CN116232067A - 一种多结构变换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多结构变换器及其控制方法，多结构变换器包括主电路，所述主电路包括输入模块、输出模块、继电器开关模块、第一主体结构、第二主体结构和第三主体结构；继电器开关模块包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器；输入模块与电源连接，输出模块与负载连接；多结构变换器根据负载两端的负载侧电压选择第一主体结构、第二主体结构或第三主体结构工作；通过控制继电器开关模块中的继电器，使多结构变换器使第一主体结构、第二主体结构或第三主体结构接入主电路工作，三种主体结构使多结构变换器具有不同的电压增益。多结构变换器具有较宽的电压范围，可以在负载变动的情况下实现恒功率控制。

Description

一种多结构变换器及其控制方法

技术领域

本发明属于变换器技术领域，具体涉及一种多结构变换器及其控制方法。

背景技术

传统变换器的拓扑结构是固定，电压增益比受限于拓扑结构，往往通过调节占空比等参数以实现调节电压增益比的目的，因此变换器的灵活性低，难以满足复杂工况的需求。

发明内容

本发明针对传统变换器仅通过调节占空比等参数以实现调节电压增益比，变换器的灵活性低的问题，提供一种多结构变换器及其控制方法。

一方面，提供一种多结构变换器，包括主电路，所述主电路包括输入模块、输出模块、继电器开关模块、第一主体结构、第二主体结构和第三主体结构；继电器开关模块包括第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器；

输入模块与电源连接，输出模块与负载连接；

第一继电器的公共端与输入模块连接，第一继电器的第一常开端与第一主体结构的输入端连接，第一继电器的第二常开端与第二主体结构的输入端连接；第二继电器的公共端与输出模块连接，第二继电器的第一常开端与第一主体结构的输出端连接，第二继电器的第二常开端与第二主体结构的输出端连接；

第三继电器的公共端与输入模块连接，第三继电器的第一常开端与第二主体结构的输入端连接，第三继电器的第二常开端与第三主体结构的输入端连接；第四继电器的公共端与输出模块连接，第四继电器的第一常开端与第二主体结构的输出端连接，第四继电器的第二常开端与第三主体结构的输出端连接；

多结构变换器根据负载两端的负载侧电压选择第一主体结构、第二主体结构或第三主体结构工作；

当选择第一主体结构工作时，控制第一继电器的公共端与第一继电器的第一常开端连接和控制第二继电器的公共端与第二继电器的第一常开端连接；

当选择所述第二主体结构工作时，控制第一继电器的公共端与第一继电器的第二常开端连接和控制第二继电器的公共端与第二继电器的第二常开端连接，或控制第三继电器的公共端与第三继电器的第一常开端连接和控制第四继电器的公共端与第四继电器的第一常开端连接；

当选择第三主体结构工作时，控制第三继电器的公共端与第三继电器的第二常开端连接和控制第四继电器的公共端与第四继电器的第二常开端连接。

可选的，还包括电压传感器和结构选择模块；所述电压传感器与负载两端连接，电压传感器用于采集负载两端的负载侧电压；所述结构选择模块用于根据负载侧电压控制继电器开关模块。

可选的，所述结构选择模块包括电压比较单元、第一结构选择单元、第二结构选择单元和第三结构选择单元；

所述电压比较单元的输入端与电压传感器的输出端连接，电压比较单元将负载侧电压分别与第一参考电压、第二参考电压比较；

当负载侧电压小于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第一结构选择单元工作，第一结构选择单元工作时，其控制第一继电器的公共端与第一继电器的第一常开端连接、控制第二继电器的公共端与第二继电器的第一常开端连接；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第二结构选择单元工作，第二结构选择单元工作时，其控制第一继电器的公共端与第一继电器的第二常开端连接和控制第二继电器的公共端与第二继电器的第二常开端连接，或控制第三继电器的公共端与第三继电器的第一常开端连接和控制第四继电器的公共端与第四继电器的第一常开端连接；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第三结构选择单元工作，第三结构选择单元工作时，其控制第三继电器的公共端与第三继电器的第二常开端连接和控制第四继电器的公共端与第四继电器的第二常开端连接。

