CN220915162U - 功率变换器及电源装置 - Google Patents

Abstract

本申请适用于功率变换器技术领域，提供了一种功率变换器及电源装置，上述功率变换器包括第一开关模块、第二开关模块、第一储能模块和第二储能模块。第一开关模块分别与第二开关模块、第一储能模块、第二储能模块和交流源的第一端电连接，交流源的第二端与第一储能模块电连接，第二储能模块分别与第二开关模块和负载电连接。本申请中功率变换器在工作过程中，根据第一开关模块和第二开关模块的导通和断开实现电流的正反向切换，使能量在第一储能模块和第二储能模块之间有效地流动和转换，使输出的电压等于负载所需的电压，为负载供电。无需将交流源输出的电压先进行升压处理后再进行降压处理，避免了能量浪费，减少了功率损耗，提高了系统效率。

Description

功率变换器及电源装置

技术领域

本申请属于功率变换器技术领域，尤其涉及一种功率变换器及电源装置。

背景技术

功率变换器作为现代电力供应系统中重要的组成部分，广泛应用于电源装置，以满足各种设备和电子产品的电源需求。现有的功率变换器一般由前级Boost无桥功率因数校正电路(Power Factor Correction，PFC)和后级LLC(Low Inductance LowCapacitance)DC-DC变换器构成。然而，前级采用升压电路将交流电压转换为直流母线电压，后级采用LLC DC-DC变换器再将较高的直流母线电压转换为较低的直流输出电压。在升压和降压的整个过程会产生较多的功率损耗，系统效率低。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种功率变换器及电源装置，可以解决现有的功率变换器前级采用升压电路且后级采用DC-DC降压电路导致的功率损耗大的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种功率变换器，包括第一开关模块、第二开关模块、第一储能模块和第二储能模块；

所述第一开关模块分别与所述第二开关模块、所述第一储能模块、所述第二储能模块和交流源的第一端电连接，所述交流源的第二端与所述第一储能模块电连接，所述第二储能模块分别与所述第二开关模块和负载电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一开关模块包括第一二极管和第一开关管，所述第一二极管的阳极用于分别与所述交流源的第一端和所述第二开关模块电连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一开关管的漏极和所述第二储能模块电连接，所述第一开关管的源极分别与所述第一储能模块和所述第二开关模块电连接，所述第一开关管的栅极用于与控制模块电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二开关模块包括第二二极管和第二开关管，所述第二二极管的阴极用于分别与所述交流源的第一端和所述第一开关模块电连接，所述第二二极管的阳极分别与所述第二开关管的源极和所述第二储能模块电连接，所述第二开关管的漏极分别与所述第一储能模块和所述第一开关模块电连接，所述第二开关管的栅极用于与控制模块电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一储能模块包括第一电感，所述第一电感的第一端用于与所述交流源的第二端电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关模块和所述第二开关模块电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二储能模块包括第一变压器、第三二极管、第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述第一开关模块电连接，所述第一变压器的初级线圈的第一端与所述第一电容的第二端电连接，所述第一变压器的初级线圈的第二端与所述第二开关模块电连接，所述第一变压器的次级线圈的第一端与所述第三二极管的阳极电连接，所述第二电容的第一端分别与所述第三二极管的阴极和所述负载电连接，所述第二电容的第二端分别与所述第一变压器的次级线圈的第二端和所述负载电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二储能模块还与所述第一储能模块电连接，所述第二储能模块包括第一储能单元和第二储能单元，所述第一储能单元分别与所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第一储能模块、所述第二储能单元和所述负载电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一储能单元包括第三电容、第四电容、第二电感和第四二极管，所述第三电容的第一端与所述第一开关模块电连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二电感的第一端和所述第四二极管的阳极电连接，所述第四电容的第一端分别与所述第四二极管的阴极和所述负载电连接，所述第四电容的第二端分别与所述第二电感的第二端、所述第二储能单元和所述负载电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二储能单元包括第五电容、第六电容、第三电感和第五二极管，所述第五电容的第一端与所述第二开关模块电连接，所述第五电容的第二端分别与所述第三电感的第一端和所述第五二极管的阴极电连接，所述第六电容的第一端分别与所述第五二极管的阳极和所述负载电连接，所述第六电容的第二端分别与所述第三电感的第二端、所述第一储能单元和所述负载电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二储能模块还与所述第一储能模块电连接，所述第二储能模块包括第二变压器、第三变压器、第七电容、第八电容、第九电容、第六二极管和第七二极管；

