一种升降压工作电路及其控制方法、开关电源与流程

1.本发明涉及升降压电路，具体涉及一种升降压工作电路及其控制方法、开关电源。


背景技术：

2.常见的升降压电路除了电源外，通常包括降压mos管q1(场效应晶体管)、升压mos管q2、降压二极管d1、升压二极管d2、续流电感l1和电容c1，电路拓扑结构连接示例请参阅图1，当q1为pwm导通且q2不导通时，电源工作在降压模式；当q1为常通状态且q2为pwm导通时，电源工作在升压状态；当q1为pwm导通且q2为pwm导通时，电源工作在可以升压或者降压的工作状态。然而，这种电路结构在工作时都会增加损耗：在升压模式时，q1常通仅用于保持电路通路，相当于导线的作用，但是当电流通过时，q1作为mos管，其内阻产生的损耗是不可避免的；同理，在降压模式，d1作为二极管，其压降产生的导通损耗也是不可避免地；此外，在升降压模式，由于公用了续流电感l1，且因为续流电感l1的电感量是固定的，导致电路工作在升压和降压边界时，电压环路震荡，l1的损耗会增加。基于此，现有技术中的升降压电路结构在工作状态中会增加额外的损耗，无法实现低成本高效率的输出。


技术实现要素：

3.本发明实施方式主要解决的技术问题是：现有的升降压电路结构在工作状态会增加额外损耗，无法实现低成本高效率的输出。
4.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种升降压工作电路，所述电路包括：输入端口、开关模块、控制模块和升降压辅助模块；
5.所述输入端口用于接收输入电压；
6.所述开关模块用于控制所述电路的工作模式，其中，所述工作模式包括降压模式和升压模式；
7.所述控制模块用于在所述工作模式为降压模式和升压模式时，为所述升降压辅助模块提供控制信号；
8.所述升降压辅助模块包括电感线圈和电容，所述电感线圈与所述电容串联，所述升降压辅助模块用于根据所述控制信号将所述输入电压转换为输出电压，并通过所述电容输出所述输出电压。
9.可选的，所述升压辅助模块还包括二极管；
10.当所述电路工作在所述降压模式时，所述二极管用于根据所述控制信号，并结合所述电感线圈和电容，以使所述输出电压小于所述输入电压；
11.当所述电路工作在所述升压模式时，所述二极管用于根据所述控制信号，并结合所述电感线圈和电容，以使所述输出电压大于所述输入电压。
12.可选的，所述升降压辅助模块结合输入端口形成主功率电路，所述开关模块用于：
13.控制所述控制模块串联于所述主功率电路，且所述二极管并联于所述主功率电路，以使所述电路工作在降压模式；
14.控制所述控制模块并联于所述主功率电路，且所述二极管串联于所述主功率电路，以使所述电路工作在升压模式。
15.可选的，所述开关模块包括调节开关、第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关和第六选择开关，所述第二选择开关、所述第三选择开关、所述第四选择开关、所述第五选择开关和所述第六选择开关均分别包括动触点、第一静触点和第二静触点，其中：
16.所述调节开关连接于所述输入端口的正极和所述控制模块的输出端之间；
17.所述第二选择开关的动触点与所述输入端口的负极连接，所述第二选择开关的第一静触点与所述控制模块的输入端连接，所述第二选择开关的第二静触点与电感线圈连接；
18.所述第三选择开关的动触点与所述电感线圈远离所述第二选择开关的一端连接，所述第三选择开关的第一静触点与所述控制模块的输出端连接，所述第三选择开关的第二静触点与所述控制模块的输入端连接；
19.所述第四选择开关的动触点与电容的正极连接，所述第四选择开关的第一静触点与所述电感线圈靠近所述第二选择开关的一端连接，所述第四选择开关的第二静触点与所述二极管的负极连接；
20.所述第五选择开关的动触点与所述电感线圈远离所述第二选择开关的一端连接，所述第五选择开关的第一静触点与所述二极管的负极连接，所述第五选择开关的第二静触点与所述第六选择开关的第二静触点连接；
21.所述第六选择开关的动触点与所述二极管的正极连接，所述第六选择开关的第一静触点与所述输入端口的负极连接，所述第六选择开关的第二静触点与所述第五选择开关的第二静触点连接。
22.可选的，所述调节开关为场效应晶体管，所述场效应晶体管的源极与所述输入端口的负极连接，所述场效应晶体管的漏极与所述控制模块的输出端连接。