可选的，所述第一结构选择单元包括第一电压比较器、第二电压比较器和第一与非门；

第一结构选择单元工作时，第一电压比较器的同相端接收负载侧电压，第一电压比较器的反相端接收第一参考电压，第二电压比较器的同相端接收负载侧电压，第二电压比较器的反相端接收第二参考电压；

第一电压比较器的输出端与第一与非门的第一输入端连接，第二电压比较器的输出端与第一与非门的第二输入端连接；第一与非门的输出端与第一继电器的信号输入端、第二继电器的信号输入端连接。

可选的，第二结构选择单元用于控制第一继电器的公共端与第一继电器的第二常开端连接和控制第二继电器的公共端与第二继电器的第二常开端连接；

所述第二结构选择单元包括第三电压比较器、第四电压比较器和第一与门；

第二结构选择单元工作时，第三电压比较器的同相端接收负载侧电压，第三电压比较器的反相端接收第一参考电压，第四电压比较器的同相端接收负载侧电压，第四电压比较器的反相端接收第二参考电压；

第三电压比较器的输出端与第一与门的第一输入端连接，第四电压比较器的输出端与第一与门的第二输入端连接，第一与门的输出端与第一继电器的信号输入端、第二继电器的信号输入端连接。

可选的，第二结构选择单元用于控制第三继电器的公共端与第三继电器的第一常开端连接和控制第四继电器的公共端与第四继电器的第一常开端连接；所述第二结构选择单元包括第三电压比较器、第四电压比较器和第一或门；

第二结构选择单元工作时，第三电压比较器的同相端接收负载侧电压，第三电压比较器的反相端接收第一参考电压，第四电压比较器的同相端接收负载侧电压，第四电压比较器的反相端接收第二参考电压；

第三电压比较器的输出端与第一或门的第一输入端连接，第四电压比较器的输出端与第一或门的第二输入端连接，第一或门的输出端与第三继电器的信号输入端、第四继电器的信号输入端连接。

可选的，所述第三结构选择单元包括第五电压比较器、第六电压比较器和第二与非门；

第三结构选择单元工作时，第五电压比较器的同相端接收负载侧电压，第五电压比较器的反相端接收第一参考电压，第六电压比较器的同相端接收负载侧电压，第六电压比较器的反相端接收第二参考电压；

第五电压比较器的输出端与第二与非门的第一输入端连接，第六电压比较器的输出端与第二与非门的第二输入端连接，第二与非门的输出端与第三继电器的信号输入端、第四继电器的信号输入端连接。

可选的，所述输入模块包括第一电感和第一开关管，所述第一电感的第一端与第一开关管的第一端、第一继电器的公共端、第三继电器的公共端连接，第一电感的第二端与电源的正极连接，第一开关管的第二端与电源的负极连接。

可选的，所述输出模块包括输出电容，所述输出电容的第一端与第二继电器的公共端、第三继电器的公共端连接，输出电容的第二端与电源的负极连接。

可选的，所述第一主体结构包括第一二极管，第一二极管的阳极为第一主体结构的输入端，第一二极管的阴极为第一主体结构的输出端。

可选的，所述第二主体结构包括第一电容、第二电容、第二二极管和第三二极管，第一电容的第一端为第二主体结构的输入端，第一电容的第二端为第二主体结构的输出端；

第一电容的第一端与第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极与第三二极管的阳极、第二电容的第一端连接，第三二极管的阴极与第一电容的第二端连接，第二电容的第二端与电源的负极连接。

可选的，所述第三主体结构包括第四二极管、第五二极管、第三电容、第二电感和第三电感，所述第四二极管的阳极为第三主体结构的输入端，所述第三电感的第一端为第三主体结构的输出端；

第四二极管的阳极与第三电感的第一端连接，第四二极管的阴极与第三电容的第一端、第二电感的第一端连接，第三电感的第二端与第三电容的第二端、第五二极管的阳极连接，第二电感的第二端、第五二极管的阴极分别与电源的负极连接。

第二方面，提供一种根据第一方面所述的多结构变换器的控制方法，包括以下步骤：

获取负载两端的负载侧电压；

将负载侧电压分别与第一参考电压和第二参考电压比较；

当负载侧电压小于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，选择第一主体结构工作；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，选择第二主体结构工作；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，选择第三主体结构工作。

