一种削峰填谷变换器及其控制方法与流程

本发明涉及到变换器技术设备领域，尤其涉及到一种削峰填谷变换器及其控制方法。

背景技术：

1、随着数码产品的普及，一家需要多个电源，而市场上多路输出需要dc to dc二次转换，导致效率低；电源适配器中有高压电容，这会影响了电源的使用寿命，进而制造很多电子垃圾。

2、为了方便携带这一目的，现有电源适配器的功率密度要求越来越大，加上为了有效利用电网，很多产品需要高功率因数，比如led灯电源、75w以上的电源。而通过一级高pf实现输入输出能量的平衡，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，两次转换至少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，还会导致设备总的体积变大。

3、市场的常规单级pfc，由于电流和电压同相位，按照p＝u*i，这会导致输出电流有很大工频波动；

4、另一种方式是填谷式、无频闪单级pfc变换器，但是这种变换器在整流桥堆后面设置的pfc电容，在储能时间和储能大小上不好进行选择，并且难以进行有效的控制，再是pfc电容是在升压阶段就开始充电的，直到峰值90度截止，导致pf值无法做很高，实际使用效果相对较差、使用寿命不长；

5、还有一种是在针对绕组接整流管、串一个电容储能，这种结构由于自身控制方案的缺点，无法对储能电容的充电时间进行有效控制，同样会导致上升阶段电容截止储能，在到峰值90度后便无法储能，导致电流严重变形，无法做到高pf值，且电容电压只能等于输入电压加绕组电压，导致电压高寿命短。

6、因此，亟需一种能够解决以上一种或多种问题的变换器及对应的控制方法，其应当在具备削峰填谷功能的前提下，还具备较为精简的结构。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的一种或多种问题，本发明提供了一种削峰填谷变换器及其控制方法。本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种削峰填谷变换器，削峰填谷变换器包括：输入单元和输出单元，所述输出单元至少设置有一路输出；势能变换器，所述势能变换器为电感和/或变压器；削峰填谷单元，所述削峰填谷单元为电容和/或电池；

2、在所述输入单元的输入为反激或升压拓扑时，所述输入单元、所述削峰填谷单元电连接形成第一环路；

3、在所述输入单元的输入为非反激或升压拓扑时，所述输入单元、所述势能变换器、所述削峰填谷单元电连接形成第一环路；

4、所述输出单元、所述势能变换器和所述削峰填谷单元电连接形成第二环路；

5、所述输出单元、所述势能变换器和所述输入单元电连接形成第三环路，所述输出单元与所述输入单元设置在同一侧或是单独一侧。

6、在一些实施例中，所述势能变换器的一端对地电连接有升压开关，所述输入单元、所述势能变换器和所述升压开关电连接形成第四环路；

7、所述削峰填谷单元、所述势能变换器和所述升压开关电连接形成第五环路，通过所述第四环路或所述第五环路执行升压。

8、在一些实施例中，，在所述第四环路和所述第五环路的基础上，所述势能变换器可电连接有第一续流二极管，所述第一续流二极管用于续流升压；

9、在所述第四环路和所述第五环路的基础上，所述输入单元的任意一端可电连接有开关，通过此开关进行所述输入单元的输出控制。

10、在一些实施例中，所述输入单元包括：交流输入、直流输入、电容输入、变换器输入中的任意一种或多种；

11、所述变换器输入包括：升压变换器、降压变换器、正激变换器、反激变换器、llc混合反激变换器、lc变换器和正反激变换器中的任意一种或多种，所述lc变换器内设置有谐振电容。

12、在一些实施例中，所述削峰填谷变换器内的二极管可替换成开关管；所述削峰填谷变换器内的开关可采用无寄生二极管的开关管和/或两个反向连接的开关管；所述削峰填谷变换器内可电连接有emc元器件和/或多路输出模块；

