CN116707317B - 双有源桥变换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双有源桥变换电路，包括：变压器；一次侧电路，一次侧电路的输入端用于接入外部电源电压，一次侧电路的输出端与变压器的输入端连接，一次侧电路用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行储能、退磁储能及放能，以将外部电源电压转化后输出至变压器；变压器用于对一次侧电路输出的电压进行变压转换后输出；二次侧电路，二次侧电路的输入端与变压器的输出端连接，二次侧电路用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行放能及储能，以将变压器输出的电压转换后输出至外部用电设备。本发明旨在提升电路的电压变换范围，并提高输出电压的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电压变换领域，特别涉及一种双有源桥变换电路。
背景技术
有源桥变换器可以实现电压变换和功率传递，具有较高的效率和可靠性。双有源桥变换电路则是在有源桥变换器基础上发展而来的，可以用于将直流电压从一个电平转换为另一个电平，它在各种电子设备中广泛应用，包括电源管理系统、电动车辆、可再生能源系统等。双有源桥变换电路可以作为一种高效的DC-DC变换器，实现不同电压级别之间的能量转换。然而目前的双有源桥变换电路受限于器件的应力，在中高压情况下难以适用，并且输出的电压并不稳定。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种双有源桥变换电路，旨在提升电路的电压变换范围，并提高输出电压的稳定性。
为实现上述目的，本发明提出的双有源桥变换电路包括：
变压器；
一次侧电路，所述一次侧电路的输入端用于接入外部电源电压，所述一次侧电路的输出端与所述变压器的输入端连接，所述一次侧电路用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据所述控制信号周期性地进行储能、退磁储能及放能，以将外部电源电压转化后输出至所述变压器；
所述变压器用于对所述一次侧电路输出的电压进行变压转换后输出；
二次侧电路，所述二次侧电路的输入端与所述变压器的输出端连接，所述二次侧电路用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据所述控制信号周期性地进行放能及储能，以将所述变压器输出的电压转换后输出至外部用电设备。
可选地，所述一次侧电路具有储能模态、退磁储能模态及放能模态；
在储能模态，所述一次侧电路根据所述控制信号进行储能，并将外部电源电压输出至所述变压器；
在退磁储能模态，所述一次侧电路根据所述控制信号进行储能，并对所述变压器进行退磁；
在放能模态，所述一次侧电路根据所述控制信号输出电压至所述变压器。
可选地，所述一次侧电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第一NMOS管、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第一端连接，且为所述一次侧电路的正输入端，所述第一电容的第二端与所述第二继电器的第一输入端、所述第二电容的第二端和所述第三继电器的第二输入端连接，且为所述一次侧电路的负输入端，所述第一电感的第二端与所述第一继电器的第一输入端和所述第一NMOS管的源极互连，所述第一NMOS管的漏极、所述第二电容的第一端和所述第三继电器的第一输入端互连，所述第三继电器的输出端与所述变压器的正输入端连接，所述第一继电器的受控端、第二继电器的受控端、第三继电器的受控端和所述第一NMOS管的栅极与所述外部控制设备连接，所述第一继电器的第二输入端和所述第二继电器的第二输入端均短接，所述第一继电器的输出端和所述第二继电器的输出端与所述变压器的负输入端连接。
可选地，所述一次侧电路处于储能模态时，所述第一NMOS管导通，所述第一继电器的第二输入端和输出端连接，所述第二继电器的第一输入端和输出端连接，所述第三继电器的第一输入端和输出端连接，所述外部电源电压和所述第一电感经由所述第二继电器和所述第三继电器向所述第二电容和所述变压器的一次侧绕组充电。
可选地，所述一次侧电路处于退磁储能模态时，所述第一NMOS管导通，所述第一继电器的第一输入端和输出端连接，所述第二继电器的第二输入端和输出端连接，所述第三继电器的第二输入端和输出端连接，所述第一电感和所述外部电源电压经过所述第一NMOS管向所述第二电容充电，且所述变压器的一次侧绕组经过所述第一继电器和所述第二继电器退磁。