23.可选的，所述第二选择开关、所述第三选择开关、所述第四选择开关、所述第五选择开关和所述第六选择开关均为继电器。
24.可选的，所述控制模块为开关管。
25.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种升降压工作电路控制方法，应用于升降压工作电路，所述方法包括：
26.控制调节开关断开，并控制第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关和第六选择开关均连接至其对应的第一静触点，以使所述电路工作于降压模式；
27.控制调节开关导通，并控制第二选择开关、第三选择开关、第四选择开关、第五选择开关和第六选择开关均连接至其对应的第二静触点，以使所述电路工作于升压模式。
28.可选的，所述控制信号为脉冲宽度调制信号，所述方法还包括：
29.控制所述脉冲宽度调制信号的占空比，以使所述电路完成所述输入电压的升压或者降压。
30.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种开关电源，所述开关电源包括上述所述的升降压工作电路。
31.区别于相关技术的情况，本发明提供一种升降压工作电路及其控制方法、开关电
源，本电路包括输入端口、开关模块、控制模块和升降压辅助模块，能够通过简单的开关控制所述电路的工作状态，使之工作在降压状态或者升压状态，不会增加电路额外损耗，而且公用了开关管、续流二极管和电感线圈，减小了对应电源装置的体积，能使电源在体积极限条件下稳定切换升压降压状态。
附图说明
32.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
33.图1是现有技术中典型的升降压电路示意图；
34.图2是本发明实施例提供的一种升降压工作电路示意图；
35.图3是升降压工作电路工作在升压模式下的简化电路示意图；
36.图4是升降压工作电路工作在降压模式下的简化电路示意图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合，“第一”、“第二”等描述仅用作区分作用，并不表示或者暗示其重要程度。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互组合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在实施例中进行了功能模块的划分，但是在某些情况下，可以以不同于实施例中的模块划分。
39.本发明实施例提供一种升降压工作电路，请结合图2，图2是升降压工作电路的一种电路结构示例，所述电路包括：输入端口、开关模块、控制模块和升降压辅助模块，所述输入端口用于接收输入电压，图2中以直流电源提供输入电压为例，所述输入端口接收所述直流电源输出的电压作为输入电压，所述直流电源的负极接地。所述开关模块用于控制所述电路的工作模式，其中，所述工作模式包括降压模式和升压模式，所述输出电压低于所述输入电压为降压模式，所述输出电压高于所述输入电压为升压模式。所述开关模块在图2的电路示例中体现为调节开关s1、第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6，其中，“第一”、“第二”或“第三”等描述仅用于区分以上所说的多个选择开关器件，并不用于限定这些选择开关的重要程度或者连接关系等。调节开关s1包括导通状态和断开状态，用于控制其所在支路的通断，可以理解的是，图2中体现的开关模块仅为本实施例中的结构和连接方式，在其他实施例中，所述开关模块可以是能够控制所述电路的工作模式的不同于图2的结构和连接方式。所述控制模块用于在所述工作模式为降压模式和升压模式时，为所述升降压辅助模块提供控制信号，所述控制模块在本实施例中为开关元件，例如图2中的开关管q3。请参阅图2，所述升降压辅助模块包括电感线圈
l3、电容c3和二极管d3，所述升降压辅助模块用于根据所述控制信号将所述输入电压转换为输出电压，并通过所述电容c3输出所述输出电压。
40.所述升降压辅助模块结合输入端口形成主功率电路，请参阅图2的电路示例，图2中的电路通过改变开关模块中各开关的连接选择，可以改变所述电路的电路结构，进而控制所述电路工作在降压模式或者升压模式，当所述开关模块控制所述电路工作在降压模式时，此时所述二极管d3并联于所述主功率电路中，二极管d3的负极连接至所述控制开关q3和所述电感线圈l3之间，二极管d3的正极连接至电容c3的负极(接地)；当所述开关模块控制所述电路工作在升压模式时，此时所述二极管d3串联于所述主功率电路中，二极管d3连接在电感线圈l3和电容c3之间，且二极管d3的正极靠近电感线圈l3，二极管d3的负极靠近电容c3。
