CN114448277B - 一种正反激ac/dc变换电路和控制方法 - Google Patents

一种正反激ac/dc变换电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种正反激AC/DC变换电路和控制方法，用于将交流电转换为一预设电压范围的直流电，正反激AC/DC变换电路包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路。其中，电流监测电路监测谐振电路的电流信号，输出监测电路用于监测输出电压信号。当输出电压信号不大于第一预设值时，依据输出电压信号输出第一驱动电信号，反之输出第一、第二驱动电信号，且第一驱动电信号依据电流监测信号输出。由于在直流电宽范围输出时，对应不同电压输出范围采用不同的驱动方式驱动AC/DC变换电路，使得输出直流电的输出范围更宽，电能转换效率更高。

Description

一种正反激AC/DC变换电路和控制方法
技术领域
本发明涉及交流电和直流电转换技术领域，具体涉及一种正反激AC/DC变换电路和控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的快速发展，人们对各类电子产品的需求也日益提高，同时对直流电源的需求也越来越高，例如在快充电技术领域过程中，就需要随充电进度的不同调节充电电源的输出电压，如何提高直流电源的输出范围就是现阶段直流电源研发的主要方向。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何满足直流电源的宽范围输出。
根据第一方面，一种实施例中提供一种正反激AC/DC变换电路，包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路；所述正反激AC/DC变换电路用于将第一直流电转换为电压值为一预设输出范围的第二直流电；所述第一直流电为对一交流电源输出的交流电进行转换获得；
所述半桥整流电路包括第一直流正输入端、第一直流负输入端、整流正输出端和整流负输出端；所述第一直流正输入端和所述第一直流负输入端用于所述第一直流电的输入，所述整流正输出端和所述整流负输出端用于与所述谐振电路电连接；所述半桥整流电路用于将所述第一直流电进行半桥整流后输出给所述谐振电路；
所述谐振电路包括整流正连接端、整流负连接端、原边正连接端和原边负连接端；所述整流正连接端和所述整流负连接端分别与所述整流正输出端和所述整流负输出端连接，所述原边正连接端和所述原边负连接端用于与所述变压电路连接；
所述变压电路包括第一原边连接端、第二原边连接端、第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端；所述第一原边连接端和所述第二原边连接端分别与所述原边正连接端和所述原边负连接端连接；所述第一副边正连接端、所述第一副边负连接端、所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端用于与所述输出电路连接；
所述输出电路包括第一输入连接端、第二输入连接端、第三输入连接端、第四输入连接端、输出正连接端和输出负连接端；所述第一输入连接端和所述第二输入连接端分别与所述第一副边正连接端和所述第一副边负连接端连接，所述第三输入连接端和所述第四输入连接端分别与所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端连接；所述输出电路的输出正连接端和输出负连接端用于输出所述第二直流电；
所述半桥驱动电路分别与所述驱动控制电路和所述半桥整流电路的功率开关管连接，用于响应所述驱动控制电路输出的第一驱动电信号向所述半桥整流电路的功率开关管输出第一开关驱动电信号；
所述谐振电路还包括谐振电容Cr和采样电阻Rsen；所述谐振电容Cr和采样电阻Rsen串联，串联后的一端与所述整流负连接端连接，另一端与所述原边负连接端连接；
所述电流监测电路分别与所述谐振电路和所述驱动控制电路连接；所述电流监测电路用于监测采样电阻Rsen的电流信号，并将监测采样电阻Rsen的电流监测信号发送给所述驱动控制电路；
所述输出电路包括副边功率开关管；当所述副边功率开关管导通时，将所述输出电路的第四输入连接端和输出负连接端电连接；当所述副边功率开关管断开时，将断开所述输出电路的第四输入连接端和输出负连接端连接；
所述负载驱动电路分别与所述输出电路和所述驱动控制电路连接；用于响应所述驱动控制电路输出的第二驱动电信号向所述输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，所述副边功率开关管响应所述第二开关驱动电信号导通；
所述输出监测电路分别与所述驱动控制电路和所述输出电路的输出正连接端连接，用于监测所述输出电路的输出正连接端的电压信号，并将监测所述输出正连接端获取的输出电压信号发送给所述驱动控制电路；
所述驱动控制电路用于依据所述输出电压信号输出所述第二驱动电信号；
所述驱动控制电路还用于依据所述电流监测信号或所述输出电压信号输出所述第一驱动电信号。
根据第二方面，一种实施例中提供一种正反激AC/DC变换电路控制方法，所述正反激AC/DC变换电路包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路；所述正反激AC/DC变换电路用于将第一直流电转换为电压值为一预设输出范围的第二直流电；所述第一直流电为对一交流电源输出的交流电进行转换获得；
