CN103618461A - 一种桥式变换电路的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥式变换电路的控制方法及控制装置，所述控制方法包括：采样桥式变换电路的输入电压Vp，根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号，根据所述模式选择信号输出相应的驱动控制信号至所述桥式变换电路的控制端，控制所述桥式变换电路的工作模式或工作状态，其中，所述桥式变换电路的工作模式包括全桥模式和半桥模式。本发明中，桥式变换电路的输入范围可以达到两级变换器的输入范围，能够实现半桥和全桥的自由切换，节省了元件，降低了成本，提高了效率，此外，在模式切换时，防止在临界点反复切换，以保证电路的相对稳定工作。

Description

一种桥式变换电路的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种DCDC变换技术，尤其涉及一种桥式变换电路的控制方法及控制装置。

背景技术

光伏发电系统的应用越来越广泛，由于安全及某些太阳电池板自身的特性，某些场合要求使用的光伏逆变器（PV，photovoltaic）输入与电网间必须隔离。常用方式有工频隔离和高频隔离，由于工频变压器体积大，成本高，高频隔离方案更有优势。

对客户而言，光伏逆变器的输入电压范围越宽，太阳能电池板选型越方便。为扩大输入电压范围，现有高频隔离光伏逆变器DC部分通常采用两级结构，比如boost+移相全桥电路，或buck+推挽变换器。采用这种拓扑可以扩大输入电压范围，一般输入范围扩展为150V-600V。但由于DC部分采用两级结构，将增加系统成本和降低效率。为什么在宽输入范围时DC部分要采用两级变换呢？这里以全桥高频隔离变换器为例加以说明。为适应后级逆变电路需要，次级输出母线电压通常设置为400V，对全桥变换器而言，输出电压和输入电压的关系式为：V_bus＝nV_P·D，式中D为开关管导通时间与开关周期之比，数值小于1。n为变压器初级绕组匝数与次级绕组匝数之比，这样为使输入电压在150V时，次级输出电压仍能达到400V，通常将匝比设为3，这样最大占空比为0.9左右。若将范围设的很宽，如将最高输入电压设为600V，这样在输入电压为600V时，不考虑由于变压器漏感引起的尖峰电压，次级整流管承受的反向电压为：V_RRM＝n·V_PV，代入计算可得反向电压为1800V，实际电路中还要考虑漏感引起的尖峰电压，实际值将比1800V还要大许多，这样电压等级，二极管选型是不可能的，因此要么降低输入电压范围，要么采用两级拓扑。采用两次拓扑，比如boost+移相全桥电路，boost输入电压较低时工作，将输入电压提升，以使移相全桥电路的输入电压范围变窄。比如输入电压范围仍是150V-600V，可以在150V-400V的范围内使boost工作，将电压提升为400V，这样对移相全桥电路而言，输入电压范围就变为400V-600V，可以解决输出二极管反向峰值过高的问题。但这样做的缺点是增加了系统成本，降低了系统整体效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种桥式变换电路的控制方法及控制装置，来解决以上技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种桥式变换电路的控制方法，包括：

采样桥式变换电路的输入电压Vp；

根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号；

根据所述模式选择信号输出相应的驱动控制信号至所述桥式变换电路的控制端，控制所述桥式变换电路的工作模式；

其中，所述桥式变换电路的工作模式包括全桥模式和半桥模式。

优选的，所述根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的驱动控制信号，具体包括：

若所述桥式变换电路工作于全桥模式，判断此时输入电压Vp是否大于等于Vs+ΔV，若是，则生成控制所述桥式变换电路切换至半桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于全桥模式；

若桥式变换电路工作于半桥模式，判断此时输入电压Vp是否小于等于Vs-ΔV，若是，则生成控制桥式变换电路切换至全桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于半桥模式。

优选的，所述根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的驱动控制信号，还包括：

所述桥式变换电路启动时，判断此时输入电压Vp是否大于等于切换点电压Vs，若是，则生成控制桥式变换电路工作于半桥模式的驱动控制信号；否则，生成控制所述桥式变换电路工作于全桥模式的驱动控制信号。

优选的，所述采样桥式变换电路的输入电压Vp之前，还包括：预先设置所述桥式变换电路的切换点电压Vs和切换滞回差ΔV。

优选的，所述桥式变换电路包括初级桥式电路、高频变压器以及次级整流滤波电路；

所述初级桥式电路的输入端连接有光伏电源，所述初级桥式电路的输出端连接所述高频变压器的初级输入端，所述高频变压器的次级输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述次级整流滤波电路的输出端连接有逆变电路；

其中，所述高频变压器包括初级线圈和次级线圈；所述初级线圈提供第一初级输入端和第二初级输入端，第一初级输入端为初级线圈的正输入端，第二初级输入端为初级线圈的负输入端；所述次级线圈提供第一次级输出端和第二次级输出端，第一次级输出端为次级线圈的正输出端，第二次级输出端为次级线圈的负输出端。

优选的，所述初级桥式电路包括输入母线电容C2、均压电阻R1、均压电阻R2、电容C1、电容C4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6；