所述第七电容的第一端与所述第一开关模块电连接，所述第二变压器的初级线圈的第一端与所述第七电容的第二端电连接，所述第二变压器的初级线圈的第二端分别与所述第一开关模块、所述第一储能模块、所述第二开关模块和所述第三变压器的初级线圈的第一端电连接，所述第二变压器的次级线圈的第一端与所述第六二极管的阳极电连接，所述第九电容的第一端分别与所述第六二极管的阴极、所述第七二极管的阴极和所述负载电连接，所述第九电容的第二端分别与所述第二变压器的次级线圈的第二端、所述第三变压器的次级线圈的第二端和所述负载电连接，所述第八电容的第一端与所述第二开关模块电连接，所述第八电容的第二端与所述第三变压器的初级线圈的第二端电连接，所述第三变压器的次级线圈的第一端与所述第七二极管的阳极电连接。

在第二方面，本申请实施例提供了一种电源装置，包括控制模块和第一方面任一项所述的功率变换器，所述控制模块与所述功率变换器中的第一开关模块和第二开关模块电连接。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例提供的功率变换器，包括第一开关模块、第二开关模块、第一储能模块和第二储能模块。当交流源的第一端输出电流，第一开关模块和所述第二开关模块均处于导通状态时，第一储能模块用于储能，第二储能模块用于释放能量为负载供电。当交流源的第一端输出电流，第一开关模块处于断开状态且第二开关模块处于导通状态时，第一储能模块用于释放能量为第二储能模块和负载供电。当交流源的第二端输出电流，第一开关模块和第二开关模块处于导通状态时，第一储能模块用于储能，第二储能模块用于释放能量为负载供电。当交流源的第二端输出电流，第一开关模块处于导通状态且第二开关模块处于断开状态时，第一储能模块用于释放能量为第二储能模块和负载供电。

综上所述，本申请实施例提供的功率变换器在工作过程中，根据第一开关模块和第二开关模块的导通和断开实现电流的正反向切换，从而使能量在第一储能模块和第二储能模块之间有效地流动和转换，使输出的电压等于负载所需的电压，为负载供电。无需将交流源输出的电压先进行升压处理后再进行降压处理，避免了能量的浪费。因此，本申请提供的功率变换器可以解决现有的功率变换器中前级升压电路和后级DC-DC降压电路所导致的功率损耗大的问题，减少了功率的损耗，提高了系统的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的功率变换器的电路连接示意图；

图2是本申请一实施例提供的功率变换器的原理框图；

图3是本申请一实施例提供的功率变换器的电路连接示意图；

图4是本申请另一实施例提供的功率变换器的电路连接示意图；

图5是本申请另一实施例提供的功率变换器的电路连接示意图；

图6是本申请一实施例提供的控制策略的原理框图；

图7是本申请一实施例提供的功率变换器的工作波形图。

图中：10、功率变换器；101、第一开关模块；102、第二开关模块；103、第一储能模块；104、第二储能模块；1041、第一储能单元；1042、第二储能单元；20、负载。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

如图1所示，现有的功率变换器主要包括前级Boost升压电路和后级LLCDC-DC变换器。其中，前级Boost升压电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第一开关管S1、第一开关管S1的体二极管DS1、第二开关管S2和第二开关管S2的体二极管DS2，后级LLC DC-DC变换器包括第三开关管S3、第三开关管S3的体二极管DS3、第四开关管S4、第四开关管S4的体二极管DS4、第三电容C3、第四电容C4、第三电感L3、第一变压器T1、第五二极管D5和第六二极管D6。

具体的，图1所示的现有的功率变换器的工作原理如下：当交流源AC的第一端(正极)输出电流，即交流源AC输出正半周电流，第一开关管S1高频开关工作，第二开关管S2一直处于断开状态。当第一开关管S1处于导通状态时，交流源AC、第一电感L1、第一开关管S1和第二二极管D2形成导通回路，此时，第一电感L1存储能量；当第一开关管S1处于断开状态时，第一电感L1、第三二极管D3、第一电容C1、第二电容C2、第二二极管D2和交流源AC形成导通回路，此时，存储在第一电感L1中的能量释放到直流母线。当交流源AC的第二端(负极)输出电流，即交流源AC输出负半周电流，第二开关管S2高频开关工作，第一开关管S1一直处于断开状态。当第二开关管S2处于导通状态时，交流源AC、第二电感L2、第二开关管S2和第一二极管D1形成导通回路，此时，第二电感L2存储能量；当第二开关管S2处于断开状态时，第二电感L2、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和交流源AC形成导通回路，此时，存储在第二电感L2中的能量释放到直流母线。