所述半桥整流电路用于将所述第一直流电进行半桥整流，并将半桥整流后获取的高频交流电输出给所述谐振电路；
所述谐振电路用于将所述高频交流电进行谐振转换后输出给所述变压电路；
所述变压电路用于对谐振转换后的所述高频交流电进行降压后输出给所述输出电路；
所述输出电路用于输出预设输出范围的所述第二直流电源；
所述半桥驱动电路用于响应一第一驱动电信号向所述半桥整流电路的功率开关管输出第一开关驱动电信号；
所述电流监测电路用于监测所述谐振电路的电流信号，并将监测获取的电流监测信号发送给所述驱动控制电路；
所述变压电路包括变压器，所述变压器包括一个原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组与所述谐振电路连接，每个所述副边绕组分别与所述输出电路连接；
所述负载驱动电路与所述输出电路的副边功率开关管连接，所述负载驱动电路用于响应一第二驱动电信号向所述输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，所述副边功率开关管响应所述第二开关驱动电信号导通，以将至少一个所述副边绕组连接在所述输出电路中；
所述输出监测电路用于监测所述输出电路的输出的所述第二直流电的电压信号，并将监测所述输出正连接端获取的输出电压信号发送给所述驱动控制电路；
所述控制方法包括：
当所述输出电压信号不大于第一预设值时，所述驱动控制电路用于依据所述输出电压信号输出所述第一驱动电信号；
当所述输出电压信号大于第一预设值时，所述驱动控制电路用于输出所述第二驱动电信号，所述驱动控制电路还用于依据所述电流监测信号输出所述第一驱动电信号。
依据上述实施例的正反激AC/DC变换电路的控制方法，首先监测正反激AC/DC变换电路的谐振电路电流信号和输出电压信号，再当输出电压信号不大于第一预设值时，依据输出电压信号输出第一驱动电信号，以第一驱动方式控制半桥整流电路的功率开关管；反之，依据电流监测信号输出第一驱动电信号，以第二驱动方式控制半桥整流电路的功率开关管。由于在直流电宽范围输出时，对应不同电压输出范围采用不同的驱动方式驱动AC/DC变换电路，使得输出直流电的输出范围更宽，电能转换效率更高。
附图说明
图1为现有技术中对称谐振反激变换器的电路示意图；
图2为现有技术中谐振半桥正激变换器的电路示意图；
图3为一种实施例中LLC变换器的控制频率和系统DC增益G的曲线示意图；
图4为一种实施例中宽范围谐振半桥正激变换器的电路示意图；
图5为一种实施例中正反激AC/DC变换电路的电路连接示意图；
图6为一种实施例驱动控制电路的结构连接框图；
图7为一种实施例中LLC频率控制电路的逻辑电路示意图；
图8为一种实施例中LLC频率控制电路的时序示意图；
图9为一种实施例中在输出电压信号变化时积分复位器输出信号波形示意图；
图10为一种实施例中副边功率开关管S3关断时正反激AC/DC变换电路的工作电路示意图；
图11为一种实施例中副边功率开关管S3导通时正反激AC/DC变换电路的工作电路示意图；
图12为一种实施例中AHB频率控制电路的逻辑电路示意图；
图13为一种实施例中AHB频率控制电路的工作时序示意图；
图14为一种实施例中正反激AC/DC变换电路的工作模式切换示意图；
图15为一种实施例中LG的开通时间示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
在现有技术中，不对称谐振半桥反激变换器（AHB）应用在隔离型的直流转直流领域，通过占空比调整半桥开关的高端开关的占空比实现对输出电压的控制，通过使用占空比调节方法，所以比较适合在宽输入输出范围工作，比对称半桥谐振正激变换器（LLC）有更宽的增益调节能力因而适合在需要宽范围输出的应用，如工业用电池充电器、USB PD充电器等领域使用。
请参考图1，为现有技术中对称谐振反激变换器的电路示意图，对称谐振反激变换器包括半桥整流电路1、谐振电路2、变压电路3和输出电路4。其中，变压电路3包括变压器Tr1，输出电路4包括二极管D1、电容C1、电阻R1和电阻R2。变压器Tr1副边仅有一个绕组，输出电路4通过二极管D1进行整流，当变换器Tr1的输出功率提升到200W以上时，也会受到反激变换器的性能限制，即：副边整流二极管D1或同步整流器MOSFET会流过很大的峰值电流，输出侧电容也会承受较大的纹波电流，导致变换器的损耗增加，同时劣化输出侧直流的纹波电流和纹波电压。在应用在USB PD3.1的场景上，需要变换器能满足从5~48V的宽范围调压输出，并且全范围输出电流都在5A规格。因此，当输出电压在30V以上时，输出功率就已经大于150W，此种情况使用AHB（不对称谐振反激变换器）的效率就离开了最佳效率工作区间。
请参考图2，为现有技术中谐振半桥正激变换器的电路示意图，谐振半桥正激变换器包括半桥整流电路1、谐振电路2、变压电路3和输出电路4。其中，变压电路3包括变压器Tr1，输出电路4包括功率开关管Q3、功率开关管Q4、电容C2和电阻R3。谐振半桥正激变换器（LLC），通过使用调频控制的方式能实现全范围的ZVS工作。但是LLC的特性是很难适应宽输出范围工作。请参考图3，为一种实施例中LLC变换器的控制频率和系统DC增益G的曲线示意图，可见LLC变换器可以在较窄的增益范围上进行调节，通常设计为（1.25~0.75），在这段增益范围内，只需要通过调节LLC变换器的半桥工作频率即可实现。如果需要进一步拉低增益范围可以在控制策略上加入丢波或跳周期等方法，但是这些操作的引入都会降低变换器的转换效率。