13、在所述输入单元为自适应式输入电压时，若所述输入单元为变换器，则所述削峰填谷单元可置于到所述势能变换器之前。

14、以及一种移动电源，所述移动电源中设置有上述的削峰填谷变换器，所述削峰填谷变换器内的势能变换器作为升降压电感和输出dc to dc多路输出转化电感；

15、在移动电源中应用时，多路输出端与输入端设置在同侧处或是非同侧处。

16、以及削峰填谷变换器的控制方法，在输入单元的输入值≥预设输入峰值时，导通第一环路将多余的峰值能量存储到削峰填谷单元内；

17、在输入单元的输入值≤预设输入低谷值时，导通第二环路将所述削峰填谷单元内存储的能量释放到输出单元；

18、在所述输出单元需要供电时，导通第三环路给所述输出单元升压或降压供电；

19、在使用时，所述控制方法单独应用于削峰填谷变换器或是削峰填谷变换器与其他变换器组合应用，以实现高pf值和能量平衡。

20、在一些实施例中，若所述输入单元的电压低于所述输出单元的电压，则先导通第四环路，然后导通所述第二环路或所述第三环路串联升压供电给所述输出单元；

21、在所述输出单元需要高pf值输出或低纹波输出时，若所述削峰填谷单元的电压低于所述输出单元的电压，则先导通第五环路，再导通所述第二环路或所述第三环路串联升压供电给所述输出单元，在导通所述第三环路时，所述输入单元和所述势能变换器串联升压供电给所述输出单元。

22、在导通所述第四环路或所述第五环路后，在导通所述第二环路时，所述势能变换器和所述削峰填谷单元串联升压供电给所述输出单元。

23、在一些实施例中，无桥正反激变换器内设置有变压器，在所述输入单元为无桥正反激变换器时，若变压器的次级绕组电压大于输出单元电压，在无桥正反激变换器的输入导通后，次级同相位的环路导通给输出供电，并将次级环路减去输出电压后的差额能量存入到势能变换器内，在无桥正反激变换器的输入关闭后，所述势能变换器续流放电给输出；

24、若变压器的次级绕组电压小于输出单元电压，则采用以下任意一种或多种方式进行处理：

25、s1，变压器的输出绕组与所述势能变换器串联，并升压给输出供电；

26、s2，变压器的输出绕组和所述势能变换器反激升压给输出供电；

27、s3，先将变压器的输出绕组内的能量存储到所述势能变换器中，然后升压给输出供电。

28、在一些实施例中，lc变换器内设置有变压器，在所述输入单元为lc变换器时，谐振形成的zvs零电压和部分zcs零电流开关控制为：

29、t10，导通所述第一环路后，lc变换器的输入端给变压器和谐振电容充电，在变压器即将退磁完成的时候关闭所述第一环路或是依据次级负载的需要提前关闭所述第一环路；

30、t11，在所述第一环路关闭后，变压器剩余的能量形成反激电压，在所述第二环路控制端的两端电压接近0时，导通所述第二环路，然后剩余能量以及漏感反向升压继续给谐振电容充电，直到变压器内的能量释放完毕，然后谐振电容开始给变压器释放能量，直到谐振电容的能量释放完毕，然后关闭所述第二环路，或是依据次级负载需求提前或延后关闭所述第二环路；

31、t20，在第二环路关闭后，变压器的励磁和漏感能量使得变压器的初级绕组电压再次反转，所述第一环路控制端的两端电压接近0时，再次导通所述第一环路；

32、在输入为交流电时，正负半周的控制原理相同。

33、本发明取得的有益价值是：本发明通过将输入单元、输出单元、势能变换器、削峰填谷单元以及其他相应的元器件连接组成削峰填谷变换器，在输入高压的时候，将多余的峰值能量存储到削峰填谷单元内，并在低谷的时候将存储的能量释放到环路中进行填谷，以满足输出的需求，结合上述对应的控制方法实现输入输出的动态平衡，使得输出能够取得低纹波的效果，并且能够取得输入为高pf值的效果。

34、本技术所公开的削峰填谷变换器在应用在移动电源中时，能够只用一个电感lp(势能变换器)即可实现同时充电和多路输出。

35、本技术应用在lc变换器、正反激变换器和正极变换器中时，势能变换器(电感lp)可以起到正向分压、削峰填谷高pf和dc to dc升降压中的复用用途，能够有效节省设备空间和制造成本，再是能够将pfc电容后置，进而降低pfc电容的耐压(能够采用60v以内的贴片电容或固态电容，相对常规高压400v以上pfc电解电容，其使用寿命更长)。