所述初级桥式电路的输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述电源正输入端分别连接输入母线电容C2的正极、均压电阻R1的第一端、电容C1的正极、开关管Q1的第一端以及开关管Q2的第一端，所述电源负输入端分别连接输入母线电容C2的负极、均压电阻R2的第二端、电容C4的负极、开关管Q3的第二端以及开关管Q4的第二端，均压电阻R1的第二端分别连接均压电阻R2的第一端、电容C1的负极、电容C4的正极以及开关管Q5的第一端，开关管Q5的第二端连接开关管Q6的第二端，开关管Q6的第一端连接开关管Q1的第二端、开关管Q3的第一端以及高频变压器的第一初级输入端；开关管Q2的第二端分别连接开关管Q4的第一端以及第二初级输入端；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端连接，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的控制端分别为所述桥式变换电路的驱动信号输入端；

所述桥式变换电路工作于全桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终断开，分别向开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4处于高频工作状态；开关管Q1和开关管Q3的驱动控制信号互补，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补，开关管Q4的驱动控制信号滞后于开关管Q1的驱动控制信号一个移相角，开关管Q2的驱动控制信号滞后于开关管Q3的驱动控制信号一个移相角；即，当开关管Q1导通时，此时开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3断开；开关管Q2导通时，此时开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4断开；

所述桥式变换电路工作于半桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终导通，开关管Q1和开关管Q3处于断开状态，分别向开关管Q2及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q2及开关管Q4处于高频工作状态，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补；即，当开关管Q2导通时，此时开关管Q4断开；开关管Q2断开时，此时开关管Q4导通；

其中，开关管导通，即开关管的第一端和第二端导通；开关管断开，即开关管的第一端和第二端不导通；开关管处于高频工作状态时，即开关管处于导通状态和断开状态的相互的快速切换的工作状态。

优选的，所述次级整流滤波电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电容C3；

所述第一次级输出端分别连接二极管D1的正极和二极管D3的负极，所述第二次级输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极以及电感L1的第一端，二极管D3的正极分别连接二极管D4的正极以及电容C3的负极，电感L1的第二端连接电容C3的正极；

其中，电容C3的正极和负极分别为所述桥式变换电路的正输出端和负输出端。

优选的，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4为MOS管、IGBT管或三极管，开关管Q5和开关管Q6为MOS管、IGBT管、三极管或继电器。

第二方面，本发明还提供一种桥式变换电路的控制装置，包括：

电压采样单元，用于采样桥式变换电路的输入电压Vp；

模式选择单元，用于根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号；

驱动控制单元，用于根据所述模式选择信号输出相应的驱动控制信号至桥式变换电路的控制端，控制所述桥式变换电路的工作模式；

其中，所述桥式变换电路的工作模式包括全桥模式和半桥模式。

优选的，所述用于根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号，具体包括：

若所述桥式变换电路工作于全桥模式，判断此时输入电压Vp是否大于等于Vs+ΔV，若是，则生成控制所述桥式变换电路切换至半桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于全桥模式；

若桥式变换电路工作于半桥模式，判断此时输入电压Vp是否小于等于Vs-ΔV，若是，则生成控制桥式变换电路切换至全桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于半桥模式。

优选的，所述用于根据桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的驱动控制信号，还包括：

所述桥式变换电路启动时，判断此时输入电压Vp是否大于等于切换点电压Vs，若是，则生成控制桥式变换电路工作于半桥模式的驱动控制信号；否则，生成控制所述桥式变换电路工作于全桥模式的驱动控制信号。

优选的，所述控制装置还包括切换点电压设置单元以及切换滞回差设置单元；

所述切换点电压设置单元用于设置所述桥式变换电路的切换点电压Vs；所述切换滞回差设置单元用于设置所述桥式变换电路的切换滞回差ΔV。

优选的，所述桥式变换电路包括初级桥式电路、高频变压器以及次级整流滤波电路；

所述初级桥式电路的输入端连接有光伏电源，所述初级桥式电路的输出端连接所述高频变压器的初级输入端，所述高频变压器的次级输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述次级整流滤波电路的输出端连接有逆变电路；

其中，所述高频变压器包括初级线圈和次级线圈；所述初级线圈提供第一初级输入端和第二初级输入端，第一初级输入端为初级线圈的正输入端，第二初级输入端为初级线圈的负输入端；所述次级线圈提供第一次级输出端和第二次级输出端，第一次级输出端为次级线圈的正输出端，第二次级输出端为次级线圈的负输出端。

优选的，所述初级桥式电路包括输入母线电容C2、均压电阻R1、均压电阻R2、电容C1、电容C4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6；

