CN117501605A - 一种dc/dc变换电路、dc/dc变换器以及供电设备 - Google Patents

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CN117501605A
CN117501605A CN202280040324.0A CN202280040324A CN117501605A CN 117501605 A CN117501605 A CN 117501605A CN 202280040324 A CN202280040324 A CN 202280040324A CN 117501605 A CN117501605 A CN 117501605A
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Abstract

本申请提供了一种DC/DC变换电路、DC/DC变换器以及供电设备，该DC/DC变换电路包括第一端、第二端及第一谐振单元；第一谐振单元具有第一端口、第二端口、第三端口及第四端口，第一端口连接DC/DC变换电路的第一端，第二端口和第三端口连接DC/DC变换电路的第二端；第四端口连接DC/DC变换电路的参考地。其中，第一谐振单元的第一开关桥臂的一端连接第一端口，第一谐振单元的第一开关桥臂的另一端连接第二端口；第一谐振单元的第二开关桥臂的一端连接第三端口，第一谐振单元的第二开关桥臂的另一端连接第四端口；第一谐振单元的第一电容连接在第三端口与第四端口之间。实施本申请，可以减少损耗，转换效率高。

Description

一种DC/DC变换电路、DC/DC变换器以及供电设备 技术领域
本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种DC/DC变换电路、DC/DC变换器以及供电设备。
背景技术
DC/DC变换电路是一种将输入直流电压变换为设定直流电压并输出的电压转换电路，用来解决电源供电电压与负载要求的电压不匹配的问题。
现有技术采用的是如图1所示的DC/DC变换电路，该DC/DC变换电路的核心元件有谐振电容C r1、谐振电感L r1以及变压器T r，通过控制开关管Q 11和开关管Q 12互补导通，输出电压的大小主要取决于变压器T r的匝数，但是变压器T r会带来功率损耗的问题，降低DC/DC变换电路的电压转换效率。
发明内容
本申请提供了一种DC/DC变换电路、DC/DC变换器以及供电设备，可以减少损耗，转换效率高。
第一方面，本申请提供了一种一种DC/DC变换电路，该DC/DC变换电路包括第一端、第二端以及第一谐振单元。其中，第一谐振单元具有第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口。具体实现中，第一谐振单元的第一端口连接DC/DC变换电路的第一端，第一谐振单元的第二端口和第一谐振单元的第三端口连接DC/DC变换电路的第二端；第一谐振单元的第四端口连接DC/DC变换电路的参考地。
第一谐振单元包括第一开关桥臂、第二开关桥臂、第一电容以及谐振桥；谐振桥连接在第一开关桥臂的中点与第二开关桥臂的中点之间。则第一谐振单元的内部结构具体实现为：第一谐振单元的第一开关桥臂的一端连接第一谐振单元的第一端口，第一谐振单元的第一开关桥臂的另一端连接第一谐振单元的第二端口；第一谐振单元的第二开关桥臂的一端连接第一谐振单元的第三端口，第一谐振单元的第二开关桥臂的另一端连接第一谐振单元的第四端口；第一谐振单元的第一电容连接在第一谐振单元的第三端口与第一谐振单元的第四端口之间。
本申请实施例采用了一种新的电路结构，区别于现有技术需要变压器来实现特定电压输出，本申请实施例是通过控制DC/DC变换器中各个开关桥臂导通或关断来得到特定的输出电压，无需变压器的参与，可以减少变压器带来的损耗，转换效率高。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，第一开关桥臂包括第一开关单元以及与第一开关单元串联的第二开关单元；第二开关桥臂包括第三开关单元以及与第三开关单元串联的第四开关单元。具体实现中，在第一开关单元与第三开关单元导通，以及第二开关单元与第四开关单元关断的情况下，第一谐振单元处于第一谐振状态；在第一开关单元与第三开关单元关断，以及第二开关单元与第四开关单元导通的情况下，第一谐振单元处于第二谐振状态。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，DC/DC变换电路的第一工作周期包括第一时间段和第二时间段；其中，在第一时间段内，第一谐振单元处于第一谐振状态；在第二时间段内，第一谐振单元处于第二谐振状态。
在DC/DC变换电路的第一端为输入端，以及DC/DC变换电路的第二端为输出端的情况下，DC/DC变换电路在第一工作周期内的电压增益为1/2；或者，在DC/DC变换电路的第一端为输出端，以及DC/DC变换电路的第二端为输入端的情况下，DC/DC变换电路在第一工作周期内的电压增益为2。在本申请实施例将DC/DC变换电路的输入端与输出端对调，DC/DC变换电路既可以降压也可以升压。
结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第一时间段的时长与第二时间段的时长相等。
第二方面，本申请实施例提供了一种DC/DC变换器，该DC/DC变换器包括第一端、第二端以及相同的M个谐振单元，M大于或等于2。该M个谐振单元中的各个谐振单元具有第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口。具体实现中，各个谐振单元中的第一谐振单元的第一端口连接DC/DC变换器的第一端，各个谐振单元中的每个谐振单元的第二端口与各个谐振单元中的第M谐振单元的第三端口连接DC/DC变换器的第二端；第M谐振单元的第一端口连接第M-1谐振单元的第三端口；每个谐振单元的第四端口连接DC/DC变换器的参考地。
M个谐振单元中的任一谐振单元包括第一开关桥臂、第二开关桥臂、第一电容以及谐振桥，该任一谐振单元中的谐振桥连接在任一谐振单元的第一开关桥臂的中点与任一谐振单元的第二开关桥臂的中点之间。则该任一谐振单元的内部结构具体实现为：任一谐振单元的第一开关桥臂的一端连接任一谐振单元的第一端口；任一谐振单元的第一开关桥臂的另一端连接任一谐振单元的第二端口；第一谐振单元的第二开关桥臂的一端连接第一谐振单元的第三端口，第一谐振单元的第二开关桥臂的另一端连接第一谐振单元的第四端口；第一谐振单元的第一电容连接在第一谐振单元的第三端口与第一谐振单元的第四端口之间。
本申请实施例可以通过增加谐振单元的数量来实现DC/DC变换器的不同电压增益的输出，提高了DC/DC变换器使用的灵活性。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，任一谐振单元的第一开关桥臂包括第一开关单元以及与第一开关单元串联的第二开关单元；任一谐振单元的第二开关桥臂包括第三开关单元以及与第三开关单元串联的第四开关单元。具体实现中，在任一谐振单元的第一开关单元与任一谐振单元的第三开关单元导通，以及任一谐振单元的第二开关单元与任一谐振单元的第四开关单元关断的情况下，任一谐振单元处于第一谐振状态；在任一谐振单元的第一开关单元与任一谐振单元的第三开关单元关断，以及任一谐振单元的第二开关单元与任一谐振单元的第四开关单元导通的情况下，任一谐振单元处于第二谐振状态。
结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，DC/DC变换器的第一工作周期包括第一时间段和第二时间段；其中，在第一时间段内，M个谐振单元的每个谐振单元处于第一谐振状态；在第二时间段内，M个谐振单元的每个谐振单元处于第二谐振状态。在DC/DC变换器的第一端为输入端，DC/DC变换器的第二端为输出端的情况下，DC/DC变换器在第一工作周期内的电压增益为1/(M+1)；或者，在DC/DC变换器的 第一端为输出端，DC/DC变换器的第二端为输入端的情况下，DC/DC变换器在第一工作周期内的电压增益为M+1。
结合第二方面第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，在任一谐振单元的第一开关单元与任一谐振单元的第二开关单元导通，以及任一谐振单元的第三开关单元以及任一谐振单元的第四开关单元关断的情况下，第一谐振单元处于短路状态。
结合第二方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，DC/DC变换器的第二工作周期包括第三时间段和第四时间段；其中，在第三时间段内，第一谐振单元以及设于第一谐振单元与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第一谐振状态；在第四时间段内，第一谐振单元以及设于第一谐振单元与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第二谐振状态；其中K小于或等于M；在DC/DC变换器的第二工作周期内，第K谐振单元以及设于第K谐振单元与第M谐振单元之间的所有谐振单元处于短路状态。
在DC/DC变换器的第一端为输入端，DC/DC变换器的第二端为输出端的情况下，DC/DC变换器在第二工作周期内的电压增益为1/K；或者，在DC/DC变换器的第一端为输出端，DC/DC变换器的第二端为输入端的情况下，DC/DC变换器在第二工作周期内的电压增益为K。
