阅读说明：本技术 集成车载充电机的开关电源电路及转换器 (Switch power supply circuit and converter of integrated vehicle-mounted charger ) 是由 陈丽君 赵德琦 吴壬华 于 2019-07-08 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种集成车载充电机的电源电路及转换器,该电路包括输入电路、变压器、副边电路,输入电路包括第一绕组输入电路和第二绕组输入电路,变压器包括原边第一绕组、原边第二绕组、副边绕组和铁芯,第一绕组输入电路与原边第一绕组连接,第二绕组输入电路与原边第二绕组连接,副边绕组与副边电路连接,第一绕组输入电路与第二绕组输入电路串联连接,高电压信号通过第一绕组输入电路和第二绕组输入电路产生第一电信号和第二电信号,第一电信号和第二电信号通过原边第一绕组、原边第二绕组产生第一磁通量和第二磁通量,第一磁通量和第二磁通量叠加产生第三磁通量通过副边绕组产生低电压信号。本申请可提高电路的输入电压的适配范围。(The application discloses a power circuit and a converter of an integrated vehicle-mounted charger, the circuit comprises an input circuit, a transformer and a secondary side circuit, the input circuit comprises a first winding input circuit and a second winding input circuit, the transformer comprises a primary side first winding, the high-voltage magnetic-field-effect transformer comprises a primary side second winding, a secondary side winding and an iron core, wherein a first winding input circuit is connected with the primary side first winding, a second winding input circuit is connected with the primary side second winding, the secondary side winding is connected with the secondary side circuit, the first winding input circuit is connected with a second winding input circuit in series, a high-voltage signal generates a first electric signal and a second electric signal through the first winding input circuit and the second winding input circuit, the first electric signal and the second electric signal generate a first magnetic flux and a second magnetic flux through the primary side first winding and the primary side second winding, and the first magnetic flux and the second magnetic flux are superposed to generate a third magnetic flux which generates a low-voltage signal through the secondary side winding. The application can improve the adaptation range of the input voltage of the circuit.)

集成车载充电机的开关电源电路及转换器

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体涉及一种集成车载充电机的电源电路及转换器。

背景技术

随着社会的发展，汽车的出现对人们的日常生活带来了极大的便利，使得汽车已经成为生活中必不可少的一部分。传统汽车会对环境造成较大污染，促使了新能源汽车的出现，例如电动汽车，并随着其对环境造成的污染很小，电动汽车行业也发展迅猛。

随着新能源汽车的发展，车载电源电池组的电压越来越高，传统电路无法在高输入电压下维持稳定的输出电压。

发明内容

本申请实施例提供一种集成车载充电机的电源电路及转换器，用于提高电路的输入电压的适配范围，在高输入电压下维持稳定的输出电压。

本申请实施例的第一方面提供了一种集成车载充电机的电源电路，所述集成车载充电机的电源电路包括：输入电源、输入电路、变压器、副边电路，其中，所述变压器包括原边第一绕组、原边第二绕组、副边绕组和铁芯，所述输入电路包括第一绕组输入电路和第二绕组输入电路；

所述输入电路与所述变压器连接，所述原边第一绕组与所述第一绕组输入电路连接，所述原边第二绕组与所述第二绕组输入电路连接，所述第一绕组输入电路与所述第二绕组输入电路串联连接。

可选的，所述第一绕组输入电路包括第一电容、第二电容、第一开关管与第二开关管；

其中，所述第一电容的第一端口与所述第二电容的第一端口连接，所述第二电容的第二端口与所述第一开关管的漏极连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极与所述第一电容的第二端口连接。

可选的，所述原边第一绕组的第一端口与所述第一电容的第一端口以及所述第二电容的第一端口连接，所述原边第一绕组的第二端口与所述第一开关管的源极以及所述第一开关管的漏极连接。

可选的，所述第二绕组输入电路包括第三电容、第四电容、第三开关管与第四开关管；

其中，所述第三电容的第一端口与所述第四电容的第一端口连接，所述第四电容的第二端口与所述第三开关管的漏极连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的漏极连接，所述第四开关管的源极与所述第三电容的第二端口连接。

