CN115589159B - 双向变换电路、多模式控制方法及双向谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请属于功率变换技术领域，提供了一种双向变换电路、多模式控制方法及双向谐振变换器，双向变换电路包括：低压侧变换模块、谐振变压模块、高压侧变换模块以及控制模块，本申请通过对低压侧变换模块的第一端、高压侧变换模块的第一端进行电压采样，分别得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，对谐振变压模块的第一端、谐振变压模块的第二端进行电流采样，分别得到第一电流采样信号和第二电流采样信号；全范围电压工作时，控制模块根据第一电压采样信号、第二电压采样信号、第一电流采样信号以及第二电流采样信号自适应控制双向变换电路的工作模式，可以使得双向变换电路达到更高的转换效率，并且无需额外增加元器件数量。

Description

双向变换电路、多模式控制方法及双向谐振变换器
技术领域
本申请属于功率变换技术领域，尤其涉及一种双向变换电路、多模式控制方法及双向谐振变换器。
背景技术
双向变换器是一种可以使直流电能进行双向流动的电源装置，可以成为连接电压等级不同的电源系统之间的桥梁，目前，由于双向谐振变换器的变频或移相控制方法较为简单而被广泛应用于锂离子电池、燃料电池的充放电，以及便携式户外电源、新能源储能逆变器、老化电源中。但是由于锂离子电池在充放电期间充电侧及放电侧的电压变化通常较大，双向DC-DC变换器必须具有宽增益范围。此外，DC-DC变换器不仅要在重负载下实现高效率，轻载条件下同样需要高传输效率来保证电池的充电过程。
由此可见，如何提升双向谐振变换电路在全电压、全负载下实现高转换效率是一个亟需解决的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种双向变换电路、多模式控制方法及双向谐振变换器，旨在解决现有的双向谐振变换电路在全电压、全负载下转换效率较低的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种双向变换电路，所述双向变换电路包括：
低压侧变换模块；
谐振变压模块，所述谐振变压模块的第一端与所述低压侧变换模块的第二端连接；
高压侧变换模块；其中，所述谐振变压模块的第二端与所述高压侧变换模块的第二端连接；
控制模块，分别与所述低压侧变换模块、所述谐振变压模块以及所述高压侧变换模块连接，用于对所述低压侧变换模块的第一端、所述高压侧变换模块的第一端进行电压采样，分别得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，对所述谐振变压模块的第一端、所述谐振变压模块的第二端进行电流采样，分别得到第一电流采样信号和第二电流采样信号，并根据所述第一电流采样信号、所述第二电流采样信号、所述第一电压采样信号以及所述第二电压采样信号确定所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式。
在一个实施例中，还包括：
第一开关模块，设于所述谐振变压模块的第一端和所述低压侧变换模块的第二端之间；
第二开关模块，设于所述谐振变压模块的第二端和所述高压侧变换模块的第二端之间；其中，
当所述控制模块控制所述第一开关模块导通、所述第二开关模块断开时，所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式为降压模式；
当所述控制模块控制所述第二开关模块导通、所述第一开关模块断开时，所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式为升压模式；
当所述控制模块控制所述第二开关模块和所述第一开关模块均断开时，所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式为谐振模式。
本申请实施例还提供了一种多模式控制方法，应用于上述任一项所述的双向变换电路，包括：
若所述双向变换电路正向工作，且所述双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照同步整流的方式导通；
若所述双向变换电路反向工作，且所述双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块控制所述高压侧变换模块按照所述第一占空比导通；
控制模块控制所述低压侧变换模块按照所述同步整流的方式导通。
在一个实施例中，还包括：
若所述双向变换电路正向工作，且所述双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照同步整流的方式导通；且控制第二开关模块按照第一预设脉宽调制方式导通；
若所述双向变换电路反向工作，且所述双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块控制所述高压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述低压侧变换模块按照所述同步整流的方式导通；且控制第一开关模块按照所述第一预设脉宽调制方式导通。
在一个实施例中，还包括：
若所述双向变换电路正向工作，且所述双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照同步整流的方式导通；且控制第一开关模块按照所述第二预设脉宽调制导通；
若所述双向变换电路反向工作，且所述双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照同步整流的方式导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照所述第一占空比导通；且控制第二开关模块按照所述第二预设脉宽调制导通。
本申请实施例的第三方面提供了一种双向谐振变换器，包括如上述任一项所述的双向变换电路。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请通过设置控制模块，分别对低压侧变换模块的第一端、高压侧变换模块的第一端进行电压采样，分别得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，对谐振变压模块的第一端、谐振变压模块的第二端进行电流采样，分别得到第一电流采样信号和第二电流采样信号，并根据第一电流采样信号和第二电流采样信号确定高压侧变换模块和低压侧变换模块的功率流向，根据第一电压采样信号和第二电压采样信号确定高压侧变换模块和低压侧变换模块的工作模式，通过第一电压采样信号、第二电压采样信号、第一电流采样信号以及第二电流采样信号实现了对双向变换电路的功率流向和工作模式进行控制，可以使得双向变换电路的转换效率更高。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的双向变换电路结构示意图一；
图2为本申请一个实施例提供的双向变换电路结构示意图二；
图3为本申请一个实施例提供的双向变换电路结构示意图三；
图4为本申请一个实施例提供的双向变换电路结构具体示意图；
图5为本申请一个实施例提供的半桥变压电路的具体电路示意图；
图6为本申请一个实施例提供的推挽变压电路的具体电路示意图；
图7为本申请一个实施例提供的第一开关模块的具体电路示意图；
图8为本申请一个实施例提供的第一预设波形示意图；
图9为本申请一个实施例提供的第二预设波形示意图；
图10为本申请一个实施例提供的第三预设波形示意图；
图11为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图一；
图12为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图二；
图13为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图三；
图14为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图四；
图15为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图五；
图16为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图六；
图17为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图七；
图18为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图八；
