CN111355381A - 一种双向桥式谐振变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双向桥式谐振变换器，包括：第一端，第二端，包含第一线圈和第二线圈的变压电路，连接第一端的第一桥式电路，连接第二端的第二桥式电路，连接第一桥式电路和第一线圈的第一谐振电路，连接第二桥式电路和第二线圈的第二谐振电路；其中，第一端用作电源输入时，第一桥式电路用作开关电路，第一谐振电路处于导通工作状态，第二谐振电路处于被短路状态，第二桥式电路用作整流电路，第二端用于提供电源输出；第二端用作电源输入时，第二桥式电路用作开关电路，第二谐振电路处于导通工作状态，第一谐振电路处于被短路状态，第一桥式电路用作整流电路，第一端提供电源输出。实施本发明能够提高产品的功率密度，同时成本低，变换效率高。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种双向桥式谐振变换器。
背景技术
电池的充放电应用越来越广泛，传统的电源只能满足能量单向流动，充电和放电是分开去实现的。而双向变换器正是基于充放电技术一体化以减小产品的体积，降低整体成本。双向变换器可以大大提升功率密度，但是对于在不同的应用场合，设计参数的匹配要求非常高，这无疑对设计灵活性的要求带来巨大挑战。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述技术缺陷，提供一种一种双向桥式谐振变换器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双向桥式谐振变换器，包括：第一端，第二端，包含第一线圈和第二线圈的变压电路，连接所述第一端的第一桥式电路，连接所述第二端的第二桥式电路，连接所述第一桥式电路和所述变压电路的第一线圈的第一谐振电路，连接所述第二桥式电路和所述变压电路的第二线圈的第二谐振电路；
其中，
在所述第一端用作电源输入时，所述第一桥式电路用作开关电路，所述第一谐振电路处于导通工作状态，所述第二谐振电路处于被短路状态，所述第二桥式电路用作整流电路，所述第二端用于提供电源输出；
在所述第二端用作电源输入时，所述第二桥式电路用作开关电路，所述第二谐振电路处于导通工作状态，所述第一谐振电路处于被短路状态，所述第一桥式电路用作整流电路，所述第一端提供电源输出。
优选地，所述第一谐振电路包括：用于提供谐振的第一谐振单元和与所述第一谐振单元并联连接的第一旁路单元；
其中，所述第一旁路单元在接收第一控制信号时关断，所述第一谐振电路为导通工作状态；所述第一旁路单元在接收第二控制信号时导通，所述第一谐振电路为被短路状态。
优选地，
所述第一谐振单元包括第一电感和第一电容；所述第一电感和所述第一电容串联连接后，一端连接所述第一桥式电路，另一端连接所述变压电路的第一线圈；
和/或
所述第一旁路单元包括第一控制开关，所述第一控制开关的第一端连接所述第一桥式电路，所述第一控制开关的第二端连接所述变压电路的第一线圈，所述第一控制开关的控制端用于接收所述第一控制信号或所述第二控制信号。
优选地，所述第一控制开关包括第一继电器开关，所述第一继电器开关的第一触点连接所述第一桥式电路，所述第一继电器开关的第二触点连接所述变压电路的第一线圈，所述第一继电器开关的线圈用于接收所述第一控制信号或所述第二控制信号。
优选地，所述第二谐振电路包括：用于提供谐振的第二谐振单元和与所述第二谐振单元并联连接的第二旁路单元；
其中，所述第二旁路单元在接收第三控制信号时关断，所述第二谐振电路为导通工作状态，所述第二旁路单元在接收第四控制信号时导通，所述第二谐振电路为被短路状态。
优选地，所述第二谐振单元包括第二电感和第二电容；所述第二电感和所述第二电容串联连接后，一端连接所述第二桥式电路，另一端连接所述变压电路的第二线圈；
和/或
所述第二旁路单元包括第二控制开关，所述第二控制开关的第一端连接所述第二桥式电路，所述第二控制开关的第二端连接所述变压电路的第二线圈，所述第一控制开关的控制端用于接收所述第三控制信号或所述第四控制信号。
优选地，所述第二控制开关包括第二继电器开关，所述第二继电器开关的第一触点连接所述第二桥式电路，所述第二继电器开关的第二触点连接所述变压电路的第二线圈，所述第二继电器开关的线圈用于接收所述第三控制信号或所述第四控制信号。
优选地，所述第一桥式电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管的第一管脚和所述第二开关管的第一管脚分别连接所述第一端，所述第一开关管的第二管脚和所述第三开关管的第一管脚分别连接所述第一谐振电路，所述第二开关管的第二管脚与所述第四开关管的第一管脚分别连接所述变压电路的第一线圈，所述第三开关管的第二管脚与所述第四开关管的第二管脚均接地；
和/或
所述第二桥式电路包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；所述第五开关管的第一管脚和所述第六开关管的第一管脚分别连接所述第二端，所述第五开关管的第二管脚和所述第七开关管的第一管脚分别连接所述变压电路的第二线圈，所述第六开关管的第二管脚与所述第八开关管的第一管脚分别连接所述第二谐振电路，所述第五开关管的第二管脚与所述第八开关管的第二管脚均接地。
优选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管分别为MOS管；和/或
