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一种辅助电源装置和开关电源系统的制作方法

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1.本实用新型涉及辅助电源技术领域,更具体来讲,涉及一种辅助电源装置和开关电源系统。


背景技术:

2.在开关电源系统中,通常需要设置辅助电源来为控制芯片、驱动电路、逻辑电路等器件和辅助电路供电,以满足开关电源在启动、关闭时的安全上下电需求,这要求辅助电源能够输出稳定可靠的供电电压,并尽可能地减小开关损耗,以维持较长的寿命。


技术实现要素:

3.本实用新型的目的是克服上述背景技术提及的至少一种缺陷,提供一种辅助电源装置和开关电源系统,辅助电源装置充分利用了开关电源系统的内部电能,具有较小的开关损耗,且能够稳定地向开关电源系统的器件和辅助电路供电。
4.为实现上述目的,本实用新型的第一方面提供了一种辅助电源装置,用于开关电源系统;所述开关电源系统内形成有第一电源和第二电源,所述第二电源为储能电源;所述辅助电源装置包括:第一变换电路,其连接所述第一电源;和第二变换电路,其连接所述第二电源,且其输出端与所述第一变换电路的输出端并接;其中,在所述第一变换电路的输出电压高于预设的第一电压阈值时,所述第二变换电路关闭;在所述第一变换电路的输出电压低于所述第一电压阈值时,所述第二变换电路开启。
5.进一步的,还包括比较电路和驱动电路;所述比较电路检测所述第一变换电路的输出电压,并将该输出电压与所述第一电压阈值比较;所述驱动电路信号连接所述比较电路和所述第二变换电路,并根据比较结果驱动所述第二变换电路开启或关闭。
6.进一步的,所述比较电路包括比较器,所述驱动电路包括pwm驱动器;所述比较器具有比较端、基准端和比较输出端;所述比较端连接所述第一变换电路以检测其输出电压,所述基准端连接一电压值为所述第一电压阈值的基准点,所述比较输出端连接所述pwm驱动器;所述pwm驱动器根据所述比较器的比较结果输出分别用于开启或关闭所述第二变换电路的驱动信号。
7.进一步的,所述第一变换电路和第二变换电路均设有用于防止电能反灌的防反单元。
8.进一步的,所述开关电源系统内形成直流母线,所述直流母线构成所述第一电源,所述第二电源为电池;所述第一电源和第二电源不共地;所述第一变换电路和第二变换电路均为隔离型dc-dc变换电路。
9.进一步的,所述第一变换电路和第二变换电路均为反激式变换电路。
10.进一步的,所述第一变换电路包括第一输入电容、第一可控开关、第一变压器、第一输出电容、第一二极管和第二二极管;所述第一输入电容的两端连接所述第一电源的两端;所述第一可控开关与所述第一变压器的初级绕组串联后连接分别连接所述第一输入电
容的两端;所述第一变压器的次级绕组的两端分别连接所述第一二极管的阳极和所述第一输出电容的一端,所述第一二极管的阴极连接所述第一输出电容的另一端和所述第二二极管的阳极;所述第二二极管的阴极和所述第一输出电容的另一端分别构成所述第一变换电路的第一输出端和第二输出端;所述第二变换电路包括第二输入电容、第二可控开关、第二变压器、第二输出电容、第三二极管和第四二极管;所述第二输入电容的两端连接所述第二电源的两端;所述第二可控开关与所述第二变压器的初级绕组串联后连接分别连接所述第二输入电容的两端;所述第二变压器的次级绕组的两端分别连接所述第三二极管的阳极和所述第二输出电容的一端,所述第三二极管的阴极连接所述第二输出电容的另一端和所述第四二极管的阳极;所述第四二极管的阴极和所述第二输出电容的另一端构成所述第二变换电路的第一输出端和第二输出端;其中,所述第一变换电路的第一输出端连接所述第二变换电路的第一输出端,所述第一变换电路的第二输出端连接所述第二变换电路的第二输出端。
11.进一步的,所述第一可控开关和第二可控开关均为带反并联二极管的mos管。
12.为实现上述目的,本实用新型的第二方面提供了一种开关电源系统,包括如前述技术方案中任一项所述的辅助电源装置。
13.相较于现有技术,本实用新型的有益效果是:
