一种正反激变换器及控制方法

技术领域

本发明涉及变换器的技术领域，尤其是涉及一种正反激变换器及控制方法。

背景技术

现有的中大型功率电源，正常架构需要先进行整流然后进行多路或单路输出，在桥式整流的时候需要正负半周两路，每路两个管子串，导致整流消耗的功率较大；如100W的电源，在低压输入的时候仅仅是整流桥就需要1.8W左右的功率。

现有的变换器，为了有效利用电网，很多产品需要高功率因数，比如LED灯电源、75W以上的电源，为了实现高PF通常需要进行两极转换，先升压提高PF值，再进行降压或者升压转换，两次转换需要两个电感或一个电感加一个变压器，而这种设计不仅浪费了部分能量并且导致了总的变换器体积变大。

针对上述问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种正反激变换器及控制方法，以缓解现有的正反激变换器结构复杂、成本较高的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种正反激变换器，包括：输入单元，第一开关管，势能变换器，输出整流管，电感和输出单元，其中，所述势能变换器为电感或者变压器，若所述势能变换器为变压器，应至少包括初级绕组和次级绕组，在所述输入单元的输入类型为交流输入时，所述输出整流管包括正半周输出整流管和负半周输出整流管；所述输入单元分别与所述第一开关管和所述势能变换器相连接，形成第一环路；所述势能变换器、所述正半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第二环路；在所述输入单元的输入类型为交流输入时，所述势能变换器、所述负半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第三环路。

进一步地，所述正反激变换器还包括：峰值吸收电容，第二开关管和第一电容，其中，所述峰值吸收电容分别与所述输入单元和所述第二开关管相连接，所述第二开关管分别与所述第一开关管和所述峰值吸收电容相连接，所述第一电容分别与所述电感和所述次级绕组相连接；所述峰值吸收电容、第二开关管和所述初级绕组形成第四环路。

进一步地，所述输出单元包括至少一路输出，其中，所述至少一路输出包括：第二电容，或，第二电容串联第一反向二极管，或，第二电容、第一反向二极管和一个开关管依次串联，或，第二电容串联两个方向相反开关管，或，第二电容串联一个双向不导通的开关管，或，一个电阻，或，一个开关管，或，一个LED灯。

进一步地，若所述至少一路输出包括第二电容串联第一反向二极管，则所述正反激变换器还包括：第四开关管，其中，所述第四开关管分别与所述电感的输入端、所述第一反向二极管的输出端和所述第二电容的输入端相连接；所述第二电容、所述第四开关管、电感和所述输出单元形成第五环路；所述第二电容、所述输出整流管、电感和所述次级绕组形成第六环路。

进一步地，所述正反激变换器还包括：第五开关管，其中，所述第五开关管分别与所述电感的输出端和所述次级绕组相连接；所述次级绕组、所述输出整流管、所述电感和所述第五开关管形成第七环路；所述第二电容、所述第四开关管、所述电感和所述第五开关管形成第八环路。

进一步地，所述正反激变换器还包括：输入电容，第二二极管，第六开关管、第七开关管和第八开关管，其中，所述输入电容与所述输入单元并联连接，所述第六开关管用于代替所述正半周输出整流管，所述第七开关管用于代替所述负半周输出整流管，所述第八开关管用于代替所述第一反向二极管，所述第二二极管分别与所述第七开关管和所述次级绕组相连接。