可选的，所述原边第二绕组的第一端口与所述第三电容的第一端口以及所述第四电容的第一端口连接，所述原边第二绕组的第二端口与所述第三开关管的源极以及所述第四开关管的漏极连接。

可选的，所述第一绕组输入电路与所述第二绕组输入电路串联连接包括：

所述第一绕组输入电路的第一端口与外部输入电源的正极连接，所述第一绕组输入电路的第二端口与所述第二绕组输入电路的第一端口连接，所述第二绕组输入电路的第二端口与所述外部输入电源的负极连接。

可选的，所述副边电路包括第一二极管、第二二极管、第一电感单元与第五电容；

所述第一二极管的负极与所述第二二极管的负极以及所述第一电感单元的第一端口连接，所述第一电感的第二端口与所述第五电容的第一端口连接，所述第五电容的第二端口与所述第二二极管的正极以及所述副边绕组的第二端口连接，所述副边绕组的第一端口与所述第一二极管的正极连接。

可选的，所述原边第一绕组、所述原边第二绕组和所述副边绕组绕制在所述铁芯上。

可选的，所述原边第一绕组线圈匝数和所述原边第二绕组的线圈匝数之和大于所述副边绕组线圈匝数。

本申请实施例的第二方面提供了一种转换器，包括上述任一项所述的集成车载充电机的电源电路。

通过将两个电路串联，形成上下两个工作支路，上下两个支路工作状态相同，上管或下管同时开关，变压器绕组绕制在一个磁芯上，保持良好的耦合关系，从而使得每个开关周期传送到副边的能量相同，这样上下两个支路的电压能够在工作过程中维持平衡，提高了电路的输入电压的适配范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的示意图；

图1A是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第一状态的示意图；

图1B是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第二状态的示意图；

图1C是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第三状态的示意图；

图1D是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第四状态的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第一绕组输入电路的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第二绕组输入电路的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的输入电路的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的副边电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

传统电路适合中小功率开关电路，传统电路无法满足目前对更高输入电压的要求，本申请实施例中由第一绕组输入电路和第二绕组输入电路共同承载输入电压，使得整个输入电路能够承载更高的电压，因此可提高整个电路的输入电压；为了提高电路的输入电压，一种可行的方式是使用两个传统输入电路，两个传统输入电路分别为第一绕组输入电路和第二绕组输入电路，第一绕组输入电路和第二绕组输入电路串联，第一绕组输入电路和第二绕组输入电路共同承载输入的高电压，第一绕组输入电路承载第一电压，第二绕组输入电路承载第二电压，第一电压在第一绕组输入电路中产生第一电信号，第二电压在第二绕组输入电路中产生第二电信号，第一电信号在第一绕组输入电路中产生第一磁通量，第二电信号在第二绕组输入电路中产生第二磁通量，第一磁通量通过原边第一绕组产生第一感应电动势，第二磁通量通过原边第二绕组产生第二感应电动势，第一感应电动势和第二感应电动势叠加产生第三感应电动势，第三感应电动势通过副边绕组产生低电压信号。

为了更好地说明本申请实施例，下面结合附图对本申请实施例进行详细介绍。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的示意图，该车载开关电源电路包括输入电路101、变压器102和副边电路103，输入电路101包括第一绕组输入电路104和第二绕组输入电路105，变压器102包括原边第一绕组106、原边第二绕组107和副边绕组108；

可选的，第一绕组输入电路104包括第一电容C1、第二电容C2、第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一电容C1的第一端口与第二电容C2的第一端口连接，第二电容C2的第二端口与第一开关管Q1的漏极连接。第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极连接，第二开关管Q2的源极与第一电容C1的第二端口连接，原边第一绕组的第一端口与第一电容C1的第一端口以及第二电容C2的第一端口连接，原边第一绕组的第二端口与第一开关管Q1的源极以及第二开关管Q2的漏极连接。