所述第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管分别为MOS管。
实施本发明的一种双向桥式谐振变换器，具有以下有益效果：能够提高产品的功率密度，同时成本低，变换效率高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种双向桥式谐振变换器的逻辑框图；
图2是本发明的一种具体应用逻辑框图；
图3是本发明一种双向桥式谐振变换器的一实施例电路原理图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，在本发明的一种双向桥式谐振变换器一实施例中，包括：第一端110，第二端170，包含第一线圈141和第二线圈142的变压电路140，连接第一端的第一桥式电路120，连接第二端的第二桥式电路160，连接第一桥式电路120和变压电路140的第一线圈141的第一谐振电路130，连接第二桥式电路160和变压电路140的第二线圈142的第二谐振电路150；其中，在第一端用作电源输入时，第一桥式电路120用作开关电路，第一谐振电路130处于导通工作状态，第二谐振电路150处于被短路状态，第二桥式电路160用作整流电路，第二端用于提供电源输出；在第二端用作电源输入时，第二桥式电路160用作开关电路，第二谐振电路150处于导通工作状态，第一谐振电路130处于被短路状态，第一桥式电路120用作整流电路，第一端提供电源输出。具体的，变换器的第一端和第二端可以在能量的双向传递过程分别作为能量输入或者能量输出，即对应电源输入端或负载端。具体工作时，其可以通过第一端110输入电源，通过第二端170提供电源输出，此时第二端170作为负载端，与第一端110连接的第一桥式电路120此时可以作为初级主开关电路，与第二端170连接的第二桥式电路160作为输出整流电路实现同步整流，在此能量流向中，控制第一谐振电路130为导通工作状态，对电源输入提供谐振电路，控制第二谐振电路150为短路状态，即第二谐振电路150不参与该信号传输过程的谐振，即不参与工作。其还可以通过第二端170输入电源，通过第一端110提供电源输出，此时第一端110作为负载端，与第二端170连接的第二桥式电路160此时可以作为初级开关电路，与第一端110连接的第一桥式电路120作为输出整流电路实现同步整流，在此能量流向中，控制第二谐振电路150为导通工作状态，对电源输入提供谐振，控制第一谐振电路130为短路状态，即第一谐振电路130不参与沪该信号传输的谐振，即不参与工作。变压电路140可以采用通用的变压器。
如图2所示，在一实施例中，第一谐振电路130包括：用于提供谐振的第一谐振单元131和与第一谐振单元131并联连接的第一旁路单元132；其中，第一旁路单元132在接收第一控制信号时关断，第一谐振电路130为导通工作状态；第一旁路单元132在接收第二控制信号时导通，第一谐振电路130为被短路状态。具体的，第一谐振电路130可以包括能够在信号通过时谐振工作的第一谐振单元131，以及通过控制第一谐振单元131是否有能量通过的第一旁路单元132，其具体的控制过程，第一旁路单元132接收第一控制信号时关断，此时能量信号通过第一谐振电路130，第一谐振电路130处于导通工作状态，第一旁路单元132接收第二控制信号时导通，此时第一谐振电路130的两端通过第一旁路单元132短路，即对应为被短路状态。还可以理解，第一控制信号和第二控制信号通过与第一旁路单元132连接的控制电路输出，该控制电路可以检测第一端110电源输入，在检测到第一端110有电源输入时，其输出第一控制信号。而在没有检测到电源输入时，输出第二控制信号。
可选的，如图3所示，在一实施例中，第一谐振单元131包括第一电感L1和第一电容C1；第一电感L1和第一电容C1串联连接后，一端连接第一桥式电路120，另一端连接变压电路140的第一线圈141；具体的，第一谐振单元131可以由串联连接的第一电感L1和第一电容C1组成，第一电感L1和第一电容C1串联连接后，一端连接第一桥式电路120，另一端连接变压电路140的第一线圈141。这里第一电感L1和第一电容C1的实现形式可以不限，可以采用集成器件，也可以采用搭建器件。
进一步的，第一旁路单元132包括第一控制开关，第一控制开关的第一端连接第一桥式电路120，第一控制开关的第二端连接变压电路140的第一线圈141，第一控制开关的控制端用于接收第一控制信号或第二控制信号。具体的，第一旁路单元132可以为开关电路，即第一控制开关，第一控制开关的控制端控制第一控制开关的第一端和第一控制开关的第二端导通或关断，第一控制开关的控制端用来接收控制信号，即在接收第一控制信号时，第一控制开关的第一端和第二端为关断状态，在接收第二控制信号时，第一控制开关的第一端和第二关为导通状态。
如图3所示，在一实施例中，第一控制开关包括第一继电器开关RELAY1，第一继电器开关RELAY1的第一触点连接第一桥式电路120，第一继电器开关RELAY1的第二触点连接变压电路140的第一线圈141，第一继电器开关RELAY1的线圈用于接收第一控制信号或第二控制信号。具体的，第一控制开关可以通过继电器开关实现，即第一继电器开关RELAY1。第一继电器RELAY1的线圈接收第一控制信号或第二控制信号使的第一继电器开关RELAY1的第一触点与第一继电器开关RELAY1的第二触点导通或关断，对应实现第一谐振电路130的导通工作或短路。
