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CN105141134A - 一种开关电源和控制该开关电源的方法 - Google Patents

一种开关电源和控制该开关电源的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源和控制该开关电源的方法，其中，该开关电源包括：输入电源、前级电路和后级隔离电路；前级电路包括：第一电感、至少两个开关器件；后级隔离电路包括：原边开关电路、变压器及副边整流电路，其中，第一开关器件的一端与输入电源的正极连接，第二开关器件的一端和第一电感的输入端共同与第一开关器件的另一端连接，第二开关器件的另一端与输入电源的负极连接，第一电感的输出端端连接至后级隔离电路的原边开关电路，原边开关电路的另一端与第二开关器件的另一端连接。本发明的前级电路结构简单，体积较小，解决了现有技术中存在的问题。

Description

一种开关电源和控制该开关电源的方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种开关电源和控制该开关电源的方法。
背景技术
在现有通讯系统的供电架构中，由于安全和效率的考虑，隔离的中间总线(IBA，IntermediateBusArchitecture)架构得到了广泛的应用，在该架构中，系统的输入电压首先经过一个隔离的中间总线电源(IBC，IntermediateBusConverter)转换成一个中间电压，再由多个后级非隔离电源转换成负载电路需要的电压。
为适应不同的系统，中间总线电源往往需要适应较宽的输入电压，在处理一定功率的情况下，其功率器件需要同时满足高电压应力和低压输入时的大电流应力，使得器件选型难以优化，对通讯系统常见的36～75V输入电压范围，功率器件需要选择有至少两倍于额定功率的裕量。同时，作为总线电源需要处理一个系统的所有功率需求，因此效率也是最重要的指标，而选择较大功率裕量的器件往往导致效率的降低，并使电源体积增大，影响功率密度指标。
在如图1所述现有技术中，采用脉冲宽度调制(PWM，PulseWidthModulation)技术实现变压的传统开关电源结构，在输入电压范围较宽时，脉冲宽度占空比的变化较大，使得电感等储能元件在电压转换过程中需要不断存储、释放较多的能量，导致储能元件的体积和损耗都增加，宽输入电压范围也使得功率器件需要同时能耐受高压输入时的高电压应力和低压输入时的大电流应力，因此，需要选择比实际输出功率大得多的功率器件，导致功率器件的体积和损耗都增大。所以，传统的开关电源结构在宽电压输入范围时会导致效率下降、功率密度下降的问题。
为解决宽范围输入电压带来的功率器件应力裕量增大的问题，常见的应对方案为如图2所示的两级结构，包括非隔离稳压前级电路与变压器隔离后级电路，通过前级稳压电路使得后级只需应对固定的输入电压，避免宽输入电压范围带来的应力问题。但此方案并没有解决宽输入电压范围带来前级占空比变化较大的问题，对于此降压型开关电源，在占空比最大的时候效率和储能元件的体积能达到最优，在此结构中对应的为输入电压最低的时候如36V，并非额定工作电压，这就导致了系统在额定工作如48V时，效率和体积都不能达到最优。
为应对宽范围输入电压带来的占空比变化较大的问题，在非隔离的开关电源中，如图3所示的输出正向(non-inverting)的升降压Buck-Boost拓扑常被用来有效解决此问题，被广泛应用于无隔离需求的电池供电终端设备中。在此拓扑中，输出电压可以设置为一中间值，在输入电压高于输出电压设定值时，电路工作在降压Buck模式，在输入电压低于输出电压设定值时电路工作在升压Boost模式，因此占空比变化范围可以缩减一半。
图4所示的现有技术为此Buck-Boost拓扑增加了隔离功能的示意图，其隔离部分通过传统降压型桥式电路或其他逻辑链路控制(LLC，LogicalLinkControl)等谐振电路实现。此电路能实现前述非隔离Buck-Boost的占空比变化范围窄的优势，同时，后级隔离电路亦无需应对宽范围输入电压带来的功率器件应力问题，是现有技术中效率较高的一种应用。
但该技术实质上等效Buck+Boost+桥式隔离三级电路组成，其主要应用为带多个不同变比的隔离后级，形成多种电压输出的分比式供电架构，它采用较多功率器件，导致做单电源应用时体积增加较大，功率密度不高。
因此，现有技术中的后级桥式电路仅仅起到了隔离或降压的作用，带来或占空比变化范围宽、效率低或功率器件多、体积较大的问题。