有益效果：本发明提供的多结构变换器，通过控制继电器开关模块中的继电器，使多结构变换器具有三种工作模式，第一种工作模式为第一主体结构接入主电路中工作，第二种工作模式为第二主体结构接入主电路中工作，第三种工作模式为第三主体结构接入主电路工作，三种工作模式在相同的占空比下的电压增益不同，因此，可根据多结构变换器的负载侧电压切换多结构变换器的工作模式。多结构变换器具有较宽的电压范围，可以在负载变动的情况下实现恒功率控制，提高电路在复杂工况下的工作稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步详细说明。

图1为本实施例提供的一种多结构变换器的整体结构示意图。

图2为本实施例提供的一种多结构变换器的主电路的结构示意图。

图3为本实施例提供的一种多结构变换器的第一工作模式的等效电路图。

图4为本实施例提供的一种多结构变换器的第二工作模式的等效电路图。

图5为本实施例提供的一种多结构变换器的第三工作模式的等效电路图。

图6为本实施例提供的一种多结构变换器的三种主体结构下变换器的电压增益示意图。

附图标记：

S、第一开关管；K1、第一继电器；K2、第二继电器；K3、第三继电器；K4、第四继电器；D1、第一二极管；D2、第二二极管；D3、第三二极管；D4、第四二极管；D5、第五二极管；L1、第一电感；L2、第二电感；L3、第三电感；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；Co、输出电容；Vin、电源；R、负载；A1、第一电压比较器；A2、第二电压比较器；A3、第三电压比较器；A4、第四电压比较器；A5、第五电压比较器；A6、第六电压比较器；NAND1、第一与非门；NAND2、第二与非门；AND1、第一与门；OR1、第一或门。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种多结构变换器，包括主电路、电压传感器和结构选择模块，所述结构选择模块包括电压比较单元、第一结构选择单元、第二结构选择单元和第三结构选择单元；如图2所述，所述主电路包括输入模块、输出模块、继电器开关模块、第一主体结构、第二主体结构和第三主体结构。

所述输入模块包括第一电感L1和第一开关管S，第一电感L1的第一端与第一开关管S的第一端连接，第一电感L1的第二端与电源Vin的正极连接，第一开关管S的第二端与电源Vin的负极连接。

此实施例中，第一开关管S为场效应管，第一开关管S的第一端为场效应管的漏极，第一开关管S的第二端为场效应管的源极，第一开关管S的第三端为场效应管的栅极。

所述第一主体结构包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极为第一主体结构的输入端，第一二极管D1的阴极为第一主体结构的输出端。

所述第二主体结构包括第一电容C1、第二二极管D2、第三二极管D3和第二电容C2；第一电容C1的第一端与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阳极、第二电容C2的第一端连接，第三二极管D3的阴极与第一电容C1的第二端连接，第二电容C2的第二端与电源Vin的负极连接；第一电容C1的第一端为第二主体结构的输入端，第一电容C1的第二端为第二主体结构的输出端。

所述第三主体结构包括第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3、第二电感L2和第三电感L3，具体来说，第四二极管D4的阳极与第三电感L3的第一端连接，第四二极管D4的阴极与第三电容C3的第一端、第二电感L2的第一端连接，第三电感L3的第二端与第三电容C3的第二端、第五二极管D5的阳极连接，第二电感L2的第二端、第五二极管D5的阴极分别与电源Vin的负极连接。所述第四二极管D4的阳极为第三主体结构的输入端，所述第三电感L3的第一端为第三主体结构的输出端。

所述输出模块包括输出电容Co，负载R并接于输出电容Co两端。

所述继电器开关模块包括四个继电器，分别为第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K4，每个继电器包括公共端、第一常开端和第二常开端；在公共端没有信号输入时，公共端与第一常开端和第二常开端分别断开；公共端接收到高电平信号时，公共端与第一常开端连接；公共端接收到低电平信号时，公共端与第二常开端连接。