图19为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图九；
图20为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十；
图21为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十一；
图22为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十二；
图23为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十三；
图24为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十四；
图25为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十五；
图26为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十六；
图27为本申请一个实施例提供的双向变换电路的具体电路示意图十七。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参考图1所示，本申请实施例提供了一种双向变换电路，双向变换电路包括：低压侧变换模块10、谐振变压模块20、高压侧变换模块30以及控制模块40。
具体的，谐振变压模块20的第一端与低压侧变换模块10的第二端连接；谐振变压模块20的第二端与高压侧变换模块30的第二端连接；控制模块40分别与低压侧变换模块10、谐振变压模块20以及高压侧变换模块30连接，控制模块40用于对低压侧变换模块10的第一端、高压侧变换模块30的第一端进行电压采样，分别得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，对谐振变压模块20的第一端、谐振变压模块20的第二端进行电流采样，分别得到第一电流采样信号和第二电流采样信号，并根据第一电流采样信号、第二电流采样信号、第一电压采样信号和第二电压采样信号确定高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式，其中，低压侧变换模块10的第二端通过功率线+、功率线-与谐振变压模块20的第一端连接。
在本实施例中，低压侧变换模块10的第一端用于连接第一电源VL，高压侧变换模块30的第一端用于连接第二电源VH，其中，第一电源VL可以是用电负载或者电池，第二电源VH可以为用电负载或者用于接入高压直流母线。低压侧变换模块10的第一端和第一电源VL之间还可以设置低压滤波电容CL，参考图4所示。低压滤波电容CL用于对低压侧变换模块10的第一端的电压进行滤波处理。高压侧变换模块30的第一端与第二电源VH之间可以设置高压滤波电容CH，高压滤波电容CH用于对高压侧变换模块30的第一端的电压进行滤波处理，第二电源VH一般接入高压直流母线。在本实施例中，第一电源VL接入的低压信号可以经过低压侧变换模块10、谐振变压模块20以及高压侧变换模块30转换后从高压侧变换模块30的第一端输出。第二电源VH接入的高压信号也可以经过高压侧变换模块30、谐振变压模块20以及低压侧变换模块10的转化后从低压侧变换模块10的第一端输出，实现了电压变换电路的双向转换和传输。
在本实施例中，当第一电源VL和第二电源VH的输入电压值不同时，或者需要输出的电压值不同时，低压侧变换模块10以及高压侧变换模块30的工作模式也不相同。本申请实施例通过控制模块40对低压侧变换模块10的第一端进行电压采样得到第一电压采样信号，通过控制模块40对高压侧变换模块30的第一端进行电压采样，得到第二电压采样信号，并根据第一电流采样信号、第二电流采样信号、第一电压采样信号和第二电压采样信号确定高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式。其中，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式至少包括升压模式、降压模式以及谐振模式。通过对高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式进行控制，可以实现双向变换电路对不同输入电压范围的输入电压信号进行转换，转换成不同输出范围的输出电压信号。可以解决现有的双向谐振变换电路的不能全电压范围实现高转换效率的问题。
在本实施例中，控制模块40可以对谐振变压模块20的第一端进行电流采样，生成第一电流采样信号，对谐振变压模块20的第二端进行电流采样，得到第二电流采样信号，并根据第一电流采样信号和第二电流采样信号确定高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的功率流向。例如，控制模块40可以通过第一电流采样信号和第二电流采样信号控制电路中功率是从低压侧变换模块10流向高压侧变换模块30，还是从高压侧变换模块30流向低压侧变换模块10，如此可以使得双向变换电路实用于不同的应用场景，拓宽了双向变换电路的应用范围。
在一个实施例中，需要说明的是，通过控制模块40用于对低压侧变换模块10、高压侧变换模块30进行电压采样，分别得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，对谐振变压模块20的第一端、谐振变压模块20的第二端进行电流采样，分别得到第一电流采样信号和第二电流采样信号，并根据第一电流采样信号、第二电流采样信号、第一电压采样信号和第二电压采样信号确定高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式的方法，同样也可以应用到单向变换电路中，可以用于对单向变换电路的工作模式进行控制，可以拓宽单向变换电路的应用范围。
在一个实施例中，参考图2所示，双向变换电路还包括：第一开关模块50和第二开关模块60。
具体的，第一开关模块50设于谐振变压模块20的第一端和低压侧变换模块10的第二端之间；第二开关模块60设于谐振变压模块20的第二端和高压侧变换模块30的第二端之间。当控制模块40控制第一开关模块50导通、第二开关模块60断开时，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式为降压模式；当控制模块40控制第二开关模块60导通、第一开关模块50断开时，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式为升压模式；当控制模块40控制第二开关模块60和第一开关模块50均断开时，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式为谐振模式。
在本实施例中，通过对第一开关模块50和第二开关模块60工作状态的控制可以实现高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式个变换。
在一个具体应用中，当低压侧变换模块10的第一端的输入电压信号的电压值较大或者需要高压侧变换模块30的第一端输出的输出电压信号的电压值较小时，控制模块40控制第一开关模块50导通、第二开关模块60断开，此时，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式为降压模式。当低压侧变换模块10的第一端的输入电压信号的电压值较小或者需要高压侧变换模块30的第一端的输出电压信号的电压值较大时，则控制模块40控制第二开关模块60导通、第一开关模块50断开，此时，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式为升压模式。当输入电压信号和输出电压信号的电压值都在预设范围内时，则控制模块40控制第二开关模块60和第一开关模块50均断开，此时，高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式为谐振模式。通过对第一开关模块50和第二开关模块60的工作状态进行控制，实现了高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式的变换，可以实现双向变换电路对不同输入电压范围的输入电压信号进行转换，转换成不同输出范围的输出电压信号。可以解决现有的双向谐振变换电路的不能全电压范围实现高转换效率的问题。
在一个实施例中，参考图3所示，控制模块40包括：第一比较计算单元41、第二比较计算单元42、选通单元43以及驱动单元44。