结合第二方面第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，上述第一时间段的时长与第二时间段的时长相等。
第三方面，本申请实施例提供了一种供电设备，该供电设备包括控制器以及第一方面或结合第一方面任意一种可能实现方式中的DC/DC变换电路；其中，控制器与DC/DC变换电路中的各个开关桥臂连接，控制器可以控制各个开关桥臂的导通或关断，从而控制DC/DC变换电路的电压增益。
第四方面，本申请实施例提供了一种供电设备，该供电设备包括控制器以及第二方面或结合第二方面任意一种可能实现方式中的DC/DC变换器；其中，控制器与DC/DC变换器中的各个开关桥臂连接，控制器可以控制各个开关桥臂的导通或关断，从而控制DC/DC变换器的电压增益。
应理解的是，本申请上述多个方面的实现和有益效果可互相参考。
附图说明
图1为现有技术的DC/DC变换电路；
图2A为本申请实施例提供的供电设备的一结构框图；
图2B为本申请实施例提供的供电设备的又一结构框图；
图3为本申请实施例提供的DC/DC变换电路的一电路图；
图4为本申请实施例提供的用于控制DC/DC变换电路的一控制信号图；
图5A为本申请实施例提供的DC/DC变换电路的一输入电压的波形示意图；
图5B为本申请实施例提供的DC/DC变换电路的一输出电压的波形示意图；
图6为本申请实施例提供的DC/DC变换电路的又一电路图；
图7为本申请实施例提供的DC/DC变换器的一电路图；
图8A至图8B为本申请实施例提供的DC/DC变换器的一等效电路图；
图9A为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一输入电压的波形示意图；
图9B为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一输出电压的波形示意图；
图10为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一电路图；
图11为本申请实施例提供的用于控制DC/DC变换器的又一控制信号图；
图12A至图12B为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一等效电路图；
图13A至图13B为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一等效电路图；
图14为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一电路图；
图15为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一电路图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
参见图2A，图2A为本申请实施例提供的供电设备的一结构框图。如图2A所示，供电设备20A设于直流电源A与负载A之间，该供电设备20A包括DC/DC变换电路201以及控制器202A。其中，DC/DC变换电路201与控制器202A连接。
参见图2B，图2B为本申请实施例提供的供电设备的又一结构框图。如图2B所示，供电设备20B设于直流电源B与负载B之间，该供电设备20B包括DC/DC变换器203以及控制器202B。其中，DC/DC变换器203与控制器202B连接。
需要解释的是，图2A中示出的供电设备20A与图2B中示出的供电设备20B的区别在于，DC/DC变换电路201与DC/DC变换器203不同。具体实现中，DC/DC变换电路201中包括一个谐振单元，而DC/DC变换器203中可以包括至少两个谐振单元。
直流电源A和直流电源B可以例如是储能电池(如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池等)、太阳能电池、AC/DC变换器(Alternating Current/Direct-Currentconverter)或其他DC/DC变换器(例如BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK-BOOST变换器等)等。需要说明的是，直流电源A和直流电源B可以相同，也可以不同。本申请不对DC/DC变换电路201以及DC/DC变换器203连接的直流电源的类型进行限制。
负载A和负载B可以例如是服务器芯片、人工智能芯片、图像处理器、手机终端、光伏逆变器、电动汽车、其他DC/DC变换器和/或DC/AC变换器(Direct-Currentconverter/Alternating Current)等。DC/DC变换电路201可以将直流电源A的电压转换为负载A所需的电压，DC/DC变换器203可以将直流电源B的电压转换为负载B所需的电压。需要说明的是，负载A和负载B可以相同，也可以不同。
可以理解的是，直流电源与负载为对本申请供电设备的使用场景进行示例，而非穷举，应当理解为本申请提供的供电设备可以用于在任何需要对直流电压进行转换的场景，即可以应用在向任何直流负载供电的场景。
控制器202A和控制器202B例如可以是微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、中央处理单元(central processing unit，CPU)、其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管 逻辑器件、分立硬件组件等。控制器202A和控制器202B可以相同，也可以不同。
DC/DC变换电路201中包括第一端、第二端以及谐振单元，该谐振单元包括谐振桥(例如电感和电容)以及多个开关桥臂，控制器202A可以控制DC/DC变换电路201中的各个开关桥臂导通或关断，在电感和电容上产生电流和电压的变化，即电感与电容产生谐振，从而实现特定的直流电压输出。本申请实施例提供的DC/DC变换电路201既可以降压也可以升压。例如，DC/DC变换电路201的第一端是输入端，第二端是输出端，则DC/DC变换电路201的第一端连接直流电源，第二端连接负载，此时DC/DC变换电路201是降压变换电路。又例如，DC/DC变换电路201的第一端是输出端，第二端是输入端，则DC/DC变换电路201的第一端连接负载，第二端连接直流电源，此时DC/DC变换电路201是升压变换电路。
同理的，DC/DC变换器203可以包括第一端、第二端以及至少两个谐振单元，则该DC/DC变换器203除了可以降压或升压之外，还可以通过控制各个谐振单元中的开关桥臂处于不同的状态，使得DC/DC变换器203在同一个电路结构中具有不同的电压增益，输出不同的电压值。
需要解释的是，谐振单元中的开关桥臂可以包括多个开关单元，该开关单元可以具体实现为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)及其反并联二极管，或者金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)等。并且，该开关单元中可以包括多个串联或并联的开关。总的来说，本申请实施例不对开关单元中的开关类型以及开关数量进行限制。
下面结合图3至图6对DC/DC变换电路的具体结构进行介绍。
参见图3，图3为本申请实施例提供的DC/DC变换电路的一电路图。如图3所示，本申请实施例提供的DC/DC变换电路包括第一端3a、第二端3b以及第一谐振单元31。
其中，第一谐振单元31具有第一端口311、第二端口312、第三端口313以及第四端口314。第一谐振单元31的第一端口311连接DC/DC变换电路的第一端3a；第一谐振单元31的第二端口312与第一谐振单元31的第三端口313连接DC/DC变换电路的第二端3b；所述第一谐振单元31的第四端口314连接DC/DC变换电路的参考地。
并且，第一谐振单元31还包括第一开关桥臂、第二开关桥臂、第一电容以及谐振桥。该谐振桥连接在第一开关桥臂的中点和第二开关桥臂的中点之间。
具体实现中，第一开关桥臂包括第一开关单元(例如第一开关S 31)以及与第一开关单元串联的第二开关单元(例如第二开关S 32)；第二开关桥臂包括第三开关单元(例如第三开关S 33)以及与第三开关单元串联的第四开关单元(例如第四开关S 34)。需要解释的是，本申请是以一个开关单元包括一个开关为例，在具体实践中，开关单元可以根据DC/DC变换电路中的电压和电流选择多个开关串联或并联。即本申请实施例不对开关单元中的开关数量进行限制。
谐振桥包括第一电感L 31以及第二电容C 32。需要解释的是，谐振桥可以包括多个电感和电容，本申请实施例是以谐振桥包括一个电感和一个电容为例，并不对谐振桥中的电感和电容的数量进行限制。
则在第一谐振单元31内，第一开关S 31的一端连接第一谐振单元31的第一端口311， 第一开关S 31的另一端与第二开关S 32的一端连接至第一结点31a(即第一开关桥臂的中点)，第二开关S 32的另一端连接第一谐振单元31的第二端口312，第三开关S 33的一端连接第一谐振单元31的第三端口313，第三开关S 33的一端连接第一谐振单元31的第三端口313，第三开关S 33的另一端与第四开关S 34的第一端连接至第二结点31b(即第二开关桥臂的中点)，第四开关S 34的另一端耦合第一谐振单元31的第四端口314。