所述第一继电器K1的公共端、第三继电器K3的公共端分别与第一电感L1的第一端连接，所述第二继电器K2的公共端、第四继电器K4的公共端分别与输出电容Co的第一端连接；第一继电器K1的第一常开端与第一主体结构的输入端连接，第二继电器K2的第一常开端与第一主体结构的输出端连接；第一继电器K1的第二常开端、第三继电器K3的第一常开端分别与第二主体结构的输入端连接，第二继电器K2的第二常开端、第四继电器K4的第一常开端与第二主体结构的输出端连接；第三继电器K3的第二常开端与第三主体结构的输入端连接，第四继电器K4的第二常开端与第三主体结构的输出端连接。

所述电压传感器与负载R两端连接，电压传感器用于采集负载R两端的负载侧电压。

如图1所示，所述结构选择模块包括电压比较单元、第一结构选择单元、第二结构选择单元和第三结构选择单元；所述电压比较单元的输入端与电压传感器的输出端连接，电压比较单元将负载侧电压分别与第一参考电压、第二参考电压比较；根据3种比较结果选择第一结构选择单元、第二结构选择单元或第三结构选择单元工作；3种比较结果如下：

1.当负载侧电压小于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第一结构选择单元工作，多结构变换器工作于第一工作模式；

2.当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第二结构选择单元工作，多结构变换器工作于第二工作模式；

3.当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第三结构选择单元工作，多结构变换器工作于第三工作模式。

此实施例中，通过继电器开关模块选择接入主电路工作的主体结构，从而使多结构变换器具有三种工作模式。需要说明的是，图1、图3、图4和图5中，Vo为负载侧电压，V1为第一参考电压，V2为第二参考电压，V3为第三参考电压。

当选择第一主体结构工作时，多结构变换器工作于第一工作模式，第一主体结构输出高电平信号至第一继电器K1的公共端和第二继电器K2的公共端，并控制第一继电器K1的公共端与第一继电器K1的第一常开端连接，控制第二继电器K2的公共端与第二继电器K2的第一常开端连接，使第一主体结构的输入端与输入模块连接，第一主体结构的输出端与输出模块连接。

同理，当选择第二主体结构工作时，多结构变换器工作于第二工作模式，第二主体结构输出低电平信号至第一继电器K1的公共端和第二继电器K2的公共端，并控制第一继电器K1的公共端与第一继电器K1的第二常开端连接，控制第二继电器K2的公共端与第二继电器K2的第二常开端连接；或第二主体结构输出高电平信号至第三继电器K3的公共端和第四继电器K4的公共端，控制第三继电器K3的公共端与第三继电器K3的第一常开端连接和控制第四继电器K4的公共端与第四继电器K4的第一常开端连接；两种控制方式均能使第二主体结构的输入端与输入模块连接，第二主体结构的输出端与输出模块连接。

当选择第三主体结构工作时，多结构变换器工作于第三工作模式，第三主体结构发送低电平信号至第三继电器K3的公共端和第四继电器K4的公共端，控制第三继电器K3的公共端与第三继电器K3的第二常开端连接和控制第四继电器K4的公共端与第四继电器K4的第二常开端连接，使第三主体结构的输入端与输入模块连接，第三主体结构的输出端与输出模块连接。

电压比较单元根据电压比较结果选择第一结构选择单元、第二结构选择单元或第三结构选择单元工作，电压比较单元的具体结构设计是本领域技术人员可以想到的常规技术手段。

具体来说，如图3所示，所述第一结构选择单元包括第一电压比较器A1、第二电压比较器A2和第一与非门NAND1；第一结构选择单元工作时，第一电压比较器A1的同相端接收负载侧电压，第一电压比较器A1的反相端接收第一参考电压，第二电压比较器A2的同相端接收负载侧电压，第二电压比较器A2的反相端接收第二参考电压；第一电压比较器A1的输出端与第一与非门NAND1的第一输入端连接，第二电压比较器A2的输出端与第一与非门NAND1的第二输入端连接；第一与非门NAND1的输出端与第一继电器K1的信号输入端、第二继电器K2的信号输入端连接。

第一结构选择单元工作时，第一电压比较器A1和第二电压比较器A2分别输出为0的低电平信号，经过第一与非门NAND1输出为1的高电平信号，并将高电平信号传输至第一继电器K1的信号输入端和第二继电器K2的信号输入端，第一主体结构接入主电路工作，此时多结构变换器的电压增益为