如图2所示，在一实施例中，第二谐振电路150包括：用于提供谐振的第二谐振单元151和与第二谐振单元151并联连接的第二旁路单元152；其中，第二旁路单元152在接收第三控制信号时关断，第二谐振电路150为导通工作状态，第二旁路单元152在接收第四控制信号时导通，第二谐振电路150为被短路状态。具体的，第二谐振电路150可以包括能够在信号通过时谐振工作的第二谐振单元151，以及通过控制第二谐振单元151是否有能量通过的第二旁路单元152，其具体的控制过程，第二旁路单元152接收第三控制信号时关断，此时能量信号通过第二谐振电路150，第二谐振电路150处于导通工作状态，第二旁路单元152接收第四控制信号时导通，此时第二谐振电路150的两端通过第二旁路单元152短路，即对应为被短路状态。还可以理解，第三控制信号和第三控制信号通过与第二旁路单元152连接的控制电路输出，该控制电路可以检测第二端170电源输入，在检测到第二端170有电源输入时，其输出第三控制信号。而在检测到第二端170没有电源输入时，输出第四控制信号。
还可以理解，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号由同一控制电路输出，其对第一端110和第二端170的电源输入状态同时做出检测，以判断能量流向，根据检测结果输出对应的控制信号。
如图3所示，在一实施例中，第二谐振单元151包括第二电感L2和第二电容C2；第二电感L2和第二电容C2串联连接后，一端连接第二桥式电路160，另一端连接变压电路140的第二线圈142；具体的，第二谐振单元151可以由串联连接的第二电感L2和第二电容C2组成，第二电感L2和第二电容C2串联连接后，一端连接第二桥式电路160，另一端连接变压电路140的第二线圈142。这里第二电感L2和第二电容C2的实现形式可以不限，可以采用集成器件，也可以采用搭建器件。
进一步的，第二旁路单元152包括第二控制开关，第二控制开关的第一端连接第二桥式电路160，第二控制开关的第二端连接变压电路140的第二线圈142，第一控制开关的控制端用于接收第三控制信号或第四控制信号。具体的，第二旁路单元152可以为开关电路，即第二控制开关，第二控制开关的控制端控制第二控制开关的第二端和第二控制开关的第二端导通或关断，第二控制开关的控制端用来接收控制信号，即在接收第三控制信号时，第二控制开关的第二端和第二端为关断状态，在接收第四控制信号时，第二控制开关的第二端和第二关为导通状态。
如图3所示，在一实施例中，第二控制开关包括第二继电器开关RELAY2，第二继电器开关RELAY2的第一触点连接第二桥式电路160，第二继电器开关RELAY2的第二触点连接变压电路140的第二线圈142，第二继电器开关RELAY2的线圈用于接收第三控制信号或第四控制信号。具体的，第二控制开关可以通过继电器开关实现，即第二继电器开关RELAY2。第二继电器开关RELAY2的线圈接收第三控制信号或第四控制信号使的第二继电器开关RELAY2的第一触点与第二继电器开关RELAY2的第二触点导通或关断，对应实现第二谐振电路150的导通工作或短路。
如图3所示，在一实施例中，第一桥式电路120包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4；第一开关管Q1的第一管脚和第二开关管Q2的第一管脚分别连接第一端110，第一开关管Q1的第二管脚和第三开关管Q3的第一管脚分别连接第一谐振电路130，第二开关管Q2的第二管脚与第四开关管的第一管脚分别连接变压电路140的第一线圈141，第三开关管Q3的第二管脚与第四开关管Q4的第二管脚均接地；具体的，第一桥式电路120可以通过第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4组成，其具体的连接如上文描述，在第一桥式电路120做输出整流电路使用时，其构成整流桥电路，在第一桥式电路120做开关电路时，其正常的通过第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4配合实现开关电路。
可选的，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4可以根据需要进行选择，例如采用MOS管，
进一步的，第二桥式电路160包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8；第五开关管Q5的第一管脚和第六开关管Q6的第一管脚分别连接第二端170，第五开关管Q5的第二管脚和第七开关管Q7的第一管脚分别连接变压电路140的第二线圈142，第六开关管Q6的第二管脚与第八开关管Q8的第一管脚分别连接第二谐振电路150，第五开关管Q5的第二管脚与第八开关管Q8的第二管脚均接地。第二桥式电路160可以通过第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8组成，其具体的连接如上文描述，在第二桥式电路160做输出整流电路使用时，其构成整流桥电路，在第二桥式电路160做开关电路时，其正常的通过第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8配合实现开关电路。