进一步地，所述输入单元的类型包括以下至少一种：交流输入，直流输入，波动电压输入，输入电容和电池。

进一步地，所述输入单元的类型为直流输入时，所述负半周输出整流管与所述输出单元相连接。

进一步地，所述输入单元的类型为交流输入时，所述输入单元与和所述初级绕组相连接，变压器等效于隔离整流桥。

第二方面，本发明实施例还提供了一种正反激变换器的控制方法，包括：在所述输入单元为高压时，第一环路导通后，打开第二环路和第三环路中与所述第一环路相位相同的环路，以使输入单元为输出单元供电；同时将所述变换器次级绕组与所述输出单元电压之间的差额能量存储至电感；或在第一环路导通时，导通第七环路，将输入能量存入电感；在所述第一环路关闭后，通过所述电感为所述输出单元供电，在电感退磁的同时实现变压器磁复位；在所述输入单元的输入为低压时，通过以下任意一种方式为所述输出单元供电：通过次级绕组与电感叠压升压为所述输出单元供电；将所述输出单元短路，以使能量存入所述电感后升压为所述输出单元供电；将所述输入单元能量存入所述势能变换单元，以使所述势能变换单元通过反激升压为所述输出单元供电。

进一步地，若所述正反激变换器包括第四环路，则所述正反激变换器的漏感回收利用和ZVS零电压开关控制方法包括：在所述第一环路关闭后，导通所述第四环路，所述势能变换单元的初级绕组的漏感能量反向升压为峰值吸收电容充电，且所述势能变换单元通过互感为所述输出单元供电；在所述初级绕组的漏感能量释放完毕后，所述第四环路导通，以使所述峰值吸收电容为所述输出单元供电；在所述峰值吸收电容的能量小于预设值后，关闭所述第五环路，以使所述第一开关管的VDS漏源极电压为0；导通所述第一环路，在所述初级绕组的漏感能量释放完毕后，所述输入单元再次为所述输出单元进行正反激供电。

进一步地，若所述正反激变换器包括第五环路，第六环路和第八环路，则所述正反激变换器的削峰储能和填谷的控制方法包括：在所述输入单元输入为正弦波高峰时，导通第六环路，以使所述正弦波峰值的多余能量存入第二电容；在所述输入单元输入为正弦波低谷时，导通第五环路或第八环路，由所述第二电容为所述输出单元供电。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储支持处理器执行上述第一方面中所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序。

在本发明实施例中，提供了一种正反激变换器包括输入单元，第一开关管，势能变换器，输出整流管，电感LP和输出单元，其中，所述势能变换器为电感或者变压器，若所述势能变换器为变压器，应至少包括初级绕组和次级绕组；在所述输入单元的输入类型为交流输入时，所述输出整流管包括正半周输出整流管和负半周输出整流管；所述输入单元分别与所述第一开关管和所述势能变换器相连接，形成第一环路；所述势能变换器、所述正半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第二环路；在所述输入单元的输入类型为交流输入时，所述势能变换器、所述负半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第三环路，达到了省去现有正反激变换器中的整流桥的目的，进而解决了现有的正反激变换器结构复杂、成本较高的问题，从而实现了简化正反激变换器的结构和降低正反激变换器的成本的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种正反激变换器的示意图；

图2为本发明实施例提供的正反激变换器漏感回收示意图；

图3为本发明实施例提供的正反激变换器多路输出的示意图；

图4为本发明实施例提供的正反激变换器填谷输出的示意图；

图5为本发明实施例提供的正反激变换器反激升压的示意图；

图6为本发明实施例提供的第七环路输入电感储能的示意图；

图7为本发明实施例提供的第八环路中第二电容为电感储能的示意图；

图8为本发明实施例提供的正反激变换器次级升降压的示意图；

图9为本发明实施例提供的直流输入正反激变换器的示意图；

图10为本发明实施例提供的交流输入正反激变换器的示意图；

图11为本发明实施例提供的正反激变换器的工作模态示意图；

图12为本发明实施例提供的正反激变换器为输出单元供电的示意图；

图13为本发明实施例提供的正反激变换器漏感回收的正半周模态的示意图；

图14为本发明实施例提供的正反激变换器高PF削峰填谷模态的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种正反激变换器的实施例，如图1所示的正反激变换器包括：输入单元，第一开关管，势能变换器，输出整流管，电感LP和输出单元，其中，所述势能变换器为电感或者变压器，若所述势能变换器为变压器，应至少包括初级绕组和次级绕组；在所述输入单元的输入类型为交流输入时，所述输出整流管包括正半周输出整流管和负半周输出整流管；