所述初级桥式电路的输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述电源正输入端分别连接输入母线电容C2的正极、均压电阻R1的第一端、电容C1的正极、开关管Q1的第一端以及开关管Q2的第一端，所述电源负输入端分别连接输入母线电容C2的负极、均压电阻R2的第二端、电容C4的负极、开关管Q3的第二端以及开关管Q4的第二端，均压电阻R1的第二端分别连接均压电阻R2的第一端、电容C1的负极、电容C4的正极以及开关管Q5的第一端，开关管Q5的第二端连接开关管Q6的第二端，开关管Q6的第一端连接开关管Q1的第二端、开关管Q3的第一端以及高频变压器的第一初级输入端；开关管Q2的第二端分别连接开关管Q4的第一端以及第二初级输入端；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端连接，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的控制端分别连接所述控制装置的驱动信号输出端；

所述桥式变换电路工作于全桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终断开，所述控制装置分别向开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4处于高频工作状态；开关管Q1和开关管Q3的驱动控制信号互补，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补，开关管Q4的驱动控制信号滞后于开关管Q1的驱动控制信号一个移相角，开关管Q2的驱动控制信号滞后于开关管Q3的驱动控制信号一个移相角；即，当开关管Q1导通时，此时开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3断开；开关管Q2导通时，此时开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4断开；

所述桥式变换电路工作于半桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终导通，开关管Q1和开关管Q3处于断开状态，所述控制装置分别向开关管Q2及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q2及开关管Q4处于高频工作状态，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补；即，当开关管Q2导通时，此时开关管Q4断开；开关管Q2断开时，此时开关管Q4导通；

其中，开关管导通，即开关管的第一端和第二端导通；开关管断开，即开关管的第一端和第二端不导通；开关管处于高频工作状态时，即开关管处于导通状态和断开状态的相互的快速切换的工作状态。

优选的，所述次级整流滤波电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电容C3；

所述第一次级输出端分别连接二极管D1的正极和二极管D3的负极，所述第二次级输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极以及电感L1的第一端，二极管D3的正极分别连接二极管D4的正极以及电容C3的负极，电感L1的第二端连接电容C3的正极；

其中，电容C3的正极和负极分别为所述桥式变换电路的正输出端和负输出端。

优选的，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4为MOS管、IGBT管或三极管，开关管Q5和开关管Q6为MOS管、IGBT管、三极管或继电器。

本发明的有益效果：本发明的桥式变换电路的输入范围可以达到两级变换器的输入范围，但功率变换是单级的，能够实现半桥和全桥的自由切换，在输入电压较低时，电路工作于全桥变换状态，而在输入电压较高时，电路切换到半桥变换状态。这样，在输入电压范围内，桥式变换电路只工作于一种单级变换器状态，节省了元件，降低了成本，提高了效率。此外，本发明中，在模式切换时，采用切换点电压Vs以及切换滞回差ΔV作为判断模式切换的条件，防止桥式变换电路在临界点附近工作时，进行模式的反复切换，以保证电路的相对稳定工作。

附图说明

图1为第一实施例的桥式变换电路的控制方法流程图。

图2为第一实施例的桥式变换电路的电路原理图。

图3为第二实施例的桥式变换电路的控制装置的结构原理图。

图4为第二实施例的桥式变换电路的应用场景图。

图中：10、控制装置；11、切换滞回差设置单元；12、切换点电压设置单元；13、电压采样单元；14、模式选择单元；15、驱动控制单元；16、启动单元；20、桥式变换电路；21、初级桥式电路；22、高频变压器；23、次级整流滤波电路；30、辅助电源；40、显示/操作界面；50、光伏电源；60、输入滤波器；70、全桥逆变器；80、输出滤波器；90、电网。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：

请参考图1，图1为第一实施例的桥式变换电路20的控制方法流程图。本实施例提出的桥式变换电路20的控制方法，包括：

S110、预先设置桥式变换电路20的切换点电压Vs和切换滞回差ΔV。

根据光伏电源50的输出电压确定桥式变换电路20的输入电压范围，如V1为桥式变换电路20的最低输入电压，V2为桥式变换电路20的最高输入电压，Vs为切换点电压，Vs介于V1和V2之间，切换滞回差ΔV小于V2-V1。

S120、启动桥式变换电路20。

S130、采样桥式变换电路20的输入电压Vp。

桥式变换电路20启动后，实时采样并获取桥式变换电路20的输入电压Vp。

S140、判断输入电压Vp是否大于等于切换点电压Vs。

在桥式变换电路20处于启动过程中或启动模式时，此时桥式变换电路20是不输出电压或功率的，此时，获取启动后第一次采用到的输入电压Vp，控制装置10会根据输入电压Vp以及预设的切换点电压Vs的关系生成相应的模式选择信号，并根据模式选择信号输出相应的驱动控制信号至桥式变换电路20的控制端，控制桥式变换电路20的工作模式或工作状态。

S150、如果是，控制桥式变换电路20工作于半桥模式。

桥式变换电路20的工作状态包括启动模式和工作模式，桥式变换电路20处于启动模式时，桥式变换电路20是不输出电压或功率；桥式变换电路20处于工作模式时，桥式变换电路20正常输出电压或功率。其中，工作模式包括全桥模式和半桥模式。当Vp≥Vs时，说明输入电压Vp偏高，控制桥式变换电路20工作于半桥模式，可以大幅度降低输出二极管反向电压，这样就可以扩大桥式变换电路20的输入电压范围，增加桥式变换电路20的适用范围。