可选地，所述一次侧电路处于放能模态时，所述第一NMOS管关断，所述第一继电器的第一输入端和输出端连接，所述第二继电器的第一输入端和输出端连接，所述第三继电器的第一输入端和输出端连接，所述外部电源电压经过所述第一继电器和所述第二继电器向所述第一电感充电，且所述第二电容通过所述第三继电器对所述变压器的一次侧绕组充电。
可选地，所述二次侧电路具有储能模态及放能模态；
在储能模态，所述二次侧电路根据所述控制信号对所述变压器的二次侧绕组进行充电；
在放能模态，所述二次侧电路根据所述控制信号将所述变压器的二次侧绕组的电压输出至外部用电设备。
可选地，所述二次侧电路包括第四继电器、第五继电器和第三电容，所述第四继电器和所述第五继电器的受控端与所述外部控制设备连接，所述第四继电器的输出端与所述变压器的正输出端连接，所述第五继电器的输出端与所述变压器的负输出端连接，所述第四继电器的第一输入端、所述第五继电器的第二输入端和所述第三电容的第一端互连，且为所述二次侧电路的正输出端，所述第四继电器的第二输入端、所述第五继电器的第一输入端和所述第三电容的第二端互连，且为所述二次侧电路的负输出端。
可选地，所述二次侧电路处于储能模态时，所述第四继电器的第一输入端和输出端连接，所述第五继电器的第一输入端和输出端连接，所述变压器的二次侧绕组处于充电状态。
可选地，所述二次侧电路处于放能模态时，所述第四继电器的第二输入端和输出端连接，所述第五继电器的第二输入端和输出端连接，所述变压器的二次侧绕组通过所述二次侧电路输出电压至外部用电设备。
本发明技术方案通过变压器、一次侧电路和二次侧电路构成双有源桥变换电路，其中，一次侧电路的输入端用于接入外部电源电压，一次侧电路的输出端与变压器的输入端连接，一次侧电路可以接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行储能、退磁储能及放能，从而将外部电源电压转化后输出至变压器的输入端；变压器则可以对一次侧电路输出的电压进行变压转换后输出至二次侧电路，二次侧电路的输入端与变压器的输出端连接，二次侧电路也可以接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行放能及储能，从而将变压器输出的电压转换后输出至外部用电设备。本方案中可以采用继电器构成一次侧电路和二次侧电路，从而提升电路的电压应力，并通过一次侧电路和二次侧电路周期性地储能及放能，使得双有源桥变换电路能够接收较高的电压并转换输出稳定的电压。本发明旨在提升电路的电压变换范围，并提高输出电压的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明双有源桥变换电路一实施例的功能模块示意图；
图2为本发明双有源桥变换电路一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明双有源桥变换电路一实施例的控制信号和电压信号的波形图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种双有源桥变换电路。
参照图1，在本发明一实施例中，双有源桥变换电路包括：
变压器20；
一次侧电路10，一次侧电路10的输入端用于接入外部电源电压，一次侧电路10的输出端与变压器20的输入端连接，一次侧电路10用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行储能、退磁储能及放能，以将外部电源电压转化后输出至变压器20；
变压器20用于对一次侧电路10输出的电压进行变压转换后输出；
二次侧电路30，二次侧电路30的输入端与变压器20的输出端连接，二次侧电路30用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行放能及储能，以将变压器20输出的电压转换后输出至外部用电设备。
本实施例中，变压器20是利用电磁感应的原理来改变电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯。一次侧电路10可以由开关器件、电容和电感等电子元件构成，开关器件通常是采用MOS管，本实施例中则可以采用继电器控制电路中线路的断开或导通，相比于MOS管，继电器的结构性质可以提升电路的可承受应力。因为继电器的结构是由电磁铁、触点和弹簧等组成的机械开关。当电磁铁通电时，会产生磁场，使得触点闭合或断开，从而实现电路的开关控制。相比于MOS管，继电器的触点是机械式的，因此它具有较高的电流和电压承受能力，能够在高负载和高电压的环境下稳定工作，从而提升了电路的可承受应力。而MOS管的电流和电压承受能力相对较低，不能承受过高的电流和电压，因此在高负载和高电压的环境下容易发生故障，影响电路的可靠性。