41.具体的，请请结合图2，第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6均为拥有动触点、第一静触点和第二静触点的单刀双掷开关或者其他拥有与单刀双掷开关相同功能的开关，其中，所述第一静触点和第二静触点仅用于区分所述开关连接的电路结构，并不表示其相对重要性，以上所说的多个选择开关对应的动触点均可以选择连接其对应的第一静触点，或者选择连接其对应的第二静触点，在本实施例中，以上所说的多个选择开关可以只存在以上两种连接状态，但是并不限定在其他实施例中也一定不存在其他连接状态的情况，例如其对应的动触点既不连接其对应的第一静触点，也不连接其对应的第二静触点的状态。上述多个选择开关s2至s6均可以选择继电器，决定各选择开关的动触点与其对应的第一静触点连接或者是与其对应的第二静触点连接，可以是高压直流继电器，并根据使用环境选择合适的电压值来控制选择开关的状态切换，以达到更好的切换效果。
42.可选的方案中，以图2中的电路结构为例，图中的选择开关均有可选择的两个连接处，分别以实线和虚线来区分，其中，以虚线和黑点表示连接的触点表示第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6分别对应的第一静触点连接处。具体连接关系为：所述第二选择开关s2的动触点与所述输入端口的负极连接，指图2中直流电源负极或者接地，所述第二选择开关s2的第一静触点与控制开关q3的输入端连接，所述第二选择开关s2的第二静触点与电感线圈l3连接；所述第三选择开关s3的动触点与所述电感线圈l3远离所述第二选择开关s2的一端连接，所述第三选择开关s3的第一静触点与控制开关q3的输出端连接，所述第三选择开关s3的第二静触点与控制开关q3的输入端连接；所述第四选择开关s4的动触点与电容c3的正极连接，所述第四选择开关s4的第一静触点与所述电感线圈l3靠近所述第二选择开关s2的一端连接，所述第四选择开关s4的第二静触点与所述二极管d3的负极连接；所述第五选择开关s5的动触点与所述电感线圈l3远离所述第二选择开关s2的一端连接，所述第五选择开关s5的第一静触点与所述二极管d3的负极连接，所述第五选择开关s5的第二静触点与所述第六选择开关s6的第二静触点连接；所述第六选择开关s6的动触点与所述二极管d3的正极连接，所述第六选择开关s6的第一静触点与所述输入端口的负极连接，指图2中直流电源负极或者接地，所述第六选择开关s6的第二静触点与所述第五选择开关s5的第二静触点连接。
43.可选的方案中，所述调节开关s1可以是有开关功能的器件，包括但不限于选择开关、继电器或者选择场效应晶体管(mos管)等，其中，相较于继电器等器件，mos管的损耗会
更小，也更方便控制。
44.所述控制信号用于控制开关管q3的导通和断开，当上述的第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6均连接至对应的第一静触点时，所述调节开关s1断开，则此时所述电路工作在降压模式，其对应的简化电路图如图3所示，图3中为了方便理解电路结构和能更直观的进行说明，将开关模块和未接入所述电路的导线部分略去了。开关管q3串联在主功率电路中，降压周期包括开关管q3导通时的第一时段和开关管q3断开时的第二时段，当开关管q3导通时，直流电源提供输入电压至输入端口，为电感线圈l3和电容c3充电；当开关管q3断开，流过电感线圈l3中的电流消失，由于电感线圈l3会产生感应电动势，此时二极管d3有续流的作用，电感线圈l3通过二极管d3为电容c3持续提供续流能量，完成一个降压周期，开关管q3再次导通时，下一个降压周期开始，重复上述过程，使得电容c3能够输出相对稳定的输出电压，所述输出电压小于所述输入端口接收的所述输入电压。