请参考图4，为一种实施例中宽范围谐振半桥正激变换器的电路示意图，谐振半桥正激变换器包括半桥整流电路1、谐振电路2、变压电路3和输出电路4。其中，变压电路3包括变压器Tr2，输出电路4包括功率开关管Q5、功率开关管Q6、电容C2、电容C3、电感L1、二极管D2、二极管D3和电阻R3。谐振半桥正激变换器为了实现宽范围输出，在输出电路中加了一级BUCK/BOOST变换器（包括功率开关管Q5、功率开关管Q6、电容C3和电感L1），这样带来了体积和成本的明显升高。即使在题为“Time-shift Control of LLC Resonant Converters”作者： Claudio Adragna, STMicroelectronics, Italy提出了通过检测谐振电流过零点的方式来实现电流模式LLC的控制方法，虽然实现了对LLC变换器的降阶控制，提升了系统的动态性能，但是其控制核心使用较为复杂的模拟电路构建，在使用上需要使用大规模集成电路的方式来进行实现，制约了应用场景和范围。
在本申请实施例中，公开了一种正反激AC/DC变换电路，用于将交流电转换为一预设电压范围的直流电，正反激AC/DC变换电路包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路。其中，电流监测电路监测谐振电路的电流信号，输出监测电路用于监测输出电压信号。当输出电压信号不大于第一预设值时，依据输出电压信号输出第一驱动电信号，反之输出第一、第二驱动电信号，且第一驱动电信号依据电流监测信号输出。由于在直流电宽范围输出时，对应不同电压输出范围采用不同的驱动方式驱动AC/DC变换电路，使得输出直流电的输出范围更宽，电能转换效率更高。
实施例一
请参考图5，为一种实施例中正反激AC/DC变换电路的电路连接示意图，正反激AC/DC变换电路，包括半桥整流电路10、谐振电路20、变压电路30、输出电路40、半桥驱动电路90、电流监测电路50、负载驱动电路80、驱动控制电路70和输出监测电路60。正反激AC/DC变换电路用于将第一直流电V_dc转换为电压值为一预设输出范围的第二直流电。其中，第一直流电为对一交流电源输出的交流电进行转换获得，一实施例中，通过桥式整流电路将交流电源输出的交流电转换为第一直流电。半桥整流电路包括第一直流正输入端、第一直流负输入端、整流正输出端和整流负输出端。第一直流正输入端和第一直流负输入端用于第一直流电的输入，整流正输出端和整流负输出端用于与谐振电路20电连接。半桥整流电路10用于将第一直流电V_dc进行半桥整流后输出给谐振电路20，以通过半桥整流电路10的半桥功率开关管的开关控制实现将第一直流电V_dc转换为高频交流电。谐振电路20包括整流正连接端、整流负连接端、原边正连接端和原边负连接端，整流正连接端和整流负连接端分别与整流正输出端和整流负输出端连接，原边正连接端和原边负连接端用于与变压电路30连接。谐振电路20用于将半桥整流电路10输出的高频交流电进行谐振转换后输出给变压电路30。变压电路30包括第一原边连接端、第二原边连接端、第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端。第一原边连接端和第二原边连接端分别与原边正连接端和原边负连接端连接，第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端用于与输出电路40连接。变压电路30用于对谐振转换后的高频交流电进行降压后输出给输出电路40。输出电路40包括第一输入连接端、第二输入连接端、第三输入连接端、第四输入连接端、输出正连接端和输出负连接端。第一输入连接端和第二输入连接端分别与第一副边正连接端和第一副边负连接端连接，第三输入连接端和第四输入连接端分别与第二副边正连接端和第二副边负连接端连接。输出电路40的输出正连接端和输出负连接端用于输出第二直流电。
半桥驱动电路90分别与驱动控制电路70和半桥整流电路10的功率开关管连接，用于响应驱动控制电路70输出的第一驱动电信号向半桥整流电路10的功率开关管输出第一开关驱动电信号。谐振电路20还包括谐振电容Cr和采样电阻Rsen。谐振电容Cr和采样电阻Rsen串联，串联后的一端与整流负连接端连接，另一端与原边负连接端连接。电流监测电路50分别与谐振电路20和驱动控制电路70连接。电流监测电路50用于监测采样电阻Rsen的电流信号，并将监测采样电阻Rsen的电流监测信号发送给驱动控制电路70。
输出电路还包括副边功率开关管S3，当副边功率开关管S3导通时，将输出电路40的第四输入连接端和输出负连接端电连接，当副边功率开关管S3断开时，将断开输出电路40的第四输入连接端和输出负连接端连接。负载驱动电路80分别与输出电路40和驱动控制电路70连接，用于响应驱动控制电路70输出的第二驱动电信号向输出电路40的副边功率开关管S3输出第二开关驱动电信号，副边功率开关管S3响应第二开关驱动电信号导通。
输出监测电路60分别与驱动控制电路70和输出电路40的输出正连接端连接，用于监测输出电路40的输出正连接端的电压信号，并将监测输出正连接端获取的输出电压信号发送给驱动控制电路70。
驱动控制电路70用于依据输出电压信号输出第二驱动电信号，驱动控制电路70还用于依据电流监测信号或输出电压信号输出第一驱动电信号。