由此可知，前级升压电路将交流源AC输出的交流电压转换为直流母线电压，再经过后级DC-DC变换器将较高的直流母线电压转换为较低的直流输出电压。在升压和降压的整个过程会产生较多的功率损耗，系统效率低。同时，现有的功率变换器采用前级和后级两级变换器使用的元器件较多，导致电源装置的成本高、体积大。

基于上述问题，本申请实施例提供的功率变换器，包括第一开关模块、第二开关模块、第一储能模块和第二储能模块。第一开关模块分别与第二开关模块、第一储能模块、第二储能模块和交流源的第一端电连接，交流源的第二端与第一储能模块电连接，第二储能模块分别与第二开关模块和负载电连接。

当交流源的第一端输出电流，第一开关模块和所述第二开关模块均处于导通状态时，第一储能模块用于储能，第二储能模块用于释放能量为负载供电。当交流源的第一端输出电流，第一开关模块处于断开状态且第二开关模块处于导通状态时，第一储能模块用于释放能量为第二储能模块和负载供电。当交流源的第二端输出电流，第一开关模块和第二开关模块处于导通状态时，第一储能模块用于储能，第二储能模块用于释放能量为负载供电。当交流源的第二端输出电流，第一开关模块处于导通状态且第二开关模块处于断开状态时，第一储能模块用于释放能量为第二储能模块和负载供电。

综上所述，本申请实施例提供的功率变换器在工作过程中，根据第一开关模块和第二开关模块的导通和断开实现电流的正反向切换，从而使能量在第一储能模块和第二储能模块之间有效地流动和转换，使输出的电压等于负载所需的电压，为负载供电。无需将交流源输出的电压先进行升压处理后再进行降压处理，避免了能量的浪费。因此，本申请提供的功率变换器可以解决现有的功率变换器中前级升压电路和后级DC-DC降压电路所导致的功率损耗大的问题，减少了功率的损耗，提高了系统的效率。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图2示出了本申请一实施例提供的功率变换器10的原理框图。参见图2所示，功率变换器10包括第一开关模块101、第二开关模块102、第一储能模块103和第二储能模块104。第一开关模块101分别与第二开关模块102、第一储能模块103、第二储能模块104和交流源AC的第一端电连接，交流源AC的第二端与第一储能模块103电连接，第二储能模块104分别与第二开关模块102和负载20电连接。

具体的，当交流源AC的第一端输出电流，第一开关模块101和第二开关模块102均处于导通状态时，第一储能模块103用于储能，第二储能模块104用于释放能量为负载20供电。当交流源AC的第一端输出电流，第一开关模块101处于断开状态且第二开关模块102处于导通状态时，第一储能模块103用于释放能量为第二储能模块104和负载20供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关模块101和第二开关模块102处于导通状态时，第一储能模块103用于储能，第二储能模块104用于释放能量为负载20供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关模块101处于导通状态且第二开关模块102处于断开状态时，第一储能模块103用于释放能量为第二储能模块104和负载20供电。

综上所述，本申请实施例提供的功率变换器10在工作过程中，根据第一开关模块101和第二开关模块102的导通和断开实现电流的正反向切换，从而使能量在第一储能模块103和第二储能模块104之间有效地流动和转换，使输出的电压等于负载20所需的电压，为负载20供电。无需将交流源AC输出的电压先进行升压处理后再进行降压处理，避免了能量的浪费。因此，本申请提供的功率变换器10可以解决现有的功率变换器10中前级升压电路和后级DC-DC降压电路所导致的功率损耗大的问题，减少了功率的损耗，提高了系统的效率。

与此同时，针对现有的功率变换器10采用前级和后级两级变换器使用的元器件较多，导致电源装置的成本高、体积大的问题，本申请实施例提供的功率变换器10无需采用两级变换器为负载20供电，减少了元器件的使用，进而降低了电源装置的成本，减小了电源装置的体积。

需要说明的是，交流源AC的第一端可以为交流源AC的正极，交流源AC的第二端可以为交流源AC的负极，交流源AC的正极输出的电流为正半周电流，交流源AC的负极输出的电流为负半周电流。