S160、否则，控制桥式变换电路20工作于全桥模式。

当Vp≥Vs时，说明输入电压Vp不高，无需考虑输出二极管反向电压过高的问题，控制桥式变换电路20工作于全桥模式。

需要说明的是，在具体实施本技术方案时，步骤S150和步骤S160是没有先后顺序关系的，在执行步骤S150或步骤S160后，桥式变换电路20的整个启动流程完成；此外，在桥式变换电路20的启动过程中或启动完成后，始终执行步骤S130。

具体的，步骤S150之后还包括步骤S151。

S151、判断此时采样的桥式变换电路20的输入电压Vp是否小于等于Vs-ΔV。如果是，执行步骤S152，否则，执行步骤S153。

控制装置10根据桥式变换电路20当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号，并根据所述模式选择信号输出相应的驱动控制信号至桥式变换电路20的控制端，控制桥式变换电路20的工作模式或工作状态,。

S152、控制桥式变换电路20切换至全桥模式，跳至步骤S160。

S153、不切换工作模式，桥式变换电路20仍工作于半桥模式，跳至步骤S151。

步骤S160之后还包括步骤S161。

S161、判断此时采样的桥式变换电路20的输入电压Vp是否大于等于Vs+ΔV。

如果是，执行步骤S162，否则，执行步骤S163。

S162、控制桥式变换电路20切换至半桥模式，跳至步骤S150。

S163、不切换工作模式，桥式变换电路20仍工作于半桥模式，跳至步骤S161。

需要说明的是，在具体实施本技术方案时，步骤S152和步骤S153是没有先后顺序关系的，步骤S162和步骤S163是没有先后顺序关系的。

在输入电压较低时，电路工作于全桥变换状态，而在输入电压较高时，电路切换到半桥变换状态。这样，桥式变换电路20的输入范围可以达到两级变换器的输入范围。在输入电压范围内，桥式变换电路只工作于一种单级变换器状态，节省了元件，降低了成本，提高了效率。此外，本发明中，在模式切换时，采用切换点电压Vs以及切换滞回差ΔV作为判断模式切换的条件，防止桥式变换电路在临界点附近工作时，进行模式的反复切换，以保证电路的相对稳定工作

请参考图2，图2为第一实施例的桥式变换电路的电路原理图。

桥式变换电路20包括初级桥式电路21、高频变压器22以及次级整流滤波电路23。

初级桥式电路21的输入端连接有光伏电源50，初级桥式电路21的输出端连接高频变压器22的初级输入端，高频变压器22的次级输出端连接次级整流滤波电路23的输入端，次级整流滤波电路23的输出端连接有全桥逆变器70。

其中，高频变压器22包括初级线圈和次级线圈；初级线圈提供第一初级输入端和第二初级输入端，第一初级输入端为初级线圈的正输入端，即高频变压器22的第一引脚，第二初级输入端为初级线圈的负输入端，即高频变压器22的第二引脚；次级线圈提供第一次级输出端和第二次级输出端，第一次级输出端为次级线圈的正输出端，即高频变压器22的第三引脚，第二次级输出端为次级线圈的负输出端，即高频变压器22的第四引脚。

具体的，初级桥式电路21包括输入母线电容C2、均压电阻R1、均压电阻R2、电容C1、电容C4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6；

初级桥式电路21的输入端包括电源正输入端和电源负输入端，即PV+端以及PV-端，电源正输入端分别连接输入母线电容C2的正极、均压电阻R1的第一端、电容C1的正极、开关管Q1的第一端以及开关管Q2的第一端，电源负输入端分别连接输入母线电容C2的负极、均压电阻R2的第二端、电容C4的负极、开关管Q3的第二端以及开关管Q4的第二端，均压电阻R1的第二端分别连接均压电阻R2的第一端、电容C1的负极、电容C4的正极以及开关管Q5的第一端，开关管Q5的第二端连接开关管Q6的第二端，开关管Q6的第一端连接开关管Q1的第二端、开关管Q3的第一端以及高频变压器22的第一初级输入端；开关管Q2的第二端分别连接开关管Q4的第一端以及第二初级输入端；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端连接，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的控制端分别为桥式变换电路20的驱动信号输入端。

桥式变换电路20工作于全桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终断开，分别向开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4处于高频工作状态；开关管Q1和开关管Q3的驱动控制信号互补，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补，开关管Q4的驱动控制信号滞后于开关管Q1的驱动控制信号一个移相角，开关管Q2的的驱动控制信号滞后于开关管Q3的驱动控制信号一个移相角；即，当开关管Q1导通时，此时开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3断开；开关管Q2导通时，此时开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4断开。

在桥式变换电路20工作于全桥模式时，若检测到输入电压Vp大于等于Vs+ΔV时，向桥式变换电路20的驱动信号输入端发出驱动控制信号，使桥式变换电路20的工作模式从全桥模式切换至半桥模式。