一次侧电路10中的继电器可以接收外部控制信号，根据外部控制信号使得触点闭合或断开，从而实现对电路不同的开关控制，构成不同的电压回路，如此可以将外部电源电压对电路中的电容进行周期性地储能、退磁储能及放能，使得外部电源电压转化后输出至变压器20的一次侧绕组，即变压器20的原边线圈，变压器20则可以将一次侧绕组接收到的电源电压进行升压转换后通过二次侧绕组，即副边线圈输出至二次侧电路30；二次侧电路30也可以继电器和电容等电子元件构成，二次侧电路30中的继电器也可以接收外部控制信号，根据外部控制信号使得触点闭合或断开，从而实现对电路不同的开关控制，构成不同的电压回路，如此可以将变压器20的二次侧绕组输出的电压进行周期性地放能及储能，使得变压器20输出的电压转换后输出至外部用电设备。外部用电设备可以是小型家电比如音响系统、电脑、路由器等；工业设备，比如传感器、执行器等；通信设备，比如手机、平板电脑等；医疗设备，比如便携式医疗设备、监护仪器等。不同的外部设备需要的电压不同，并且双有源桥变换电路接入的外部电源电压值也会不同，本方案可以通过继电器和其他电子元件构成一次侧电路10和二次侧电路30，从而增加电路对于高电压的承受能力，并且通过一次侧电路10和二次侧电路30周期性地储能及放能，使得双有源桥变换电路输出稳定的电压。
本实施例中可以将一次侧电路10的储能、退磁储能及放能记为三个模态，二次侧电路30的放能及储能记为两个模态；一次侧电路10和二次侧电路30模态的个数并不限定，上述的三模态和两模态，是为了目标的功率输出，通过各器件的特性而组成形成的，在不同的器件组成，也可能形成一次侧四模态、五模态，或是二次侧有三模态以上。对于一次侧电路10和二次侧电路30的模态设计，是为了让一次侧电路10提供稳定的输入电压循环，而二次侧电路30则是获取稳定的输出电压循环，并通过对电路中电容的充放电，从而提供稳定的输出电压。模态顺序则是由继电器开关状态的切换而形成，不同的切换顺序会造成不同的控制形式，而会因为电路中各电感、电容的充放电，会造成不同的模态，因此一次侧电路10和二次侧电路30的模态顺序可以根据实际需要的输出电压进行设置，并且模态的时间比例的调整也会造成功率输出的变动。因此具体的模态顺序、模态个数和每个模态在一个周期内的时间比例可以根据实际情况和用户需求设置，本方案并不限制于设置一次侧电路10的三个模态和二次侧电路30的两个模态。
本发明技术方案通过变压器20、一次侧电路10和二次侧电路30构成双有源桥变换电路，其中，一次侧电路10的输入端用于接入外部电源电压，一次侧电路10的输出端与变压器20的输入端连接，一次侧电路10可以接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行储能、退磁储能及放能，从而将外部电源电压转化后输出至变压器20的输入端；变压器20则可以对一次侧电路10输出的电压进行变压转换后输出至二次侧电路30，二次侧电路30的输入端与变压器20的输出端连接，二次侧电路30也可以接收外部控制设备输出的控制信号，并根据控制信号周期性地进行放能及储能，从而将变压器20输出的电压转换后输出至外部用电设备。本方案中可以采用继电器构成一次侧电路10和二次侧电路30，从而提升电路的电压应力，并通过一次侧电路10和二次侧电路30周期性地储能及放能，使得双有源桥变换电路能够接收较高的电压并转换输出稳定的电压。本发明旨在提升电路的电压变换范围，并提高输出电压的稳定性。
在一实施例中，一次侧电路10具有储能模态、退磁储能模态及放能模态；
在储能模态，一次侧电路10根据控制信号进行储能，并将外部电源电压输出至变压器20；
在退磁储能模态，一次侧电路10根据控制信号进行储能，并对变压器20进行退磁；
在放能模态，一次侧电路10根据控制信号输出电压至变压器20。
本实施例中，一次侧电路10在工作时可以分为储能模态、退磁储能模态及放能模态，一次侧电路10中可以包括电容和电感等电子元件，可以通过电容或电感进行储能或者放能；一次侧电路10中的开关器件，比如继电器可以根据不同的控制信号导通不同的通路，一次侧电路10中各电感、电容的充放电状态也会发生改变，从而实现对应的储能模态、退磁储能模态及放能模态。比如一次侧电路10中电容为储能器件，在储能模态，通过继电器控制电路不同的导通情况，使得外部电源电压可以给电容充电，并同时输出外部电源电压至变压器20的一次侧绕组；在退磁储能模态，则是外部电源电压继续给电容充电，并控制电流方向与储能模态相反，从而对变压器20的一次侧绕组退磁；在放能模态，则是通过一次侧电路10中的电容输出电压至变压器20的一次侧绕组。如此一次侧电路10提供可以稳定的输入电压循环至变压器20的一次侧绕组。