需要说明的是，本申请实施例提供的功率变换器10为单端主电感变换器(Single-Ended Primary Inductor Converter，SEPIC)，与Boost升压变换电路固有升压特性相较而言，SEPIC电路既可以升压、也可以降压，且容易实现变压器隔离并便于获得隔离型高效率单级功率变换器10，同时SEPIC电路还具有防浪涌冲击能力，在启动和过载情况下具有内在限流特性，减少了电磁干扰。

在本申请的一个实施例中，如图3所示，第一开关模块101包括第一二极管D1和第一开关管S1，第一二极管D1的阳极用于分别与交流源AC的第一端和第二开关模块102电连接，第一二极管D1的阴极分别与第一开关管S1的漏极和第二储能模块104电连接，第一开关管S1的源极分别与第一储能模块103和第二开关模块102电连接，第一开关管S1的栅极用于与控制模块电连接。

具体的，第一二极管D1起单向导通作用，当交流源AC的第一端输出电流时，电流流经第一二极管D1、第一开关管S1和第一储能模块103，流回交流源AC的第二端。在此过程中，第一二极管D1起到了单向导通的作用。第一二极管D1还起保护作用，避免在交流源AC的第二端输出电流时电流会逆向流经第一开关管S1，使第一开关管S1损坏。与此同时，第一二极管D1还可以避免能量回流和损耗，导致系统效率降低。

第一开关管S1作为开关器件，在电路中起到了控制电流流动的作用，通过控制第一开关管S1的导通和断开，可以实现电流在正半周和负半周之间的切换，从而控制电流的流向，实现能量在第一储能模块103和第二储能模块104之间的有效流动和转换。当第一开关管S1处于导通状态时，可以使交流源AC的第一端输出的电流流经第一储能模块103，使第一储能模块103储能。当第一开关管S1处于断开状态时，第一储能模块103用于释放能量为第二储能模块104和负载20供电。

需要说明的是，第一开关模块101还包括第一开关管S1的体二极管，第一开关管S1在其体二极管导通稍后再开通，能够实现零电压开通(ZVS)软开关工作和近似零电流开通(ZCS)软开关工作。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第一开关管S1的类型进行选取，即可以采用MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、GTO(门极关断晶闸管)等不同类型的半导体功率开关器件。例如，选取第一开关管S1为NMOS管。

在本申请的一个实施例中，如图3所示，第二开关模块102包括第二二极管D2和第二开关管S2，第二二极管D2的阴极用于分别与交流源AC的第一端和第一开关模块101电连接，第二二极管D2的阳极分别与第二开关管S2的源极和第二储能模块104电连接，第二开关管S2的漏极分别与第一储能模块103和第一开关模块101电连接，第二开关管S2的栅极用于与控制模块电连接。

具体的，第二二极管D2起单向导通作用，当交流源AC的第二端输出电流时，电流流经第一储能模块103、第二开关管S2和第二二极管D2，流回交流源AC的第一端。在此过程中，第二二极管D2起到了单向导通的作用。第二二极管D2还起保护作用，避免在交流源AC的第一端输出电流时电流会逆向流经第二开关管S2，使第二开关管S2损坏。与此同时，第二二极管D2还可以避免能量回流和损耗，导致系统效率降低。

第二开关管S2作为开关器件，在电路中起到了控制电流流动的作用，通过控制第二开关管S2的导通和断开，可以实现电流在正半周和负半周之间的切换，从而控制电流的流向，实现能量在第一储能模块103和第二储能模块104之间的有效流动和转换。当第二开关管S2处于导通状态时，可以使交流源AC的第二端输出的电流流经第一储能模块103，使第一储能模块103储能。当第二开关管S2处于断开状态时，第一储能模块103用于释放能量为第二储能模块104和负载20供电。

需要说明的是，第二开关模块102还包括第二开关管S2的体二极管，第二开关管S2在其体二极管导通稍后再开通，能够实现零电压开通(ZVS)软开关工作和近似零电流开通(ZCS)软开关工作。

示例性的，设计人员可以根据实际情况对第二开关管S2的类型进行选取，即可以采用MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、GTO(门极关断晶闸管)等不同类型的半导体功率开关器件。例如，选取第二开关管S2为NMOS管。