具体的，第一比较计算单元41分别与低压侧变换模块10和谐振变压模块20连接，第一比较计算单元41用于对低压侧变换模块10的第一端进行电压采样，生成第一电压采样信号，对谐振变压模块20的第一端进行电流采样，生成第一电流采样信号，并根据第一电压采样信号和第一电流采样信号生成第一反馈信号；第二比较计算单元42分别与高压侧变换模块30和谐振变压模块20连接，第二比较计算单元42用于对高压侧变换模块30的第一端进行电压采样，生成第二电压采样信号，对谐振变压模块20的第二端进行电流采样，生成第二电流采样信号，并根据第二电压采样信号和第二电流采样信号生成第二反馈信号；选通单元43分别与第一比较计算单元41和第二比较计算单元42连接，选通单元43用于接收第一反馈信号和第二反馈信号，并根据第一反馈信号和第二反馈信号生成变压控制信号；驱动单元44分别与选通单元43、低压侧变换模块10、第一开关模块50、第二开关模块60以及高压侧变换模块30连接，驱动单元44用于接收变压控制信号，并将变压控制信号分别发送至低压侧变换模块10的控制端、第一开关模块50的控制端、第二开关模块60的控制端以及高压侧变换模块30的控制端，以对低压侧变换模块10和低压侧变换模块10的功率流向以及工作模式进行调整。
在本实施例中，第一比较计算单元41可以实时的对低压侧变换模块10的第一端进行电压采样，生成第一电压采样信号，对谐振变压模块20的第一端进行电流采样，生成第一电流采样信号。第二比较计算单元42可以实时的对高压侧变换模块30的第一端进行电压采样，生成第二电压采样信号，对谐振变压模块20的第二端进行电流采样，生成第二电流采样信号。通过设置第一比较计算单元41和第二比较计算单元42实时的对低压侧变换模块10、高压侧变换模块30以及谐振变压模块20进行电压、电流的采样，可以实时了解到低压侧变换模块10、高压侧变换模块30以及谐振变压模块20的电压、电流的变化情况，并根据变化情况对低压侧变换模块10、高压侧变换模块30的工作模式及时调整。
在本实施例中，选通单元43根据第一反馈信号和第二反馈信号生成变压控制信号；驱动单元44将变压控制信号分别发送至低压侧变换模块10的控制端、第一开关模块50的控制端、第二开关模块60的控制端以及高压侧变换模块30的控制端，以对低压侧变换模块10和低压侧变换模块10的功率流向以及工作模式进行调整。可以实现双向变换电路对不同输入电压范围的输入电压信号进行转换，转换成不同输出范围的输出电压信号。可以解决现有的双向谐振变换电路的不能全电压范围实现高转换效率的问题。
在一个实施例中，参考图4所示，第一比较计算单元41包括：第一电压采样子单元411、第一电压放大子单元412、第一电流采样子单元413以及第一电流放大子单元414。
具体的，第一电压采样子单元411与低压侧变换模块10连接，第一电压采样子单元411用于对低压侧变换模块10的第一端进行电压采样，生成第一电压采样信号；第一电压放大子单元412与第一电压采样子单元411连接，第一电压放大子单元412用于根据第一电压采样信号和第一基准电压信号生成第一电压放大信号；第一电流采样子单元413与谐振变压模块20连接，第一电流采样子单元413用于对谐振变压模块20的第一端进行电流采样，生成第一电流采样信号；第一电流放大子单元414与第一电流采样子单元413和第一电压放大子单元412连接，第一电流放大子单元414用于根据第一电流采样信号和第一电压放大信号生成第一反馈信号。
在本实施例中，第一电压放大子单元412根据第一电压采样信号和第一基准电压信号生成第一电压放大信号。具体的，第一电压放大子单元412根据第一电压采样信号的电压值大小，与第一基准电压信号进行比较，并根据比较结果生成第一电压放大信号。第一电流放大子单元414根据第一电流采样信号和第一电压放大信号生成第一反馈信号，具体的，第一电流放大子单元414根据第一电流采样信号的电压值的大小，与第一电压放大信号进行比较，并根据比较结果生成第一反馈信号。
在一个具体应用中，参考图4所示，第一比较计算单元41还包括：第一光耦子单元415。第一光耦子单元415连接于第一电压放大子单元412与第一电流放大子单元414之间，用于对第一电压放大信号进行光耦隔离传输。
在一个实施例中，参考图4所示，第二比较计算单元42包括：第二电压采样子单元421、第二电压放大子单元422、第二电流采样子单元423以及第二电流放大子单元424。
具体的，第二电压采样子单元421与高压侧变换模块30连接，第二电压采样子单元421用于对高压侧变换模块30的第一端进行电压采样，生成第二电压采样信号；第二电压放大子单元422与第二电压采样子单元421连接，第二电压放大子单元422用于根据第二电压采样信号和第二基准电压信号生成第二电压放大信号；第二电流采样子单元423与谐振变压模块20的第二端连接，第二电流采样子单元423用于对谐振变压模块20的第二端进行电流采样，生成第二电流采样信号；第二电流放大子单元424与第二电流采样子单元423连接，第二电流放大子单元424用于根据第二电流采样信号和第二电压放大信号生成第二反馈信号。
在本实施例中，第二电压放大子单元422根据第二电压采样信号和第二基准电压信号生成第二电压放大信号。具体的，第二电压放大子单元422根据第二电压采样信号的电压值大小，与第二基准电压信号进行比较，并根据比较结果生成第二电压放大信号。第二电流放大子单元424根据第二电流采样信号和第二电压放大信号生成第二反馈信号，具体的，第二电流放大子单元424根据第二电流采样信号的电压值的大小，与第二电压放大信号进行比较，并根据比较结果生成第二反馈信号。
在一个具体应用中，参考图4所示，第二比较计算单元42还包括：第二光耦子单元425。第二光耦子单元425连接于第二电压放大子单元422与第二电流放大子单元424之间，第二光耦子单元425用于对第二电压放大信号进行光耦隔离传输。
在本实施例中，通过对低压侧变换模块10、高压侧变换模块30以及谐振变压模块20进行采样，得到第一电压采样采样、第一电流采样信号、第二电压采样信号以及第二电流采样信号，并根据第一电压采样采样、第一电流采样信号、第二电压采样信号以及第二电流采样信号得到第一反馈信号和第二反馈信号，从而实现了对高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的功率流向的控制，以及高压侧变换模块30和低压侧变换模块10的工作模式的控制，可以解决现有的双向谐振变换电路的不能全电压范围实现高转换效率的问题。
在一个实施例中，参考图4所示，第一电压采样子单元411包括：第一电阻R1和第二电阻R2。第一电压放大子单元412包括：第一误差放大器U1和第一电压源V1，其中，第一电压源V1用于提供第一基准电压信号。
具体的，第一电阻R1的第一端与低压侧变换模块10的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端共接于第一误差放大器U1的负端，第二电阻R2的第二端接地，第一误差放大器U1的正端串联第一电压源V1后接地，第一误差放大器U1的输出端与第一光耦子单元415连接。
在一个实施例中，参考图4所示，第一光耦子单元415包括：第一光耦隔离器U2、第五电阻R5以及第三电压源V3，第一电流放大子单元414包括：第二误差放大器U3和第一电流源I1。在本实施例中，第一电流采样子单元413可以使用电流传感器、电流互感器或电阻等进行采样得到第一电流采样信号。
具体的，第一光耦隔离器U2的第一端与第一误差放大器U1的输出端连接，第一光耦隔离器U2的第二端串联第五电阻R5后与第三电压源V3连接，第一光耦隔离器U2的第三端接地，第一光耦隔离器U2的第四端与第一电流源I1共接于第二误差放大器U3的正端，第二误差放大器U3的负端与第一电流采样子单元413连接，第二误差放大器U3的输出端与选通单元43连接。
在一个实施例中，参考图4所示，控制模块40还包括：逻辑运算与发波单元45。逻辑运算与发波单元45设于选通单元43和驱动单元44之间，逻辑运算与发波单元45用于接收变压控制信号，并将变压控制信号的幅值与预设控制信号的幅值进行比较，以确定变压控制信号需要控制的模块，并将变压控制信号发送至对应的驱动单元44。在本实施例中，可以理解的是，驱动单元44可以设置多个，用于驱动不同的模块，例如，低压侧变换模块10和高压侧变换模块30分别设置对应的驱动单元44，以驱动对应的低压侧变换模块10或者高压侧变换模块30。
在一个实施例中，参考图4所示，第二电压采样子单元421包括：第三电阻R3和第四电阻R4。第二电压放大子单元422包括：第三误差放大器U4和第二电压源V2，其中，第二电压源用于提供第二基准电压信号。