参照图2，在一实施例中，一次侧电路10包括第一继电器J1、第二继电器J2、第三继电器J3、第一NMOS管Q、第一电感L、第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的第一端与第一电感L的第一端连接，且为一次侧电路10的正输入端，第一电容C1的第二端与第二继电器J2的第一输入端、第二电容C2的第二端和第三继电器J3的第二输入端连接，且为一次侧电路10的负输入端，第一电感L的第二端与第一继电器J1的第一输入端和第一NMOS管Q的源极互连，第一NMOS管Q的漏极、第二电容C2的第一端和第三继电器J3的第一输入端互连，第三继电器J3的输出端与变压器20的正输入端连接，第一继电器J1的受控端、第二继电器J2的受控端、第三继电器J3的受控端和第一NMOS管Q的栅极与外部控制设备连接，第一继电器J1的第二输入端和第二继电器J2的第二输入端均短接，第一继电器J1的输出端和第二继电器J2的输出端与变压器20的负输入端连接。
本实施例中，外部控制设备可以有多个控制输出端，输出对应的控制信号至第一NMOS管Q、第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3；第一NMOS管Q会根据控制信号导通或关断，比如接收到高电平的电信号第一NMOS管Q导通，接收到低电平的电信号第一NMOS管Q关断，第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3则是根据控制信号选择不同的通路，比如第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3都具有第一输入端、第二输入端和输出端，以第一继电器J1为例，比如第一继电器J1可以根据高电平的电信号控制第一输入端和输出端导通，根据低电平的电信号控制第二输入端和输出端导通，如此一次侧电路10可以形成不同的通路，对应一次侧电路10不同的模态；在一次侧电路10不同的模态下，第一电感L、第一电容C1和第二电容C2的工作状态也会发生改变，第一电感L、第一电容C1和第二电容C2会具有充电和放电的状态，具体的工作状态则会根据一次侧电路10的通路情况决定，所以通过输出不同的控制信号至第一NMOS管Q、第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3，可以改变一次侧电路10的导通情况和一次侧电路10中电子元件的工作状态，从而改变一次侧电路10的模态，对外部电源电压完成转换。
参照图2，在一实施例中，一次侧电路10处于储能模态时，第一NMOS管Q导通，第一继电器J1的第二输入端和输出端连接，第二继电器J2的第一输入端和输出端连接，第三继电器J3的第一输入端和输出端连接，外部电源电压和第一电感L经由第二继电器J2和第三继电器J3向第二电容C2和变压器20的一次侧绕组充电。
本实施例中，外部控制设备可以输出对应的控制信号至第一NMOS管Q、第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3，使得第一NMOS管Q导通，第一继电器J1的第二输入端和输出端连通，第二继电器J2的第一输入端和输出端连接，以及第三继电器J3的第一输入端和输出端连通，如此可以使得一次侧电路10处于储能模态；此时一次侧电路10会形成有两条通路，一条通路是外部电源电压的正极至第一电感L至第一NMOS管Q至第二电容C2至外部电源电压的负极，另一条通路则是外部电源电压的正极至第一电感L至第一NMOS管Q至第三继电器J3至变压器20的一次侧绕组至第二继电器J2至外部电源电压的负极；所以一次侧电路10处于储能模态时外部电源电压和第一电感L经过第一NMOS管Q向第二电容C2进行充电，同时外部电源电压和第一电感L还会经由继电器第二继电器J2和第三继电器J3向变压器20的一次侧绕组进行充电。
参照图2，在一实施例中，一次侧电路10处于退磁储能模态时，第一NMOS管Q导通，第一继电器J1的第一输入端和输出端连接，第二继电器J2的第二输入端和输出端连接，第三继电器J3的第二输入端和输出端连接，第一电感L和外部电源电压经过第一NMOS管Q向第二电容C2充电，且变压器20的一次侧绕组经过第一继电器J1和第二继电器J2退磁。