所述输入单元分别与所述第一开关管和所述势能变换器相连接，形成第一环路；

所述势能变换器、所述正半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第二环路；

在所述输入单元的输入类型为交流输入时，所述势能变换器、所述负半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第三环路。

如图1所示，第一开关管K1分别与势能变换器T1的初级绕组和输入单元相连接，正半周输出整流管D1分别与势能变换器T1的次级绕组和电感LP相连接，负半周输出整流管D1分别与势能变换器T1的次级绕组和电感LP相连接，输出单元分别与电感LP和势能变换器T1相连接。

在本发明实施例中，提供了一种正反激变换器，包括输入单元，第一开关管，势能变换器，输出整流管，电感LP和输出单元。其中，所述势能变换器为电感或者变压器，若所述势能变换器为变压器，应至少包括初级绕组和次级绕组；所述输出整流管包括正半周输出整流管和负半周输出整流管；所述输入单元分别与所述第一开关管和所述势能变换器相连接，形成第一环路；所述势能变换器、所述正半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第二环路；所述势能变换器、所述负半周输出整流管、电感和所述输出单元，形成第三环路，达到了省去现有正反激变换器中的整流桥的目的，进而解决了现有的正反激变换器结构复杂、成本较高的问题，从而实现了简化正反激变换器的结构和降低正反激变换器的成本的技术效果。

需要说明的是，上述的输入单元的类型包括以下至少一种：交流输入，直流输入，波动电压输入，输入电容和电池。

在本发明实施例中，如图2所示，所述正反激变换器还包括：峰值吸收电容C1，第二开关管KF和第一电容EP，其中，所述峰值吸收电容分别与所述输入单元IN和所述第二开关管KF相连接，所述第二开关管KF分别与所述第一开关管K1和所述峰值吸收电容相连接，所述第一电容EP分别与所述电感LP和所述次级绕组相连接；

所述峰值吸收电容、第二开关管和所述初级绕组形成第四环路。

在本发明实施例中，如图3所示，所述输出单元包括至少一路输出，其中，所述至少一路输出包括：第二电容EP串联第一反向二极管DP，或，第三电容VOUT2或VOUT3串联第三开关管KOUT2或KOUT3。

在本发明实施例中，在第二环路和第三环路上增加多个输出电容，并在输出电容上串一二极管或者开关管形成多路输出变换器。

在本发明实施例中，如图4和图5所示，若所述至少一路输出包括第二电容串联第一反向二极管，则所述正反激变换器还包括：第四开关管KP1，其中，所述第四开关管分别与所述电感的输入端、所述第一反向二极管的输出端和所述第二电容的输入端相连接；

所述第二电容、所述第四开关管、电感和所述输出单元形成第五环路；

所述第二电容、所述输出整流管、电感和所述次级绕组形成第六环路。

在本发明实施例中，如果至少一路输出包括第二电容EP串联第一反向二极管DP，则为第二电容EP添加第四开关管KP1，第四开关管KP1电连接到正半周整流管和电感输入端，将第二电容EP、第四开关管KP1和输出单元电连接形成第五环路(即填谷输出环路)。第二电容EP、第四开关管KP1、输出整流管D1和D2和势能变换单元T1的次级绕组电连接形成第六环路(即反激升压环路)。

在本发明实施例中，如图6和图7所示，所述正反激变换器还包括：第五开关管KB，其中，所述第五开关管分别与所述电感的输出端和所述次级绕组相连接；

所述次级绕组、所述输出整流管、所述电感和所述第五开关管形成第七环路；

所述第二电容、所述第四开关管、所述电感和所述第五开关管形成第八环路。

在本发明实施例中，通过增加第五开关管KB实现升压输出。次级绕组、输出整流管D1和D2、电感LP和第五开关管KB形成第七环路；输出电容EP、第四开关管KP1、电感LP和第五开关管KB形成第八环路。第七环路和第八环路也可以称为储能升压环路。