在本申请的一个实施例中，如图3所示，第一储能模块103包括第一电感L1，第一电感L1的第一端用于与交流源AC的第二端电连接，第一电感L1的第二端分别与第一开关模块101和第二开关模块102电连接。

具体的，第一电感L1作为储能器件，可以用于存储能量和释放能量。当交流源AC的第一端输出电流且第一开关管S1处于导通状态时，第一电感L1用于存储能量，当交流源AC的第二端输出电流且第二开关管S2处于导通状态时，第一电感L1用于存储能量。当第一开关管S1处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量为第二储能模块104和负载20供电，当第二开关管S2处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量为第二储能模块104和负载20供电。

在本申请的一个实施例中，如图3所示，第二储能模块104包括第一变压器T1、第三二极管D3、第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的第一端与第一开关模块101电连接，第一变压器T1的初级线圈的第一端与第一电容C1的第二端电连接，第一变压器T1的初级线圈的第二端与第二开关模块102电连接，第一变压器T1的次级线圈的第一端与第三二极管D3的阳极电连接，第二电容C2的第一端分别与第三二极管D3的阴极和负载20电连接，第二电容C2的第二端分别与第一变压器T1的次级线圈的第二端和负载20电连接。

具体的，第一变压器T1用于存储能量和释放能量，并用于隔离，使初级线圈的电路和次级线圈的电路实现电气隔离，此时功率变换器10为隔离型SEPIC AC/DC功率变换器10。第一电容C1和第二电容C2均作为储能元件，用于存储能量和释放能量，第三二极管D3起单向导通作用。

具体来说，当交流源AC的第一端(正极)输出电流(正半周电流)，第一开关管S1和第二开关管S2均处于导通状态时，交流源AC的第一端输出的电流流经第一二极管D1、第一开关管S1和第一电感L1，此时第一电感L1用于储能。同时，第一电容C1中的能量经第一开关管S1、第二开关管S2和第一变压器T1的初级线圈释放。由此，流经第一开关管S1的电流叠加上升。此过程中，第一变压器T1的初级线圈储能，第三二极管D3处于反向截止状态，第二电容C2为负载20(第一电阻R1)供电。当交流源AC的第一端输出电流，第一开关管S1处于断开状态，第二开关管S2处于导通状态时，第一电感L1用于释放能量，电流流经交流源AC、第一二极管D1、第一电容C1、第一变压器T1的初级线圈和第二开关管S2，此时第一电容C1用于储能。同时，第一变压器T1的次级线圈中的能量经第三二极管D3为第二电容C2和负载20(第一电阻R1)供电。

当交流源AC的第二端(负极)输出电流(负半周电流)，第一开关管S1和第二开关管S2均处于导通状态时，交流源AC的第二端输出的电流流经第一电感L1、第二开关管S2和第二二极管D2，此时第一电感L1用于储能。同时，第一电容C1中的能量经第一开关管S1、第二开关管S2和第一变压器T1的初级线圈释放。由此，流经第二开关管S2的电流叠加上升。此过程中，第一变压器T1的初级线圈储能，第三二极管D3处于反向截止状态，第二电容C2为负载20(第一电阻R1)供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关管S1处于导通状态，第二开关管S2处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量，电流流经第一开关管S1、第一电容C1、第一变压器T1的初级线圈、第二二极管D2和交流源AC，此时第一电容C1用于储能。同时，第一变压器T1的次级线圈中的能量经第三二极管D3为第二电容C2和负载20(第一电阻R1)供电。

在本申请的一个实施例中，如图4所示，第二储能模块104还与第一储能模块103电连接，第二储能模块104包括第一储能单元1041和第二储能单元1042，第一储能单元1041分别与第一开关模块101、第二开关模块102、第一储能模块103、第二储能单元1042和负载20电连接。

具体的，第一储能单元1041和第二储能单元1042均用于储能和释放能量，当交流源AC的第一端输出电流，第一开关模块101和第二开关模块102均处于导通状态时，第一储能模块103用于储能，第一储能单元1041用于释放能量为负载20(第二电阻R2)供电。当交流源AC的第一端输出电流，第一开关模块101处于断开状态且第二开关模块102处于导通状态时，第一储能模块103用于释放能量为第一储能单元1041和负载20(第二电阻R2)供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关模块101和第二开关模块102处于导通状态时，第一储能模块103用于储能，第二储能单元1042用于释放能量为负载20(第三电阻R3)供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关模块101处于导通状态且第二开关模块102处于断开状态时，第一储能模块103用于释放能量为第二储能单元1042和负载20(第三电阻R3)供电。