桥式变换电路20工作于半桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终导通，开关管Q1和开关管Q3处于断开状态，分别向开关管Q2及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q2及开关管Q4处于高频工作状态，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补；即，当开关管Q2导通时，此时开关管Q4断开；开关管Q2断开时，此时开关管Q4导通。

在桥式变换电路20工作于半桥模式时，若检测到输入电压Vp小于等于Vs-ΔV时，向桥式变换电路20的驱动信号输入端发出驱动控制信号，使桥式变换电路20的工作模式从半桥模式切换至全桥模式。

其中，开关管导通，即开关管的第一端和第二端导通；开关管断开，即开关管的第一端和第二端不导通；开关管处于高频工作状态时，即开关管处于导通状态和断开状态的相互的快速切换的工作状态。

桥式变换电路20工作于半桥模式时，高频变压器22的初级电压为Vp/2，即为输入电压的一半，这时，高频变压器22的次级输出端的次级整流滤波电路23的输入电压就较小；桥式变换电路20工作于全桥模式时，高频变压器22的初级电压为Vp。

更具体的，次级整流滤波电路23包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电容C3；

第一次级输出端分别连接二极管D1的正极和二极管D3的负极，第二次级输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极以及电感L1的第一端，二极管D3的正极分别连接二极管D4的正极以及电容C3的负极，电感L1的第二端连接电容C3的正极；

电容C3的正极和负极分别为桥式变换电路20的正输出端和负输出端。

其中，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4为MOS管、IGBT管或三极管，开关管Q5和开关管Q6为MOS管、IGBT管、三极管或继电器。

实施例二：

请参考图3，图3为第二实施例的桥式变换电路的控制装置的结构原理图。本实施例提出的桥式变换电路20的控制装置10，包括电压采样单元13、模式选择单元14、驱动控制单元15、切换滞回差设置单元11、切换点电压设置单元12以及启动单元16。

其中，电压采样单元13用于采样桥式变换电路20的输入电压Vp；模式选择单元14用于根据桥式变换电路20当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号；驱动控制单元15用于根据模式选择信号输出相应的驱动控制信号至桥式变换电路20的控制端，控制桥式变换电路的工作模式或工作状态；切换点电压设置单元12用于设置桥式变换电路20的切换点电压Vs；切换滞回差设置单元11用于设置桥式变换电路20的切换滞回差ΔV。

桥式变换电路20的工作状态包括启动模式以及工作模式，其中，工作模式又包括全桥模式和半桥模式。

具体的，驱动控制单元15根据模式选择信号输出相应的驱动控制信号至桥式变换电路20的控制端，控制桥式变换电路20的工作模式或工作状态，具体包括：

当模式选择单元14检测到桥式变换电路20工作于全桥模式，模式选择单元14进而判断此时输入电压Vp是否大于等于Vs+ΔV，若是，模式选择单元14发出半桥模式选择信号至驱动控制单元15，驱动控制单元15根据半桥模式选择信号控制发至桥式变换电路20的控制端的驱动控制信号，控制桥式变换电路20切换至半桥模式；否则，模式选择单元14不发出半桥模式选择信号或继续发出全桥模式选择信号至驱动控制单元15，驱动控制单元15不改变当前输出的驱动控制信号，不切换桥式变换电路20的工作模式，桥式变换电路20仍工作于全桥模式。

当模式选择单元14检测到桥式变换电路20工作于半桥模式，模式选择单元14进而判断此时输入电压Vp是否小于等于Vs-ΔV，若是，模式选择单元14发出全桥模式选择信号至驱动控制单元15，驱动控制单元15根据全桥模式选择信号控制发至桥式变换电路20的控制端的驱动控制信号，控制桥式变换电路20切换至全桥模式；否则，模式选择单元14不发出全桥模式选择信号或继续发出半桥模式选择信号至驱动控制单元15，驱动控制单元15不改变当前输出的驱动控制信号，不切换桥式变换电路20的工作模式，桥式变换电路20仍工作于半桥模式。

当模式选择单元14检测到桥式变换电路20处于启动模式或刚开始启动时，模式选择单元14进而判断此时输入电压Vp是否大于等于切换点电压Vs，若是，模式选择单元14发出半桥模式选择信号至驱动控制单元15，驱动控制单元15根据半桥模式选择信号控制发至桥式变换电路20的控制端的驱动控制信号，控制桥式变换电路20工作于半桥模式；否则，模式选择单元14发出全桥模式选择信号至驱动控制单元15，驱动控制单元15根据全桥模式选择信号控制发至桥式变换电路20的控制端的驱动控制信号，控制桥式变换电路20工作于全桥模式。

请参考图2，桥式变换电路20包括初级桥式电路21、高频变压器22以及次级整流滤波电路23。

初级桥式电路21的输入端连接有光伏电源50，初级桥式电路21的输出端连接高频变压器22的初级输入端，高频变压器22的次级输出端连接次级整流滤波电路23的输入端，次级整流滤波电路23的输出端连接有全桥逆变器70。