具体的，第三电阻R3的第一端与高压侧变换模块30的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端共接于第三误差放大器U4的负端，第四电阻R4的第二端接地，第三误差放大器U4的正端串联第二电压源V2后接地，第三误差放大器U4的输出端与第二光耦子单元425连接。
在一个实施例中，参考图4所示，第二光耦子单元425包括：第二光耦隔离器U5、第六电阻R6以及第四电压源V4，第二电流放大子单元424包括：第四误差放大器U6和第二电流源I2。在本实施例中，第二电流采样子单元423可以使用电流传感器、电流互感器或电阻等进行采样得到第二电流采样信号。
具体的，第二光耦隔离器U5的第一端与第三误差放大器U4的输出端连接，第二光耦隔离器U5的第二端串联第六电阻R6后与第四电压源V4连接，第二光耦隔离器U5的第三端接地，第二光耦隔离器U5的第四端与第二电流源I2共接于第四误差放大器U6的正端，第四误差放大器U6的负端与第二电流采样子单元423连接，第四误差放大器U6的输出端与选通单元43连接。
在一个实施例中，参考图4所示，低压侧变换模块10和高压侧变换模块30均为全桥变换电路。
具体的，低压侧变换模块10包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4。
更具体的，第一开关管Q1的第一端和第三开关管Q3的第一端均与低压侧变换模块10的第一端的正极连接，第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端连接，第二开关管Q2的第二端与第四开关管Q4的第二端与低压侧变换模块10的第一端的负极连接，第四开关管Q4的第一端与第三开关管Q3的第二端连接，第一二极管D1连接于第一开关管Q1的第一端和第二端之间，第二二极管D2连接于第二开关管Q2的第一端和第二端之间，第三二极管D3连接于第三开关管Q3的第一端和第二端之间，第四二极管D4连接于第四开关管Q4的第一端和第二端之间，第一开关管Q1的控制端、第二开关管Q2的控制端、第三开关管Q3的控制端以及第四开关管Q4的控制端与控制模块40连接，可以理解的是，第一开关管Q1的控制端、第二开关管Q2的控制端、第三开关管Q3的控制端以及第四开关管Q4的控制端共接于低压侧变换模块10的控制端。
在一个实施例中，参考图4所示，高压侧变换模块30包括：第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7以及第八二极管D8。
具体的，第五开关管Q5的第一端和第七开关管Q7的第一端均与高压侧变换模块30的第一端的正极连接，第五开关管Q5的第二端与第六开关管Q6的第一端连接，第六开关管Q6的第二端与第八开关管Q8的第二端均与高压侧变换模块30的第一端的负极连接，第八开关管Q8的第一端与第七开关管Q7的第二端连接，第五二极管D5连接于第五开关管Q5的第一端和第二端之间，第六二极管D6连接于第六开关管Q6的第一端和第二端之间，第七二极管D7连接于第七开关管Q7的第一端和第二端之间，第八二极管D8连接于第八开关管Q8的第一端和第二端之间，第五开关管Q5的控制端、第六开关管Q6的控制端、第七开关管Q7的控制端以及第八开关管Q8的控制端均与控制模块40连接，可以理解的是，第五开关管Q5的控制端、第六开关管Q6的控制端、第七开关管Q7的控制端以及第八开关管Q8的控制端共接于高压侧变换模块30的控制端。
在一个实施例中，参考图4所示，第一开关模块50包括：第九开关管Q9、第十开关管Q10、第九二极管D9以及第十二极管D10。
具体的，第九开关管Q9和第十开关管Q10串联后连接于谐振变压模块20的第一端的正极与负极之间，第九二极管D9的第一端与第九开关管Q9的第一端连接，第九二极管D9的第一端还与第一开关管Q1的第二端连接，第九二极管D9的第二端与第九开关管Q9的第二端连接，第十二极管D10的第一端与第十开关管Q10的第二端连接，第十二极管D10的第二端与第十开关管Q10的第一端连接，第十开关管Q10的第一端还与第四开关管Q4的第一端连接，第九开关管Q9和第十开关管Q10的控制端与控制模块40连接，可以理解的是，第九开关管Q9和第十开关管Q10的控制端共接于第一开关模块50的控制端。
在一个实施例中，参考图4所示，第二开关模块60包括：第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十一二极管D11以及第十二二极管D12。具体的，第十一开关管Q11和第十二开关管Q12串联后连接于谐振变压模块20的第二端的正极与负极之间，第十一二极管D11连接于第十一开关管Q11的第一端和第二端之间，第十一开关管Q11的第一端还与第七开关管Q7的第二端连接，第十一开关管Q11的第二端与第十二开关管Q12的第一端连接，第十二开关管Q12的第二端还与第六开关管Q6的第一端连接，第十二二极管D12连接于第十二开关管Q12的第一端和第二端之间，第十一开关管Q11和第十二开关管Q12的控制端与控制模块40连接，可以理解的是，第十一开关管Q11和第十二开关管Q12的控制端共接于第二开关模块60的控制端。
在一个实施例中，参考图5所示，低压侧变换模块10和高压侧变换模块30均为半桥变压电路；低压侧变换模块10包括：第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第十三二极管D13、第十四二极管D14、第一电容C1以及第二电容C2。
在本实施例中，可以理解的是，低压侧变换模块10为半桥变压电路时，可以直接用半桥变压电路替换全桥变换电路即可。具体的，第十三开关管Q13的第一端和第一电容C1的第一端均与高压侧变换模块30的第一端的正极连接，第十三开关管Q13的第二端与第十四开关管Q14的第一端连接，第十四开关管Q14的第二端和第二电容C2的第二端均与高压侧变换模块30的第一端的负极连接，第二电容C2的第一端与第一电容C1的第二端连接，第十三开关管Q13以及第十四开关管Q14的控制端均与控制模块40连接，第十三二极管D13连接于第十三开关管Q13的第一端和第二端之间，第十四二极管D14连接于第十四开关管Q14的第一端和第二端之间，此时，第十三开关管Q13的第二端与谐振变压模块20的第一端的正极连接，第十四开关管Q14的第二端与谐振变压模块20的第一端的负极连接。
在一个实施例中，参考图6所示，低压侧变换模块10和高压侧变换模块30均为推挽变压电路；低压侧变换模块10包括：第十五开关管Q15、第十六开关管Q16、第十五二极管D15以及第十六二极管D16。
在本实施例中，第十五开关管Q15的第一端与谐振变压模块20的第一端的正极连接，第十五开关管Q15的第二端和第十六开关管Q16的第二端均与高压侧变换模块30的第一端的负极连接，第十六开关管Q16的第一端与谐振变压模块20的第一端的负极连接，第十五二极管D15连接于第十五开关管Q15的第一端和第二端之间，第十六二极管D16连接于第十六开关管Q16的第一端和第二端，第十五开关管Q15和第十六开关管Q16的控制端与控制模块40连接，此时，第十五开关管Q15和第十六开关管Q16的控制端共接于低压侧变换模块10的控制端。
在一个具体应用中，低压侧变换模块10和高压侧变换模块30可以采用全桥变压电路、半桥变压电路以及半桥变压电路中的任意一种，具体参考图4、图5、图6所示，需要说明的是，低压侧变换模块10和高压侧变换模块30也可以采用本领域内其他所有传统直流变换电路进行替换，其中，控制模块40的连接方式以及控制方式类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，参考图7所示，第一开关模块50包括：第十七开关管Q17、第十八开关管Q18、第十七二极管D17以及第十八二极管D18。
具体的，第十七开关管Q17和第十八开关管Q18串联后连接于谐振变压模块20的第一端的正极与负极之间，第十七二极管D17的第一端与第十七开关管Q17的第一端连接，第十七二极管D17的第二端与第十七开关管Q17的第二端连接，第十八二极管D18的第二端与第十八开关管Q18的第二端连接，第十八二极管D18的第一端与第十八开关管Q18的第一端连接，第十七开关管Q17和第十八开关管Q18的控制端与控制模块40连接。
在一个具体应用中，第一开关模块50和第二开关模块60可以应用图4和图7所示的开关模块的具体电路图，需要说明的是，第一开关模块50和第二开关模块60也同样可以采用本领域内其他所有传统双向形式的开关模块进行替换，其中，控制模块40的连接方式以及控制方式类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，参考图4所示，谐振变压模块20包括：第一电感L1、第二电感L2、第三电容C3、第四电容C4以及第一变压器T1。