一实施例中，半桥整流电路90包括第一功率开关管S1和第二功率开关管S2。第一功率开关管S1的第一极与第一直流正输入端连接，第一功率开关管S1的第二极与整流正输出端连接，第一功率开关管S1的控制极与半桥驱动电路90连接。第二功率开关管S2的第一极与整流正输出端连接，第二功率开关管S2的第二极与整流负输出端连接，第二功率开关管S2的控制极与半桥驱动电路90连接，第一直流负输入端与整流负输出端电连接。通过半桥驱动电路90的第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的开关控制，实现对第一直流电的逆变控制。
一实施例中，谐振电路20还包括电感Lr，电感Lr的一端与整流正连接端连接，另一端与原边正连接端连接。一实施例中，变压电路30包括变压器Tr2，变压器Tr2包括一个原边电感和两个副边电感，原边电感的一端与第一原边连接端连接，另一端与第二原边连接端，一个副边电感的两端分别与第一副边正连接端和第一副边负连接端连接，另一个副边电感的两端分别与第二副边正连接端和第二副边负连接端连接。
一实施例中，输出电路40还包括二极管D11、二极管D12、电容C11和电阻R11。其中，副边功率开关管S3的第一极与第四输入连接端连接，第二极与二极管D11的负极连接，控制极与负载驱动电路连接。二极管D11的正极与输出负连接端连接，二极管D12的正极与输出负连接端连接，二极管D12的负极与第一输入连接端连接。电容C11的一端与第二输入连接端连接，另一端与输出负连接端连接。电阻R11的一端与第二输入连接端连接，另一端与输出负连接端连接。第二输入连接端、第三输入连接端和输出正连接端电连接。输出正连接端与输出监测电路电连接。二极管D11和二极管D12用于对变压器Tr2副边绕组输出的电信号进行整流。
一实施例中，驱动控制电路70用于依据输出电压信号输出第二驱动电信号包括：
当输出电压信号的值大于一第一预设输出值时，驱动控制电路70向负载驱动电路80输出第二驱动电信号，负载驱动电路80响应第二驱动电信号向输出电路40的副边功率开关管S3输出第二开关驱动电信号，副边功率开关管S3响应第二开关驱动电信号导通。当输出电压信号的值不大于第一预设输出值时，驱动控制电路70停止向负载驱动电路80输出第二驱动电信号，且当输出电路40的副边功率开关管S3未接收到第二开关驱动电信号时关断。
请参考图6，为一种实施例驱动控制电路的结构连接框图，驱动控制电路70包括工作模式切换电路71、LLC频率控制电路72和AHB频率控制电路73。工作模式切换电路71分别与LLC频率控制电路72、AHB频率控制电路73和半桥驱动电路90连接。当输出电压信号的值大于第一预设输出值时，工作模式切换电路71连接LLC频率控制电路72和半桥驱动电路90，以用于由LLC频率控制电路72向半桥驱动电路90输出第一驱动电信号。当输出电压信号的值不大于第一预设输出值时，工作模式切换电路71连接AHB频率控制电路73和半桥驱动电路90，以用于由AHB频率控制电路73向半桥驱动电路90输出第一驱动电信号。一实施例中，LLC频率控制电路72依据电流监测信号输出第一驱动电信号。
请参考图7，为一种实施例中LLC频率控制电路的逻辑电路示意图，LLC频率控制电路72包括积分复位器721。积分复位器721与电流监测电路连接，用于获取电流监测信号。积分复位器721用于当电流监测信号过零点时自动复位，并将积分复位器721产生该次自动复位的时间作为第一复位持续时间，积分复位器721还用当输出达到一预设的第一半桥开关导通时间长度时自动复位，并将积分复位器721产生该次自动复位的时间作为第二复位时间。LLC频率控制电路72用于依据第一复位时间和第二复位时间输出第一驱动电信号。一实施例中，将第一复位时间和第二复位时间的和为脉宽的第一PWM信号输出给半桥驱动电路90，半桥驱动电路90依据第一PWM信号获取第一DRVH信号和第一DRVL信号，并分别输出给半桥整流电路90的第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的控制极。一实施例中，LLC频率控制电路72还包括D触发器723、OR电路724和比较器722。积分复位器721包括第一复位输入端、第二复位输入端和积分输出端。积分输出端与比较器722连接。第一复位输入端用于预设的第一半桥开关导通时间长度信号J71的输入，第二复位输入端与OR电路724连接。比较器722包括输入连接端和输出连接端，比较器722的输入连接端与积分输出端连接，比较器722的输出端与OR电路724连接，比较器722用于将积分复位器721输出的电信号与一预设比较参数值进行比较，并通过比较器722的输出连接端输出比较结果电信号给OR电路724。OR电路724包括第一OR信号输入端、第二OR信号输入端和OR信号输出端，第一OR信号输入端与电流监测电路连接，用于获取电流监测信号J72，第二OR信号输入端与比较器的输出连接端连接，OR信号输出端与第二复位输入端连接。D触发器723包括D信号输入端、CP信号输入端、Q信号输出端和Q非信号输出端，D信号输入端与Q非信号输出端连接，CP信号输入端与比较器722的输出连接端连接，Q信号输出端与半桥驱动电路90连接。