第一电感L 31和第二电容C 32串联在第一结点31a与第二结点31b之间。第一电容C 31连接在第一谐振单元31的第三端口313与第一谐振单元31的第四端口314之间。
可以理解的是，当DC/DC变换电路的第一端3a为输入端，DC/DC变换电路的第二端3b为输出端时，第一电容C 31对第一谐振单元31的输出电压进行整流滤波，使DC/DC变换电路输出直流电；当DC/DC变换电路的第一端3a为输出端，DC/DC变换电路的第二端3b为输入端时，第一电容C 31滤除DC/DC变换电路的输入电压的纹波干扰。
可选的，本申请实施例提供的DC/DC变换电路还可以包括第三电容C 33，该第三电容C 33的一端连接DC/DC变换电路的第一端3a，第三电容C 33的另一端接参考地，第三电容C 33是滤波电容，当DC/DC变换电路的第一端3a为输入端时，第三电容C 33滤除DC/DC变换电路的输入电压的纹波干扰；当DC/DC变换电路的第一端3a为输出端时，第三电容C 33对第一谐振单元31的输出电压进行整流滤波，使DC/DC变换电路输出直流电。
在一些可行的实施方式中，可以采用图4中示出的控制信号控制图3中示出的第一谐振单元31。具体实现中，控制器向第一开关S 31和第三开关S 33发送图4中示出的控制信号PWM1，以及向第二开关S 32和第四开关S 34发送图4中示出的控制信号PWM2。其中，控制信号PWM1与控制信号PWM2互补。
可选的，控制信号PWM1与控制信号PWM2的占空比为50％，即t 41至t 42时间段的时长与t 42至t 43时间段的时长相等。
示例性的，在t 41至t 42时间段内，控制信号PWM1控制第一开关S 31与第三开关S 33导通，控制信号PWM2控制第二开关S 32和第四开关S 34关断，此时第一谐振单元31处于第一谐振状态。则有第一电感L 31和第二电容C 32处于充电状态，第二电容C 32的电压V C32升高，第一电感L 31的电流I L31先增大后减小。
在t 42至t 43时间段内，控制信号PWM1控制第一开关S 31与第三开关S 33关断，控制信号PWM2控制第二开关S 32和第四开关S 34导通，此时第一谐振单元31处于第二谐振状态。则有第一电感L 31和第二电容C 32处于放电状态，第二电容C 32的电压V C32降低，第一电感L 31的电流I L31先增大后减小。
可以理解的是，t 41至t 42时间段以及t 42至t 43时间段为第一谐振单元31的一个工作周期T。可选的，T可以与第一电感L 31和第二电容C 32有关，用公式表示为：
其中L为第一电感L 31的电感量，C为第二电容C 32的电容量。
图3中以DC/DC变换电路的第一端3a连接电源V in3，DC/DC变换电路的第二端3b连接输出端V out3为例，即DC/DC变换电路的第一端3a为输入端，DC/DC变换电路的第二端3b为输出端。此时，图3中的DC/DC变换电路的输入电压和输出电压可以分别参见图5A和图5B。如图5A所示，图5A以电源V in3提供的输入电压是16V为例，图3中的DC/DC 变换电路在图4中示出的控制信号的控制下，在输出端V out3得到的输出电压波形如图5B所示，即DC/DC变换电路的输出端V out3的电压是8V。换句话来说，本申请实施例提供的DC/DC变换电路可以实现的电压增益为1/2。
下面进一步从能量守恒的角度来理解图3中示出的DC/DC变换电路如何实现电压增益为1/2。
具体实现中，在第一谐振单元31处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元31的第一端口311与第三端口313之间的电压为V in3-V out3。在第一谐振单元31处于第二谐振状态的情况下，第一谐振单元31的第二端口312与第四端口314之间的电压为V out3。第一电感L 31和第二电容C 32充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in3-V out3)×I 1＝V out3×I 1 公式2
其中，I 1为流过第一电感L 31与第二电容C 32的电流。
由公式2可以得到V in3＝2V out3，即图3中示出的DC/DC变换电路的电压增益为1/2。
本申请实施例采用了一种新的电路结构，区别于现有技术需要变压器来实现特定电压输出，本申请实施例是通过控制DC/DC变换电路中各个开关桥臂导通或关断来得到特定的输出电压，无需变压器的参与，可以避免变压器带来的损耗，转换效率高。
可选的，在一些可行的实施方式中，可以将图3中示出的DC/DC变换电路的输入端与输出端对调，得到图6中示出的DC/DC变换电路。与图3中示出的DC/DC变换电路不同的是，图6中示出的DC/DC变换电路的第一端3a为输出端，即DC/DC变换电路的第一端3a连接输出端V out6；DC/DC变换电路的第二端3b为输入端，即DC/DC变换电路的第二端3b连接电源V in6。此时，图4中示出的控制信号PWM1依然可以控制第一开关S 31和第三开关S 33的导通或关断，控制信号PWM2依然可以控制第二开关S 32和第四开关S 34的导通或关断。不同于图3中示出的DC/DC变换电路是降压变换电路，实现的电压增益为1/2；图6中示出的DC/DC变换电路是升压变换电路，实现的电压增益为2。
从能量守恒的角度来理解图6中示出的DC/DC变换电路如何实现电压增益为2。
具体实现中，在第一谐振单元31处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元31的第一端口311与第三端口313之间的电压为V in6-V out6。在第一谐振单元31处于第二谐振状态的情况下，第一谐振单元31的第二端口312与第四端口314之间的电压为V in6。第一电感L 31和第二电容C 32充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in6-V out6)×I 2＝V in6×I 2 公式3
其中，I 2为流过第一电感L 31与第二电容C 32的电流。
由公式3可以得到2V in6＝V out6，即图6中示出的DC/DC变换电路的电压增益为2。
本申请实施例可以不改变DC/DC变换电路的内部元器件之间的具体连接关系，通过改变DC/DC变换电路的输入端与输出端来实现不同的电压增益。即在具体的产品应用中，DC/DC变换电路的第一端既可以连接电源又可以连接负载，从而既可以实现降压又可以实现升压。实施本申请实施例，可以提高DC/DC变换电路电压增益切换的效率以及灵活性。
前文结合图3至图6是以DC/DC变换电路中包括一个谐振单元为例进行说明，下面结合图7至图15对可以包括M个相同谐振单元的DC/DC变换器进行介绍，M大于或等于2。
参见图7，图7为本申请实施例提供的DC/DC变换器的一电路图。如图7所示，以DC/DC变换器包括三个谐振单元为例，即本申请实施例中的DC/DC变换器包括第一谐振单元71、第二谐振单元72和第三谐振单元73。
其中，第一谐振单元71的第一端口711连接DC/DC变换器的第一端7a，第一谐振单元71的第三端口713连接第二谐振单元72的第一端口721，第二谐振单元72的第三端口723连接第三谐振单元73的第一端口731，第三谐振单元73的第三端口733连接DC/DC变换器的第二端7b。并且，第一谐振单元71的第二端口712、第二谐振单元72的第二端口722以及第三谐振单元73的第二端口732连接DC/DC变换器的第二端7b，第一谐振单元71的第四端口714、第二谐振单元72的第四端口724以及第三谐振单元73的第四端口734连接DC/DC变换器的参考地。
第一谐振单元71、第二谐振单元72以及第三谐振单元73的内部结构相同，可以理解为相同的谐振单元。每个谐振单元都包括第一开关桥臂、第二开关桥臂、第一电容以及谐振桥。且该谐振桥连接在第一开关桥臂的中点和第二开关桥臂的中点之间。
以各个谐振单元中的各个开关桥臂具体实现为MOSFET为例，在第一谐振单元71内，第一开关Q 711的一端(即漏极)连接第一谐振单元71的第一端口711，第一开关Q 711的另一端(即源极)与第二开关Q 712的一端(即漏极)连接至第一结点71a(即第一谐振单元71的第一开关桥臂的中点)，第三开关Q 713的一端(即漏极)连接第一谐振单元71的第三端口713，第三开关Q 713的另一端(即源极)与第四开关Q 714的一端(即漏极)连接至第二结点71b(即第一谐振单元71的第二开关桥臂的中点)。第二开关Q 712的另一端(即源极)连接第一谐振单元71的第二端口712，第四开关Q 714的另一端(即源极)连接第一谐振单元71的第四端口714。
第一电感L 711和第二电容C 712串联在第一结点71a与第二结点71b之间。第二电容C 712连接第一谐振单元71的第三端口713与第四端口714之间。
在第二谐振单元72内，第一开关Q 721的一端(即漏极)连接第二谐振单元72的第一端口721，第一开关Q 721的另一端(即源极)与第二开关Q 722的一端(即漏极)连接至第一结点72a(即第二谐振单元72的第一开关桥臂的中点)，第三开关Q 723的第一端(即漏极)连接第二谐振单元72的第三端口723，第三开关Q 723的另一端(即源极)与第四开关Q 724的一端(即漏极)连接至第二结点72b(即第二谐振单元72的第二开关桥臂的中点)。第二开关Q 722的另一端(即源极)连接第二谐振单元72的第二端口722，第四开关Q 724的另一端(即源极)连接第二谐振单元72的第四端口724。