14.(1)辅助电源装置具有两个输入电源,即开关电源系统内的第一电源和第二电源,其中第二电源为储能电源,相较于常规的辅助电源装置均从储能电源取电,还能够从开关电源系统内的第一电源取电。在此基础上,配置与两电源分别对应的两变换电路,在第一电源与第一变换电路耦合后能够输出足以为对应负载供电的电压的情况下,辅助电源装置由第一电源取电,在第一电源无法提供足够电压的情况下,辅助电源装置由第二电源(储能电源)取电,因而优先消耗并充分利用了开关电源系统的内部电能。并且,在第一变换电路工作时,第二变换电路可被关闭(例如进入休眠状态),大大降低了第二变换电路的开关损耗。而在第一电源无法提供足够电压的情况下,通过切换至第二电源和第二变换电路耦合的工作方式,可稳定地向开关电源系统的器件和辅助电路供电。
15.(2)设置比较电路和驱动电路,比较电路包括比较器,所述驱动电路包括pwm驱动器。比较电路采集第一变换电路的输出电压并与第一电压阈值比较,驱动电路根据比较结果驱动第二变换电路开启或关闭,实现了对第二变换电路的驱动控制。
16.(3)第一变换电路和第二变换电路均设有用于防止电能反灌的防反单元,以防止电能由另一变换电路反灌,损坏器件,安全性佳。
17.(4)开关电源系统的直流母线构成第一电源,第二电源为电池,第一电源和第二电源不共地,将第一变换电路和第二变换电路均配置为隔离型dc-dc变换电路,可对强弱电进行电气隔离,安全性好。
18.(5)第一变换电路和第二变换电路均为反激式变换电路,结构简单,性能稳定。
19.(6)开关电源系统采用了上述的辅助电源装置,继承了其全部优势。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面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,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于
本领域的普通技术人员来说,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。
21.图1是本实用新型实施例辅助电源装置的电路结构图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本实用新型的优选实施例,且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例,本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
23.本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中,除非另有明确限定,如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等,都是为了区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中,如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形,意图在于“包含但不限于”。本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中,如使用术语“电连接”,则表示其包含了直接电连接和间接电连接两种情况。
24.参照图1,本实用新型实施例首先提供一种辅助电源装置,用于为开关电源系统内的控制芯片、驱动电路、逻辑电路等器件和辅助电路供电。
25.可以理解的,为了能给控制芯片等器件供电,辅助电源装置的输出电压通常为弱电。此外,所述开关电源系统可以为ups系统等,其具有直流母线和电池,其中直流母线在ups变换拓扑结构的内部形成,而电池相对于ups变换拓扑结构则属于外部电源。因而,本实施例中,定义如直流母线这样的拓扑内电源为第一电源,定义电池这样的拓扑外电源为第二电源,特别的,第二电源为储能电源,且所述第一电源和第二电源不共地。
26.本实施例中,所述辅助电源装置包括第一变换电路、第二变换电路、比较电路和驱动电路。
27.所述第一变换电路连接所述第一电源并适于在进行对应变换后输出。本实施例中,所述第一变换电路为隔离型dc-dc变换电路,优选的为反激式变换电路。具体的,所述第一变换电路包括第一输入电容c1、第一可控开关q1、第一变压器t1、第一输出电容c2、第一二极管d1和第二二极管d2。所述第一输入电容c1的两端连接所述第一电源的两端,所述第一可控开关q1与所述第一变压器t1的初级绕组串联后连接分别连接所述第一输入电容c1的两端,所述第一变压器t1的次级绕组的两端分别连接所述第一二极管d1的阳极和所述第一输出电容c2的一端,所述第一二极管d1的阴极连接所述第一输出电容c2的另一端和所述第二二极管d2的阳极,所述第二二极管d2的阴极和所述第一输出电容c2的另一端分别构成所述第一变换电路的第一输出端和第二输出端。