在本申请的一个实施例中，如图4所示，第一储能单元1041包括第三电容C3、第四电容C4、第二电感L2和第四二极管D4，第三电容C3的第一端与第一开关模块101电连接，第三电容C3的第二端分别与第二电感L2的第一端和第四二极管D4的阳极电连接，第四电容C4的第一端分别与第四二极管D4的阴极和负载20电连接，第四电容C4的第二端分别与第二电感L2的第二端、第二储能单元1042和负载20电连接。

具体的，第三电容C3、第四电容C4和第二电感L2均用于储能和释放能量，第四二极管D4起单向导通作用。当交流源AC的第一端(正极)输出电流(正半周电流)，第一开关管S1处于导通状态，第二开关管S2处于断开状态时，交流源AC的第一端输出的电流流经第一二极管D1、第一开关管S1和第一电感L1，此时第一电感L1用于储能。同时，第三电容C3中的能量经第一开关管S1和第二电感L2释放。由此，流经第一开关管S1的电流叠加上升。此过程中，第二电感L2用于储能，第四二极管D4处于反向截止状态，第四电容C4为负载20(第二电阻R2)供电。当交流源AC的第一端输出电流，第一开关管S1和第二开关管S2均处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量，电流流经交流源AC、第一二极管D1、第三电容C3和第四二极管D4，为第四电容C4和负载20(第二电阻R2)供电。同时，存储在第二电感L2的能量经第四二极管D4给第四电容C4和负载20(第二电阻R2)供电。由此，流经第四二极管D4的电流正向下降。

在本申请的一个实施例中，如图4所示，第二储能单元1042包括第五电容C5、第六电容C6、第三电感L3和第五二极管D5，第五电容C5的第一端与第二开关模块102电连接，第五电容C5的第二端分别与第三电感L3的第一端和第五二极管D5的阴极电连接，第六电容C6的第一端分别与第五二极管D5的阳极和负载20电连接，第六电容C6的第二端分别与第三电感L3的第二端、第一储能单元1041和负载20电连接。

具体的，第五电容C5、第六电容C6和第三电感L3均用于储能和释放能量，第五二极管D5起单向导通作用。当交流源AC的第二端(负极)输出电流(负半周电流)，第一开关管S1处于断开状态，第二开关管S2处于导通状态时，交流源AC的第二端输出的电流流经第一电感L1、第二开关管S2和第二二极管D2，此时第一电感L1用于储能。同时，第五电容C5中的能量经第三电感L3和第二开关管S2释放。由此，流经第二开关管S2的电流叠加上升。此过程中，第三电感L3用于储能，第五二极管D5处于反向截止状态，第六电容C6为负载20(第三电阻R3)供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关管S1和第二开关管S2均处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量，电流流经第六电容C6(和负载20第三电阻R3)、第五二极管D5、第五电容C5、第二二极管D2和交流源AC为第六电容C6和负载20(第三电阻R3)供电。同时，存储在第三电感L3的能量经第五二极管D5给第六电容C6和负载20(第三电阻R3)供电。由此，流经第五二极管D5的电流正向下降。

需要说明的是，图4中在负载20第二电阻R2和负载20第三电阻R3上构成了两路输出电压，同时，第一二极管D1和第二二极管D2分别在交流源AC输出正半周电流和负半周电流连续导通工作。因此，可以使用普通低速二极管替换第一二极管D1和第二二极管D2，这种二极管的结电容较大，可以内在起到共模滤波的作用，使功率变换器10的共模电磁干扰较低。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，第二储能模块104还与第一储能模块103电连接，第二储能模块104包括第二变压器T2、第三变压器T3、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第六二极管D6和第七二极管D7。

第七电容C7的第一端与第一开关模块101电连接，第二变压器T2的初级线圈的第一端与第七电容C7的第二端电连接，第二变压器T2的初级线圈的第二端分别与第一开关模块101、第一储能模块103、第二开关模块102和第三变压器T3的初级线圈的第一端电连接，第二变压器T2的次级线圈的第一端与第六二极管D6的阳极电连接，第九电容C9的第一端分别与第六二极管D6的阴极、第七二极管D7的阴极和负载20电连接，第九电容C9的第二端分别与第二变压器T2的次级线圈的第二端、第三变压器T3的次级线圈的第二端和负载20电连接，第八电容C8的第一端与第二开关模块102电连接，第八电容C8的第二端与第三变压器T3的初级线圈的第二端电连接，第三变压器T3的次级线圈的第一端与第七二极管D7的阳极电连接。