第一电感L 721和第二电容C 722串联在第一结点72a与第二结点72b之间。第二电容C 722连接在第二谐振单元72的第三端口723与第四端口724之间。
在第三谐振单元73内，第一开关Q 731的一端(即漏极)连接第三谐振单元73的第一端口731，第一开关Q 731的另一端(即源极)与第二开关Q 732的一端(即漏极)连接至第一结点73a(即第三谐振单元73的第一开关桥臂的中点)，第三开关Q 733的一端(即漏极)连接第三谐振单元73的第三端口733，第三开关Q 733的另一端(即源极)与第四开关Q 734的一端(即漏极)连接至第二结点73b(即第三谐振单元73的第二开关桥臂的中点)。第二开关Q 732的另一端(即源极)连接第三谐振单元73的第二端口732，第四开关Q 734的另一 端(即源极)连接第三谐振单元73的第四端口734。
第一电感L 731和第二电容C 732串联在第一结点73a与第二结点73b之间。第二电容C 732连接在第三谐振单元73的第三端口733与第四端口734之间。
在一些可行的实施方式中，可以采用图4中示出的控制信号控制图7中示出的第一谐振单元71、第二谐振单元72以及第三谐振单元73。具体实现中，控制器向第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713、第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第三开关Q 733均发送图4中示出的控制信号PWM1，并且，控制器还向第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714、第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第二开关Q 732与第四开关Q 734发送图4中示出的控制信号PWM2。
则在t 41至t 42时间段内，各个谐振单元的第一开关与第三开关导通，各个谐振单元的第二开关与第四开关关断，各个谐振单元处于第一谐振状态。即第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713、第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第三开关Q 733均导通，并且第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714、第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第二开关Q 732与第四开关Q 734关断，此时DC/DC变换器的等效电路图可以参见图8A，如图8A所示，电源V in7的输出电流依次经过第一开关Q 711、第二电容C 712、第一电感L 711、第三开关Q 713、第一开关Q 721、第二电容C 722、第一电感L 721、第三开关Q 723、第一开关Q 731、第二电容C 732、第一电感L 731以及第三开关Q 733到达输出端V out7。总的来说，电源V in7向各个谐振单元的第一电感和第二电容串联充电。
在t 42至t 43时间段内，各个谐振单元的第一开关与第三开关关断，各个谐振单元的第二开关与第四开关导通，各个谐振单元处于第二谐振状态。即第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713、第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第三开关Q 733均关断，并且第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714、第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第二开关Q 732与第四开关Q 734导通，此时DC/DC变换器的等效电路图可以参见图8B，如图8B所示，各个谐振单元中的第一电感和第二电容经过输出端V out7上连接的负载R L1形成并联放电回路。
需要解释的是，在理想的情况下，控制器向各个谐振单元的各个开关发送控制信号PWM1是同时发出的，但由于控制器的运算速度不够快或者开关本身器件的反应速度不同，造成各个谐振单元之间具有相位差。比如第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713导通，但第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723还没来得及导通，此时第一谐振单元71的第一电容C 711可以对第一谐振单元71的能量进行储存。换句话来说，第一谐振单元71的第一电容C 711可以用来平衡第一谐振单元71与第二谐振单元72之间的能量差。
同理的，第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723导通，但第三谐振单元73的第一开关Q 731与第三开关Q 733还没来得及导通，此时第二谐振单元72的第一电容C 721可以对第二谐振单元72的能量进行储存。换句话来说，第二谐振单元72的第一电容C 721可以用来平衡第二谐振单元72与第三谐振单元73之间的能量差。
可选的，每个谐振单元还可以包括第三电容，例如第一谐振单元71包括第三电容C 713、第二谐振单元72包括第三电容C 723以及第三谐振单元73包括第三电容C 733。此时，第一电容C 711与第三电容C 723共同用于平衡第一谐振单元71与第二谐振单元72之间的能量差，第一电容C 721与第三电容C 733共同用于平衡第二谐振单元72与第三谐振单元73之间的能量差。
可选的，第一谐振单元71的第一电容C 711与第二谐振单元72的第三电容C 723可以合并为同一个电容，第二谐振单元72的第一电容C 721与第三谐振单元73的第三电容C 733也可以合并为同一个电容。
图7中以DC/DC变换器的第一端7a连接电源V in7，DC/DC变换器的第二端7b连接输出端V out7为例，即DC/DC变换器的第一端7a为输入端，DC/DC变换器的第二端7b为输出端。此时，图7中的DC/DC变换器的输入电压和输出电压可以分别参见图9A和图9B。如图9A所示。图9A以电源V in7提供的输入电压是16V为例，图7中的DC/DC变换器在图4中示出的控制信号的控制下，在输出端V out7得到的输出电压波形如图9B所示，即DC/DC变换器的输出端V out7的电压是4V。换句话来说，本申请实施例提供的DC/DC变换器可以实现的电压增益为1/4。
下面进一步从能量守恒的角度来理解图7中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为1/4。
具体实现中，在各个谐振单元处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元71的第一端口711与第三谐振单元73的第三端口733之间的电压为V in7-V out7。在各个谐振单元处于第二谐振状态的情况下，每个谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压为V out7。各个谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in7-V out7)×I 3＝V out7×3I 3 公式4
其中，I 3为各个谐振单元中的第一电感以及第二电容流过的电流。
由公式4可以得到V in7＝4V out7，即图7中示出的DC/DC变换器的电压增益为1/4。
本申请实施例可以通过增加谐振单元的数量来实现DC/DC变换器的不同电压增益的输出，提高了DC/DC变换器使用的灵活性。
可选的，在一些可行的实施方式中，可以将图7中示出的DC/DC变换器的输入端与输出端对调，得到图10中示出的DC/DC变换器。与图7中示出的DC/DC变换器不同的是，图10中示出的DC/DC变换器的第一端7a为输出端，即DC/DC变换器的第一端7a连接输出端V out10；DC/DC变换器的第二端7b为输入端，即DC/DC变换器的第二端7b连接电源V in10。此时，图4中示出的控制信号PWM1依然可以控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第二开关Q 712、第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732；控制信号PWM2依然可以控制第一谐振单元71的第三开关Q 713与第四开关Q 714、第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734。不同于图7中示出的DC/DC变换器是降压变换器，实现的电压增益为1/4；图10中示出的DC/DC变换器是升压变换器，实现的电压增益为4。
从能量守恒的角度来理解图10中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为4。