发明内容
本发明提供了一种开关电源和控制该开关电源的方法，用以解决现有技术中的后级桥式电路仅仅起到了隔离或降压的作用，带来或占空比变化范围宽、效率低或功率器件多、体积较大的问题。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种开关电源，包括：输入电源、前级电路和后级隔离电路；所述前级电路包括：第一电感、至少两个开关器件；所述后级隔离电路包括：原边开关电路、变压器及副边整流电路；
其中，第一开关器件的一端与输入电源的正极连接，第二开关器件的一端和第一电感的输入端共同与第一开关器件的另一端连接，所述第二开关器件的另一端与输入电源的负极连接，第一电感的输出端连接至后级隔离电路的原边开关电路，所述原边开关电路的另一端与第二开关器件的另一端连接。
进一步，所述原边开关电路包括：至少两个开关器件，其中，一个开关器件的开通或包含所述一个开关器件的组合开关的开通使所述第一电感连接至充电状态，另一个开关器件的关断或包含所述另一个开关器件的组合开关的关断使所述第一电感上的能量通过变压器传递至副边整流电路。
进一步，所述一个开关器件的开通或包含所述一个开关器件的组合开关的开通使所述第一电感连接至充电状态，以将所述第一电感的输出端连接至输入电源的负端，或者将所述第一电感的输出端通过原边的绕组连接至输入电源的负端
进一步，在变压器原边包括一个绕组、所述原边开关电路包括四个开关器件的情况下，第三开关器件一端与所述第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端与第四开关器件和变压器原边的电流流入端连接，所述第四开关器件的另一端与第五开关器件的一端和所述输入电源的负极共同连接，所述第五开关器件的另一端与第六开关器件的一端和所述变压器原边的电流流出端共同连接，所述第六开关器件的另一端与所述第一电感的输出端连接。
进一步，在变压器原边包括一个绕组、所述原边开关电路包括两个开关器件和一个第二电感的情况下，第三开关器件一端与所述第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端通过第四开关器件和所述第二电感，连接至所述第一电感的输出端，第三开关器件和第四开关器件连接处与所述输入电源的负极连接；所述第一电感的输出端和所述变压器原边的电流流入端连接，所述变压器原边的电流流出端与所述第二电感与第四开关器件的连接处连接。
进一步，在变压器原边包括两个绕组、所述原边开关电路包括两个开关器件的情况下，第三开关器件的一端连接至变压器原边第一绕组的电流流入端，第四开关器件的一端连接至变压器原边第二绕组的电流流出端，所述第一绕组的电流流出端和第二绕组的电流流入端共同与所述第一电感的输出端连接，所述第三开关器件的另一端和所述第四开关器件的另一端共同与所述输入电源的负端连接。
进一步，在变压器副边包括一个绕组、所述副边整流电路包括四个开关器件的情况下，变压器副边对应变压器原边的电流流入端的同名端与第七开关器件的一端和第八开关器件的一端共同连接，所述第七开关器件的另一端通过第九开关器件、第十开关器件与所述第八开关电路的另一端连接，所述第九开关器件与所述第十开关器件的连接处共同连接至所述变压器副边同名端的另一端，所述第七开关器件的另一端和第八开关器件的另一端作为副边整流电路的输出端。
进一步，在变压器副边包括两个绕组、所述副边整流电路包括两个开关器件的情况下，第七开关器件的一端连接至变压器副边第一绕组的电流流入端，第八开关器件的一端连接至变压器副边第二绕组的电流流出端，所述第一绕组的电流流出端和第二绕组的电流流入端共同作为副边整流电路的一个输出端，所述第七开关器件的另一端和所述第八开关器件的另一端连接，并共同作为副边整流电路的另一个输出端，使得副边整流电路的一个输出端和另一个输出端形成所述副边整流电路的输出端。
进一步，所述开关器件至少包括以下一种：三极管，MOS管，二极管。
另一方面，本发明还提供一种控制开关电源的方法，用于控制上述任一项所述的开关电路，包括：在供给输入电压的情况下，控制原边开关电路的开关器件，以使得至少一个所述开关器件的组合开通使所述第一电感连接至充电状态，至少一个所述开关器件的组合关断使所述第一电感上的能量通过变压器传递至副边整流电路；所述副边整流电路将原边开关电路传递的能量进行整流，以形成开关电源的输出电压。
进一步，当所述开关电路工作在升压状态时，前级电路工作在直通状态，以实现升压功能；当所述开关电路工作在降压状态时，后级隔离电路工作在直通状态，以实现降压功能。
