一种填谷电路

技术领域

本发明涉及整流滤波技术领域，尤其涉及一种适用于宽电压输入的填谷电路。

背景技术

工业与民用领域中都经常需要将各种电网的交流电整流为直流电，为了让开关电源满足全球电网标准就需要将开关电源的输入电压设计为满足宽范围输入电压要求，这样不仅给电源设计带来了难度，而且增加了电路中无源器件的选型规格，增加了电路的体积和重量，同时也会带来较大的成本压力。开关电源的输入部分通常由桥式整流电路直接加滤波大电容构成，二者均为非线性器件，由于大容量电容的存在，使得桥式整流电路中的二极管的导通角变得很窄，仅在交流电压输入的峰值部分才会导通，导致交流输入电流发生严重失真，变成尖峰脉冲，这种电流波形中包含大量的谐波分量，不仅会对电网造成影响，而且使得有功功率和功率因数大幅度降低，为了提高开关电源的功率因数，现有的开关电源通常设置有功率因数校正电路，现有的功率因数校正电路的由桥式整流电路和后级的填谷电路构成，传统的填谷电路如图1所示，该填谷电路具有的串联充电，并联放电的特点，即在母线电压高于桥式整流电路后大电容的电压时，其通过两个串联的大容量电容C1和电容C2进行充电，在母线电压低于整流桥后大电容电压时，两电容并联给负载放电。然而该电路存在的缺陷是当母线电压为低电压输入时，由于两电容为串联充电模式，此时大电容的容量减小，则在启机的瞬间会有较大的冲击电流，同时在低电压输入时该电路还会存在输出电压起伏波动大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题在于提供一种填谷电路，以解决在高压输入时功率因数值低的问题和低压输入时输出电压起伏波动大和冲击电流的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

第一种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及开关；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第三二极管的阴极，第一储能单元的第二端连接第一二极管的阴极和第二开关管的阳极，第一二极管的阳极连接地，开关与第一二极管进行并联，第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极和第二储能单元的第一端，第二储能单元的第二端连接第一二极管的阳极和地，第三二极管的阴极连接输出端口。

第二种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及开关；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第三二极管的阴极，第一储能单元的第二端连接第一二极管的阴极和第二开关管的阳极，第一二极管的阳极连接地，第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极和第二储能单元的第一端，开关与第三二极管进行并联，第二储能单元的第二端连接第一二极管的阳极和输入地，第三二极管的阴极连接输出端口。

第三种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关、第二开关；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第三二极管的阴极，第一储能单元的第二端连接第一二极管的阴极和第二开关管的阳极，第一二极管的阳极连接地，第一开关与第一二极管进行并联，第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极和第二储能单元的第一端，第二储能单元电容的第二端连接第一二极管的阳极和地，第二开关与第三二极管并联，第三二极管的阴极连接输出端口。

其中，第一开关(S1)和第二开关(S2)为同时开通和同时关闭，或只开通第一开关(S1)，第二开关(S2)不开通，或只开通第二开关(S2)，第一开关(S1)不开通。

第四种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、开关管、第一二极管以及第二二极管；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第二二极管的阴极，第一储能单元的第二端连接开关管的漏极和第一开关管的阳极，开关管的源极连接地，第一二极管的阴极连接第二二极管的阳极和第二储能单元的第一端，第二储能单元的第二端连接第一开关管的源极和地，第二二极管的阴极连接输出端口。

第五种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、开关管、第一二极管以及第二二极管；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第一开关管的漏极，第一储能单元的第二端连接第一二级管的阴极和第二开关管的阳极，第一二级管的阳极连接地，第二二极管的阴极连接第一开关管的源极和第二储能单元的第一端，第二储能单元的第二端连接第一二级管的阳极和地，第一开关管的漏极连接输出端口。

第六种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、第一开关管、第二开关管以及第一二极管；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第二开关管的漏极，第一储能单元的第二端连接第一开关管的漏极和第一开关管的阳极，第一开关管的源极连接地，第一二极管的阴极连接第二开关管的源极和第二储能单元的第一端，第二储能单元的第二端连接第一开关管的源极和地，第二开关管的漏极连接输出端口。

第七种技术方案，一种填谷电路，应用于宽压输入范围下的开关电源，包括：第一储能单元、第二储能单元、第三储能单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；

第一储能单元的第一端连接输入端口和第三二极管的阴极，第一储能单元的第二端连接第二二极管的阳极和第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接第四二极管的阳极和地，第一开关管并联在第一二极管的两端，第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极和第二储能单元的第一端，第二储能单元的第二端连接第五二极管的阳极和第四二极管的阴极，第二开关并联在第三二极管的两端，第三开关并联在第四二极管的两端，第五二极管的阴极连接第六二极管的阳极和第三储能单元的第一端，第三储能单元的第二端连接第四二极管的阳极(D4)和地，第四开关并联在第六二极管的两端，第六二极管的阴极连接输出端口。