具体实现中，在各个谐振单元处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元71的第一端口711与第三谐振单元73的第三端口733之间的电压为V in10-V out10。在各个谐振单元处 于第二谐振状态的情况下，每个谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压为V in10。各个谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in10-V out10)×I 4＝V in10×3I 4 公式5
其中，I 4为各个谐振单元中的第一电感以及第二电容流过的电流。
由公式5可以得到4V in10＝V out10，即图10中示出的DC/DC变换器的电压增益为4。
可选的，在一些可行的实施方式中，参见图11，图11为本申请实施例提供的用于控制DC/DC变换器的又一控制信号图。可以采用图11中示出的控制信号控制图7中示出的第一谐振单元71、第二谐振单元72以及第三谐振单元73。具体实现中，控制器向第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713发送图11中示出的控制信号PWM3，向第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714发送图11中示出的控制信号PWM4，向第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732发送控制信号PWM5，并向第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734发送控制信号PWM6。即第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732常通，第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734常断，总的来说，第二谐振单元72和第三谐振单元73处于短路状态。
可选的，控制信号PWM3与控制信号PWM4的占空比为50％，即t 111至t 112时间段的时长与t 112至t 113时间段的时长相等。
其中，在t 111至t 112时间段内，控制信号PWM3控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713关断，控制信号PWM4控制第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714导通，此时第一谐振单元71处于第二谐振状态。并且，控制信号PWM5控制第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732均导通，控制信号PWM6控制第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734均关断。此时DC/DC变换器的等效电路图可以参见图12A，如图12A所示，第一谐振单元71中的第一电感L 711和第二电容C 712经过输出端V out7上连接的负载R L1形成放电回路。
换句话来说，在t 111至t 112时间段内，第一谐振单元71处于第二谐振状态，而第二谐振单元72与第三谐振单元73没有发生谐振，第二谐振单元72与第三谐振单元73处于短路状态。此时，第一谐振单元71内的第一电感L 711和第二电容C 712处于放电状态，第二电容C 712电压V C712降低，第一电感L 711的电流I L711先增大后减小。
在t 112至t 113时间段内，控制信号PWM3控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713导通，控制信号PWM4控制第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714关断，此时第一谐振单元71处于第一谐振状态。并且，控制信号PWM5控制第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732均导通，控制信号PWM6控制第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734均关断。此时DC/DC变换器的等效电路图可以参见图12B，如图12B所示，电源V in7的输出电流依次经过第一开关Q 711、第二电容C 712、第一电 感L 711、第三开关Q 713、第一开关Q 721以及第二开关Q 722到达输出端V out7。总的来说，电源V in7向第一谐振单元71的第一电感L 711和第二电容C 712充电。
换句话来说，在t 112至t 113时间段内，第一谐振单元71处于第一谐振状态，而第二谐振单元72与第三谐振单元73没有发生谐振，第二谐振单元72与第三谐振单元73处于短路状态。此时，第一谐振单元71内的第一电感L 711和第二电容C 712处于充电状态，第二电容C 712的电压V C712升高，第一电感L 711的电流I L711先增大后减小。
可以理解的是，t 111至t 112时间段以及t 112至t 113时间段为第一谐振单元71的一个工作周期T1。可选的，T1可以与第一电感L 711和第二电容C 712有关，用公式表示为：
其中L 1为第一电感L 711的电感量，C 1为第二电容C 712的电容量。
可选的，各个谐振单元中的第一电感的电感量可以相等，各个谐振单元中的第二电容的电容量可以相等。
可以看出，此时采用图11中的控制信号控制图7中示出的DC/DC变换器，使得第一谐振单元71可以在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，而第二谐振单元与第二谐振单元可以被短路，不发生谐振，则此时图7中的DC/DC变换器的输入电压与输出电压之间的比例关系与前文图3所实现的比例关系相同，输入电压波形可以参见图5A，输出电压波形可以参加图5B。换句话来说，本申请实施例提供的DC/DC变换器可以实现的电压增益也可以为1/2。
可选的，在一些可行的实施方式中，控制器也可以控制第一谐振单元71与第二谐振单元72在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，而第三谐振单元73短路。具体实现中，即控制器向第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713，以及向第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723发送图11中示出的控制信号PWM3；向第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714，以及向第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724发送图11中示出的控制信号PWM4；并向第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732发送控制信号PWM5，以及向第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734发送控制信号PWM6。即第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732常通，第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734常断，总的来说，第三谐振单元73处于短路状态。
则在t 111至t 112时间段内，第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713，以及向第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723均关断，第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714，以及向第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724均导通，此时第一谐振单元71与第二谐振单元72处于第二谐振状态。并且，第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732导通，第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734关断。此时DC/DC变换器的等效电路图可以参见图13A，如图13A所示，第一谐振单元71中的第一电感L 711和第二电容C 712，以及第二谐振单元72中的第一电感L 721和第二电容C 722经过输出端V out7上连接的负载R L1形成并联放电回路。