本发明的前级电路结构简单，将升降压电路与隔离电路都设计到开关电源之中，且和后级隔离电路共同组成的开关电源的电路级数较少，因而体积较小，解决了现有技术中的后级桥式电路仅仅起到了隔离或降压的作用，带来或占空比变化范围宽、效率低或功率器件多、体积较大的问题。
附图说明
图1是现有技术中一种常用隔离电源的结构示意图；
图2是现有技术中一种两级电源结构示意图；
图3是现有技术中一种非隔离升降压电路结构示意图；
图4是现有技术中一种隔离的升降压电路结构示意图；
图5是本发明实施例中开关电源的结构示意图；
图6是本发明实施例中控制开关电源的方法的流程图；
图7是本发明优选实施例中第一实施例的开关电源架构示意图；
图8是本发明优选实施例中第一实施例的开关电源工作原理示意图；
图9是本发明优选实施例中第一实施例的开关电源降压功能实现原理示意图；
图10是本发明优选实施例中第一实施例的开关电源升压功能实现原理示意图；
图11是本发明优选实施例中第二实施例的开关电源架构示意图；
图12是本发明优选实施例中第三实施例的开关电源架构示意图；
图13是本发明优选实施例中第四实施例的开关电源架构示意图；
图14是本发明优选实施例中第五实施例的开关电源架构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中的后级桥式电路仅仅起到了隔离或降压的作用，带来或占空比变化范围宽、效率低或功率器件多、体积较大的问题，本发明提供了一种开关电源和控制该开关电源的方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明实施例提供了一种开关电源，其结构示意如图5所示，包括：
输入电源10、前级电路20和后级隔离电路30；
前级电路包括：第一电感101、至少两个开关器件；
后级隔离电路30包括：原边开关电路301、变压器302及副边整流电路303；
其中，第一开关器件102的一端与输入电源的正极连接，第二开关器件103的一端和第一电感的输入端共同与第一开关器件的另一端连接，第二开关器件的另一端与输入电源的负极连接，第一电感的输出端端连接至后级隔离电路的原边开关电路，原边开关电路的另一端与第二开关器件的另一端连接。
本发明实施例的前级电路结构简单，将升降压电路与隔离电路都设计到开关电源之中，且和后级隔离电路共同组成的开关电源的电路级数较少，因而体积较小，解决了现有技术中的后级桥式电路仅仅起到了隔离或降压的作用，带来或占空比变化范围宽、效率低或功率器件多、体积较大的问题。
在设计时，原边开关电路包括：至少两个开关器件，其中，两个开关器件中，一个开关器件的开通或包含一个开关器件的组合开关的开通使第一电感连接至充电状态，另一个开关器件的关断或包含另一个开关器件的组合开关的关断使第一电感上的能量通过变压器传递至副边整流电路；副边整流电路包括：至少两个开关器件，用于将原边开关电路传递的能量整流后形成开关电源的输出电压，本领域技术人员可以采用现有的整流电路，也可以基于上述达到的效果进行设计，设计的过程中，可以根据开关器件的不同设计不同的电路，开关器件可以是三极管、MOS管或二极管等。在电路的实现过程中，一个开关器件的开通或包含一个开关器件的组合开关的开通使第一电感连接至充电状态可能包括多种开关状态，为了精确连接状态，上述开关的开通需要使得能够将第一电感的输出端连接至输入电源的负端，或者使得将第一电感的输出端通过原边的绕组连接至输入电源的负端。
在具体体实现上述设计时，需要根据设计的需求对变压器、原边开关电路和副边整流电路进行电路布局，根据需求不同，下面分别对不同情况下的电路进行说明。
基于变压器原边的绕组个数的不同、原边开关电路开关器件个数的不同，可以设置多种电路，但基于占空比变化范围、效率、功率、体积等考虑，本实施例提供优选的三种情况进行说明：
(1)在变压器原边包括一个绕组、原边开关电路包括四个开关器件的情况下：
第三开关器件一端与第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端与第四开关器件和变压器原边的电流流入端连接，第四开关器件的另一端与第五开关器件的一端和输入电源的负极共同连接，第五开关器件的另一端与第六开关器件的一端和变压器原边的电流流出端共同连接，第六开关器件的另一端与第一电感的输出端连接。
(2)在变压器原边包括一个绕组、原边开关电路包括两个开关器件和一个第二电感的情况下：