具体的，第一电感L1的第一端与第一开关管Q1的第二端连接，第一电感L1的第二端与第一变压器T1的第一端连接，第二电感L2的第一端与第七开关管Q7的第二端连接，第二电感L2的第二端与第一变压器T1的第三端连接，第三电容C3的第一端与第一变压器T1的第二端连接，第三电容C3的第二端与第四开关管Q4的第一端连接，第四电容C4的第一端与第一变压器T1的第四端连接，第四电容C4的第二端与第六开关管Q6的第一端连接。
本申请实施还提供了一种多模式控制方法，应用于如上述任一项的双向变换电路，包括：
若双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块40控制低压侧变换模块10按照第一占空比导通；控制模块40控制高压侧变换模块30按照同步整流的方式导通。若双向变换电路反向工作，且双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块40控制高压侧变换模块30按照第一占空比导通；控制模块40控制低压侧变换模块10按照同步整流的方式导通。
在本实施例中，功率从低压侧变换模块10流向高压侧变换模块30称双向变换电路为正向工作，否则，功率从高压侧变换模块30流向低压侧变换模块10时称双向变换电路为反向工作。在本实施例中，当低压侧变换模块10的第一端的输入电压信号和高压侧变换模块30的第一端的输出电压信号的电压值都在预设范围内时，则控制模块40控制第二开关模块60和第一开关模块50均断开，此时，双向变换电路的工作模式为谐振模式。当双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块40控制低压侧变换模块10按照第一占空比导通；控制模块40控制高压侧变换模块30按照同步整流的方式导通。
在一个实施例中，低压侧变换模块10按照第一占空比导通，可以设定控制低压侧变换模块10中的开关管开关频率固定占空比50%，同时，控制高压侧变换模块30按照同步整流的方式导通。在本实施例中，当双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为谐振模式时，控制模块40发送对应的变压控制信号至低压侧变换模块10的控制端、第一开关模块50的控制端、第二开关模块60的控制端以及高压侧变换模块30的控制端，以控制其进行相应的操作。具体的，此时控制模块40发送对应的变压控制信号为波形可以为第一预设波形，参考图8所示。同时参考图4所示，在本实施例中，从上至下分别为低压侧变换模块10和高压侧变换模块30中开关管Q1~Q8栅极驱动信号Vgs1、第一开关模块50和第二开关模块60中的开关管Q9~Q12栅极驱动信号Vg1，谐振变压模块20第一端正极和负极之间的电压Vp，谐振变压模块20第一端为原边，也即原边桥臂中点电压，流过第一电感L1的谐振电流ir1。由此可见，虽然开关管Q1和Q4，开关管Q2和Q3分别与开关管Q6和Q7，开关管Q5和Q8显示为同相，实际上存在一定的延时，同时ir1滞后于Vp1为原边开关管的软导通创造条件，此时，第一开关模块50和第二开关模块60不工作。
在本实施例中，通过设置控制模块40发送对应的第一预设波形，控制双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为谐振模式，可以提升双向变换电路的转换效率，同时可以控制低压侧变换模块10以及高压侧变换模块30中的开关管实现缓启动。
依据相同的道理，若双向变换电路反向工作，且双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块40控制高压侧变换模块30按照第一占空比导通；控制模块40控制低压侧变换模块10按照同步整流的方式导通，此时，低压侧变换模块10与高压侧变换模块30的工作状态互换，其基本原理与正向工作时相同。
在一个实施例中，多模式控制方法还包括：若双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块40控制低压侧变换模块10按照第一占空比导通；控制模块40控制高压侧变换模块30按照同步整流的方式导通；且控制第二开关模块60按照第一预设脉宽调制方式导通；若双向变换电路反向工作，且双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块40控制高压侧变换模块30按照第一占空比导通；控制模块40控制低压侧变换模块10按照同步整流的方式导通；且控制第一开关模块50按照第一预设脉宽调制方式导通。
在本实施例中，当低压侧变换模块10的第一端的输入电压信号的电压值较小或者高压侧变换模块30的第一端的输出电压信号的电压值较大时，则需要双向变换电路的工作模式为升压模式。具体的，若双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块40发送对应的变压控制信号至低压侧变换模块10的控制端、第一开关模块50的控制端、第二开关模块60的控制端以及高压侧变换模块30的控制端，以控制其进行相应的操作。具体的，此时控制模块40发送对应的变压控制信号为波形可以为第二预设波形，参考图9所示。
在本实施例中，控制模块40控制低压侧变换模块10按照第一占空比导通，可以理解的是，参考图9、图4所示，开关管Q1~Q4固定开关频率固定占空比50%，开关管Q5~Q8工作于同步整流方式，并且每个开关周期开关管在其体二极管导通稍后再开通，这样双向变换电路中所有开关管均能实现软导通。主要波形如图9所示，分别为开关管Q1~Q8栅极驱动信号Vgs2、开关管Q9~Q12栅极驱动信号Vg2，谐振变压模块20第一端正极和负极之间的电压Vp，也即原边桥臂中点电压，流过第一电感L1的谐振电流ir2。由此可见，虽然开关管Q1和Q4，开关管Q2和Q3分别与开关管Q6和Q7，开关管Q5和Q8关断时刻显示为同相，实际上存在一定的延时，但是低压侧变换模块10中的开关管比高压侧变换模块30中的开关管提前开通，同时ir2滞后于Vp2为低压侧变换模块10中的开关管ZVS（Zero Voltage Switch，零电压开关)开通创造条件，另外开关管Q11和Q12工作于脉冲宽度调制（PWM）方式，开关管Q9和Q10并不工作。谐振变压模块20工作于开关周期正半周时，开关管Q11和Q12与低压侧变换模块10中的开关管Q1和Q4同时开通，但同步整流管Q6和Q7并不开通，所对应（t0~t1）为第一电感L1和第二电感L2储能阶段；工作于开关周期负半周时，开关管Q11和Q12与Q2和Q3同时开通，但开关管Q5和Q8并不开通，所对应（t4~t5）再一次为第一电感L1和第二电感L2储能阶段。因此，这个升压模式类似于PWM升压变换器（Boost），可以实现升压工作。需要说明的是，这种模式下控制模块40设置开关频率与谐振变压模块20的谐振频率相等，开关管Q11~Q12工作时间过长时会造成较大功率损耗，可以改变工作方式为：低压侧变换模块10中开关管Q1~Q4仍然固定占空比50%，但是可在较窄范围内改变开关频率工作，也称作变频调制（Pulse frequencymodulation，PFM）。
在本实施例中，通过设置控制模块40发送对应的第二预设波形，控制双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为升压模式，可以提升双向变换电路的转换效率，同时可以控制低压侧变换模块10以及高压侧变换模块30中的开关管实现缓启动。
依据相同的道理，若双向变换电路反向工作，且双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块40控制高压侧变换模块30按照第一占空比导通；控制模块40控制低压侧变换模块10按照同步整流的方式导通；且控制第一开关模块50按照第一预设脉宽调制方式导通，此时，低压侧变换模块10与高压侧变换模块30的工作状态互换，其基本原理与正向工作时相同，在此不再赘述。
在一个实施例中，多模式控制方法还包括：若双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块40控制低压侧变换模块10按照第一占空比导通；控制模块40控制高压侧变换模块30按照同步整流的方式导通；且控制第一开关模块50按照第二预设脉宽调制导通；若双向变换电路反向工作，且双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块40控制低压侧变换模块10按照同步整流的方式导通；控制模块40控制高压侧变换模块30按照第一占空比导通；且控制第二开关模块60按照第二预设脉宽调制导通。