其中，高频变压器22包括初级线圈和次级线圈；初级线圈提供第一初级输入端和第二初级输入端，第一初级输入端为初级线圈的正输入端，即高频变压器22的第一引脚，第二初级输入端为初级线圈的负输入端，即高频变压器22的第二引脚；次级线圈提供第一次级输出端和第二次级输出端，第一次级输出端为次级线圈的正输出端，即高频变压器22的第三引脚，第二次级输出端为次级线圈的负输出端，即高频变压器22的第四引脚。

具体的，初级桥式电路21包括输入母线电容C2、均压电阻R1、均压电阻R2、电容C1、电容C4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6；

初级桥式电路21的输入端包括电源正输入端和电源负输入端，即PV+端以及PV-端，电源正输入端分别连接输入母线电容C2的正极、均压电阻R1的第一端、电容C1的正极、开关管Q1的第一端以及开关管Q2的第一端，电源负输入端分别连接输入母线电容C2的负极、均压电阻R2的第二端、电容C4的负极、开关管Q3的第二端以及开关管Q4的第二端，均压电阻R1的第二端分别连接均压电阻R2的第一端、电容C1的负极、电容C4的正极以及开关管Q5的第一端，开关管Q5的第二端连接开关管Q6的第二端，开关管Q6的第一端连接开关管Q1的第二端、开关管Q3的第一端以及高频变压器22的第一初级输入端；开关管Q2的第二端分别连接开关管Q4的第一端以及第二初级输入端；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端连接，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的控制端分别为桥式变换电路20的驱动信号输入端或控制装置10的驱动信号输出端。

桥式变换电路20工作于全桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终断开，分别向开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4处于高频工作状态；开关管Q1和开关管Q3的驱动控制信号互补，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补，开关管Q4的驱动控制信号滞后于开关管Q1的驱动控制信号一个移相角，开关管Q2的的驱动控制信号滞后于开关管Q3的驱动控制信号一个移相角；即，当开关管Q1导通时，此时开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3断开；开关管Q2导通时，此时开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4断开。

在桥式变换电路20工作于全桥模式时，若检测到输入电压Vp大于等于Vs+ΔV时，向桥式变换电路20的驱动信号输入端发出驱动控制信号，使桥式变换电路20的工作模式从全桥模式切换至半桥模式。

桥式变换电路20工作于半桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终导通，开关管Q1和开关管Q3处于断开状态，分别向开关管Q2及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q2及开关管Q4处于高频工作状态，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补；即，当开关管Q2导通时，此时开关管Q4断开；开关管Q2断开时，此时开关管Q4导通。

在桥式变换电路20工作于半桥模式时，若检测到输入电压Vp小于等于Vs-ΔV时，向桥式变换电路20的驱动信号输入端发出驱动控制信号，使桥式变换电路20的工作模式从半桥模式切换至全桥模式。

其中，开关管导通，即开关管的第一端和第二端导通；开关管断开，即开关管的第一端和第二端不导通；开关管处于高频工作状态时，即开关管处于导通状态和断开状态的相互的快速切换的工作状态。

桥式变换电路20工作于半桥模式时，高频变压器22的初级电压为Vp/2，即为输入电压的一般，这时，高频变压器22的次级输出端的次级整流滤波电路23的输入电压就较小；桥式变换电路20工作于全桥模式时，高频变压器22的初级电压为Vp。

更具体的，次级整流滤波电路23包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电容C3；

第一次级输出端分别连接二极管D1的正极和二极管D3的负极，第二次级输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极以及电感L1的第一端，二极管D3的正极分别连接二极管D4的正极以及电容C3的负极，电感L1的第二端连接电容C3的正极；

电容C3的正极和负极分别为桥式变换电路20的正输出端和负输出端。

其中，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4为MOS管、IGBT管或三极管，开关管Q5和开关管Q6为IGBT管、三极管或继电器。

请参考图4，图4为第二实施例的桥式变换电路20应用于光伏供电系统的应用场景图。

该光伏供电系统包括光伏电源50、输入滤波器60、桥式变换电路20、控制装置10、辅助电源30、显示/操作界面40、全桥逆变器70以及输出滤波器80。

其中，光伏电源50为太阳能电池板，用于将太阳光转换为电能，输出滤波器80的输出端连接电网90，用于为负载供电后或与电网90一起实现并网供电或卖电于电网90。

辅助电源30连接控制装置10，用于为控制装置10提供工作电源；显示/操作界面40与控制装置10实现相互通信，用于显示控制装置10的工作状态，此外，显示/操作界面40连接启动单元16，可用于控制控制装置10的启动或关闭，进而控制桥式变换电路20的启动和关闭。

输入滤波器60和输出滤波器80分别用于对光伏电源50的输入信号和全桥逆变器70的输出信号进行滤波，消除信号中的噪音部分，使光伏电源50输出到电网90的电能更加稳定，全桥逆变器70用于将直流电转化为交流电提供给电网90。