第三开关器件一端与第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端通过第四开关器件和第二电感，连接至第一电感的输出端，第三开关器件和第四开关器件连接处与输入电源的负极连接；第一电感的输出端和变压器原边的电流流入端连接，变压器原边的电流流出端与第二电感与第四开关器件的连接处连接。
(3)在变压器原边包括两个绕组、原边开关电路包括两个开关器件的情况下：
第三开关器件的一端连接至变压器原边第一绕组的电流流入端，第四开关器件的一端连接至变压器原边第二绕组的电流流出端，第一绕组的电流流出端和第二绕组的电流流入端共同与第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端和第四开关器件的另一端共同与输入电源的负端连接。
基于变压器原副边的绕组个数的不同、副边开关电路开关器件个数的不同，可以设置多种电路，但同样基于占空比变化范围、效率、功率、体积等考虑，本实施例提供优选的两种情况进行说明：
(1)在变压器副边包括一个绕组、副边整流电路包括四个开关器件的情况下：
变压器副边对应变压器原边的电流流入端的同名端与第七开关器件的一端和第八开关器件的一端共同连接，第七开关器件的另一端通过第九开关器件、第十开关器件与第八开关电路的另一端连接，第九开关器件与第十开关器件的连接处共同连接至变压器副边同名端的另一端，第七开关器件的另一端和第八开关器件的另一端作为副边整流电路的输出端。
(2)在变压器副边包括两个绕组、副边整流电路包括两个开关器件的情况下：
第七开关器件的一端连接至变压器副边第一绕组的电流流入端，第八开关器件的一端连接至变压器副边第二绕组的电流流出端，第一绕组的电流流出端和第二绕组的电流流入端共同作为副边整流电路的一个输出端，第七开关器件的另一端和第八开关器件的另一端连接，并共同作为副边整流电路的另一个输出端，使得副边整流电路的一个输出端和另一个输出端形成副边整流电路的输出端。
上述分别介绍了原边不同情况下的三种电路和副边不同情况下的两种电路，上述原边和副边对应的电路可以根据需求相互组合设计。
本发明实施例还提供了一种控制开关电源的方法，用于控制上述提供的任一中开关电源，其流程如图6所示，包括步骤S601至步骤S602：
S601，在供给输入电压的情况下，控制原边开关电路的开关器件，以使得至少一个开关器件的组合开通使第一电感连接至充电状态，至少一个开关器件的组合关断使第一电感上的能量通过变压器传递至副边整流电路；
S602，副边整流电路将原边开关电路传递的能量进行整流，以形成开关电源的输出电压。
该电路工作时，,当开关电路工作在升压状态的情况下，前级电路工作在直通状态，以实现升压功能；当开关电路工作在降压状态的情况下，后级隔离电路工作在直通状态，以实现降压功能。
优选实施例
如图7所示，该电路为包括了具有降压功能的非隔离前级电路与具有升压功能的后级隔离电路，前后级电路可以共用一个电感，使整体电路能达到升降压功能，适应宽范围的输入电压。其实现过程是利用传统的降压型隔离电源在采用同步整流技术时可以双向工作的特点，反向工作即可理解为升压型，将其输出连接至前级非隔离BUCK电路，即可组成能实现升降压功能的两级隔离电路，同时，BUCK电路的输出电感和反向连接的桥式隔离电路输出电感可以分时共用，相比单级传统降压型桥式隔离电源方案仅需增加Buck的两个开关器件，并且原输出电感移至原边高压端，处理的电流较小，可以在实现升降压功能以适应宽范围输入的同时大大减小体积、提高效率和功率密度。
下面结合现有技术和本发明优选实施例的附图对上述方案进行进一步说明。
图1为现有技术中典型的一种隔离型开关电源结构，通过桥式电路开关器件101/103和102/104的交替导通，将输入电压调制为具有一定脉冲宽度的交变信号，通过变压器隔离传递至副边，再经由107～109组成的整流电路及输出电感110和电容111组成的低通滤波电路，得到最终的直流输出电压。输出电压和输入电压的变比由桥式电路的脉冲宽度占空比和变压器的原副边变比决定，在输入电压范围较宽时，桥式电路的脉冲宽度占空比也变化较大。在桥式电路导通时，输入电源通过变压器向输出传递能量，电感110开始储存能量；在桥式电路关断时，电感110释放能到给输出供电。因此，输入电压较高，占空比较低时，即桥式电路关断的时间较长，电感110需要存储较多的能量，导致电感的体积和损耗都较大。所以，此电路在占空比最大的时候效率和储能元件的体积能达到最优，对应的为输入电压最低的时候，但最低输入电压如36V通常并非系统的额定工作电压，这就导致了系统在额定工作如48V时，效率和体积都不能达到最优。