本发明的工作原理后面会结合具体实施例进行详细说明，此处不赘述，所述储能单元为电容时，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)通过控制开关的导通与关断可以调整填谷电路中的电容总容量，能够为不同电压范围的输入电压提供合适的电容容量，适用于交流的宽压输入或光伏直流输入场合，有效降低了电路成本；

(2)在母线电压为高压输入时关断开关，此时两电容为串联工作模式，可以降低对大电容耐压选型的要求，降低成本，同时由于减小了大电容容量，使得电容放电时电压下降更多，则可以增大桥式整流电路的整流二极管导通角，从而提高高压输入下的开关电源的功率因数值；

(3)在母线电压为低压输入时开通开关，此时两电容为并联充电工作模式，电容容量增大，可以使得启机瞬间的冲击电流降低，同时解决低压开关电源的输出电压起伏波动大的问题，减小系统体积，降低成本。

附图说明

图1为传统的填谷电路原理图；

图2为本发明型填谷电路第一实施例的原理图；

图3为本发明填谷电路第二实施例的原理图；

图4为本发明填谷电路第三实施例的原理图；

图5为本发明填谷电路第四实施例的原理图；

图6为本发明填谷电路第五实施例的原理图；

图7为本发明填谷电路第六实施例的原理图；

图8为本发明填谷电路第六实施例的原理图。

具体实施方式

第一实施例

图2为本发明填谷电路第一实施例原理图，填谷电路应用于宽压输入范围下的开关电源，其包括第一储能单元C1、第二储能单元C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及开关S1，本实施例中，第一储能单元C1和第二储能单元C2分别为电容，其中，第一储能单元C1定义为第一电容C1，第二储能单元C2定义为第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2的容值相同；开关S1为MOS管、继电器、三极管、晶闸管或IGBT。在其它实施例中，第一储能单元C1和第二储能单元C2可为电感。

第一电容C1的第一端连接输入端口VIN和第三二极管D3的阴极，第一电容C1的第二端连接第一二极管D1的阴极和第二开关管D2的阳极，第一二极管D1的阳极连接地；开关管S1与第一二极管D1进行并联，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第一二极管D1的阳极和地，第三二极管D3的阴极连接输出端口VOUT。

本实施例中的填谷电路的工作原理为：在母线电压为高压输入时，此时开关S1处于关断状态，第一二极管D1和第三二极管D3处于截止状态，第二二极管D2导通，第一电容C1与第二电容C2为串联方式进行充电，此时，第一电容C1与第二电容C2的总容值降低，当第一电容C1与第二电容C2给后级供电时，第一电容C1的第一端和第二电容C2的第二端之间的电压会下降更多，从而可增大设置于填谷电路前级的桥式整流电路中的整流二极管的导通角(即整流二极管的导通时长)，进而在高压输入下，有利于提高设置填谷电路的开关电源的功率因数值；在母线电压为低压输入时，此时开关S1导通，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3均处于截止状态，第一电容C1进行充电，此时第一电容C1容量增大，第一电容C1给后级进行供电时，第一电容C1两端电压不会因为容量不足而导致输出电压起伏波动大的问题，同时可以减小冲击电流，降低系统体积，节约成本。

第二实施例

图3为本发明填谷电路第二实施例原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：本实施例中的填谷电路将开关S1并联在二极管D3两端，第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及开关S1的连接关系如下：

输入端口VIN连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第一端连接第三二极管D3的阴极，第一电容C1的第二端连接第一二极管D1的阴极和第二开关管D2的阳极，第一二极管D1的第二端连接输入地，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极和第二储能单元C2的第一端，开关S1与第三二极管D3进行并联，第二储能单元C2的第二端连接第一二极管D1的阳极和输入地，第三二极管D3的阴极连接输出端口VOUT。

本实施例中的填谷电路的工作原理与第一实施例的区别为：在母线电压为低压输入时，开关S1导通，第二电容C2开始充电，第二电容C2容量增大，第二电容C2放电给后级进行供电。本实施例中的填谷电路同样能实现第一实施例的相同功能，在此不再叙述。

第三实施例

如图4所示，为发明填谷电路第三实施例原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：本实施例中的填谷电路设有第一开关S1和第二开关S2，第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一开关S1以及第二开关S2的连接关系如下：

输入端口VIN连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第一端连接第三二极管D3的阴极，第一电容C1的第二端连接第一二极管D1的阴极和第二开关管D2的阳极，第一二极管D1的阳极连接地，第一开关管S1与第一二极管D1进行并联，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第一二极管D1的阳极和地，第二开关管S2与第三二极管D3并联，第三二极管D3的阴极连接输出端口VOUT。