可以看到，本实施例的桥式变换电路20的输入范围可以达到两级变换器的输入范围，但功率变换是单级的，能够实现半桥和全桥的自由切换，在输入电压较低时，电路工作于全桥变换状态，而在输入电压较高时，电路切换到半桥变换状态。这样，在输入电压范围内，桥式变换电路20只工作于一种单级变换器状态，节省了元件，降低了成本，提高了效率。此外，在模式切换时，采用切换点电压Vs以及切换滞回差ΔV作为判断模式切换的条件，防止桥式变换电路20在临界点附近工作时，进行模式的反复切换，以保证电路的相对稳定工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种桥式变换电路的控制方法，其特征在于，包括：

采样桥式变换电路的输入电压Vp；

根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号；

根据所述模式选择信号输出相应的驱动控制信号至所述桥式变换电路的控制端，控制所述桥式变换电路的工作模式；

其中，所述桥式变换电路的工作模式包括全桥模式和半桥模式。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的驱动控制信号，具体包括：

若所述桥式变换电路工作于全桥模式，判断此时输入电压Vp是否大于等于Vs+ΔV，若是，则生成控制所述桥式变换电路切换至半桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于全桥模式；

若桥式变换电路工作于半桥模式，判断此时输入电压Vp是否小于等于Vs-ΔV，若是，则生成控制桥式变换电路切换至全桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于半桥模式。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的驱动控制信号，还包括：

所述桥式变换电路启动时，判断此时输入电压Vp是否大于等于切换点电压Vs，若是，则生成控制桥式变换电路工作于半桥模式的驱动控制信号；否则，生成控制所述桥式变换电路工作于全桥模式的驱动控制信号。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述采样桥式变换电路的输入电压Vp之前，还包括：预先设置所述桥式变换电路的切换点电压Vs和切换滞回差ΔV。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述桥式变换电路包括初级桥式电路、高频变压器以及次级整流滤波电路；

所述初级桥式电路的输入端连接有光伏电源，所述初级桥式电路的输出端连接所述高频变压器的初级输入端，所述高频变压器的次级输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述次级整流滤波电路的输出端连接有逆变电路；

其中，所述高频变压器包括初级线圈和次级线圈；所述初级线圈提供第一初级输入端和第二初级输入端，第一初级输入端为初级线圈的正输入端，第二初级输入端为初级线圈的负输入端；所述次级线圈提供第一次级输出端和第二次级输出端，第一次级输出端为次级线圈的正输出端，第二次级输出端为次级线圈的负输出端。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述初级桥式电路包括输入母线电容C2、均压电阻R1、均压电阻R2、电容C1、电容C4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6；

所述初级桥式电路的输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述电源正输入端分别连接输入母线电容C2的正极、均压电阻R1的第一端、电容C1的正极、开关管Q1的第一端以及开关管Q2的第一端，所述电源负输入端分别连接输入母线电容C2的负极、均压电阻R2的第二端、电容C4的负极、开关管Q3的第二端以及开关管Q4的第二端，均压电阻R1的第二端分别连接均压电阻R2的第一端、电容C1的负极、电容C4的正极以及开关管Q5的第一端，开关管Q5的第二端连接开关管Q6的第二端，开关管Q6的第一端连接开关管Q1的第二端、开关管Q3的第一端以及高频变压器的第一初级输入端；开关管Q2的第二端分别连接开关管Q4的第一端以及第二初级输入端；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端连接，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的控制端分别为所述桥式变换电路的驱动信号输入端；

所述桥式变换电路工作于全桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终断开，分别向开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4处于高频工作状态；开关管Q1和开关管Q3的驱动控制信号互补，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补，开关管Q4的驱动控制信号滞后于开关管Q1的驱动控制信号一个移相角，开关管Q2的驱动控制信号滞后于开关管Q3的驱动控制信号一个移相角；即，当开关管Q1导通时，此时开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3断开；开关管Q2导通时，此时开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4断开；

所述桥式变换电路工作于半桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终导通，开关管Q1和开关管Q3处于断开状态，分别向开关管Q2及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q2及开关管Q4处于高频工作状态，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补；即，当开关管Q2导通时，此时开关管Q4断开；开关管Q2断开时，此时开关管Q4导通；

其中，开关管导通，即开关管的第一端和第二端导通；开关管断开，即开关管的第一端和第二端不导通；开关管处于高频工作状态时，即开关管处于导通状态和断开状态的相互的快速切换的工作状态。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述次级整流滤波电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电容C3；

所述第一次级输出端分别连接二极管D1的正极和二极管D3的负极，所述第二次级输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极以及电感L1的第一端，二极管D3的正极分别连接二极管D4的正极以及电容C3的负极，电感L1的第二端连接电容C3的正极；

其中，电容C3的正极和负极分别为所述桥式变换电路的正输出端和负输出端。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4为MOS管、IGBT管或三极管，开关管Q5和开关管Q6为MOS管、IGBT管、三极管或继电器。

9.一种桥式变换电路的控制装置，其特征在于，包括：

电压采样单元，用于采样桥式变换电路的输入电压Vp；

模式选择单元，用于根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号；

驱动控制单元，用于根据所述模式选择信号输出相应的驱动控制信号至桥式变换电路的控制端，控制所述桥式变换电路的工作模式；

其中，所述桥式变换电路的工作模式包括全桥模式和半桥模式。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述用于根据所述桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的模式选择信号，具体包括：