在上述实施例中，监测谐振电流过零点信号并用该过零信号去复位积分复位器的输出，然后在积分复位器的输出达到所设定的半桥开关导通时间长度后积分复位器自动复位。然后把积分复位器前后两次自动复位的时间长度作为半桥开关管的HG和LG的驱动信号，通过D触发器进行二次分频来实现，再增加HG和LG的死区时间后，输出到半桥驱动模块，去驱动实际的半桥整流电路的功率开关管进行工作。在LLC频率控制电路工作时，驱动控制电路控制输出电路的副边功率开关管S3，使变压器Tr2的副边的两个绕组都能进行整流模式工作，此时谐振半桥以控制谐振电流过零后的开关开通时间的方法实现调频控制实现对输出电压的闭环调节。该LLC频率控制电路的实现由一个可复位的积分复位器构建，在电路上可使用固定的电流源对电容充电，复位时通过导通开关释放电容上的电压实现复位。在数字信号控制里可用以一固定节拍累加的计数器实现，复位时就是清零计数器的值。积分复位器的复位信号有两个，一个是谐振电流过零点的标志和积分复位器的输出值大于设定值自动复位的标志。积分复位器的输入是电压环的输出，该输入量用来决定积分器的输出值的上升速度，可以简单的理解为当输入值越高时，积分复位器的输出值增大的速度越快，达到自动复位点所需的时间越短。反之，当积分复位器的输入越小则输出增加的速度越慢，达到自动复位点所需的时间长度越长。使用最高开关频率减去电压环的输出后实现控制方向倒向，即电压环的输出越大，则输入到积分复位器的值越小，所以积分复位器的两次自动复位的时间间隔越长，通过上诉方式实现对频率的控制。
请参考图8，为一种实施例中LLC频率控制电路的时序示意图，其中，波形A为积分复位器的输出波形，波形B为谐振电流过零信号，波形C为谐振电流波形，波形D为两路半桥驱动信号。由图8可知，积分复位器的输出值从零开始增加，此时D触发器把PWM信号置高或者拉低取决于当前的输出状态，当谐振电流过零信号ZCD产生后，积分复位器的输出值被复位到零，然后积分复位器继续从零开始积分，积分复位器的输出值从0开始增加，并以电压环的输出所设定的上升速度增加，直到积分复位器的输出达到复位设定点1.0（或其它设定值）后复位到零，然后把积分复位器的输出值大于1（或其它设定值）的模块的高电平输出到D触发器，改变当前状态的输出（置高或者拉低）。下一个周期，控制模块继续重复上诉工作，由于D触发器的分频功能，所以驱动信号将从HG改为LG，或是从LG改为HG来实现对谐振半桥的驱动控制。这里通过改变积分复位器的输出斜率的方法来实现对LLC的变频控制。
请参考图9，为一种实施例中在输出电压信号变化时积分复位器输出信号波形示意图，当负载端的输出电压信号变化时，电压环的输出改变并影响积分复位器的输出值变化斜率，从而改变开通导通时间实现调频稳压的过程。在初始阶段可以看到积分器的输出值斜率更高（图9中第一行电信号波形）对应着系统以较高的开关频率运行，随着电压环的输出（图9中第二行电信号波形）从开始从高处开始下降，积分复位器的输出值的斜率开始减低，对应着系统的开关频率（图9中第三行电信号波形）逐渐降低，直到重新达到新的稳态工作点。其中，图9中第四行电信号波形为两路半桥驱动电信号。
当正反激AC/DC变换电路的输出电压降低到30V以下时，仅依靠谐振半桥正激变换器（LLC）的频率调节功能很难实现低增益稳压，若引入PWM和burst等方法会提升损耗降低变换器的效率，因此当以LLC调频工作无法继续调节输出电压时，就可以由LLC频率控制电路切换到AHB频率控制电路工作。驱动控制电路控制输出电路的副边功率开关管S3驱动信号拉低，阻断变压器Tr2的一个副边绕组的电流通路，此时就仅有一个绕组和二极管存在通路，变换电路改变为AHB不对称谐振反激的形态工作。
请参考图10和图11，为一种实施例中副边功率开关管S3关断时正反激AC/DC变换电路的工作电路示意图和一种实施例中副边功率开关管S3导通时正反激AC/DC变换电路的工作电路示意图，一实施例中，LLC频率控制电路切换到AHB频率控制电路工作的切换逻辑为：
当电压环的控制输出的无量纲数在0.55时对应的积分复位器的输出值的最大上升斜率，也就是LLC变换器的最高开关频率，同时如果输出电压也低于30V时，两者同时成立后，经一段时间的阈值判定后，转为AHB频率控制电路工作。等HG和LG都处于关闭状态时，拉低副边变压器绕组的副边功率开关管S3。如果输出电压的高于30V，并且在AHB频率控制电路工作下，高端开关管的驱动信号HG占空比不大于45%（对应着AHB频率控制最大占空比，电压环的输出无量纲数在0.45），两者同时成立并经一段时间的阈值判断后，转为对称开关的LLC频率控制，等HG和LG都处于关闭状态时，置高变压器绕组的副边功率开关管S3。
一实施例中，AHB频率控制电路73依据输出电压信号向半桥驱动电路90输出第一驱动电信号。一实施例中，当AHB频率控制电路输出第一驱动电信号时，第一驱动电信号包括LG电信号和HG电信号，所述HG电信号的占空比不大于45%。
在上述实施例中，在LLC频率控制电路工作时，通过选定的谐振参数可以计算出满足传输功率的最低开关频率，从而得到积分复位器的输出从0上升到复位点所需的时间对应的积分复位器的输入值。在对LLC频率控制电路进行闭环控制，把电压环输出的无量纲数转换为调频积分复位器的输入量。电压环的输出范围是0~1.0，可以把1.0放在最低开关频率上，0.55放在最高开关频率，0.55~0.5使用固定开关频率burst等轻负载模式工作。
在AHB频率控制电路工作时，电压环输出的无量纲数转为控制流过变压器的电流信号VCS的峰值。与在LLC频率控制电路工作时不同，LLC模式只控制流过变压器电流的过零点后的开通时间，电流信号的峰值仅做OCP保护使用。在AHB频率控制电路工作时，流过变压器的电流峰值决定了输出电压和传输功率，可以使用下式简单得到：
Io=Np*(Ipk+Ineg)/2 ；
因此根据匝比和最大输出电流即可计算得到在AHB频率控制电路工作时最大正向峰值电流设定值Ipk_set，把电压环的无量纲数（范围为0.05~0.45）乘以最大负载时的变压器电流峰值即可得到在AHB频率控制电路工作模式下的变压器电流峰值设定点：