在t 112至t 113时间段内，第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713，以及向第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 723均导通，第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714，以及向第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724均关断，此时第一 谐振单元71与第二谐振单元72处于第一谐振状态。并且，第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732导通，第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734关断。此时DC/DC变换器的等效电路图可以参见图13B，如图13B所示，电源V in7的输出电流依次经过第一开关Q 711、第二电容C 712、第一电感L 711、第三开关Q 713、第一开关Q 721、第二电容C 722、第一电感L 721、第三开关Q 723、第一开关Q 731以及第二开关Q 732到达输出端V out7。总的来说，电源V in7向第一谐振单元71的第一电感L 711和第二电容C 712，以及第二谐振单元72的第一电感L 721和第二电容C 722充电。
此时，本申请实施例提供的DC/DC变换器可以实现的电压增益可以为1/3。
从能量守恒的角度来理解DC/DC变换器形成图13A和图13B的等效电路如何实现电压增益为1/3。
具体实现中，在第一谐振单元71和第二谐振单元72处于第一谐振状态，以及第三谐振单元73处于短路状态的情况下，第一谐振单元71的第一端口711与第三谐振单元73的第三端口733之间的电压为V in7-V out7。在第一谐振单元71和第二谐振单元72处于第二谐振状态，以及第三谐振单元73处于短路状态的情况下，每个谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压为V out7。第一谐振单元的第一电感和第二电容以及第二谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in7-V out7)×I 5＝V in10×2I 5 公式7
其中，I 5为第一谐振单元以及第二谐振单元中的第一电感以及第二电容流过的电流。
由公式7可以得到3V in7＝V out7，即图7中示出的DC/DC变换器的电压增益可以为3。
因此，本申请实施例可以在同一个电路结构中将DC/DC变换器的电压增益实现不同的电压增益，提高了DC/DC变换器电压增益的切换效率以及灵活性。
前文结合图12A至图13B中所描述的实施例是采用图11中示出的控制信号来控制图7中示出的DC/DC变换器得到，在一些可行的实施方式中，也可以采用图11中示出的控制信号来控制图10中示出的DC/DC变换器，实现电压增益为2或3。
在一些可行的实施方式中，在t 111至t 112时间段内，图10中各个谐振单元的各个开关管的导通或关断状态可以具体控制为：控制信号PWM3控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713关断，控制信号PWM4控制第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714导通，此时第一谐振单元71处于第二谐振状态。并且，控制信号PWM5控制第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732均导通，控制信号PWM6控制第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734均关断，此时第二谐振单元72和第三谐振单元73处于短路状态。则图10中的DC/DC变换器的等效电路与图12A示出的等效电路的电流方向相反，电源V in10向第一谐振单元71的第一电感L 711和第二电容C 712充电。
在t 112至t 113时间段内，图10中各个谐振单元的各个开关管的导通或关断状态可以具体控制为：控制信号PWM3控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713导通，控制信号PWM4控制第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714关断，此时第一谐振单元71处于第一谐振状态。并且，控制信号PWM5控制第二谐振单元72的第一开关Q 721与第二开关Q 722以及第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732均导通，控制信号 PWM6控制第二谐振单元72的第三开关Q 723与第四开关Q 724以及第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734均关断，此时第二谐振单元72和第三谐振单元73处于短路状态。则DC/DC变换器的等效电路图与图12B示出的等效电路的电流方向相反，第一谐振单元71中的第一电感L 711和第二电容C 712经过输出端V out10上连接的负载R L1形成放电回路。
此时，本申请实施例提供的DC/DC变换器可以实现的电压增益也可以为2。
从能量守恒的角度来理解图10中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为2。
具体实现中，在第一谐振单元71处于第一谐振状态，以及第二谐振单元72和第三谐振单元73处于短路状态的情况下，第一谐振单元71的第一端口711与第三端口713之间的电压为V in10-V out10。在第一谐振单元71处于第二谐振状态，以及，此时第二谐振单元72和第三谐振单元73处于短路状态的情况下，第一谐振单元71的第二端口712与第四端口714之间的电压为V in10。第一电感L 711和第二电容C 712充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in10-V out10)×I 6＝V in10×I 6 公式8
其中，I 6为流过第一电感L 711与第二电容C 712的电流。
由公式8可以得到2V in10＝V out10，即图10中示出的DC/DC变换器的电压增益为2。
可选的，在一些可行的实施方式中，在t 111至t 112时间段内，图10中各个谐振单元的各个开关管的导通或关断状态还可以具体控制为：控制信号PWM3控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713，以及控制第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 721均关断；控制信号PWM4控制第一谐振单元71的第二开关Q 712与第四开关Q 714，以及控制第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724导通，此时第一谐振单元71与第二谐振单元72处于第二谐振状态。并且控制信号PWM5控制第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732均导通，控制信号PWM6控制第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734关断，此时第三谐振单元73处于短路状态。则图10中的DC/DC变换器的等效电路与图13A示出的等效电路的电流方向相反，电源V in10向第一谐振单元71的第一电感L 711和第二电容C 712，以及第二谐振单元72中的第一电感L 721和第二电容C 722充电。
在t 112至t 113时间段内，图10中各个谐振单元的各个开关管的导通或关断状态可以具体控制为：控制信号PWM3控制第一谐振单元71的第一开关Q 711与第三开关Q 713，以及控制第二谐振单元72的第一开关Q 721与第三开关Q 721均导通；控制信号PWM4控制第一谐振单元71的第二开关Q 722与第四开关Q 724，以及控制第二谐振单元72的第二开关Q 722与第四开关Q 724关断，此时第一谐振单元71与第二谐振单元72处于第一谐振状态。并且控制信号PWM5控制第三谐振单元73的第一开关Q 731与第二开关Q 732均导通，控制信号PWM6控制第三谐振单元73的第三开关Q 733与第四开关Q 734关断，此时第三谐振单元73处于短路状态。则图10中的DC/DC变换器的等效电路与13A示出的等效电路的电流方向相反，第一谐振单元71中的第一电感L 711和第二电容C 712，以及第二谐振单元72中的第一电感L 721和第二电容C 722经过输出端V out7上连接的负载R L1形成并联放电回路。
此时，本申请实施例提供的DC/DC变换器可以实现的电压增益可以为3。
从能量守恒的角度来理解图10中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为3。
具体实现中，在第一谐振单元71和第二谐振单元72处于第一谐振状态，以及第三谐 振单元73处于短路状态的情况下，第一谐振单元71的第一端口711与第三端口713之间的电压为V in10-V out10。在第一谐振单元71和第二谐振单元72处于第二谐振状态，以及第三谐振单元73处于短路状态的情况下，第一谐振单元71的第二端口712与第四端口714之间的电压为V in10。第一谐振单元的第一电感和第二电容以及第二谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in10-V out10)×I 7＝V in10×2I 7 公式9
其中，I 7为第一谐振单元的第一电感以及第二电容以及第二谐振单元中的第一电感以及第二电容上流过的电流。
由公式9可以得到3V in10＝V out10，即图10中示出的DC/DC变换器的电压增益为3。