本实施例中，外部控制设备可以输出控制信号使得第一NMOS管Q导通，第一继电器J1的第一输入端和输出端连通，第二继电器J2的第二输入端和输出端连通，第三继电器J3的第二输入端和输出端连通，如此可以使得一次侧电路10处于退磁储能模态；此时一次侧电路10形成有两条通路，一条通路是外部电源电压的正极至第一电感L至第一NMOS管Q至第二电容C2至外部电源电压的负极，另一条通路则是外部电源电压的正极至第一继电器J1至变压器20的一次侧绕组至第三继电器J3至外部电源电压的负极；所以一次侧电路10处于退磁储能模态时外部电源电压和第一电感L经过第一NMOS管Q向第二电容C2进行充电，同时变压器20的一次侧绕组经过第一继电器J1和第二继电器J2进行退磁，此过程中变压器20的一次侧绕组中的储能开始下降。
参照图2，在一实施例中，一次侧电路10处于放能模态时，第一NMOS管Q关断，第一继电器J1的第一输入端和输出端连接，第二继电器J2的第一输入端和输出端连接，第三继电器J3的第一输入端和输出端连接，外部电源电压经过第一继电器J1和第二继电器J2向第一电感L充电，且第二电容C2通过第三继电器J3对变压器20的一次侧绕组充电。
本实施例中，外部控制设备可以输出控制信号使得第一NMOS管Q关断，第一继电器J1的第一输入端和输出端连通，第二继电器J2的第一输入端和输出端连通，第三继电器J3的第一输入端和输出端连通，如此可以使得一次侧电路10处于放能模态；此时一次侧电路10形成有两条通路，一条通路是外部电源电压的正极至第一电感L至第一继电器J1至第二继电器J2至外部电源电压的负极，另一条通路则是第二电容C2的第一端至第三继电器J3至变压器20的一次侧绕组至第二继电器J2至第二电容C2的第二端；所以一次侧电路10处于放能模态时，外部电源电压经过第一继电器J1和第二继电器J2向第一电感L充电，并且第二电容C2通过第三继电器J3对变压器20的一次侧绕组充电。
在一实施例中，二次侧电路30具有储能模态及放能模态；
在储能模态，二次侧电路30根据控制信号对变压器20的二次侧绕组进行充电；
在放能模态，二次侧电路30根据控制信号将变压器20的二次侧绕组的电压输出至外部用电设备。
本实施例中，变压器20的绕组通电时，由于电磁感应的作用，绕组内部会产生电场和磁场，从而导致绕组内部的电容被充电。而绕组内部存储的电能则可以在需要的时候释放出来，例如在变压器20输出电能时。所以二次侧电路30可以根据外部控制设备输出的控制信号改变电路的导通情况，比如二次侧电路30的回路使得变压器20的绕组无法通过二次侧电路30输出电能至外部设备，如此变压器20的二次侧绕组处于充电状态，此时二次侧电路30为储能模态；或者二次侧电路30根据控制信号改变电路的导通情况，比如二次侧电路30的回路使得变压器20的二次侧绕组可以通过二次侧电路30输出电能至外部用电设备，此时二次侧电路30为放能模态。
参照图2，在一实施例中，二次侧电路30包括第四继电器J4、第五继电器J5和第三电容C3，第四继电器J4和第五继电器J5的受控端与外部控制设备连接，第四继电器J4的输出端与变压器20的正输出端连接，第五继电器J5的输出端与变压器20的负输出端连接，第四继电器J4的第一输入端、第五继电器J5的第二输入端和第三电容C3的第一端互连，且为二次侧电路30的正输出端，第四继电器J4的第二输入端、第五继电器J5的第一输入端和第三电容C3的第二端互连，且为二次侧电路30的负输出端。
本实施例中，外部控制设备的输出端还可以输出控制信号至第四继电器J4和第五继电器J5，控制第四继电器J4和第五继电器J5输入端和输出端的导通情况改变，对于第四继电器J4和第五继电器J5的控制具体可以参照上述实施例中对第一继电器J1的控制；通过控制第四继电器J4和第五继电器J5可以使得二次侧电路30也形成不同的通路，对于不同的模态；二次侧不同的模态下，第三电容C3的工作状态也会发生变化，第三电容C3的充电或者放电状态会根据二次侧电路30的通路情况决定，所以通过输出不同的控制信号至第四继电器J4和第五继电器J5，可以改变二次侧电路30的导通情况和一次侧电路10中电容的工作状态，从而改变二次侧电路30的模态，对变压器20二次侧绕组输出的电压完成转换后输出至外部用电设备。
参照图2，在一实施例中，二次侧电路30处于储能模态时，第四继电器J4的第一输入端和输出端连接，第五继电器J5的第一输入端和输出端连接，变压器20的二次侧绕组处于充电状态。