可选的，第二绕组输入电路105包括第三电容C3、第四电容C4、第三开关管Q3、第四开关管Q4，第三电容C3的第一端口与第四电容C4的第一端口连接，第四电容C4的第二端口与第三开关管Q3的漏极连接。第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的漏极连接，第四开关管Q4的源极与第三电容C3的第二端口连接，原边第二绕组的第一端口与第三电容C3的第一端口以及第四电容C4的第一端口连接，原边第二绕组的第二端口与第三开关管Q3的源极连接以及第四开关管Q4的漏极连接。

其中，第一开关管Q1和第三开关管Q3同步开关，第二开关管Q2和第四开关管Q4同步开关，在第一开关管Q1与第三开关管Q3同步开通，第二开关管Q2与第四开关管Q4同步关断的情况下，第一电信号在变压器中的第一磁通量的方向为水平向左，第二电信号在变压器中的第二磁通量的方向为水平向左；在第二开关管Q2与第四开关管Q4同步开通，第一开关管Q1与第三开关管Q3同步关断的情况下，第一电信号在变压器中的第一磁通量的方向为水平向右，第二电信号在变压器中的第二磁通量的方向为水平向右；

可选的，第一绕组输入电路104的第一端口与外部输入电源正极连接，第一绕组输入电路104的第二端口与第二绕组输入电路105的第一端口连接，第二绕组输入电路105的第二端口与外部输入电源负极连接；

可选的，第一绕组输入电路104的第一端口与输入电源的正极连接，第二绕组输入电路105的第二端口与输入电源的负极连接，第一绕组输入电路104的第二端口与第三电容C3的第一端口和第四电容C4的第一端口连接，第二绕组输入电路的第一端口与第一电容C1的第二端口、第二开关管Q2的栅极和第二开关管Q2的源极连接，即第一绕组输入电路104与第二绕组输入电路105串联，第一绕组输入电路104的第二端口与第二绕组输入电路105的第一端口连接；

其中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4均为零电压开关；

可选的，副边绕组的第一端口与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的负极以及第一电感单元L1的第一端口连接，第一电感L1的第二端口与第五电容C5的第一端口连接，第五电容C5的第二端口与所述第二二极管D2的正极以及所述副边绕组的第二端口连接；

其中，原边第一绕组线圈匝数与原边第二绕组的线圈匝数之和大于副边绕组线圈匝数；

其中，原边第一绕组、原边第二绕组、副边绕组绕制在同一铁芯上。

可选的，第一绕组输入电路104和第二绕组输入电路105共同承载输入的高电压，第一绕组输入电路104中产生第一电信号，第二绕组输入电路105中产生第二电信号，第一电信号在原边第一绕组106中产生第一磁通量，第二电信号在原边第二绕组107中产生第二磁通量，第一磁通量通过原边第一绕组106产生第一感应电动势，第二磁通量通过原边第二绕组107产生第二感应电动势，第一感应电动势和第二感应电动势叠加产生第三感应电动势，第三感应电动势通过副边绕组108产生低电压信号。

下面基于图1所示的一种集成车载充电机的电源电路示意图对其工作流程进行详细说明。

首先需要说明的是，由于第一绕组输入电路104与第二绕组输入电路105的结构相同，所以两者的内部元器件参数也相同。举例来说，电容C1与电容C3的电容值相同，而其余元器件应同样理解，在此不再赘述。其次，在输入电路101中，第一开关管Q1和第三开关管Q3同步导通或关闭，第二开关管Q2和第四开关管Q4同步导通或关闭，换句话说，第一开关管Q1的栅极和第三开关管Q3的栅极接入的信号相同，第二开关管Q2的栅极和第四开关管Q4的栅极接入的信号相同，另外，第一绕组输入电路104与第二绕组输入电路105串联，从而两者对于输入信号的分压相同。