可选的，在一些可行的实施方式中，参见图14，图14为本申请实施例提供的DC/DC变换器的又一电路图。如图14所示，本申请实施例中的DC/DC变换器中包括M个谐振单元，该M个谐振单元包括第一谐振单元141以及第M谐振单元14m。其中，M大于或等于2。
各个谐振单元之间的连接关系可以具体实现为：第一谐振单元141的第一端口1411连接DC/DC变换器的第一端14a，第一谐振单元141的第三端口1413连接第二谐振单元142的第一端口1421等等，直至第M谐振单元14m的第三端口14m3连接DC/DC变换器的第二端14b。所以，总的来说，第M谐振单元14m的第一端口14m1连接第M-1谐振单元的第三端口。
并且，M个谐振单元的每个谐振单元的第二端口(例如第一谐振单元141的第二端口1412、第二谐振单元142的第二端口1422和第M谐振单元14m的第二端口14m2等)以及第M谐振单元连接DC/DC变换器的第二端14b；M个谐振单元中的每个谐振单元的第四端口(例如第一谐振单元141的第四端口1414、第二谐振单元142的第四端口1424和第M谐振单元14m的第四端口14m4等)连接参考地。
图14示出的DC/DC变换器的第一端14a连接电源V in14，DC/DC变换器的第二端3b连接输出端V out14，即DC/DC变换器的第一端14a为输入端，DC/DC变换器的第二端14b为输出端。
可选的，在一些可行的实施方式中，可以采用图4中示出的控制信号控制图14中的各个谐振单元。具体实现中，在DC/DC变换器的第一工作周期的第一时间段，控制器向各个谐振单元的第一开关(例如第一开关Q 1411、第一开关Q 1421以及第一开关Q 14m1等)和第三开关(例如第三开关Q 1413、第三开关Q 1422以及第三开关Q 14m3等)发送控制信号PWM1，使得每个谐振单元处于第一谐振状态。在DC/DC变换器的第一工作周期的第二时间段，控制器向各个谐振单元的第二开关(例如第二开关Q 1412、第二开关Q 1422以及第二开关Q 14m2等)和第四开关(例如第四开关Q 1414、第四开关Q 1424以及第四开关Q 14m4等)发送控制信号PWM2，使得每个谐振单元处于第二谐振状态。
此时，在DC/DC变换器的第一工作周期内，DC/DC变换器的电压增益可以实现为1/(M+1)，M为DC/DC变换器中的谐振单元的数量。
从能量守恒的角度来理解图14中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为1/(M+1)。
具体实现中，在各个谐振单元处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元141的第一端口1411与第M谐振单元14m的第三端口14m3之间的电压为V in14-V out14。在各个谐振单元处于第二谐振状态的情况下，每个谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压为V out14。所有谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in14-V out14)×I 8＝V out14×MI 8 公式10
其中，I 8为各个谐振单元的第一电感与第二电容流过的电流。
由公式10可以得到V in14＝(M+1)V out14，即图14中示出的DC/DC变换器的电压增益为1/(M+1)。
可选的，在一些可行的实施方式中，可以采用图11中示出的控制信号控制图14中的各个谐振单元。
具体实现中，在DC/DC变换器的第二工作周期的第三时间段，控制器向第一谐振单元141以及设于第一谐振单元与第K谐振单元之间的所有谐振单元发送控制信号PWM1，使得第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第一谐振状态；在DC/DC变换器的第二工作周期的第四时间段内，控制器向第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元发送控制信号PWM2，使得第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第二谐振状态；其中K小于或等于M。
并且，在DC/DC变换器的第二工作周期内，第K谐振单元以及设于第K谐振单元与第M谐振单元14m之间的所有谐振单元处于短路状态，此时，在DC/DC变换器的第二工作周期内，DC/DC变换器的电压增益可以实现为1/K。
从能量守恒的角度来理解图14中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为1/K。
具体实现中，在第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元141的第一端口1411与第K-1谐振单元的第三端口之间的电压为V in14-V out14。在第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第二谐振状态的情况下，第一谐振单元141的第二端口1412与第四端口1414以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压均为V out14。所有谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in14-V out14)×I 9＝V out14×(K-1)I 9 公式11
其中，I 9为各个谐振单元的第一电感与第二电容流过的电流。
由公式11可以得到V in14＝KV out14，即图14中示出的DC/DC变换器的电压增益为1/K。
总的来说，本申请实施例通过各个谐振单元之间不同开关的导通或关断，使得DC/DC变换器的电压增益可以在1/(M+1)～1/K之间切换。
将图14中示出的DC/DC变换器的输出端与输入端对调，可以得到图15中示出的DC/DC变换器。如图15所示，DC/DC变换器的第一端14a连接输出端V out15，DC/DC变换器的第二端3b连接电源V in15，即DC/DC变换器的第一端14a为输出端，DC/DC变换器的第二端14b为输入端。
可选的，在一些可行的实施方式中，可以采用图4中示出的控制信号控制图15中的各个谐振单元。具体实现中，在DC/DC变换器的第一工作周期的第一时间段，控制器向各个谐振单元的第一开关(例如第一开关Q 1411、第一开关Q 1421以及第一开关Q 14m1等)和第三开关(例如第三开关Q 1413、第三开关Q 1422以及第三开关Q 14m3等)发送控制信号PWM1，使得每个谐振单元处于第一谐振状态。在DC/DC变换器的第一工作周期的第二时间段，控制器向各个谐振单元的第二开关(例如第二开关Q 1412、第二开关Q 1422以及第二开关Q 14m2等)和第四开关(例如第四开关Q 1414、第四开关Q 1424以及第四开关Q 14m4等)发送控制信号PWM2，使得每个谐振单元处于第二谐振状态。
此时，在DC/DC变换器的第一工作周期内，DC/DC变换器的电压增益可以实现为M+1，M为DC/DC变换器中的谐振单元的数量。
从能量守恒的角度来理解图15中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为M+1。
具体实现中，在各个谐振单元处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元141的第一端口1411与第M谐振单元14m的第三端口14m3之间的电压为V in15-V out15。在各个谐振单元处于第二谐振状态的情况下，每个谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压为V in15。所有谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in15-V out15)×I 10＝V in15×MI 10 公式12
其中，I 10为各个谐振单元的第一电感与第二电容流过的电流。
由公式12可以得到V out15＝(M+1)V in15，即图15中示出的DC/DC变换器的电压增益为M+1。
可选的，在一些可行的实施方式中，可以采用图11中示出的控制信号控制图15中的各个谐振单元。
具体实现中，在DC/DC变换器的第二工作周期的第三时间段，控制器向第一谐振单元141以及设于第一谐振单元与第K谐振单元之间的所有谐振单元发送控制信号PWM1，使得第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第一谐振状态；在DC/DC变换器的第二工作周期的第四时间段内，控制器向第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元发送控制信号PWM2，使得第一谐振单元141以及设于第一谐振单元与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第二谐振状态；其中K小于或等于M。
并且，在DC/DC变换器的第二工作周期内，第K单元以及设于第K谐振单元与第M谐振单元14m之间的所有谐振单元处于短路状态，此时，在DC/DC变换器的第二工作周期内，DC/DC变换器的电压增益可以实现为K。
总的来说，本申请实施例通过各个谐振单元之间不同开关的导通或关断，使得DC/DC变换器的电压增益可以在K～(M+1)之间切换。