，d为第一开关管S的占空比。

第二结构选择单元可以用于控制第一继电器K1和第二继电器K2，也可以用于控制第三继电器K3和第四继电器K4，从而选择第二主体结构接入主电路中工作。

第二结构选择单元可以为第一种结构，其控制第一继电器K1和第二继电器K2，即控制第一继电器K1的公共端与第一继电器K1的第二常开端连接和控制第二继电器K2的公共端与第二继电器K2的第二常开端连接。具体来说，所述第一种结构包括第三电压比较器A3、第四电压比较器A4和第一与门AND1；第二结构选择单元工作时，第三电压比较器A3的同相端接收负载侧电压，第三电压比较器A3的反相端接收第一参考电压，第四电压比较器A4的同相端接收负载侧电压，第四电压比较器A4的反相端接收第二参考电压；第三电压比较器A3的输出端与第一与门AND1的第一输入端连接，第四电压比较器A4的输出端与第一与门AND1的第二输入端连接，第一与门AND1的输出端与第一继电器K1的信号输入端、第二继电器K2的信号输入端连接。

第二结构选择单元可以为第二种结构，其控制第三继电器K3和第四继电器K4，即控制第三继电器K3的公共端与第三继电器K3的第一常开端连接和控制第四继电器K4的公共端与第四继电器K4的第一常开端连接。具体来说，所述第二种结构包括第三电压比较器A3、第四电压比较器A4和第一或门OR1；第二结构选择单元工作时，第三电压比较器A3的同相端接收负载侧电压，第三电压比较器A3的反相端接收第一参考电压，第四电压比较器A4的同相端接收负载侧电压，第四电压比较器A4的反相端接收第二参考电压；第三电压比较器A3的输出端与第一或门OR1的第一输入端连接，第四电压比较器A4的输出端与第一或门OR1的第二输入端连接，第一或门OR1的输出端与第三继电器K3的信号输入端、第四继电器K4的信号输入端连接。

如图4所示，第二结构选择单元可以是第一种结构和第二种结构组合，第二结构选择单元包括第三电压比较器A3、第四电压比较器A4、第一与门AND1和第一或门OR1，此时第二结构选择单元在第一种结构的基础上还包括了第一或门OR1，第一或门OR1的第一输入端与第三电压比较器A3的输出端连接，第一或门OR1的第二输入端与第四电压比较器A4的输出端连接；此时有两种选择方式：

1.选择第一与门AND1的输出端与第一继电器K1的信号输入端、第二继电器K2的信号输入端连接;第三比较器的输出端输出为1的高电平信号，第四比较器的输出端输出为0的低电平信号，通过第一与门AND1输出低电平信号，第一继电器K1和第二继电器K2动作，使第二主体结构接入主电路中工作；

2.选择第一或门OR1的输出端与第三继电器K3的信号输入端、第四继电器K4的信号输入端连接;第三比较器的输出端输出为1的高电平信号，第四比较器的输出端输出为0的低电平信号，通过第一或门OR1输出高电平信号，第三继电器K3和第四继电器K4动作，使第二主体结构接入主电路中工作；

两种选择都是使第二主体结构接入主电路中工作，当第二主体结构接入主电路中工作时，变换器的电压增益为

，d为第一开关管S的占空比。

如图5所示，所述第三结构选择单元包括第五电压比较器A5、第六电压比较器A6和第二与非门NAND2；第三结构选择单元工作时，第五电压比较器A5的同相端接收负载侧电压，第五电压比较器A5的反相端接收第一参考电压，第六电压比较器A6的同相端接收负载侧电压，第六电压比较器A6的反相端接收第二参考电压；第五电压比较器A5的输出端与第二与非门NAND2的第一输入端连接，第六电压比较器A6的输出端与第二与非门NAND2的第二输入端连接，第二与非门NAND2的输出端与第三继电器K3的信号输入端、第四继电器K4的信号输入端连接。