在本发明实施例中，如图8所示，所述正反激变换器还包括：输入电容EC1，第二二极管DD，第六开关管KD1、第七开关管KD2和第八开关管KP，其中，所述输入电容EC1与所述输入单元并联连接，所述第六开关管KD1用于代替所述正半周输出整流管D1，所述第七开关管KD2用于代替所述负半周输出整流管D2，所述第八开关管KP用于代替所述第一反向二极管DP，所述第二二极管DD分别与所述第七开关管KD2和所述次级绕组相连接。

需要说明的是，在本发明实施例中，正反激变换器中各个环路可以根据实际需求进行任意组合，各环路上元件可以调整位置。

通过利用第六开关管KD1代替正半周输出整流管D1，利用第七开关管KD2代替负半周输出整流管D2和利用第八开关管KP代替第一反向二极管DP，能够有效提升正反激变换器的效率。

另外，各环路上根据需要添加元件，例如，增加第二二极管DD、EMC元件、多路输出模块等，增加第二二极管DD可以用来升压续流。

如图9所示，所述输入单元的输入类型为直流输入时，所述负半周输出整流管与所述输出单元相连接。

如图10所示，所述输入单元的输入类型为直流输入时，导通第一环路，正激能量通过正半周输出整流管D1传输到输出单元和电感LP，然后关闭第一环路，电感LP续流的同时变压器中的励磁能量和漏感能量反激升压直接为输出单元供电。

所述输入单元的类型为交流输入时，所述输入单元与和所述初级绕组相连接，变压器等效于隔离整流桥。

输入单元的类型为交流输入时，需要长期导通第一环路，由于势能变换器电感量大，因此感抗大，能量往次级走，次级有正反方向二极管导通，等效于变换器为隔离整流桥。

下面将对上述的正反激变换器的工作过程进行说明。

如图11所示，导通第一环路后，打开第二环路和第三环路中与所述第一环路相位相同的环路，输入单元直接给输出单元供电；同时将所述变换器次级绕组与所述输出单元电压之间的差额能量存储至LP电感；或在第一环路导通时，导通第七环路，将输入能量存入LP电感。

在所述第一环路关闭后，通过电感为输出单元供电，在电感退磁的同时实现变压器磁复位。

在输入单元的输入为低压时，通过以下任意以一种方式为输出单元供电：

1，通过次级绕组与电感叠压升压为输出单元供电。

2，将输出单元短路，以使能量存入电感后升压为输出单元供电。

3，将输入单元能量存入势能变换单元，以使势能变换单元通过反激升压为输出单元供电。

下面将对正反激变换器的漏感回收利用和ZVS零电压开关控制方法进行说明。

如图12所示，若正反激变换器包括第四环路，则在第一环路关闭后，导通第四环路，势能变换单元初级绕组的漏感能量反向升压为峰值吸收电容充电，且势能变换单元通过互感为输出单元供电。

在初级绕组的漏感能量释放完毕后，第四环路导通，以使峰值吸收电容为输出单元供电。在峰值吸收电容的能量小于预设值后，关闭第五环路。由于电感电流不能突变，峰值吸收电容给初级绕组释放的能量不能耦合到次级的漏感能量，使得初级绕组电压反压，从而使得第一开关管的VDS漏源极电压为0。

此时，导通第一环路，初级绕组能量释放完毕后，输入再次给输出正反激供电，周而复始。

下面对正反激变换器的削峰储能和填谷的控制方法进行说明。

如图13所示和图14所示，若正反激变换器包括第五环路，第六环路和第七环路，正反激变换器为了实现输入为高PF且输出低纹波。在输入单元输入为正弦波高峰时，导通第六环路，以使正弦波峰值的多余能量存入第二电容EP。