若所述桥式变换电路工作于全桥模式，判断此时输入电压Vp是否大于等于Vs+ΔV，若是，则生成控制所述桥式变换电路切换至半桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于全桥模式；

若桥式变换电路工作于半桥模式，判断此时输入电压Vp是否小于等于Vs-ΔV，若是，则生成控制桥式变换电路切换至全桥模式的驱动控制信号；否则，不切换所述桥式变换电路的工作模式，所述桥式变换电路仍工作于半桥模式。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述用于根据桥式变换电路当前的工作模式、输入电压Vp、预设的切换点电压Vs以及预设的切换滞回差ΔV生成相应的驱动控制信号，还包括：

所述桥式变换电路启动时，判断此时输入电压Vp是否大于等于切换点电压Vs，若是，则生成控制桥式变换电路工作于半桥模式的驱动控制信号；否则，生成控制所述桥式变换电路工作于全桥模式的驱动控制信号。

12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，还包括切换点电压设置单元以及切换滞回差设置单元；

所述切换点电压设置单元用于设置所述桥式变换电路的切换点电压Vs；所述切换滞回差设置单元用于设置所述桥式变换电路的切换滞回差ΔV。

13.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述桥式变换电路包括初级桥式电路、高频变压器以及次级整流滤波电路；

所述初级桥式电路的输入端连接有光伏电源，所述初级桥式电路的输出端连接所述高频变压器的初级输入端，所述高频变压器的次级输出端连接所述次级整流滤波电路的输入端，所述次级整流滤波电路的输出端连接有逆变电路；

其中，所述高频变压器包括初级线圈和次级线圈；所述初级线圈提供第一初级输入端和第二初级输入端，第一初级输入端为初级线圈的正输入端，第二初级输入端为初级线圈的负输入端；所述次级线圈提供第一次级输出端和第二次级输出端，第一次级输出端为次级线圈的正输出端，第二次级输出端为次级线圈的负输出端。

14.根据权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述初级桥式电路包括输入母线电容C2、均压电阻R1、均压电阻R2、电容C1、电容C4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6；

所述初级桥式电路的输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述电源正输入端分别连接输入母线电容C2的正极、均压电阻R1的第一端、电容C1的正极、开关管Q1的第一端以及开关管Q2的第一端，所述电源负输入端分别连接输入母线电容C2的负极、均压电阻R2的第二端、电容C4的负极、开关管Q3的第二端以及开关管Q4的第二端，均压电阻R1的第二端分别连接均压电阻R2的第一端、电容C1的负极、电容C4的正极以及开关管Q5的第一端，开关管Q5的第二端连接开关管Q6的第二端，开关管Q6的第一端连接开关管Q1的第二端、开关管Q3的第一端以及高频变压器的第一初级输入端；开关管Q2的第二端分别连接开关管Q4的第一端以及第二初级输入端；开关管Q5的控制端和开关管Q6的控制端连接，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的控制端分别连接所述控制装置的驱动信号输出端；

所述桥式变换电路工作于全桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终断开，所述控制装置分别向开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4处于高频工作状态；开关管Q1和开关管Q3的驱动控制信号互补，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补，开关管Q4的驱动控制信号滞后于开关管Q1的驱动控制信号一个移相角，开关管Q2的驱动控制信号滞后于开关管Q3的驱动控制信号一个移相角；即，当开关管Q1导通时，此时开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3断开；开关管Q2导通时，此时开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4断开；

所述桥式变换电路工作于半桥模式时，开关管Q5及开关管Q6始终导通，开关管Q1和开关管Q3处于断开状态，所述控制装置分别向开关管Q2及开关管Q4的控制端输出高频的驱动控制信号，使开关管Q2及开关管Q4处于高频工作状态，开关管Q2和开关管Q4的驱动控制信号互补；即，当开关管Q2导通时，此时开关管Q4断开；开关管Q2断开时，此时开关管Q4导通；

其中，开关管导通，即开关管的第一端和第二端导通；开关管断开，即开关管的第一端和第二端不导通；开关管处于高频工作状态时，即开关管处于导通状态和断开状态的相互的快速切换的工作状态。

15.根据权利要求14所述的控制装置，其特征在于，所述次级整流滤波电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电容C3；

所述第一次级输出端分别连接二极管D1的正极和二极管D3的负极，所述第二次级输出端分别连接二极管D2的正极和二极管D4的负极，二极管D1的负极分别连接二极管D2的负极以及电感L1的第一端，二极管D3的正极分别连接二极管D4的正极以及电容C3的负极，电感L1的第二端连接电容C3的正极；

其中，电容C3的正极和负极分别为所述桥式变换电路的正输出端和负输出端。

16.根据权利要求15所述的控制装置，其特征在于，开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3及开关管Q4为MOS管、IGBT管或三极管，开关管Q5和开关管Q6为MOS管、IGBT管、三极管或继电器。

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