同时，在输入电压较高时，开关器件101～104及106～109均需选用耐压较高的器件，而在低压输入时又需要选用电流较大的开关器件，因此，开关器件的选型较难得到优化；对通讯系统常见的36～75V输入电压范围，开关器件需要选择有至少两倍于额定功率的裕量，同样带来体积和损耗的增大。
图2为现有技术中电路的两级结构，该常采用的两级结构是为了解决宽范围输入电压带来的功率器件应力裕量增大的问题，图2在图1所示现有技术上增加一级非隔离的前级稳压电路201，201的输出电压205为一稳定的电压，使得后级传统桥式降压型隔离电路无需承受较宽的输入电压范围。但此电路的前级201开关占空比并没有得到改善，因而依然存在开关器件202、203应力较大和输出电感204储能较高的问题。
图3为现有技术中非隔离的Buck-Boost电路，能实现升降压的功能。在此电路中，输出电压可以设置为一中间值，在输入电压Vin高于输出电压Vout时，开关301及302进行脉冲宽度调制，电路工作在降压Buck模式，在输入电压Vin低于输出电压Vout时，开关303及304进行脉冲宽度调制，电路工作在升压Boost模式，因此，占空比变化范围可以缩减一半，但此电路没有隔离功能。
图4为现有技术中增加了隔离电路的Buck-Boost升降压电路，其前级401为图3中示出的Buck-Boost电路，隔离部分为如图1所示降压型桥式隔离电路。图4所示的电路能通过前级非隔离Buck-Boost电路401实现宽范围输入时占空比变化范围窄的优势，同时后级隔离电路亦无需应对宽范围输入电压带来的功率器件应力问题，是现有技术中效率较高的一种应用。但该电路相对图1所示现有技术，需要增加如401所含四个开关器件和一个功率电感及电容，导致体积增加较大，影响效率和功率密度。
本发明第一实施例如图7所示，为本发明电源拓扑的结构示意图，相对于图1所示现有技术，仅需增加两个开关501和502，即可实现升降压功能达到宽范围输入时占空比变化窄的优势，同时后级电路亦无需应对较宽的输入电压范围。
为进一步说明图7电路图的结构与原理，可以如图8所示，从图8中可以看出，本发明利用图1现有降压型桥式隔离电路在副边整流电路采用同步整流技术(即106～109为开关器件取代二极管时，其输出电流可以双向流动的特点)，将其输入输出反向后与前级Buck电路相连接，即其输出电感110与前级Buck的输出电感603相连接，输入电源端112与输出电容111相连接。
在图1所示的现有技术中，从112端到113端为降压式结构，通过此反向连接，在图8所示结构图中，可以形成从113到112端的升压式结构，结合由601、602、603构成的Buck型降压电路，形成升降压的结构。此结构中，后级电路原副边开关器件106～109、101～104的电压应力由输出电压Vout决定，而在大部分应用中输出电压Vout为一稳定的值，因此，后级开关器件同样无需应对宽范围输入电压带来的大应力问题。此外，串联连接的电感603和110可以等效合并为一个，进而形成如图7所示简洁的发明结构。
为进一步的说明本发明的具体工作方式，如图9所示，当图7所示本发明结构工作在降压状态时，后级的桥式隔离电路开关器件504～507，509～512按接近50％的占空比工作，后级隔离电路704等效于一个开关直流变压器，输出电容513可以按Co/N2的大小等效折算至原边，其中，N为变压器508的原副边绕组的匝数比，Co为输出电容513的容值，连接至电感503的输出端。等效电容701与前级的开关器件501、502及输出电感503正好形成一个完整的Buck型降压电路703，其输出电压702的值为Vin×D，其中，D为开关器件501的占空比，702再经过前述等效开关直流变压器704按N:1变比得到输出电压Vout，因此输出电压Vout＝Vin×D/N，其中D<1，实现降压功能。
如图10所示，当如图7所示本发明结构工作在升压状态时，前级降压型电路工作在直通状态，即开关502关闭，开关501导通，将电感503连接至输入电源，等效于如图1所示现有降压型桥式隔离电路的输出电感110，形成反向连接的降压型电路，实现升压功能。具体地，原边开关器件504～507按图1所示原同步整流开关器件106～109的工作方式，其占空比>50％，即504～507存在同时导通的时间，当504～507同时导通时，电感503通过输入电压Vin进行充电，此时变压器508的原副边绕组电压均为0，开关器件509～512同时关断。当504～507对角交替导通时，即504、506同时导通或505、507同时导通时，副边相应的对角开关器件510、512同时导通或509、511同时导通，变压器副边绕组连接至输出电压Vout，原边绕组电压Vout×N连接至电感503的输出端，对电感进行放电，在电感电流达到动态平衡时，Vout＝Vin/(2×(1-D))/N，实现升压功能，其中，D为开关器件504～507的占空比，D>0.5。