第三结构选择单元工作时，第五电压比较器A5和第六电压比较器A6分别输出为1的高电平信号，经过第二与非门NAND2输出为0的低电平信号，并将低电平信号传输至第三继电器K3的信号输入端和第四继电器K4的信号输入端，第三主体结构接入主电路工作，此时多结构变换器的电压增益为

，d为第一开关管S的占空比。

此实施例中，电压传感器实时采集负载侧电压，为了保持输出功率恒定，电压传感器采集的电压为

，在负载R变动的情况下，由于输出功率恒定，负载侧电压随着负载R的变换而变换。若主电路已接入第一主体结构工作，当负载R在小范围变化时，即当负载侧电压小于于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压，则电压比较单元继续选择第一结构选择单元工作；当负载R的变化范围较大，即负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，第一主体结构无法满足输出需求，此时电压比较单元选择第二结构选择单元工作，从而切换为第二主体结构接入主电路工作；若负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，第一主体结构与第二主体结构都无法满足输出需求，此时电压比较单元选择第三结构选择单元工作，从而切换为第三主体结构接入主电路工作。

综上，本实施例提供的多结构变换器可根据负载R的变化自适应调节接入主电路中工作的主体结构，主体结构有3种，分别为第一主体结构、第二主体结构和第三主体结构，接入不同的主体结构，多结构变换器的电压增益不同，从而多结构变换器能根据负载R动态的调整输出电压，多结构变换器具有较宽的电压增益，较高的可扩展型，较高的电路灵活性。

作为本实施例的进一步改进方案，本实施的多结构变换器还包括电压比较器、主控制电路、PWM信号发生器和驱动电路；所述误差比较器将所述负载侧电压与第三参考电压比较，得到误差信号；所述主控制电路根据误差信号输出占空比信号；所述PWM信号发生器根据所述占空比信号输出PWM信号，所述驱动电路根据PWM信号输出驱动信号，并将驱动信号传输至第一开关管S的第三端，以控制第一开关管S的导通和关断。通过将多结构变换器的输出电压与第三参考电压比较，可以根据误差信号动态调节第一开关管S的导通与关断，从而可以增强多结构变换器的输出稳定性。

如图6所示，多结构变换器的3种主体结构使多结构变换器具有不同的电压增益，通过调节第一开关管S的占空比也可进一步调节电压增益。因此，本实施提供的多结构变换器，通过检测负载侧电压，在负载R变动较大的情况下，通过切换多结构变换器的工作模式实现多结构变换器的恒功率控制，多结构变换器具有较宽的电压范围，复杂工况下的工作稳定性高；多结构变换器还可通过驱动电路控制第一开关管S的占空比，进一步增强多结构变换器的输出稳定性。

本实施例还提供一种多结构变换器的控制方法，包括以下步骤：

通过电压传感器获取负载R两端的负载侧电压；

通过电压比较单元将负载侧电压分别与第一参考电压和第二参考电压比较；

当负载侧电压小于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，第一结构选择单元选择所述第一主体结构工作；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，第二结构选择单元选择所述第二主体结构工作；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，第三结构选择单元选择所述第三主体结构工作。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (13)

1.一种多结构变换器，其特征在于，包括主电路，所述主电路包括输入模块、输出模块、继电器开关模块、第一主体结构、第二主体结构和第三主体结构；继电器开关模块包括第一继电器（K1）、第二继电器（K2）、第三继电器（K3）和第四继电器（K4）；

输入模块与电源（Vin）连接，输出模块与负载（R）连接；

第一继电器（K1）的公共端与输入模块连接，第一继电器（K1）的第一常开端与第一主体结构的输入端连接，第一继电器（K1）的第二常开端与第二主体结构的输入端连接；第二继电器（K2）的公共端与输出模块连接，第二继电器（K2）的第一常开端与第一主体结构的输出端连接，第二继电器（K2）的第二常开端与第二主体结构的输出端连接；

第三继电器（K3）的公共端与输入模块连接，第三继电器（K3）的第一常开端与第二主体结构的输入端连接，第三继电器（K3）的第二常开端与第三主体结构的输入端连接；第四继电器（K4）的公共端与输出模块连接，第四继电器（K4）的第一常开端与第二主体结构的输出端连接，第四继电器（K4）的第二常开端与第三主体结构的输出端连接；