本实施例中，外部控制设备可以输出控制信号至第四继电器J4和第五继电器J5，使得第四继电器J4的第一输入端和输出端连通，第五继电器J5的第一输入端和输出端连通，如此可以使得二次侧电路30处于储能模态；此时二次侧电路30形成一条通路，即第三电容C3的第一端至第四继电器J4至变压器20的二次侧绕组至第五继电器J5至第三电容C3的第二端，二次侧绕组的电压方向和第三电容C3上的电压方向一致。所以二次侧电路30处于储能模态时，变压器20的二次侧绕组会处于充电状态。
参照图2，在一实施例中，二次侧电路30处于放能模态时，第四继电器J4的第二输入端和输出端连接，第五继电器J5的第二输入端和输出端连接，变压器20的二次侧绕组通过二次侧电路30输出电压至外部用电设备。
本实施例中，外部控制设备可以输出控制信号至第四继电器J4和第五继电器J5，使得第四继电器J4的第二输入端和输出端连通，第五继电器J5的第二输入端和输出端连通，如此可以使得二次侧电路30处于放能模态；此时二次侧电路30形成一条通路，即第三电容C3的第一端至第五继电器J5至变压器20的二次侧绕组至第四继电器J4至第三电容C3的第二端，二次侧绕组的电压方向和第三电容C3上的电压方向相反。所以二次侧电路30处于放能模态时，变压器20的二次侧绕组会通过二次侧电路30输出电压至外部用电设备。
为了更好的说明本发明的发明构思，结合上述实施例及图2和图3对本发明的工作原理进行阐述：
其中继电器的开关信号默认图2的开关状态为高电平。图3为控制信号以及电压信号的波形图。其中a0为第一NMOS管Q的驱动信号，a11和a12分别为第一继电器J1和第二继电器J2的高电平信号，a21和a22，a31和a32，a41和a42分别为第三继电器J3，第四继电器J4，第五继电器J5的高低电平信号，T为一个开关周期，iL为第一电感L的电流，图2中的x和y为对应节点，vxy为x点和y点之间的电压值，vp为变压器20一次侧绕组的电压值，vs为变压器20二次侧绕组的电压值。一次侧电路10的储能模态是从图3中的T=0开始，到第一继电器J1切换电路状态结束。这个过程中，电感和电源经过第一NMOS管Q向稳压电容进行充电，同时第二继电器J2保持高电位，电源和电感经由继电器向一次侧绕组进行充电。这个过程持续到第一继电器J1、第二继电器J2和第三继电器J3的电位同时发生变化。一次侧电路10的退磁储能模态则是从储能模态的结束开始，到第一NMOS管Q和继电器第三继电器J3同时切换状态。这个过程中，电感和电源经过第一NMOS管Q向稳压电容进行充电，同时一次侧绕组经过第一继电器J1和第三继电器J3进行退磁，此过程中一次绕组中的储能开始下降。一次侧电路10的放能模态则是从退磁储能模态的结束开始，直到开关周期结束，第一NMOS管Q重新导通，这个模态中，第一NMOS管Q处于关断状态，第一继电器J1和第二继电器J2处于导通状态，电源经过第一继电器J1和第二继电器J2向电感充电，并且稳压电容通过继电器对一次绕组进行充电。二次侧电路30的储能模态是从T=0开始，开关周期的一半时结束；放能模态则是从储能模态的结束开始，直到开关周期结束。通过一次侧电路10的三个模态和二次侧电路30的两个模态，实现了稳定的电压输出。本发明提出的双有源桥变换电路，其在稳态工作时，vp和vs为正负交变的方波，其幅值分别为Vd和Vout，Vd为第二电容C2的电压值，Vout为第三电容C3的电压值，且vs=nvp，Vd=Vin/D，D为第一NMOS管Q的占空比，n为变压器20的变换比例，因此，可以通过控制D的大小来实现对于电压大小的调整。本发明中a12在单个开关周期中高电平时间稳定为接近0.5T，在此控制逻辑之下，第一NMOS管Q，第一继电器J1和第二继电器J2任何时刻都只有一个处于低电位情况。第三继电器J3的高电位同样占接近0.5T，且第三继电器J3的电位情况和第二继电器J2相同。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种双有源桥变换电路，其特征在于，包括：
变压器；
一次侧电路，所述一次侧电路的输入端用于接入外部电源电压，所述一次侧电路的输出端与所述变压器的输入端连接，所述一次侧电路用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据所述控制信号周期性地进行储能、退磁储能及放能，以将外部电源电压转化后输出至所述变压器；其中，所述退磁储能为所述一次侧电路根据所述控制信号进行储能，并对所述变压器进行退磁；
所述变压器用于对所述一次侧电路输出的电压进行变压转换后输出；
二次侧电路，所述二次侧电路的输入端与所述变压器的输出端连接，所述二次侧电路用于接收外部控制设备输出的控制信号，并根据所述控制信号周期性地进行放能及储能，以将所述变压器输出的电压转换后输出至外部用电设备；