具体的，第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第二变压器T2和第三变压器T3均用于存储能量和释放能量。第六二极管D6和第七二极管D7均用于单向导通作用。当交流源AC的第一端(正极)输出电流(正半周电流)，第一开关管S1处于导通状态，第二开关管S2处于断开状态时，交流源AC的第一端输出的电流流经第一二极管D1、第一开关管S1和第一电感L1，此时第一电感L1用于储能。同时，第七电容C7中的能量经第一开关管S1和第二变压器T2的初级线圈释放。由此，流经第一开关管S1的电流叠加上升。此过程中，第二变压器T2的初级线圈用于储能，第六二极管D6处于反向截止状态，第九电容C9为负载20(第一电阻R1)供电。当交流源AC的第一端输出电流，第一开关管S1和第二开关管S2均处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量，电流流经交流源AC、第一二极管D1、第七电容C7和第二变压器T2的初级线圈，为第七电容C7供电，同时存储在第二变压器T2的次级线圈的能量经第六二极管D6为第九电容C9和负载20(第一电阻R1)供电。由此，流经第六二极管D6的电流正向下降。

当交流源AC的第二端(负极)输出电流(负半周电流)，第一开关管S1处于断开状态，第二开关管S2处于导通状态时，交流源AC的第二端输出的电流流经第一电感L1、第二开关管S2和第二二极管D2，此时第一电感L1用于储能。同时，第八电容C8中的能量经第三变压器T3的初级线圈和第二开关管S2释放。由此，流经第二开关管S2的电流叠加上升。此过程中，第三变压器T3的初级线圈用于储能，第七二极管D7处于反向截止状态，第九电容C9为负载20(第一电阻R1)供电。当交流源AC的第二端输出电流，第一开关管S1和第二开关管S2均处于断开状态时，第一电感L1用于释放能量，电流流经第三变压器T3的初级线圈、第八电容C8、第二二极管D2和交流源AC，为第八电容C8供电。同时，存储在第三变压器T3的次级线圈的能量经第七二极管D7给第九电容C9和负载20(第一电阻R1)供电。由此，流经第七二极管D7的电流正向下降。

需要说明的是，相较于图3，图5所示的功率变换器10使用两个二极管(第六二极管D6和第七二极管D7)和两个变压器(第二变压器T2和第三变压器T3)可以降低二极管与变压器的电流和热应力，从而均衡电源装置内部的热分布。

为了实现上述的工作过程，本申请采用的控制策略如图6所示，其中，PFC控制器实现功率因数校正的目的。输入电流检测用于对交流输入电流信号进行检测，并将交流输入电流信号传送至PFC控制器，输入电压检测用于对交流输入电压信号进行检测，并将交流输入电压信号传送至PFC控制器，输出电压检测用于对输出电压信号进行检测，并将输出电压信号传送至PFC控制器。PFC控制器接收到交流输入电压信号、交流输入电流和输出电压信号后，产生PFC控制信号传送至PWM调制器。同时，输入电压相位检测信号将相位信号传送至PWM调制器。PWM调制器内部的逻辑单元根据PFC控制器输出的控制信号和相位信号产生PWM脉冲信号。再经过驱动电路将第一驱动信号传送至第一开关管S1，将第二驱动信号传送至第二开关管S2，以实现对第一开关管S1和第二开关管S2的驱动。

需要说明的是，本申请还可以使用多种控制策略，如电流临界导通模式、电流连续导通模式、电流断续控制模式等。进一步地，固定导通时间控制模式、或单周期控制模式无需交流输入电压信号检测电路。进一步地，固定关断时间控制模式无需交流输入电流信号检测电路。

图7所示的主要工作波形中，Vac为交流输入电压，Iac为交流输入电流，Vo为直流输出电压。由图7可以看出，交流输入电流波形跟随交流输入电压波形的波形和相位，可以更好地实现功率因数为1的理想效果。同时，第一电感L1和第二电感L2的电流在每个开关周期的起始处均为0，因此这种控制策略为电流临界导通模式，电流临界导通模式有助于降低整流二极管的反向恢复损耗。如前所述，本申请提供的功率变换器10也可采用其他控制策略、也可工作于降压方式，在此不做限定。