多结构变换器根据负载（R）两端的负载侧电压选择第一主体结构、第二主体结构或第三主体结构工作；

当选择第一主体结构工作时，控制第一继电器（K1）的公共端与第一继电器（K1）的第一常开端连接和控制第二继电器（K2）的公共端与第二继电器（K2）的第一常开端连接；

当选择所述第二主体结构工作时，控制第一继电器（K1）的公共端与第一继电器（K1）的第二常开端连接和控制第二继电器（K2）的公共端与第二继电器（K2）的第二常开端连接，或控制第三继电器（K3）的公共端与第三继电器（K3）的第一常开端连接和控制第四继电器（K4）的公共端与第四继电器（K4）的第一常开端连接；

当选择第三主体结构工作时，控制第三继电器（K3）的公共端与第三继电器（K3）的第二常开端连接和控制第四继电器（K4）的公共端与第四继电器（K4）的第二常开端连接。

2.根据权利要求1所述的一种多结构变换器，其特征在于，还包括电压传感器和结构选择模块；所述电压传感器与负载（R）两端连接，电压传感器用于采集负载（R）两端的负载侧电压；所述结构选择模块用于根据负载侧电压控制继电器开关模块。

3.根据权利要求2所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述结构选择模块包括电压比较单元、第一结构选择单元、第二结构选择单元和第三结构选择单元；

所述电压比较单元的输入端与电压传感器的输出端连接，电压比较单元将负载侧电压分别与第一参考电压、第二参考电压比较；

当负载侧电压小于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第一结构选择单元工作，第一结构选择单元工作时，其控制第一继电器（K1）的公共端与第一继电器（K1）的第一常开端连接、控制第二继电器（K2）的公共端与第二继电器（K2）的第一常开端连接；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第二结构选择单元工作，第二结构选择单元工作时，其控制第一继电器（K1）的公共端与第一继电器（K1）的第二常开端连接和控制第二继电器（K2）的公共端与第二继电器（K2）的第二常开端连接，或控制第三继电器（K3）的公共端与第三继电器（K3）的第一常开端连接和控制第四继电器（K4）的公共端与第四继电器（K4）的第一常开端连接；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，电压比较单元选择所述第三结构选择单元工作，第三结构选择单元工作时，其控制第三继电器（K3）的公共端与第三继电器（K3）的第二常开端连接和控制第四继电器（K4）的公共端与第四继电器（K4）的第二常开端连接。

4.根据权利要求3所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述第一结构选择单元包括第一电压比较器（A1）、第二电压比较器（A2）和第一与非门（NAND1）；

第一结构选择单元工作时，第一电压比较器（A1）的同相端接收负载侧电压，第一电压比较器（A1）的反相端接收第一参考电压，第二电压比较器（A2）的同相端接收负载侧电压，第二电压比较器（A2）的反相端接收第二参考电压；

第一电压比较器（A1）的输出端与第一与非门（NAND1）的第一输入端连接，第二电压比较器（A2）的输出端与第一与非门（NAND1）的第二输入端连接；第一与非门（NAND1）的输出端与第一继电器（K1）的信号输入端、第二继电器（K2）的信号输入端连接。

5.根据权利要求3所述的一种多结构变换器，其特征在于，第二结构选择单元用于控制第一继电器（K1）的公共端与第一继电器（K1）的第二常开端连接和控制第二继电器（K2）的公共端与第二继电器（K2）的第二常开端连接；

所述第二结构选择单元包括第三电压比较器（A3）、第四电压比较器（A4）和第一与门（AND1）；

第二结构选择单元工作时，第三电压比较器（A3）的同相端接收负载侧电压，第三电压比较器（A3）的反相端接收第一参考电压，第四电压比较器（A4）的同相端接收负载侧电压，第四电压比较器（A4）的反相端接收第二参考电压；

第三电压比较器（A3）的输出端与第一与门（AND1）的第一输入端连接，第四电压比较器（A4）的输出端与第一与门（AND1）的第二输入端连接，第一与门（AND1）的输出端与第一继电器（K1）的信号输入端、第二继电器（K2）的信号输入端连接。