进一步的，集成车载充电机的电源电路的工作流程在一个周期内包括四个阶段，具体如下：

第一阶段：如图1A所示，集成车载充电机的电源电路处于第一状态，其中，第二开关管Q2、第四开关管Q4同时导通，第一电容C1通过原边第一绕组、第二开关管Q2进行放电，第二电容C2通过原边第二绕组、第四开关管Q4进行放电，由于原边第一绕组、原边第二绕组、副边绕组存在耦合关系，第一二极管D1处于导通状态，副边绕组通过第一二极管D1对第一电感L1和第五电容充电，第一电感L1中的电流线性增加。

第二阶段，如图1B所示，集成车载充电机的电源电路处于第二状态，其中，第二开关管Q2和第四开关管Q4同步截止，由于原边第一绕组与原边第二绕组的电流不能突变，因此原边第一绕组的电流首先对第二开关管Q2中的源极漏极结电容充电，原边第二绕组的电流首先对第四开关管Q4中的源极漏极结电容充电，其中，源极漏极结电容为开关管源极与漏极之间的结电容，当第二开关管Q2中的源极漏极电压U_q2＝U_c1+U_c2且第四开关管Q4的源极漏极电压U_q4＝U_c3+U_c4时，其中，U_q2表示第二开关管Q2中的源极漏极结电容的电压，U_q4表示第四开关管Q4中的源极漏极结电容的电压，U_c1表示第一电容C1两端电压，U_c2表示第二电容C2两端电压，U_c3表示第三电容C3两端电压，U_c4表示第四电容C4两端电压，第一开关管Q1和第三开关管Q3的体内二极管同时导通，原边第一绕组与原边第二绕组的电流通过第一开关管Q1、第三开关管Q3的体内二极管给第二电容C2、第四电容C4充电，同时原边第一绕组、原边第二绕组、副边绕组的电动势方向倒向即下正上负，此时第一二极管D1处于截止状态，同样，第一电感L1的电流不能突变，同时第一电感L1的电流通过第二二极管D2对第五电容C5进行充电，第一电感L1的电流线性下降。

第三阶段，如图1C所示，集成车载充电机的电源电路处于第三状态，原边第一绕组、原边第二绕组的电流对第二电容C2、第四电容C4充电，同时原边第一绕组、原边第二绕组的电流线性下降，当原边第一绕组与原边第二绕组的电流将至零之后，第一开关管Q1与第三开关管Q3同步导通，第二电容C2通过第一开关管Q1对原边第一绕组进行充电，第四电容C4通过第三开关管Q3对原边第二绕组进行充电，电流反方向增大，原边第一绕组与原边第二绕组产生的感应电势方向为下正上负，此时，第一二极管D1仍处于截止状态，第二二极管D2仍保持导通状态，第一电感L1的电流持续下降。

第四阶段，如图1D所示，集成车载充电机的电源电路处于第四状态，其中，第一开关管Q1和第三开关管Q3同时关断，由于原边第一绕组与原边第二绕组的电流不能突变，因此原边第一绕组、原边第二绕组中的电流分别对第一开关管Q1、第三开关管Q3上的源极漏极结电容充电，第二开关管Q2、第四开关管Q4的源极漏极结电容放电，当第二开关管Q2、第四开关管Q4的源极漏极电压降至零时，第二开关管Q2、第四开关管Q4的体内二极管导通，原边第一绕组的电流经由第二开关管Q2流入第一电容C1，原边第二绕组的电流经由第四开关管Q4流入第三电容C3，此时，原边第一绕组、原边第二绕组、副边绕组的电动势方向为上正下负，第一二极管D1处于导通状态，副边绕组的电流通过第一二极管D1、第一电感L1流向第五电容C5且电流持续增加。

请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的结构示意图，该集成车载充电机的电源电路包括：输入电路101、变压器102和副边电路103。其中，输入电路101包括第一绕组输入电路104和第二绕组输入电路105。变压器102包括原边第一绕组106、原边第二绕组107和副边绕组108；