在本实施例中，当低压侧变换模块10的第一端的输入电压信号的电压值较大或者高压侧变换模块30的第一端输出的输出电压信号的电压值较小时，则需要双向变换电路的工作模式为降压模式。具体的，若双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块40发送对应的变压控制信号至低压侧变换模块10的控制端、第一开关模块50的控制端、第二开关模块60的控制端以及高压侧变换模块30的控制端，以控制其进行相应的操作。具体的，此时控制模块40发送对应的变压控制信号为波形可以为第三预设波形，参考图10所示。
在本实施例中，继续参考图10、图4所示，开关管Q5~Q8工作于同步整流的方式，开关管Q1~Q4固定开关频率固定占空比50%，并且每个开关周期开关管在其体二极管导通稍后再开通，这样双向变换电路所有开关管均能实现ZVS（Zero Voltage Switching，零电压开关）、ZCS（zero current switching，零电流开关）。主要波形如图10所示，分别为开关管Q1~Q8栅极驱动信号Vgs3、开关管Q9~Q12栅极驱动信号Vg3，谐振变压模块20第二端正极和负极两端的电压Vp3，也即副边桥臂中点电压，流过第二电感L2的谐振电流ir3。由此可见，虽然开关管Q1和Q4，开关管Q2和Q3分别与开关管Q6和Q7，开关管Q5和Q8关断时刻显示为同相，实际上存在一定的延时，但是高压侧变换模块30中的开关管比低压侧变换模块10中的开关管提前开通，同时ir3滞后于Vp3为高压侧变换模块30中的开关管ZVS开通创造条件，另外开关管Q9和Q10工作于按照第二预设脉宽调制导通，Q11和Q12并不工作。谐振变压模块20工作于开关周期正半周时，开关管Q9和Q10与高压侧变换模块30中的开关管Q6和Q7同时开通，但低高压侧变换模块30中的开关管Q1和Q4并不开通，所对应（t0~t1）为第一电感L1和第二电感L2反向储能阶段；工作于开关周期负半周时，开关管Q9和Q10与Q5和Q8同时开通，但Q2和Q3并不开通，所对应（t4~t5）再一次为第一电感L1和第二电感L2反向储能阶段，实质上此时高压侧变换模块30能量返送回低压侧变换模块10。因此，这个降压模式类似于PWM降压变换器（Buck），可以实现降压工作。
在一个具体应用中，这种模式下控制模块40设置开关频率与谐振电路的谐振频率相等，开关管Q9~Q12工作时间段过长时会造成较大功率损耗，可以改变工作方式为：低压侧变换模块10中的Q1~Q4仍然固定占空比50%，但是可在较窄范围内改变开关频率PFM工作。
在本实施例中，通过设置控制模块40发送对应的第三预设波形，控制双向变换电路正向工作，且双向变换电路的工作模式为将压模式，可以提升双向变换电路的转换效率，同时可以控制低压侧变换模块10以及高压侧变换模块30中的开关管实现缓启动。
相同的，若双向变换电路反向工作，且双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块40控制低压侧变换模块10按照同步整流的方式导通；控制模块40控制高压侧变换模块30按照第一占空比导通；且控制第二开关模块60按照第二预设脉宽调制导通，此时，低压侧变换模块10与高压侧变换模块30的工作状态互换，其基本原理与正向工作时相同。
在一个实施例中，当低压侧变换模块10和高压侧变换模块30需要更大增益时，当低压侧变换模块10和高压侧变换模块30为全桥变换电路时，将会出现过宽范围，虽然仍能够实现低压侧变换模块10中的开关管ZVS、高压侧变换模块30中的开关管ZCS，以及第一开关模块50和第二开关模块60ZVS，但是低压侧变换模块10中的开关管和第一开关模块50和第二开关模块60中开关管的关断损耗过大，谐振变压模块20也变得难以设计。为了得到更大范围的电压增益，可选地，也可灵活改变全桥变换电路的拓扑结构，这是一种自适应变结构方式，参考图11所示，可以将图4中低压侧变换模块10中的第三开关管Q3、第三二极管D3、第四开关管Q4以及第四二极管D4去掉。具体的，原图4中的第三开关管Q3、第三二极管D3去掉后的位置处于开路状态，原图4中的第四开关管Q4以及第四二极管D4去掉后的位置处于短路状态。参考图12所示，可以将图4中第五开关管Q5、第五二极管D5、第六开关管Q6以及第六二极管D6去掉，相同的，原图4中的第五开关管Q5、第五二极管D5的位置处于开路状态，第六开关管Q6以及第六二极管D6处于短路状态。需要说明的是，自适应变结构方式仅适用于全桥变换电路。
在一个实施例中，低压侧变换模块10、高压侧变换模块30开关管数量较多，进一步观察可以发现，第一开关模块50中的开关管Q9和Q10与低压侧变换模块10中的开关管Q1和Q3或Q2和Q4构成冗余关系，第二开关模块60中的开关管Q11和Q12与高压侧变换模块30中的开关管Q5和Q7或Q6和Q8也构成冗余关系。因此，可选地，可以去掉图4中的开关管Q9~Q12，如图13所示。以升压模式为例，正向工作并工作于开关周期正半周时，低压侧变换模块10中开关管Q1~Q4固定开关频率固定占空比50%，高压侧变换模块30中开关管Q5和Q7工作于PWM调制方式、开关管Q6和Q8工作于同步整流方式，或开关管Q6和Q8工作于PWM调制方式、开关管Q5和Q7工作于同步整流方式。可选地，在一个开关周期内，开关管Q5~Q8可以轮流交替工作，从而进一步提高热性能，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，第一电源VL的电流较大，图4中第一电感L1体积较大，一定程度上增加了功率损耗和成本，可由全桥变换电路原边漏感来代替。因此，可选地，双向变换电路可以进一步去掉第一电感L1，参考图14所示，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，图14可以进一步去掉第三电容C3，如图15所示，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，高压侧变换模块30的电流较小，可以将高压侧变换模块30的全桥变换电路更换为半桥变压电路。因此，可选地，可以将图15中的开关管Q7~Q8及其体二极管去掉，高压滤波电容CH更换为滤波电容CH1和滤波电容CH2，具体的，滤波电容CH1和滤波电容CH2串联后与第二电源VH并联设置，如图16所示。以升压模式为例，正向工作并工作于开关周期正半周时，开关管Q1~Q4固定开关频率固定占空比50%，开关管Q5工作于PWM调制方式、开关管Q6工作于同步整流方式，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，可选地，图16中第四电容C4可以进一步采用电容Cr1和电容Cr2等效并联形式，具体的，电容Cr1的第一端与第二电源VH的正极连接，电容Cr1的第二端与电容Cr2的第一端共接于第二电感L2的第一端，电容Cr2的第二端与第二电源VH的负极连接，如图17所示，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，双向变换电路的低压侧变换模块10也可使用半桥变压电路。因此，可选地，可以去掉开关管Q3~Q4及其体二极管更换为电容CL1和电容CL2，如图18所示。以降压模式为例，正向并工作于开关周期正半周时，高压侧变换模块30中的开关管Q5~Q8固定开关频率固定占空比50%，开关管Q2工作于PWM调制方式、开关管Q1工作于同步整流方式，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，低压侧变换模块10的电压较低，低压侧变换模块10也可改用推挽变压电路，此时可以将图6所示的推免变压器替换到图18中，得到图19所示示意图，需要说明的是，此时谐振变压模块20须采用中心抽头变压器T2，如图19所示，可以理解的是，以上实施例中低压侧变换模块10也可以改用推挽变压电路。以降压模式为例，正向并工作于开关周期正半周时，开关管Q5~Q8固定开关频率固定占空比50%，开关管Q2工作于PWM调制方式、开关管Q4工作于同步整流方式，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，图19中高压侧变换模块30也可改用半桥变压电路，参考图16所示，得到如图20所示示意图，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，图20中第四电容可以进一步采用滤波电容Cr1和滤波电容Cr2等效并联形式，参考图17所示得到如图21所示示意图，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，相对于图13而言，可以在谐振变压模块20的两端分别并联谐振电容Cs1、谐振电容Cs2，具体的，谐振电容Cs1的第一端与第一电感L1的第二端连接，谐振电容Cs1的第二端与第三电容C3的第一端连接，谐振电容Cs2的第一端与第二电感L2的第一端的第二端连接，谐振电容Cs2的第二端与第四电容C4的第一端连接，如图22所示，如此可以应用于直流输出高压场合，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，与图22比较，只要在谐振变压模块20的第一端和第二端各串联一个串联谐振电感Ls1、Ls2，具体的，谐振电感Ls1串联于第一电感L1与第一变压器T1的第一端之间，谐振电感Ls2串联于第一变压器T1的第三端与第二电感L2之间，如图23所示。