6.根据权利要求3所述的一种多结构变换器，其特征在于，第二结构选择单元用于控制第三继电器（K3）的公共端与第三继电器（K3）的第一常开端连接和控制第四继电器（K4）的公共端与第四继电器（K4）的第一常开端连接；所述第二结构选择单元包括第三电压比较器（A3）、第四电压比较器（A4）和第一或门（OR1）；

第二结构选择单元工作时，第三电压比较器（A3）的同相端接收负载侧电压，第三电压比较器（A3）的反相端接收第一参考电压，第四电压比较器（A4）的同相端接收负载侧电压，第四电压比较器（A4）的反相端接收第二参考电压；

第三电压比较器（A3）的输出端与第一或门（OR1）的第一输入端连接，第四电压比较器（A4）的输出端与第一或门（OR1）的第二输入端连接，第一或门（OR1）的输出端与第三继电器（K3）的信号输入端、第四继电器（K4）的信号输入端连接。

7.根据权利要求3所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述第三结构选择单元包括第五电压比较器（A5）、第六电压比较器（A6）和第二与非门（NAND2）；

第三结构选择单元工作时，第五电压比较器（A5）的同相端接收负载侧电压，第五电压比较器（A5）的反相端接收第一参考电压，第六电压比较器（A6）的同相端接收负载侧电压，第六电压比较器（A6）的反相端接收第二参考电压；

第五电压比较器（A5）的输出端与第二与非门（NAND2）的第一输入端连接，第六电压比较器（A6）的输出端与第二与非门（NAND2）的第二输入端连接，第二与非门（NAND2）的输出端与第三继电器（K3）的信号输入端、第四继电器（K4）的信号输入端连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述输入模块包括第一电感（L1）和第一开关管（S），所述第一电感（L1）的第一端与第一开关管（S）的第一端、第一继电器（K1）的公共端、第三继电器（K3）的公共端连接，第一电感（L1）的第二端与电源（Vin）的正极连接，第一开关管（S）的第二端与电源（Vin）的负极连接。

9.根据权利要求8所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述输出模块包括输出电容（Co），所述输出电容（Co）的第一端与第二继电器（K2）的公共端、第三继电器（K3）的公共端连接，输出电容（Co）的第二端与电源（Vin）的负极连接。

10.根据权利要求9所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述第一主体结构包括第一二极管（D1），第一二极管（D1）的阳极为第一主体结构的输入端，第一二极管（D1）的阴极为第一主体结构的输出端。

11.根据权利要求10所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述第二主体结构包括第一电容（C1）、第二电容（C2）、第二二极管（D2）和第三二极管（D3），第一电容（C1）的第一端为第二主体结构的输入端，第一电容（C1）的第二端为第二主体结构的输出端；

第一电容（C1）的第一端与第二二极管（D2）的阳极连接，第二二极管（D2）的阴极与第三二极管（D3）的阳极、第二电容（C2）的第一端连接，第三二极管（D3）的阴极与第一电容（C1）的第二端连接，第二电容（C2）的第二端与电源（Vin）的负极连接。

12.根据权利要求11所述的一种多结构变换器，其特征在于，所述第三主体结构包括第四二极管（D4）、第五二极管（D5）、第三电容（C3）、第二电感（L2）和第三电感（L3），所述第四二极管（D4）的阳极为第三主体结构的输入端，所述第三电感（L3）的第一端为第三主体结构的输出端；

第四二极管（D4）的阳极与第三电感（L3）的第一端连接，第四二极管（D4）的阴极与第三电容（C3）的第一端、第二电感（L2）的第一端连接，第三电感（L3）的第二端与第三电容（C3）的第二端、第五二极管（D5）的阳极连接，第二电感（L2）的第二端、第五二极管（D5）的阴极分别与电源（Vin）的负极连接。

13.一种根据权利要求1所述的多结构变换器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取负载（R）两端的负载侧电压；

将负载侧电压分别与第一参考电压和第二参考电压比较；

当负载侧电压小于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，选择第一主体结构工作；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压小于第二参考电压时，选择第二主体结构工作；

当负载侧电压大于第一参考电压，且负载侧电压大于第二参考电压时，选择第三主体结构工作。

Images