本实施例中的填谷电路的工作原理与第一实施例的区别为：增加了第二开关S2，其主要目的就是在母线电压低压输入时，同时导通第一开关S1和第二开关S2，此时第一电容C1和第二电容C2为并联充电工作状态，第一电容C1和电容C2并联后，总容值将会进一步的增大，在启机瞬间的冲击电流也将变得更小，第一电容C1和电容C2的电压给后级供电时，输出电压的起伏波动将会变得更小。

第四实施例

如图5所示，为发明填谷电路第四实施例原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：本实施例中的填谷电路去除了第一实施例中的开关S1和二极管D1，新增开关管Q1，开关管Q1为设有体二极管的MOS管。本实施例中的填谷电路由第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2以及开关管Q1组成，其连接关系如下：

输入端口VIN连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第一端连接第二二极管D2的阴极，第一电容C1的第二端连接开关管Q1的漏极和开关管D1的阳极，第一开关管Q1的源极连接输入地，第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阳极和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接开关管Q1的源极和地，第二二极管D2的阴极连接输出端口VOUT。

本实施例中的填谷电路的工作原理为：

在母线电压为高压输入时，此时开关管Q1处于关断状态，第一二极管D1处于导通状态，第二二极管D2处于截止状态，第一电容C1与第二电容C2为串联方式进行充电；在母线电压为低压输入时，此时开关管Q1导通，第一二极管D1、第二二极管D2均处于截止状态，第一电容C1进行充电。

本实施例中，将开关S1和二极管D1去掉后，用开关管Q1进行代替，其目的是用在小功率场合，第一电容C1放电时可以通过开关管Q1的体二极管进行续流，从而有利于减少元器件的数量，降低系统体积。

第五实施例

如图6所示，为发明填谷电路第五实施例原理图，与第一实施例相比，不同之处在于：本实施例中，去除了第一实施例中开关S1和二极管D3，新增开关管Q1。本实施例中的填谷电路由第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2以及开关管Q1组成，其连接关系如下：

输入端口VIN连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第一端连接开关管Q1的漏极，第一电容C1的第二端连接第一二级管D1的阴极和第二开关管D2的阳极，第一二级管D1的阳极连接地，第二二极管D2的阴极连接第一开关管Q1的源极和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第一二级管D1的阳极和地，开关管Q1的漏极连接输出端口VOUT。

本实施例中的填谷电路的工作原理与第一实施例的区别为：将开关S1和二极管D3去掉后，用开关管Q1进行代替，其目的是用在小功率场合第二电容C2放电时可以通过开关管Q1的体二极管进行续流，从而有利于减少元器件的数量，降低系统体积。

第六实施例

如图7所示，为发明填谷电路第六实施例原理图，与第三实施例相比，不同之处在于：本实施例中，去除了第三实施例中的第一开关S1、第二开关S2和第一二极管D1、第三二极管D3，新增第一开关管Q1和第二开关管Q2。本实施例中填谷电路由第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第一开关管Q1以及第二开关管Q2组成，连接关系如下:

输入端口VIN连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第一端连接第二开关管Q2的漏极，第一电容C1的第二端连接第一开关管Q1的漏极和第一二极管D1的阳极，第一开关管Q1的源极连接地，第一二极管D1的阴极连接第二开关管Q2的源极和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第一开关管Q1的源极和地，第二开关管Q2的漏极连接输出端口VOUT。

本实施例填谷电路的工作原理与第三实施例的区别为：将第三实施例中的第一开关S1、第二开关S2和第一二极管D1、第三二极管D3去掉后，用第一开关管Q1和第二开关管Q2进行代替，其目的是用在小功率场合第一电容C1和第二电容C2放电时可以通过第一开关管Q1以及第二开关管Q2的体二极管进行续流，进一步减少元器件的数量和降低成本。

第七实施例

如图8所示，为发明填谷电路第七实施例原理图，与第三实施例相比，不同之处在于：新增第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第三开关S3、第四开关S4以及第三电容C3。

输入端口VIN连接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第一端连接第三二极管D3的阴极和第六二极管D6的阳极，第一电容C1的第二端连接第二二极管D2的阳极和第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接第四二极管D4的阳极和地，第一开关S1并联在第一二极管D1的两端，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第五二极管D5的阳极和第四二极管D4的阴极，第二开关S2并联在第三二极管D3的两端，第三开关S3并联在第四二极管D4的两端，第五二极管D5的阴极连接第六二极管D6的阳极和第三电容C3的第一端，第三电容C3的第二端连接第四二极管D4的阳极和地，第四开关S4并联在第六二极管D6的两端，第六二极管的阴极连接输出端VOUT。

本实施例中的填谷电路原理与第三实施例的区别为：新增了第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第三开关S3、第四开关S4、第三电容C3后，其通过控制第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4的导通和关断来改变接入电路中电容的容量，使得控制方式更为灵活。

以上仅是本发明的实施方式，需要特别指出的是，上述实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。