如此可以更容易实现全负载范围软开关。需要说明的是，低压侧变换模块10、高压侧变换模块30可采用全桥变换电路、半桥变压电路或推挽变压电路，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，如图24所示，与图23相比较，只需改变串联谐振电感Ls1、Ls2的位置，而构成并联谐振电感Lp1、Lp2分别与并联谐振电容Cp1、Cp2串联。可以更容易实现全负载范围软开关。需要说明的是，低压侧变换模块10、高压侧变换模块30可采用全桥变换电路、半桥变压电路或推挽变压电路，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，高压侧变换模块30可改用三电平全桥谐振电路，具体的，参考图25所示，三电平全桥谐振电路包括：第十九开关管Q19、第二十开关管Q20、第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22、第二十三开关管Q23、第二十四开关管Q24、第二十五开关管Q25、第二十六开关管Q26、第十九二极管D19、第二十二极管D20、第二十一二极管D21、第二十二二极管D22、第二十三二极管D23、第二十四二极管D24、第二十五二极管D25、第二十六二极管D26、第三十一二极管D31、第三十二二极管D33、第三十三二极管D33以及第三十四二极管D34。
具体的，第十九开关管Q19的第一端和第二十三开关管Q23的第一端共接于第二电源VH的正极，第十九开关管Q19的第二端与第二十开关管Q20的第一端连接，第二十开关管Q20的第二端与第二十一开关管Q21的第一端连接，第二十一开关管Q21的第二端与第二十二开关管Q22的第一端连接，第二十二开关管Q22的第二端和第二十六开关管Q26的第二端共接于第二电源VH的负极，第二十六开关管Q26的第一端与第二十五开关管Q25的第二端连接，第二十五开关管Q25的第一端与第二十四开关管Q24的第二端连接，第二十四开关管Q24的第一端与第二十三开关管Q23的第二端连接，第十九二极管D19连接于第十九开关管Q19的第一端和第二端之间，第二十二极管D20连接于第二十开关管Q20的第一端和第二端之间，第二十一二极管D21连接于第二十一开关管Q21的第一端和第二端之间，第二十二二极管D22连接于第二十二开关管Q22的第一端和第二端之间，第二十三二极管D23连接于第二十三开关管Q23的第一端和第二端之间，第二十四二极管D24连接于第二十四开关管Q24的第一端和第二端之间，第二十五二极管D25连接于第二十五开关管Q25的第一端和第二端之间，第二十六二极管D26连接于第二十六开关管Q26的第一端和第二端之间，第三十一二极管D31的第一端与第十九开关管Q19的第二端连接，第三十一二极管D31的第一端与第三十二二极管D33的第一端连接，第三十二二极管D33的第二端与第二十一开关管Q21的第二端连接，第三十三二极管D33的第一端与第二十三开关管Q23的第二端连接，第三十三二极管D33的第二端与第三十四二极管D34的第一端连接，第三十四二极管D34的第二端与第二十五开关管Q25的第二端连接，第三十一二极管D31的第一端还与第三十三三十三开关管的第二端连接，第二电感L2连接于第一变压器T1的第三端与第二十开关管Q20的第二端之间，第四电容C4连接于第一变压器T1的第四端与第二十四开关管Q24的第二端之间，第十九开关管Q19、第二十开关管Q20、第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22、第二十三开关管Q23、第二十四开关管Q24、第二十五开关管Q25、第二十六开关管Q26的控制端共接于高压侧变换模块30的控制端。如图25所示。需要说明的是，低压侧变换模块10也可改用三电平全桥谐振电路，或者采用如前不同类型谐振电路，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，图23中高压侧变换模块30可改用三电平半桥谐振电路，如图26所示，具体的，三电平半桥谐振电路包括：第二十七开关管Q27、第二十八开关管Q28、第二十九开关管Q29、第三十开关管Q30、第二十七二极管D27、第二十八二极管D28、第二十九二极管D29、第三十二极管D30、第三十五二极管D35以及第三十六二极管D36。
具体的，第二十七开关管Q27的第一端与第二电源VH的正极连接，第二十七开关管Q27的第二端与第二十八开关管Q28的第一端连接，第二十八开关管Q28的第二端与第二十九开关管Q29的第一端连接，第二十九开关管Q29的第二端与第三十开关管Q30的第一端连接，第三十开关管Q30的第二端与第二电源VH的负极连接，第二十七二极管D27连接于第二十七开关管Q27的第一端和第二端之间，第二十八二极管D28连接于第二十八开关管Q28的第一端和第二端之间，第二十九二极管D29连接于第二十九开关管Q29的第一端和第二端之间，第三十二极管D30连接于第三十开关管Q30的第一端和第二端之间，第三十五二极管D35的第一端与第二十七开关管Q27的第二端连接，第三十五二极管D35的第二端与第三十六二极管D36的第一端连接，第三十六二极管D36的第二端与第二十九开关管Q29的第二端连接，第二电感L2连接于第一变压器T1的第三端与第二十八开关管Q28的第二端之间，第四电容连接于第一变压器T1的第四端与第三十五二极管D35的第二端之间，第二十七开关管Q27、第二十八开关管Q28、第二十九开关管Q29、第三十开关管Q30的控制端共接于高压侧变换模块30的控制端。需要说明的是，低压侧变换模块10也可采用三电平半桥谐振电路，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，图23中高压侧变换模块30可改用级联三电平谐振电路，例如，将图25中的第三十一二极管D31、第三十二二极管D33、第三十三二极管D33以及第三十四二极管D34去掉，形成如图27所示所示示意图，具体的，第二电感L2连接于第一变压器T1的第三端与第十九开关管Q19的第二端之间，第四电容C4连接于第一变压器T1的第四端与第二十五开关管Q25的第二端之间。需要说明的是，低压侧变换模块10也可采用级联三电平谐振电路，控制模块40的工作原理不变。
在一个实施例中，控制模块40既可使用分立电子元器件搭建，也可设计和使用专用集成电路，如模拟控制芯片、软件编程的单片机（MCU）、数字信号处理器（DSP）或可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）等。低压侧变换模块10、高压侧变换模块30、第一开关模块50、第二开关模块60既可采用分立器件方式或集成方式，也可统一集成进控制模块40中而构成大规模混合集成电路，这种高集成度控制模块40设计能够进一步减小双向电源装置体积。
在一个实施例中，双向变换电路在全电压和全负载范围均可实现ZVS、ZCS软开关，降低开关损耗而达到更高转换效率，同时并不额外增加元器件数量，从而电源装置达到高频率、高效率、小体积、低成本。这类双向变换器及其多模式控制方法也可应用于单向DC/DC谐振变换器中，比如正向工作时，副边工作于同步整流方式，其优点保持不变。
本申请实施例还提供了一种双向谐振变换器，包括如上述的双向变换电路。
在本实施例中，通过将双向变换电路应用到双向谐振变换器中，可以实现对双向变换电路的功率流向和工作模式进行控制，可以使得双向变换器的转换效率更高，同时在全电压和全负载范围均可实现ZVS、ZCS软开关，降低开关损耗而达到更高转换效率，同时并不额外增加元器件数量，从而电源装置达到高频率、高效率、小体积、低成本。
以上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 (9)

1.一种双向变换电路，其特征在于，所述双向变换电路包括：
低压侧变换模块；
谐振变压模块，所述谐振变压模块的第一端与所述低压侧变换模块的第二端连接；