Ipkset=Vloop*Ipk_max;
即可实现对AHB频率控制电路工作模式下的闭环控制。
请参考图12，为一种实施例中AHB频率控制电路的逻辑电路示意图，AHB频率控制电路包括第一乘法器731、第一加法器732、第一除法器733、积分器734、第一关系运算器735、第一边沿检测器736、第二乘法器739、第二关系运算器738、第二边沿检测器737和正反触发器730，还包括信号输入端J21、输入端J22、输入端J23、输入端J24、输入端J25和输入端J26。其中，输入端J21、输入端J22、输入端J23和输入端J24用于预设常数电信号的输入，输入端J25和输入端J26输入的电信号与输出电路输出的输出电压信号相关。
请参考图13，为一种实施例中AHB频率控制电路的工作时序示意图，一实施例中，AHB频率控制电路工作时的电压环的输出范围是0~0.5。在0.5~0.05使用峰值电流模式，在0.05~0直接使用burst轻负载模式工作。
请参考图14，为一种实施例中正反激AC/DC变换电路的工作模式切换示意图，正反激AC/DC变换电路采用轻负载策略时，通过AHB频率控制电路工作控制输出第一驱动电信号，调节流过变压器电流峰值。正反激AC/DC变换电路采用BURST策略时，通过LLC频率控制电路工作控制输出第一驱动电信号，调节积分器的输出值的上升斜率。
其中，AHB频率控制电路工作时HG的开关控制使用电压环控制流过变压器电流的峰值，LG的开通时间为了保证高端开关的ZVS，需要通过以下公式来计算时间：
TLG=[（Iset-Ineg）*Lmag]/(Vout*Np);
请参考图15，为一种实施例中LG的开通时间示意图，当LG的开通时间达到计算值后，则关闭LG，并在插入死区时间后开启HG，实现AHB的峰值电流和可变频率的工作模式。由于AHB仅需通过调节占空比即可实现宽输出电压，就可以完成5~30V的输出电压范围调节，两种控制方案结合起来就可以实现十倍宽范围和全范围ZVS工作的高效率的电源转换应用。
基于上述正反激AC/DC变换电路本申请还公开了一种控制方法，其中，正反激AC/DC变换电路包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路。如图5所示，正反激AC/DC变换电路用于将第一直流电转换为电压值为一预设输出范围的第二直流电。其中，第一直流电为对一交流电源输出的交流电进行转换获得。半桥整流电路用于将第一直流电进行半桥整流，并将半桥整流后获取的高频交流电输出给谐振电路。谐振电路用于将高频交流电进行谐振转换后输出给变压电路。变压电路用于对谐振转换后的高频交流电进行降压后输出给输出电路。输出电路用于输出预设输出范围的第二直流电。半桥驱动电路用于响应一第一驱动电信号向半桥整流电路的功率开关管输出第一开关驱动电信号。电流监测电路用于监测谐振电路的电流信号，并将监测获取的电流监测信号发送给驱动控制电路。变压电路包括变压器，变压器包括一个原边绕组和至少两个副边绕组，原边绕组与谐振电路连接，每个副边绕组分别与输出电路连接；负载驱动电路与输出电路的副边功率开关管连接，负载驱动电路用于响应一第二驱动电信号向输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，副边功率开关管响应第二开关驱动电信号导通，以将至少一个副边绕组连接在输出电路中。输出监测电路用于监测输出电路输出的第二直流电的电压信号，并将监测输出正连接端获取的输出电压信号发送给驱动控制电路。
该控制方法包括：
当输出电压信号不大于第一预设值时，驱动控制电路用于依据输出电压信号输出第一驱动电信号。当输出电压信号大于第一预设值时，驱动控制电路用于输出第二驱动电信号，驱动控制电路还用于依据电流监测信号输出第一驱动电信号。
在本申请实施例中公开的正反激AC/DC变换电路和控制方法，用于将交流电转换为一预设电压范围的直流电，正反激AC/DC变换电路包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路。其中，电流监测电路监测谐振电路的电流信号，输出监测电路用于监测输出电压信号。当输出电压信号不大于第一预设值时，依据输出电压信号输出第一驱动电信号，反之输出第一、第二驱动电信号，且第一驱动电信号依据电流监测信号输出。由于在直流电宽范围输出时，对应不同电压输出范围采用不同的驱动方式驱动AC/DC变换电路，使得输出直流电的输出范围更宽，电能转换效率更高。还能降低系统的体积和成本，在一级变换器上通过控制策略就能实现十倍宽输出范围和全范围ZVS工作的高效率的隔离DCDC应用。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种正反激AC/DC变换电路，其特征在于，包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路；所述正反激AC/DC变换电路用于将第一直流电转换为电压值为一预设输出范围的第二直流电；所述第一直流电为对一交流电源输出的交流电进行转换获得；
所述半桥整流电路包括第一直流正输入端、第一直流负输入端、整流正输出端和整流负输出端；所述第一直流正输入端和所述第一直流负输入端用于所述第一直流电的输入，所述整流正输出端和所述整流负输出端用于与所述谐振电路电连接；所述半桥整流电路用于将所述第一直流电进行半桥整流后输出给所述谐振电路；