本申请还公开了一种电源装置，包括上述的功率变换器10，为电源装置安装上述的功率变换器10可以减少功率的损耗，提高系统的效率。与此同时，还可以减少元器件的使用，降低电源装置的成本，减小电源装置的体积。

由于本实施例中电源装置所实现的处理及功能基本相应于前述功率变换器的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括第一开关模块、第二开关模块、第一储能模块和第二储能模块；

所述第一开关模块分别与所述第二开关模块、所述第一储能模块、所述第二储能模块和交流源的第一端电连接，所述交流源的第二端与所述第一储能模块电连接，所述第二储能模块分别与所述第二开关模块和负载电连接。

2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一开关模块包括第一二极管和第一开关管，所述第一二极管的阳极用于分别与所述交流源的第一端和所述第二开关模块电连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第一开关管的漏极和所述第二储能模块电连接，所述第一开关管的源极分别与所述第一储能模块和所述第二开关模块电连接，所述第一开关管的栅极用于与控制模块电连接。

3.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第二开关模块包括第二二极管和第二开关管，所述第二二极管的阴极用于分别与所述交流源的第一端和所述第一开关模块电连接，所述第二二极管的阳极分别与所述第二开关管的源极和所述第二储能模块电连接，所述第二开关管的漏极分别与所述第一储能模块和所述第一开关模块电连接，所述第二开关管的栅极用于与控制模块电连接。

4.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一储能模块包括第一电感，所述第一电感的第一端用于与所述交流源的第二端电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关模块和所述第二开关模块电连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二储能模块包括第一变压器、第三二极管、第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述第一开关模块电连接，所述第一变压器的初级线圈的第一端与所述第一电容的第二端电连接，所述第一变压器的初级线圈的第二端与所述第二开关模块电连接，所述第一变压器的次级线圈的第一端与所述第三二极管的阳极电连接，所述第二电容的第一端分别与所述第三二极管的阴极和所述负载电连接，所述第二电容的第二端分别与所述第一变压器的次级线圈的第二端和所述负载电连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二储能模块还与所述第一储能模块电连接，所述第二储能模块包括第一储能单元和第二储能单元，所述第一储能单元分别与所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第一储能模块、所述第二储能单元和所述负载电连接。

7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，所述第一储能单元包括第三电容、第四电容、第二电感和第四二极管，所述第三电容的第一端与所述第一开关模块电连接，所述第三电容的第二端分别与所述第二电感的第一端和所述第四二极管的阳极电连接，所述第四电容的第一端分别与所述第四二极管的阴极和所述负载电连接，所述第四电容的第二端分别与所述第二电感的第二端、所述第二储能单元和所述负载电连接。

8.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，所述第二储能单元包括第五电容、第六电容、第三电感和第五二极管，所述第五电容的第一端与所述第二开关模块电连接，所述第五电容的第二端分别与所述第三电感的第一端和所述第五二极管的阴极电连接，所述第六电容的第一端分别与所述第五二极管的阳极和所述负载电连接，所述第六电容的第二端分别与所述第三电感的第二端、所述第一储能单元和所述负载电连接。

9.根据权利要求1-4任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二储能模块还与所述第一储能模块电连接，所述第二储能模块包括第二变压器、第三变压器、第七电容、第八电容、第九电容、第六二极管和第七二极管；

所述第七电容的第一端与所述第一开关模块电连接，所述第二变压器的初级线圈的第一端与所述第七电容的第二端电连接，所述第二变压器的初级线圈的第二端分别与所述第一开关模块、所述第一储能模块、所述第二开关模块和所述第三变压器的初级线圈的第一端电连接，所述第二变压器的次级线圈的第一端与所述第六二极管的阳极电连接，所述第九电容的第一端分别与所述第六二极管的阴极、所述第七二极管的阴极和所述负载电连接，所述第九电容的第二端分别与所述第二变压器的次级线圈的第二端、所述第三变压器的次级线圈的第二端和所述负载电连接，所述第八电容的第一端与所述第二开关模块电连接，所述第八电容的第二端与所述第三变压器的初级线圈的第二端电连接，所述第三变压器的次级线圈的第一端与所述第七二极管的阳极电连接。

10.一种电源装置，其特征在于，包括控制模块和权利要求1-9任一项所述的功率变换器，所述控制模块与所述功率变换器中的第一开关模块和第二开关模块电连接。