45.当上述的第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6均连通其对应的第二静触点时，所述调节开关s1导通，则此时所述电路工作在升压模式，其对应的简化电路图如图4所示，同理，图中略去了开关模块和未接入所述电路的导线部分。开关管q3并联在主功率电路中，升压周期包括开关管q3导通时的第三时段和开关管q3断开时的第四时段，当开关管q3导通时，直流电源为提供输入电压至输入端口，为电感线圈l3充电，电流流经电感线圈后通过开关管q3的支路回到直流电源负极；当开关管q3断开，流过电感线圈l3中的电流消失，但是电感线圈l3的电压不会突变，此时二极管d3导通，有升压的作用，电感线圈l3经由二极管d3为电容c3充电，完成一个升压周期，开关管q3再次导通时，下一个升压周期开始，重复上述过程，使得电容c3能够输出相对稳定的输出电压，所述输出电压大于所述输入端口接收的所述输入电压。
46.相较于现有技术中的升降压电路，以图1为例，当图1中的电路工作在升压模式时，mos管q1在电路中充当导线的作用，但是其内阻依旧会产生损耗；当电路工作在降压模式时，二极管d1自身的压降也会产生导通损耗等。而本实施例提供的升降压工作电路在进行升压过程或者降压过程中，不会有额外的元器件内阻产生多余的损耗，升降压电路切换时，也只需要改变开关模块中各开关的连接状态即可，所述电路在升压模式和降压模式公用了开关管q3、二极管d3和电感线圈l3，不用额外增加元器件，也不增加电路额外的损耗。此外，在实际设计时，还可以将所述调节开关s1的导通状态与选择开关s2至s6的触点连接状态关联起来，以使用户在使用时只需要控制调节开关s1，就可以直接改变电路的工作状态，使用起来更加方便。
47.本发明实施例提供一种升降压工作电路控制方法，所述方法应用于升降压工作电路，所述方法包括：
48.控制调节开关s1断开，并控制第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6均连接至其对应的第一静触点，即图2中以虚线和黑点表示连接的各触点，以使所述电路工作于降压模式。请结合图2和图3，所述开关管q3串联于主功率电路中，所述二极管d3并联于所述电感线圈l3和电容c3。
49.控制调节开关s1导通，并控制第二选择开关s2、第三选择开关s3、第四选择开关s4、第五选择开关s5和第六选择开关s6均连接至其对应的第二静触点，即图2中以实线表示
连接的各触点，以使所述电路工作于升压模式。请结合图2和图4，所述开关管q3并联于主功率电路中，并与所述电感线圈l3和直流电源构成一条完整回路，所述二极管d3与所述电容c3串联，并使得所述电感线圈l3能够通过所述二极管d3为所述电容c3充电。
50.可选的，所述控制信号为脉冲宽度调制信号，所述方法还包括：控制所述脉冲宽度调制信号的占空比，以使所述电路完成所述输入电压的升压或者降压，改变占空比就可以改变输出电压。所述控制信号用于控制所述开关管q3的导通和断开，在所述电路的降压模式，当开关管q3断开，流过电感线圈l3中的电流消失，由于电感线圈l3会产生感应电动势，此时二极管d3有续流的作用，电感线圈l3通过二极管d3为电容c3持续提供续流能量，完成一个降压周期，开关管q3再次导通时，下一个降压周期开始，重复上述过程，使得电容c3能够输出相对稳定的输出电压，所述输出电压小于所述输入端口接收的所述输入电压。在所述电路的升压模式，当开关管q3导通时，直流电源为提供输入电压至输入端口，为电感线圈l3充电，电流流经电感线圈后通过开关管q3的支路回到直流电源负极；当开关管q3断开，流过电感线圈l3中的电流消失，但是电感线圈l3的电压不会突变，此时二极管d3导通，有升压的作用，电感线圈l3经由二极管d3为电容c3充电，完成一个升压周期，开关管q3再次导通时，下一个升压周期开始，重复上述过程，使得电容c3能够输出相对稳定的输出电压，所述输出电压大于所述输入端口接收的所述输入电压。
51.本发明实施例提供一种开关电源，所述开关电源上述所述的升降压工作电路，并适用上述所述的升降压工作电路控制方法，进行升降压切换过程的具体细节请参照上述实施例，此处不再赘述。可以理解的是，所述升降压工作电路的电路结构并不仅限于用在升降压切换的电路中，与之相似的正激电路均适用上述电路结构，例如还可以应用在单管正激电路和双管正激电路的切换中，并且均可以通过所述升降压工作电路的电路结构，结合其对应的控制方法，达到更好的工作效果，包括但不限于降低环路损耗、减小开关电源的体积极限或者提高开关电源升降压切换的稳定性等。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。