本发明第二优选实施例如图11所示，图11为本发明后级隔离电路副边采用两个开关器件、变压器副边为两个绕组的一种结构示意图，变压器901的副边包括两个绕组902和903，其对应于采用全桥整流的推挽式隔离降压电路的一种反向连接方式。具体的，当504～507同时导通时，副边开关器件904与905关断，电感503通过输入电压Vin进行充电。当504～507对角交替导通时，即504、506同时导通或505、507同时导通时，副边开关器件904或905相应的导通，使绕组902或903连接至输出电压Vout，感应至变压器原边绕组电压对电感503进行放电。
本发明第三优选实施例如图12所示，图12为本发明后级隔离电路的原边开关电路采用两个开关器件1001、1002的一种结构示意图，变压器1005的原边进一步包括两个绕组1003和1004，其对应于采用采用副边双绕组结构整流的推挽式隔离降压电路的一种反向连接方式。具体的，当原边开关器件1001、1002同时导通时，副边开关器件904与905关断，电感503通过输入电压Vin经过绕组1003、1004及开关器件1001、1002进行充电。当1001与1002交替导通时，副边开关器件904或905相应的导通，使绕组902或903连接至输出电压Vout，感应至变压器原边对应绕组1003或1004上的电压对电感503进行放电。
本发明第四优选实施例如图13所示，图13为本发明后级隔离电路的原边开关电路采用如图12所述两个开关器件两个绕组，副边采用如图7所述一个绕组4个开关器件的结构，其对应于采用副边双绕组结构整流的全桥式隔离降压电路的一种反向连接方式。具体的，当原边开关器件1001、1002同时导通时，副边开关器件509～512均关断，电感503通过输入电压Vin经过绕组1003、1004及开关器件1001、1002进行充电。当1001与1002交替导通时，副边相应的对角开关器件509、511同时导通或510、512同时导通，变压器副边绕组连接至输出电压Vout，感应至变压器原边对应绕组1003或1004上的电压对电感503进行放电。
本发明第五优选实施例如图14所示，图14是本发明原边采用两个原边电感的一种结构示意图，其对应于采用副边倍流整流的全桥式隔离降压电路的一种反向连接方式。具体的，当原边开关器件1203、1204同时导通时，副边开关器件509～512均关断，电感1201及1202通过输入电压Vin经过开关器件1203、1204进行充电。当开关1203关断、1204继续导通时，电感1202继续通过Vin进行充电，副边开关器件510、512导通，将输出电压Vout连接至变压器副边绕组，感应至原边绕组1206上的电压对电感1201进行放电；当开关1204关断、1203继续导通时，电感1201继续通过Vin进行充电，副边开关器件509、511导通，将输出电压Vout负向连接至变压器副边绕组，感应至原边绕组1206上的电压对电感1202进行放电。
通过本发明上述实施例可以看出，本发明优选实施例提供的开关电源，通过控制原边开关电路开关器件的导通，对第一电感进行充电，在原边开关电路开关器件不同时导通时，通过控制副边整流电路开关器件，使输出电压连接至变压器副边绕组，感应至原边绕组上的电压对第一电感进行放电。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (11)

1.一种开关电源，其特征在于，包括：
输入电源、前级电路和后级隔离电路；
所述前级电路包括：第一电感、至少两个开关器件；
所述后级隔离电路包括：原边开关电路、变压器及副边整流电路；
其中，第一开关器件的一端与输入电源的正极连接，第二开关器件的一端和第一电感的输入端共同与所述第一开关器件的另一端连接，所述第二开关器件的另一端与输入电源的负极连接，第一电感的输出端连接至后级隔离电路的原边开关电路，所述原边开关电路的另一端与第二开关器件的另一端连接。
2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，
所述原边开关电路包括：至少两个开关器件，其中，一个开关器件的开通或包含所述一个开关器件的组合开关的开通使所述第一电感连接至充电状态，另一个开关器件的关断或包含所述另一个开关器件的组合开关的关断使所述第一电感上的能量通过变压器传递至副边整流电路；