所述谐振电路包括整流正连接端、整流负连接端、原边正连接端和原边负连接端；所述整流正连接端和所述整流负连接端分别与所述整流正输出端和所述整流负输出端连接，所述原边正连接端和所述原边负连接端用于与所述变压电路连接；
所述变压电路包括第一原边连接端、第二原边连接端、第一副边正连接端、第一副边负连接端、第二副边正连接端和第二副边负连接端；所述第一原边连接端和所述第二原边连接端分别与所述原边正连接端和所述原边负连接端连接；所述第一副边正连接端、所述第一副边负连接端、所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端用于与所述输出电路连接；
所述输出电路包括第一输入连接端、第二输入连接端、第三输入连接端、第四输入连接端、输出正连接端和输出负连接端；所述第一输入连接端和所述第二输入连接端分别与所述第一副边正连接端和所述第一副边负连接端连接，所述第三输入连接端和所述第四输入连接端分别与所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端连接；所述输出电路的输出正连接端和输出负连接端用于输出所述第二直流电；
所述半桥驱动电路分别与所述驱动控制电路和所述半桥整流电路的功率开关管连接，用于响应所述驱动控制电路输出的第一驱动电信号向所述半桥整流电路的功率开关管输出第一开关驱动电信号；
所述谐振电路还包括谐振电容Cr和采样电阻Rsen；所述谐振电容Cr和采样电阻Rsen串联，串联后的一端与所述整流负连接端连接，另一端与所述原边负连接端连接；
所述电流监测电路分别与所述谐振电路和所述驱动控制电路连接；所述电流监测电路用于监测采样电阻Rsen的电流信号，并将监测采样电阻Rsen的电流监测信号发送给所述驱动控制电路；
所述输出电路包括副边功率开关管；当所述副边功率开关管导通时，将所述输出电路的第四输入连接端和输出负连接端电连接；当所述副边功率开关管断开时，将断开所述输出电路的第四输入连接端和输出负连接端连接；
所述负载驱动电路分别与所述输出电路和所述驱动控制电路连接；用于响应所述驱动控制电路输出的第二驱动电信号向所述输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，所述副边功率开关管响应所述第二开关驱动电信号导通；
所述输出监测电路分别与所述驱动控制电路和所述输出电路的输出正连接端连接，用于监测所述输出电路的输出正连接端的电压信号，并将监测所述输出正连接端获取的输出电压信号发送给所述驱动控制电路；
所述驱动控制电路用于依据所述输出电压信号输出所述第二驱动电信号；
所述驱动控制电路还用于依据所述电流监测信号或所述输出电压信号输出所述第一驱动电信号；
所述用于依据所述输出电压信号输出所述第二驱动电信号，包括：
当所述输出电压信号的值大于一第一预设输出值时，所述驱动控制电路向所述负载驱动电路输出所述第二驱动电信号，所述负载驱动电路响应所述第二驱动电信号向所述输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，所述副边功率开关管响应所述第二开关驱动电信号导通；
当所述输出电压信号的值不大于所述第一预设输出值时，所述驱动控制电路停止向所述负载驱动电路输出所述第二驱动电信号；当所述输出电路的副边功率开关管未接收到所述第二开关驱动电信号时关断；
所述驱动控制电路包括工作模式切换电路、LLC频率控制电路和AHB频率控制电路；
所述工作模式切换电路分别与所述LLC频率控制电路、所述AHB频率控制电路和所述半桥驱动电路连接；
当所述输出电压信号的值大于所述第一预设输出值时，所述工作模式切换电路连接所述LLC频率控制电路和所述半桥驱动电路，以用于将所述LLC频率控制电路输出的驱动电信号作为所述第一驱动电信号，发送至所述半桥驱动电路；其中，所述LLC频率控制电路输出的驱动电信号依据所述电流监测信号获取；
当所述输出电压信号的值不大于所述第一预设输出值时，所述工作模式切换电路连接所述AHB频率控制电路和所述半桥驱动电路，以用于将所述AHB频率控制电路输出的驱动电信号作为所述第一驱动电信号，发送至所述半桥驱动电路；其中，所述AHB频率控制电路输出的驱动电信号依据所述输出电压信号获取。
2.如权利要求1所述的正反激AC/DC变换电路，其特征在于，所述半桥整流电路包括第一功率开关管S1和第二功率开关管S2；第一功率开关管S1的第一极与所述第一直流正输入端连接，第一功率开关管S1的第二极与所述整流正输出端连接，第一功率开关管S1的控制极与所述半桥驱动电路连接；第二功率开关管S2的第一极与所述整流正输出端连接，第二功率开关管S2的第二极与所述整流负输出端连接，所述第二功率开关管S2的控制极与所述半桥驱动电路连接；所述第一直流负输入端与所述整流负输出端电连接；
和/或，所述谐振电路还包括电感Lr，电感Lr的一端与所述整流正连接端连接，另一端与所述原边正连接端连接；
和/或，所述变压电路包括变压器Tr2，变压器Tr2包括一个原边电感和两个副边电感；原边电感的一端与所述第一原边连接端连接，另一端与所述第二原边连接端，一个副边电感的两端分别与所述第一副边正连接端和所述第一副边负连接端连接，另一个副边电感的两端分别与所述第二副边正连接端和所述第二副边负连接端连接；
和/或，所述输出电路还包括二极管D11、二极管D12、电容C11和电阻R11；其中，所述副边功率开关管的第一极与所述第四输入连接端连接，第二极与所述二极管D11的负极连接，控制极与所述负载驱动电路连接；二极管D11的正极与所述输出负连接端连接；二极管D12的正极与所述输出负连接端连接，二极管D12的负极与所述第一输入连接端连接；电容C11的一端与所述第二输入连接端连接，另一端与所述输出负连接端连接；电阻R11的一端与所述第二输入连接端连接，另一端与所述输出负连接端连接；所述第二输入连接端、第三输入连接端和输出正连接端电连接；所述输出正连接端与所述输出监测电路电连接。