可选的，第一绕组输入电路104和第二绕组输入电路105串联，且第一绕组输入电路104和第二绕组输入电路105与变压器102连接，第一绕组输入电路104的第一端口、第二端口与原边第一绕组106连接，第二绕组输入电路105的第一端口、第二端口与原边第二绕组107连接，副边绕组108的第一端口、第二端口与副边电路103连接，其中；

第一绕组输入电路104，用于根据通过第一绕组输入电路104的第一输入电压产生第一电信号；

第二绕组输入电路105，用于根据通过第二绕组输入电路105的第二输入电压产生第二电信号；

原边第一绕组106，用于将第一电信号转换为第一磁通量；

原边第二绕组107，用于将第二电信号转换为第二磁通量；

副边绕组108，用于接收第一磁通量和第二磁通量叠加产生的第三磁通量，第三磁通量通过副边绕组108产生感应电动势；

副边电路103，用于将感应电动势转换成低电压信号并输出；

可以看出，相较于一个输入电路来说，本申请有两个输入电路串联组成，形成两个工作支路，有第一绕组输入电路和第二绕组输入电路共同承载输入的电压，因此可以提高电路的输入电压；进一步地，相较于使用两个输入电路提高电路的输入电压，两个输入电路对应两个变压器，本申请实施例只需要一个变压器，因此可以节约电路的成本。

请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第一绕组输入电路的结构示意图，该第一绕组输入电路104包括第一电容C1、第二电容C2、第一开关管Q1、第二开关管Q2；

可选的，第一电容C1的第一端口与第二电容C2的第一端口连接，第二电容C2的第二端口与第一开关管Q1的漏极连接。第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极连接，第二开关管Q2的源极与第一电容C1的第二端口连接，原边第一绕组的第一端口与第一电容C1的第一端口连接，原边第一绕组的第一端口与第二电容C2的第一端口连接，原边第一绕组的第二端口与第一开关管Q1的源极以及第二开关管Q2的漏极连接。

请参阅图4，图4是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的第二绕组输入电路的结构示意图，该第二绕组输入电路105包括第三电容C3、第四电容C4、第三开关管Q3、第四开关管Q4；

可选的，第三电容C3的第一端口与第四电容C4的第一端口连接，第四电容C4的第二端口与第三开关管Q3的漏极连接。第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的漏极连接，第四开关管Q4的源极与第三电容C3的第二端口连接，原边第二绕组的第一端口与第三电容C3的第一端口连接，原边第二绕组的第一端口与第四电容C4的第一端口连接，原边第二绕组的第二端口与第三开关管Q3的源极以及第四开关管Q4的漏极连接。

请参阅图5，图5是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的输入电路的结构示意图，该输入电路包括第一绕组输入电路104和第二绕组输入电路105；

可选的，第一绕组输入电路104的第一端口201与输入电源的正极连接，第二绕组输入电路105的第二端口202与输入电源的负极连接，第一绕组输入电路104的第二端口203与第三电容C3的第一端口以及第四电容C4的第一端口连接，第二绕组输入电路的第一端口204与第一电容C1的第二端口以及第二开关管Q2的源极连接，即第一绕组输入电路104与第二绕组输入电路105串联，第一绕组输入电路104的第二端口203与第二绕组输入电路105的第一端口204连接；

其中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4均为零电压开关。

请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种集成车载充电机的电源电路的副边电路的结构示意图，该副边电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1和第五电容C5；

可选的，副边绕组的第一端口与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的负极以及第一电感L1的第一端口连接，第二二极管D2的负极与第一电感L1的第一端口以及第一电感L1的第一端口连接，第一电感L1的第二端口与第五电容C5的第一端口连接，第五电容C5的第二端口与第二二极管D2的正极以及副边绕组的第二端口连接，第二二极管D2与副边绕组的第二端口连接，副边电路的第一端口205、第二端口206为输出端口与外部设备连接。

本申请实施例提供一种转换器，包括上述的集成车载充电机的电源电路。

需要说明的是，对于前述的各申请实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

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。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请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申请及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实现方式及应用范围上均会有改变之处，综上上述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。