所述副边整流电路包括：至少两个开关器件，用于将原边开关电路传递的能量整流后形成所述开关电源的输出电压。
3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，
所述一个开关器件的开通或包含所述一个开关器件的组合开关的开通使所述第一电感连接至充电状态，以将所述第一电感的输出端连接至输入电源的负端，或者将所述第一电感的输出端通过原边的绕组连接至输入电源的负端。
4.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，在变压器原边包括一个绕组、所述原边开关电路包括四个开关器件的情况下，
第三开关器件一端与所述第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端与第四开关器件和变压器原边的电流流入端连接，所述第四开关器件的另一端与第五开关器件的一端和所述输入电源的负极共同连接，所述第五开关器件的另一端与第六开关器件的一端和所述变压器原边的电流流出端共同连接，所述第六开关器件的另一端与所述第一电感的输出端连接。
5.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，在所述变压器原边包括一个绕组、所述原边开关电路包括两个开关器件和一个第二电感的情况下，
第三开关器件一端与所述第一电感的输出端连接，第三开关器件的另一端通过第四开关器件和所述第二电感，连接至所述第一电感的输出端，第三开关器件和第四开关器件连接处与所述输入电源的负极连接；所述第一电感的输出端和所述变压器原边的电流流入端连接，所述变压器原边的电流流出端与所述第二电感与第四开关器件的连接处连接。
6.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，在变压器原边包括两个绕组、所述原边开关电路包括两个开关器件的情况下，
第三开关器件的一端连接至变压器原边第一绕组的电流流入端，第四开关器件的一端连接至变压器原边第二绕组的电流流出端，所述第一绕组的电流流出端和第二绕组的电流流入端共同与所述第一电感的输出端连接，所述第三开关器件的另一端和所述第四开关器件的另一端共同与所述输入电源的负端连接。
7.如权利要求1至6中任一项所述的开关电源，其特征在于，在变压器副边包括一个绕组、所述副边整流电路包括四个开关器件的情况下，
变压器副边对应变压器原边的电流流入端的同名端与第七开关器件的一端和第八开关器件的一端共同连接，所述第七开关器件的另一端通过第九开关器件、第十开关器件与所述第八开关电路的另一端连接，所述第九开关器件与所述第十开关器件的连接处共同连接至所述变压器副边同名端的另一端，所述第七开关器件的另一端和第八开关器件的另一端作为副边整流电路的输出端。
8.如权利要求1至6中任一项所述的开关电源，其特征在于，在变压器副边包括两个绕组、所述副边整流电路包括两个开关器件的情况下，
第七开关器件的一端连接至变压器副边第一绕组的电流流入端，第八开关器件的一端连接至变压器副边第二绕组的电流流出端，所述第一绕组的电流流出端和第二绕组的电流流入端共同作为副边整流电路的一个输出端，所述第七开关器件的另一端和所述第八开关器件的另一端连接，并共同作为副边整流电路的另一个输出端，使得副边整流电路的一个输出端和另一个输出端形成所述副边整流电路的输出端。
9.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关器件至少包括以下一种：三极管，MOS管，二极管。
10.一种控制开关电源的方法，用于控制权利要求1至9中任一项所述的开关电路，其特征在于，包括：
在供给输入电压的情况下，控制原边开关电路的开关器件，以使得至少一个所述开关器件的组合开通使所述第一电感连接至充电状态，至少一个所述开关器件的组合关断使所述第一电感上的能量通过变压器传递至副边整流电路；
所述副边整流电路将原边开关电路传递的能量进行整流，以形成开关电源的输出电压。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，
当所述开关电路工作在升压状态时，前级电路工作在直通状态，以实现升压功能；
当所述开关电路工作在降压状态时，后级隔离电路工作在直通状态，以实现降压功能。
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