在输入单元输入为正弦波低谷时，导通第五环路或第八环路，由所述第二电容为输出单元供电。在本发明实施例提供的正反激变换器去整流桥，直接将输入和变换器连接，其输入正反波形通过次级连接两个换向串接的绕组实现同相位输出；且输入为高压期间直接正激输出，当输入为低压通过串联叠压或反激升压实现能量传递。在次级可以加上多路输出，取其中一路用来实现高PFC，在输入正弦波高峰时将多余能量存入PFC电容，在低谷时将能量填谷回输出环路，从而实现输入无桥堆且高PF，输出低纹波甚至多路输出的正反激变换器。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种正反激变换器的控制方法的实施例，上述的正反激变换器用于执行本发明实施例所提供的正反激变换器的控制方法，以下是本发明实施例提供的正反激变换器的控制方法的具体介绍。

该正反激变换器的控制方法包括：

步骤S102，在所述输入单元为高压时，第一环路导通后，打开第二环路和第三环路中与所述第一环路相位相同的环路，以使输入单元为输出单元供电；同时将所述变换器次级绕组与所述输出单元电压之间的差额能量存储至电感；

步骤S104，或在第一环路导通时，导通第七环路，将输入能量存入电感；

步骤S106，在所述第一环路关闭后，通过所述电感为所述输出单元供电，在所述电感退磁的同时实现变压器磁复位；

在所述输入单元的输入为低压时，通过以下任意以一种方式为所述输出单元供电：

步骤S108，通过次级绕组与电感叠压升压为所述输出单元供电；

步骤S110，将所述输出单元短路，以使能量存入所述电感后升压为所述输出单元供电；

步骤S112，将所述输入单元能量存入所述势能变换单元，以使所述势能变换单元通过反激升压为所述输出单元供电。

在本发明实施例中，正反激变换器通过在第一环路导通后，打开第二环路和第三环路中与所述第一环路相位相同的环路，以使输入单元为输出单元供电；将所述输入单元与所述输出单元中的输出电容之间的压差能量存储至电感，在所述输入单元的输入能量降低或所述输入单元关闭后，通过所述电感为所述输出单元供电；在所述输入单元的输入为低压时，则通过以下任意以一种方式为所述输出单元供电：通过次级绕组与电感叠压升压为所述输出单元供电；将所述输出单元短路，以使所述输出单元输出的能量存入所述电感后升压为所述输出单元供电；将所述输出单元输出的能量存入所述势能变换单元，以使所述势能变换单元通过反激升压为所述输出单元供电，实现了输入单元在输入正反波形后，通过次级连接两个换向串接的绕组实现同相位输出，并在输入单元的输入为高压时直接正激输出，当输入单元的输入为低压时通过串联叠压或反激升压实现能量传递的技术效果。

优选的，若所述正反激变换器包括第四环路，则所述正反激变换器的漏感回收利用和ZVS零电压开关控制方法包括：在所述第一环路关闭后，导通所述第四环路，所述势能变换单元的初级绕组的漏感能量反向升压为峰值吸收电容充电，且所述势能变换单元通过互感为所述输出单元供电；在所述初级绕组的漏感能量释放完毕后，所述第四环路导通，以使所述峰值吸收电容为所述输出单元供电；在所述峰值吸收电容的能量小于预设值后，关闭所述第五环路，以使所述第一开关管的VDS漏源极电压为0；导通所述第一环路，在所述初级绕组的漏感能量释放完毕后，所述输入单元再次为所述输出单元进行正反激供电。

优选的，若所述正反激变换器包括第五环路，第六环路和第七环路，则所述正反激变换器的削峰储能和填谷的控制方法包括：在所述输入单元输入为正弦波高峰时，导通第六环路以使所述正弦波峰值的多余能量存入第二电容；在所述输入单元输入为正弦波低谷时，通过导通第五环路或第八环路，由所述第二电容为所述输出单元供电。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，又例如，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通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所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，在本发明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。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。