从能量守恒的角度来理解图15中示出的DC/DC变换器如何实现电压增益为K。
具体实现中，在第一谐振单元141以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第一谐振状态的情况下，第一谐振单元141的第一端口1411与第K-1谐振单元的第三端口之间的电压为V in15-V out15。在第一谐振单元141以及设于第一谐振单 元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于第二谐振状态的情况下，第一谐振单元141的第二端口1412与第四端口1414以及设于第一谐振单元141与第K谐振单元之间的所有谐振单元的第二端口与第四端口之间的电压均为V in15。所有谐振单元的第一电感和第二电容充电时得到的能量与放电时提供的能量相等，则有公式如下：
(V in15-V out1)×I 11＝V in15×(K-1)I 11 公式13
其中，I 11为各个谐振单元的第一电感与第二电容流过的电流。
由公式13可以得到V out15＝KV in15，即图15中示出的DC/DC变换器的电压增益为K。
需要说明的是，上述术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上上述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

  1. 一种DC/DC变换电路，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括第一端、第二端以及第一谐振单元，所述第一谐振单元具有第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；其中，
    所述第一谐振单元的第一端口连接所述DC/DC变换电路的第一端，所述第一谐振单元的第二端口和所述第一谐振单元的第三端口连接所述DC/DC变换电路的第二端；所述第一谐振单元的第四端口连接所述DC/DC变换电路的参考地；
    所述第一谐振单元包括第一开关桥臂、第二开关桥臂、第一电容以及谐振桥；所述谐振桥连接在所述第一开关桥臂的中点与所述第二开关桥臂的中点之间；
    所述第一谐振单元的第一开关桥臂的一端连接所述第一谐振单元的第一端口，所述第一谐振单元的第一开关桥臂的另一端连接所述第一谐振单元的第二端口；所述第一谐振单元的第二开关桥臂的一端连接所述第一谐振单元的第三端口，所述第一谐振单元的第二开关桥臂的另一端连接所述第一谐振单元的第四端口；
    所述第一谐振单元的第一电容连接在所述第一谐振单元的第三端口与所述第一谐振单元的第四端口之间。
  2. 根据权利要求1所述的DC/DC变换电路，其特征在于，所述第一开关桥臂包括第一开关单元以及与所述第一开关单元串联的第二开关单元；所述第二开关桥臂包括第三开关单元以及与所述第三开关单元串联的第四开关单元；
    在所述第一开关单元与所述第三开关单元导通，以及所述第二开关单元与所述第四开关单元关断的情况下，所述第一谐振单元处于第一谐振状态；
    在所述第一开关单元与所述第三开关单元关断，以及所述第二开关单元与所述第四开关单元导通的情况下，所述第一谐振单元处于第二谐振状态。
  3. 根据权利要求2所述的DC/DC变换电路，其特征在于，所述DC/DC变换电路的第一工作周期包括第一时间段和第二时间段；其中，在所述第一时间段内，所述第一谐振单元处于所述第一谐振状态；在所述第二时间段内，所述第一谐振单元处于所述第二谐振状态；
    在所述DC/DC变换电路的第一端为输入端，以及所述DC/DC变换电路的第二端为输出端的情况下，所述DC/DC变换电路在所述第一工作周期内的电压增益为1/2；
    或者，在所述DC/DC变换电路的第一端为输出端，以及所述DC/DC变换电路的第二端为输入端的情况下，所述DC/DC变换电路在所述第一工作周期内的电压增益为2。
  4. 根据权利要求2或3所述的DC/DC变换电路，其特征在于，所述第一时间段的时长与所述第二时间段的时长相等。
  5. 一种DC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器包括第一端、第二端以及相 同的M个谐振单元，M大于或等于2；所述M个谐振单元中的各个谐振单元具有第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；
    所述各个谐振单元中的第一谐振单元的第一端口连接所述DC/DC变换器的第一端，所述各个谐振单元中的每个谐振单元的第二端口与所述各个谐振单元中的第M谐振单元的第三端口连接所述DC/DC变换器的第二端；
    所述第M谐振单元的第一端口连接第M-1谐振单元的第三端口；所述每个谐振单元的第四端口连接所述DC/DC变换器的参考地；
    其中，所述M个谐振单元中的任一谐振单元包括第一开关桥臂、第二开关桥臂、第一电容以及谐振桥；所述任一谐振单元中的谐振桥连接在所述任一谐振单元的第一开关桥臂的中点与所述任一谐振单元的第二开关桥臂的中点之间；
    所述任一谐振单元的第一开关桥臂的一端连接所述任一谐振单元的第一端口，所述任一谐振单元的第一开关桥臂的另一端连接所述任一谐振单元的第二端口；所述任一谐振单元的第二开关桥臂的一端连接所述任一谐振单元的第三端口，所述任一谐振单元的第二开关桥臂的另一端连接所述任一谐振单元的第四端口；
    所述任一谐振单元的第一电容连接在所述任一谐振单元的第三端口与所述任一谐振单元的第四端口之间。
  6. 根据权利要求5所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述任一谐振单元的第一开关桥臂包括第一开关单元以及与所述第一开关单元串联的第二开关单元；所述任一谐振单元的第二开关桥臂包括第三开关单元以及与所述第三开关单元串联的第四开关单元；
    在所述任一谐振单元的第一开关单元与所述任一谐振单元的第三开关单元导通，以及所述任一谐振单元的第二开关单元与所述任一谐振单元的第四开关单元关断的情况下，所述任一谐振单元处于第一谐振状态；
    在所述任一谐振单元的第一开关单元与所述任一谐振单元的第三开关单元关断，以及所述任一谐振单元的第二开关单元与所述任一谐振单元的第四开关单元导通的情况下，所述任一谐振单元处于第二谐振状态。
  7. 根据权利要求6所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器的第一工作周期包括第一时间段和第二时间段；其中，在所述第一时间段内，所述M个谐振单元中的每个谐振单元处于所述第一谐振状态；在所述第二时间段内，所述每个谐振单元处于所述第二谐振状态；
    在所述DC/DC变换器的第一端为输入端，以及所述DC/DC变换器的第二端为输出端的情况下，所述DC/DC变换器在所述第一工作周期内的电压增益为1/(M+1)；
    或者，在所述DC/DC变换器的第一端为输出端，所述DC/DC变换器的第二端为输入端的情况下，所述DC/DC变换器在所述第一工作周期内的电压增益为M+1。
  8. 根据权利要求6所述的DC/DC变换器，其特征在于，在所述任一谐振单元的第一开关单元与所述任一谐振单元的第二开关单元导通，以及所述任一谐振单元的第三开关单 元与所述任一谐振单元的第四开关单元关断的情况下，所述任一谐振单元处于短路状态。
  9. 根据权利要求8所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述DC/DC变换器的第二工作周期包括第三时间段和第四时间段；其中，在所述第三时间段内，所述第一谐振单元以及设于所述第一谐振单元与第K谐振单元之间的所有谐振单元处于所述第一谐振状态；在所述第四时间段内，所述第一谐振单元以及设于所述第一谐振单元与所述第K谐振单元之间的所有谐振单元处于所述第二谐振状态；其中K小于或等于M；
    在所述DC/DC变换器的第二工作周期内，所述第K谐振单元以及设于第K谐振单元与第M谐振单元之间的所有谐振单元处于所述短路状态；
    在所述DC/DC变换器的第一端为输入端，以及所述DC/DC变换器的第二端为输出端的情况下，所述DC/DC变换器在所述第二工作周期内的电压增益为1/K；
    或者，在所述DC/DC变换器的第一端为输出端，以及所述DC/DC变换器的第二端为输入端的情况下，所述DC/DC变换器在所述第二工作周期内的电压增益为K。
  10. 根据权利要求7所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述第一时间段的时长与所述第二时间段的时长相等。
  11. 一种供电设备，其特征在于，所述供电设备包括控制器以及如权利要求1-4任一项所述的DC/DC变换电路；其中，所述控制器与所述DC/DC变换电路中的各个开关桥臂连接，所述控制器用于控制所述各个开关桥臂的导通或关断，以控制所述DC/DC变换电路的电压增益。
  12. 一种供电设备，其特征在于，所述供电设备包括控制器以及如权利要求5-10任一项所述的DC/DC变换器；其中，所述控制器与所述DC/DC变换器中的各个开关桥臂连接，所述控制器用于控制所述各个开关桥臂的导通或关断，以控制所述DC/DC变换器的电压增益。
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