3.如权利要求1所述的正反激AC/DC变换电路，其特征在于，所述LLC频率控制电路包括积分复位器；所述积分复位器与所述电流监测电路连接，用于获取所述电流监测信号；
所述积分复位器用于当所述电流监测信号过零点时自动复位，并将所述积分复位器产生该次自动复位的时间作为第一复位时间；
所述积分复位器还用当输出达到一预设的第一半桥开关导通时间长度时自动复位，并将所述积分复位器产生该次自动复位的时间作为第二复位时间；
所述LLC频率控制电路用于依据所述第一复位时间和所述第二复位时间输出驱动电信号，并将依据所述第一复位时间和所述第二复位时间输出的驱动电信号作为所述第一驱动电信号输出。
4.如权利要求3所述的正反激AC/DC变换电路，其特征在于，所述LLC频率控制电路还包括D触发器、OR电路和比较器；
所述积分复位器包括第一复位输入端、第二复位输入端和积分输出端；所述积分输出端与所述比较器连接；所述第一复位输入端用于预设的所述第一半桥开关导通时间长度信号的输入，所述第二复位输入端与所述OR电路连接；
所述比较器包括输入连接端和输出连接端，所述比较器的输入连接端与所述积分输出端连接，所述比较器的输出端与所述OR电路连接；所述比较器用于将所述积分复位器输出的电信号与一预设比较参数值进行比较，并通过所述比较器的输出连接端输出比较结果电信号给所述OR电路；
所述OR电路包括第一OR信号输入端、第二OR信号输入端和OR信号输出端；所述第一OR信号输入端与所述电流监测电路连接，所述第二OR信号输入端与所述比较器的输出连接端连接，所述OR信号输出端与所述第二复位输入端连接；
所述D触发器包括D信号输入端、CP信号输入端、Q信号输出端和Q非信号输出端；所述D信号输入端与所述Q非信号输出端连接，所述CP信号输入端与所述比较器的输出连接端连接，所述Q信号输出端与所述半桥驱动电路连接。
5.如权利要求1所述的正反激AC/DC变换电路，其特征在于，当所述AHB频率控制电路输出所述第一驱动电信号时，所述第一驱动电信号包括LG电信号和HG电信号，所述HG电信号的占空比不大于45%。
6.一种正反激AC/DC变换电路控制方法，其特征在于，正反激AC/DC变换电路包括半桥整流电路、谐振电路、变压电路、输出电路、半桥驱动电路、电流监测电路、负载驱动电路、驱动控制电路和输出监测电路；所述正反激AC/DC变换电路用于将第一直流电转换为电压值为一预设输出范围的第二直流电；所述第一直流电为对一交流电源输出的交流电进行转换获得；
所述半桥整流电路用于将所述第一直流电进行半桥整流，并将半桥整流后获取的高频交流电输出给所述谐振电路；
所述谐振电路用于将所述高频交流电进行谐振转换后输出给所述变压电路；
所述变压电路用于对谐振转换后的所述高频交流电进行降压后输出给所述输出电路；
所述输出电路用于输出预设输出范围的所述第二直流电；
所述半桥驱动电路用于响应一第一驱动电信号向所述半桥整流电路的功率开关管输出第一开关驱动电信号；
所述电流监测电路用于监测所述谐振电路的电流信号，并将监测获取的电流监测信号发送给所述驱动控制电路；
所述变压电路包括变压器，所述变压器包括一个原边绕组和至少两个副边绕组，所述原边绕组与所述谐振电路连接，每个所述副边绕组分别与所述输出电路连接；
所述负载驱动电路与所述输出电路的副边功率开关管连接，所述负载驱动电路用于响应一第二驱动电信号向所述输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，所述副边功率开关管响应所述第二开关驱动电信号导通，以将至少一个所述副边绕组连接在所述输出电路中；
所述输出监测电路用于监测所述输出电路输出的所述第二直流电的电压信号，并将监测获取的输出电压信号发送给所述驱动控制电路；
所述控制方法包括：
当所述输出电压信号的值大于一第一预设输出值时，所述驱动控制电路向所述负载驱动电路输出所述第二驱动电信号，所述负载驱动电路响应所述第二驱动电信号向所述输出电路的副边功率开关管输出第二开关驱动电信号，所述副边功率开关管响应所述第二开关驱动电信号导通；
当所述输出电压信号的值不大于所述第一预设输出值时，所述驱动控制电路停止向所述负载驱动电路输出所述第二驱动电信号；当所述输出电路的副边功率开关管未接收到所述第二开关驱动电信号时关断；
所述驱动控制电路包括工作模式切换电路、LLC频率控制电路和AHB频率控制电路；
所述工作模式切换电路分别与所述LLC频率控制电路、所述AHB频率控制电路和所述半桥驱动电路连接；
当所述输出电压信号的值大于所述第一预设输出值时，所述工作模式切换电路连接所述LLC频率控制电路和所述半桥驱动电路，以用于将所述LLC频率控制电路输出的驱动电信号作为所述第一驱动电信号，发送至所述半桥驱动电路；其中，所述LLC频率控制电路输出的驱动电信号依据所述电流监测信号获取；
当所述输出电压信号的值不大于所述第一预设输出值时，所述工作模式切换电路连接所述AHB频率控制电路和所述半桥驱动电路，以用于将所述AHB频率控制电路输出的驱动电信号作为所述第一驱动电信号，发送至所述半桥驱动电路；其中，所述AHB频率控制电路输出的驱动电信号依据所述输出电压信号获取。
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