28.所述第二变换电路连接所述第二电源并适于在进行对应变换后输出,且其输出端与所述第一变换电路的输出端并接。此外,在所述第一变换电路的输出电压高于预设的第一电压阈值时,所述第二变换电路关闭。在所述第一变换电路的输出电压低于所述第一电压阈值时,所述第二变换电路开启。可以理解的,所述第二变换电路的关闭和开启可理解为第二变换电路处于休眠和唤醒状态。
29.本实施例中,所述第二变换电路也为隔离型dc-dc变换电路,优选的,其也为反激式变换电路。具体的,所述第二变换电路包括第二输入电容c3、第二可控开关q2、第二变压
器t2、第二输出电容c4、第三二极管d3和第四二极管d4。所述第二输入电容c3的两端连接所述第二电源的两端,所述第二可控开关q2与所述第二变压器t2的初级绕组串联后连接分别连接所述第二输入电容c3的两端,所述第二变压器t2的次级绕组的两端分别连接所述第三二极管d3的阳极和所述第二输出电容c4的一端,所述第三二极管d3的阴极连接所述第二输出电容c4的另一端和所述第四二极管d4的阳极,所述第四二极管d4的阴极和所述第二输出电容c4的另一端构成所述第二变换电路的第一输出端和第二输出端。并且,所述第一变换电路的第一输出端连接所述第二变换电路的第一输出端,所述第一变换电路的第二输出端连接所述第二变换电路的第二输出端,以实现第二变换电路的输出端与第一变换电路的输出端并接。
30.较佳的,所述第一可控开关q1和第二可控开关q2均为带反并联二极管的mos管。此外,可以理解的,所述第一二极管d1和第二二极管d2构成所述第一变换电路的防反单元,所述第三二极管d3和第四二极管d4构成所述第二变换电路的防反单元,该防反单元用于防止电能由另一变换电路反灌,损坏器件,安全性佳。
31.所述比较电路检测所述第一变换电路的输出电压并将该输出电压与所述第一电压阈值比较。具体的,所述比较电路包括比较器,所述比较器具有比较端、基准端和比较输出端;所述比较端连接所述第一变换电路以检测其输出电压,所述基准端连接一电压值为所述第一电压阈值的基准点。
32.所述驱动电路信号连接所述比较电路和所述第二变换电路,并根据比较结果驱动所述第二变换电路开启或关闭。具体的,所述驱动电路包括pwm驱动器,所述pwm驱动器信号连接所述比较器的比较输出端以获得所述比较器的比较结果,并根据该比较结果输出分别用于开启或关闭所述第二变换电路的驱动信号,实现了对第二变换电路的驱动控制。
33.值得说明的是,所述比较电路和驱动电路均可采用其他能够实现阈值比较功能和开关管驱动功能的电路。
34.由上述介绍可以看出,本实施例的辅助电源装置具有两个输入电源,即开关电源系统内的第一电源和第二电源,其中第二电源为储能电源,相较于常规的辅助电源装置均从储能电源取电,还能够从开关电源系统内的第一电源取电。在此基础上,配置与两电源分别对应的两变换电路,在第一电源与第一变换电路耦合后能够输出足以为对应负载供电的电压的情况下,辅助电源装置由第一电源取电,在第一电源无法提供足够电压的情况下,辅助电源装置由第二电源(储能电源)取电,因而优先消耗并充分利用了开关电源系统的内部电能。并且,在第一变换电路工作时,第二变换电路可被关闭(例如进入休眠状态),大大降低了第二变换电路的开关损耗。而在第一电源无法提供足够电压的情况下,通过切换至第二电源和第二变换电路耦合的工作方式,可稳定地向开关电源系统的器件和辅助电路供电。并且,本实施例将第一变换电路和第二变换电路均配置为隔离型dc-dc变换电路,可对强弱电进行电气隔离,安全性好。
35.接下来,本实用新型实施例还提供一种开关电源系统,包括如前述实施例所述的辅助电源装置。由于采用了上述的辅助电源装置,使得开关电源系统继承了其全部优势。
36.上述说明书和实施例的描述,用于解释本实用新型保护范围,但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示,本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术,通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试
验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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