高压侧变换模块；其中，所述谐振变压模块的第二端与所述高压侧变换模块的第二端连接；
控制模块，分别与所述低压侧变换模块、所述谐振变压模块以及所述高压侧变换模块连接，用于对所述低压侧变换模块的第一端、所述高压侧变换模块的第一端进行电压采样，分别得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，对所述谐振变压模块的第一端、所述谐振变压模块的第二端进行电流采样，分别得到第一电流采样信号和第二电流采样信号，并根据所述第一电流采样信号、所述第二电流采样信号、所述第一电压采样信号以及所述第二电压采样信号确定所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式；
第一开关模块，设于所述谐振变压模块的第一端和所述低压侧变换模块的第二端之间；
第二开关模块，设于所述谐振变压模块的第二端和所述高压侧变换模块的第二端之间；其中，
当所述控制模块控制所述第一开关模块导通、所述第二开关模块断开时，所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式为降压模式；
当所述控制模块控制所述第二开关模块导通、所述第一开关模块断开时，所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式为升压模式；
当所述控制模块控制所述第二开关模块和所述第一开关模块均断开时，所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式为谐振模式。
2.如权利要求1所述的双向变换电路，其特征在于，所述控制模块包括：
第一比较计算单元，分别与所述低压侧变换模块和所述谐振变压模块连接，用于对所述低压侧变换模块的第一端进行电压采样，生成所述第一电压采样信号，对所述谐振变压模块的第一端进行电流采样，生成所述第一电流采样信号，并根据所述第一电压采样信号和所述第一电流采样信号生成第一反馈信号；
第二比较计算单元，分别与所述高压侧变换模块和所述谐振变压模块连接，用于对所述高压侧变换模块的第一端进行电压采样，生成所述第二电压采样信号，对所述谐振变压模块的第二端进行电流采样，生成所述第二电流采样信号，并根据所述第二电压采样信号和所述第二电流采样信号生成第二反馈信号；
选通单元，分别与所述第一比较计算单元和所述第二比较计算单元连接，用于接收所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，并根据所述第一反馈信号和所述第二反馈信号生成变压控制信号；
驱动单元，分别与所述选通单元、所述低压侧变换模块、所述第一开关模块、所述第二开关模块以及所述高压侧变换模块连接，所述驱动单元用于接收所述变压控制信号，并将所述变压控制信号分别发送至所述低压侧变换模块的控制端、所述第一开关模块的控制端、所述第二开关模块的控制端以及所述高压侧变换模块的控制端，以对所述高压侧变换模块和所述低压侧变换模块的工作模式进行调整。
3.如权利要求2所述的双向变换电路，其特征在于，所述第一比较计算单元包括：
第一电压采样子单元，与所述低压侧变换模块连接，用于对所述低压侧变换模块的第一端进行电压采样，生成所述第一电压采样信号；
第一电压放大子单元，与所述第一电压采样子单元连接，用于根据所述第一电压采样信号和第一基准电压信号生成第一电压放大信号；
第一电流采样子单元，与所述谐振变压模块连接，用于对所述谐振变压模块的第一端进行电流采样，生成所述第一电流采样信号；
第一电流放大子单元，与所述第一电流采样子单元和所述第一电压放大子单元连接，用于根据所述第一电流采样信号和所述第一电压放大信号生成所述第一反馈信号。
4.如权利要求2所述的双向变换电路，其特征在于，所述第二比较计算单元包括：
第二电压采样子单元，与所述高压侧变换模块连接，用于对所述高压侧变换模块的第一端进行电压采样，生成所述第二电压采样信号；
第二电压放大子单元，与所述第二电压采样子单元连接，用于根据所述第二电压采样信号和第二基准电压信号生成第二电压放大信号；
第二电流采样子单元，与所述谐振变压模块的第二端连接，用于对所述谐振变压模块的第二端进行电流采样，生成所述第二电流采样信号；
第二电流放大子单元，与所述第二电流采样子单元和所述第二电压放大子单元连接，用于根据所述第二电流采样信号和所述第二电压放大信号生成所述第二反馈信号。
5.如权利要求1-4任一项所述的双向变换电路，其特征在于，所述低压侧变换模块和所述高压侧变换模块均为全桥变换电路，其中，
所述低压侧变换模块包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管；
所述第一开关管的第一端和所述第三开关管的第一端均与低压侧变换模块的第一端的正极连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第四开关管的第二端与所述低压侧变换模块的第一端的负极连接，所述第四开关管的第一端与所述第三开关管的第二端连接，所述第一二极管连接于所述第一开关管的第一端和第二端之间，所述第二二极管连接于所述第二开关管的第一端和第二端之间，所述第三二极管连接于所述第三开关管的第一端和第二端之间，所述第四二极管连接于所述第四开关管的第一端和第二端之间，所述第一开关管的控制端、所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端以及所述第四开关管的控制端均与所述控制模块连接；
所述高压侧变换模块包括：第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第五二极管、第六二极管、第七二极管以及第八二极管；
所述第五开关管的第一端和所述第七开关管的第一端均与所述高压侧变换模块的第一端的正极连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第六开关管的第二端与所述第八开关管的第二端均与所述高压侧变换模块的第一端的负极连接，所述第八开关管的第一端与所述第七开关管的第二端连接，所述第五二极管连接于所述第五开关管的第一端和第二端之间，所述第六二极管连接于所述第六开关管的第一端和第二端之间，所述第七二极管连接于所述第七开关管的第一端和第二端之间，所述第八二极管连接于所述第八开关管的第一端和第二端之间，所述第五开关管的控制端、所述第六开关管的控制端、所述第七开关管的控制端以及所述第八开关管的控制端均与所述控制模块连接。
6.一种多模式控制方法，应用于权利要求1-5任一项所述的双向变换电路，其特征在于，包括：
若所述双向变换电路正向工作，且所述双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照同步整流的方式导通；
若所述双向变换电路反向工作，且所述双向变换电路的工作模式为谐振模式时，则控制模块控制所述高压侧变换模块按照所述第一占空比导通；
控制模块控制所述低压侧变换模块按照所述同步整流的方式导通。
7.如权利要求6所述的一种多模式控制方法，其特征在于，还包括：
若所述双向变换电路正向工作，且所述双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照同步整流的方式导通；且控制第二开关模块按照第一预设脉宽调制方式导通；
若所述双向变换电路反向工作，且所述双向变换电路的工作模式为升压模式时，则控制模块控制所述高压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述低压侧变换模块按照所述同步整流的方式导通；且控制第一开关模块按照所述第一预设脉宽调制方式导通。
8.如权利要求6所述的一种多模式控制方法，其特征在于，还包括：
若所述双向变换电路正向工作，且所述双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照第一占空比导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照同步整流的方式导通；且控制第一开关模块按照第二预设脉宽调制导通；
若所述双向变换电路反向工作，且所述双向变换电路的工作模式为降压模式时，则控制模块控制所述低压侧变换模块按照同步整流的方式导通；
控制模块控制所述高压侧变换模块按照所述第一占空比导通；且控制第二开关模块按照所述第二预设脉宽调制导通。
9.一种双向谐振变换器，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的双向变换电路。
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