可选的，第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8可以根据需要进行选择，例如采用MOS管。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种双向桥式谐振变换器，其特征在于，包括：第一端，第二端，包含第一线圈和第二线圈的变压电路，连接所述第一端的第一桥式电路，连接所述第二端的第二桥式电路，连接所述第一桥式电路和所述变压电路的第一线圈的第一谐振电路，连接所述第二桥式电路和所述变压电路的第二线圈的第二谐振电路；
其中，
在所述第一端用作电源输入时，所述第一桥式电路用作开关电路，所述第一谐振电路处于导通工作状态，所述第二谐振电路处于被短路状态，所述第二桥式电路用作整流电路，所述第二端用于提供电源输出；
在所述第二端用作电源输入时，所述第二桥式电路用作开关电路，所述第二谐振电路处于导通工作状态，所述第一谐振电路处于被短路状态，所述第一桥式电路用作整流电路，所述第一端提供电源输出。
2.根据权利要求1所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，所述第一谐振电路包括：用于提供谐振的第一谐振单元和与所述第一谐振单元并联连接的第一旁路单元；
其中，所述第一旁路单元在接收第一控制信号时关断，所述第一谐振电路为导通工作状态；所述第一旁路单元在接收第二控制信号时导通，所述第一谐振电路为被短路状态。
3.根据权利要求2所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，
所述第一谐振单元包括第一电感和第一电容；所述第一电感和所述第一电容串联连接后，一端连接所述第一桥式电路，另一端连接所述变压电路的第一线圈；
和/或
所述第一旁路单元包括第一控制开关，所述第一控制开关的第一端连接所述第一桥式电路，所述第一控制开关的第二端连接所述变压电路的第一线圈，所述第一控制开关的控制端用于接收所述第一控制信号或所述第二控制信号。
4.根据权利要求3所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，所述第一控制开关包括第一继电器开关，所述第一继电器开关的第一触点连接所述第一桥式电路，所述第一继电器开关的第二触点连接所述变压电路的第一线圈，所述第一继电器开关的线圈用于接收所述第一控制信号或所述第二控制信号。
5.根据权利要求1所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，所述第二谐振电路包括：用于提供谐振的第二谐振单元和与所述第二谐振单元并联连接的第二旁路单元；
其中，所述第二旁路单元在接收第三控制信号时关断，所述第二谐振电路为导通工作状态，所述第二旁路单元在接收第四控制信号时导通，所述第二谐振电路为被短路状态。
6.根据权利要求5所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，
所述第二谐振单元包括第二电感和第二电容；所述第二电感和所述第二电容串联连接后，一端连接所述第二桥式电路，另一端连接所述变压电路的第二线圈；
和/或
所述第二旁路单元包括第二控制开关，所述第二控制开关的第一端连接所述第二桥式电路，所述第二控制开关的第二端连接所述变压电路的第二线圈，所述第一控制开关的控制端用于接收所述第三控制信号或所述第四控制信号。
7.根据权利要求6所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，所述第二控制开关包括第二继电器开关，所述第二继电器开关的第一触点连接所述第二桥式电路，所述第二继电器开关的第二触点连接所述变压电路的第二线圈，所述第二继电器开关的线圈用于接收所述第三控制信号或所述第四控制信号。
8.根据权利要求1所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，
所述第一桥式电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管的第一管脚和所述第二开关管的第一管脚分别连接所述第一端，所述第一开关管的第二管脚和所述第三开关管的第一管脚分别连接所述第一谐振电路，所述第二开关管的第二管脚与所述第四开关管的第一管脚分别连接所述变压电路的第一线圈，所述第三开关管的第二管脚与所述第四开关管的第二管脚均接地；
和/或
所述第二桥式电路包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；所述第五开关管的第一管脚和所述第六开关管的第一管脚分别连接所述第二端，所述第五开关管的第二管脚和所述第七开关管的第一管脚分别连接所述变压电路的第二线圈，所述第六开关管的第二管脚与所述第八开关管的第一管脚分别连接所述第二谐振电路，所述第五开关管的第二管脚与所述第八开关管的第二管脚均接地。
9.根据权利要求8所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管分别为MOS管；和/或
所述第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管分别为MOS管。
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