可靠性要求不太高，则开关电源只需要提供启动的短时间的电源能力，正常工作的绝大部分供电可以由线性电源来完成，则可以把开关电源的设计容量和散热设计要求降到最低，达到成本最优化，可见，本发明实施例的方案具有很高的实用价值和社会效益。

可以理解，本发明实施例提供的供电系统和辅助电源，例如可应用于不间断电源(UPS，Uninterruptible Power Supply)、变频器、逆变器等等含有半桥平衡电路拓扑结构的电力变换装置。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本发明实施例所提供的电源系统的辅助电源和供电系统进行了详细介绍，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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电源系统的辅助电源，所述电源系统包括半桥平衡电路，其特征在于，所述辅助电源包括：

线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；

其中，所述线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；

所述感应线圈作为所述半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从所述平衡电感耦合出感应电压信号；

所述整形稳压电路，用于对所述感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；

所述整形稳压电路的输出端与所述第一二极管的阳极电连接；

所述开关电源的输出端与所述第二二极管的阳极电连接；

所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极并联作为所述辅助电源的输出端。

2.根据权利要求1所述的电源系统的辅助电源，其特征在于，

所述整形稳压电路包括：第三二极管、第一电容和线性稳压电路；

其中，所述第三二极管的阳极与所述感应线圈的正电压端电连接，所述第三二极管的阴极与所述线性稳压电路的输入端电连接；

所述第一电容并联于所述感应线圈的两端。

3.根据权利要求1或2所述的电源系统的辅助电源，其特征在于，

所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于、等于或低于所述开关电源的输出端的输出电压。

4.根据权利要求3所述的电源系统的辅助电源，其特征在于，

所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于所述开关电源的输出端的输出电压至少0.7伏特。

5.根据权利要求1或2所述的电源系统的辅助电源，其特征在于，所述辅助电源还包括：第二电容；

其中，所述第二电容将所述整形稳压电路的输出端接地。

6.根据权利要求1或2所述的电源系统的辅助电源，其特征在于，所述辅助电源还包括：第三电容；

其中，所述第三电容将所述开关电源的输出端接地。

7.一种供电系统，其特征在于，包括：

半桥平衡电路和所述辅助电源；

其中，所述辅助电源包括：线性电源、开关电源、第一二极管和第二二极管；其中，所述线性电源包括感应线圈和整形稳压电路；

所述感应线圈作为所述半桥平衡电路中的平衡电感的副边绕阻，以从所述平衡电感耦合出感应电压信号；

所述整形稳压电路，用于对所述感应线圈耦合出的感应电压信号进行整形和线性稳压后输出；

所述整形稳压电路的输出端与所述第一二极管的阳极电连接；

所述开关电源的输出端与所述第二二极管的阳极电连接；

所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阴极并联作为所述辅助电源的输出端。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，

所述整形稳压电路包括：第三二极管、第一电容和线性稳压电路；

其中，所述第三二极管的阳极与所述感应线圈的正电压端电连接，所述第三二极管的阴极与所述线性稳压电路的输入端电连接；

所述第一电容并联于所述感应线圈的两端。

9.根据权利要求7或8所述的供电系统，其特征在于，

所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于、等于或低于所述开关电源的输出端的输出电压。

10.根据权利要求9所述的供电系统，其特征在于，

所述整形稳压电路的输出端的输出电压高于所述开关电源的输出端的输出电压至少0.7伏特。

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