所述一次侧电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第一NMOS管、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第一端连接，且为所述一次侧电路的正输入端，所述第一电容的第二端与所述第二继电器的第一输入端、所述第二电容的第二端和所述第三继电器的第二输入端连接，且为所述一次侧电路的负输入端，所述第一电感的第二端与所述第一继电器的第一输入端和所述第一NMOS管的源极互连，所述第一NMOS管的漏极、所述第二电容的第一端和所述第三继电器的第一输入端互连，所述第三继电器的输出端与所述变压器的正输入端连接，所述第一继电器的受控端、第二继电器的受控端、第三继电器的受控端和所述第一NMOS管的栅极与所述外部控制设备连接，所述第一继电器的第二输入端和所述第二继电器的第二输入端均短接，所述第一继电器的输出端和所述第二继电器的输出端与所述变压器的负输入端连接；
所述二次侧电路包括第四继电器、第五继电器和第三电容，所述第四继电器和所述第五继电器的受控端与所述外部控制设备连接，所述第四继电器的输出端与所述变压器的正输出端连接，所述第五继电器的输出端与所述变压器的负输出端连接，所述第四继电器的第一输入端、所述第五继电器的第二输入端和所述第三电容的第一端互连，且为所述二次侧电路的正输出端，所述第四继电器的第二输入端、所述第五继电器的第一输入端和所述第三电容的第二端互连，且为所述二次侧电路的负输出端。
2.如权利要求1所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述一次侧电路具有储能模态、退磁储能模态及放能模态；
在储能模态，所述一次侧电路根据所述控制信号进行储能，并将外部电源电压输出至所述变压器；
在退磁储能模态，所述一次侧电路根据所述控制信号进行储能，并对所述变压器进行退磁；
在放能模态，所述一次侧电路根据所述控制信号输出电压至所述变压器。
3.如权利要求2所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述一次侧电路处于储能模态时，所述第一NMOS管导通，所述第一继电器的第二输入端和输出端连接，所述第二继电器的第一输入端和输出端连接，所述第三继电器的第一输入端和输出端连接，所述外部电源电压和所述第一电感经由所述第二继电器和所述第三继电器向所述第二电容和所述变压器的一次侧绕组充电。
4.如权利要求2所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述一次侧电路处于退磁储能模态时，所述第一NMOS管导通，所述第一继电器的第一输入端和输出端连接，所述第二继电器的第二输入端和输出端连接，所述第三继电器的第二输入端和输出端连接，所述第一电感和所述外部电源电压经过所述第一NMOS管向所述第二电容充电，且所述变压器的一次侧绕组经过所述第一继电器和所述第二继电器退磁。
5.如权利要求2所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述一次侧电路处于放能模态时，所述第一NMOS管关断，所述第一继电器的第一输入端和输出端连接，所述第二继电器的第一输入端和输出端连接，所述第三继电器的第一输入端和输出端连接，所述外部电源电压经过所述第一继电器和所述第二继电器向所述第一电感充电，且所述第二电容通过所述第三继电器对所述变压器的一次侧绕组充电。
6.如权利要求1所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述二次侧电路具有储能模态及放能模态；
在储能模态，所述二次侧电路根据所述控制信号对所述变压器的二次侧绕组进行充电；
在放能模态，所述二次侧电路根据所述控制信号将所述变压器的二次侧绕组的电压输出至外部用电设备。
7.如权利要求6所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述二次侧电路处于储能模态时，所述第四继电器的第一输入端和输出端连接，所述第五继电器的第一输入端和输出端连接，所述变压器的二次侧绕组处于充电状态。
8.如权利要求6所述的双有源桥变换电路，其特征在于，所述二次侧电路处于放能模态时，所述第四继电器的第二输入端和输出端连接，所述第五继电器的第二输入端和输出端连接，所述变压器的二次侧绕组通过所述二次侧电路输出电压至外部用电设备。
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