CN118041085B - 一种移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子电路领域，公开了一种移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质，包括：当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定各开关管的目标开通时间；根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；根据输出周期和目标占空比控制开关管导通时序。本申请在移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据电流连续模式与电流断续模式间开关管开通时间的对应关系确定开关管的目标开通时间，并根据电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系确定目标占空比，使电路电流断续，减少电路开关损耗。通过控制电路在关断时间内处于谐振状态，以实现软开关。

Description

一种移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质

技术领域

本申请涉及电子电路领域，特别是涉及一种移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质。

背景技术

移相全桥变换器是一种常见的电力电子拓扑结构，通过移相控制技术调节桥臂上功率管的驱动电压移相角来实现输出电压的调节。这种变换器具有高效率、低损耗和良好的可靠性，因此在电力逆变器、电源供应和电动车充电等应用中广泛使用。

图1为本申请实施例所提供的一种现有移相全桥电路的结构图，如图1所示，在移相全桥变换器工作过程中，开关管Q1-Q4交替导通。当移相全桥变换器处于低功率输出状态时，为了减少功耗，需要减少开关管的导通时间（即减小占空比），导致开关管的开关频率过高，导致电路的开关损耗过大，影响电路稳定性。

由此可见，如何提供一种新的移相全桥变换器以防止低功率输出时开关损耗过大，提高移相全桥变换器的稳定性和输出功率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本申请的为了解决现有技术中当移相全桥变换器低功率输出时开关管的开关频率较高导致开关损耗过大的问题，因此，本申请提供了一种移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质，以在保证电路输出功率的基础上，减少开关损耗。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种移相全桥变换器，包括：

控制器、移相全桥电路和第一电容、第二电容；

移相全桥电路包括第一桥臂电路、第二桥臂电路、励磁电感、变压器和第一二极管、第二二极管、第三电容、第四电容；其中，励磁电感的第一端与第一桥臂电路中点连接，励磁电感的第二端与变压器原边第一端连接，变压器原边第二端与第二桥臂电路中点连接；变压器副边第一端与第三电容的第二端、第四电容的第一端均连接，变压器副边的第二端与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极均连接，第一二极管的阴极、第三电容的第一端共接作为第一输出端，第二二极管的阳极、第四电容的第二端共接作为第二输出端；

第一电容与移相全桥电路副边的第一二极管并联，第二电容与移相全桥电路副边的第二二极管并联；

控制器与移相全桥电路的各开关管的控制端均连接。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种移相全桥变换器控制方法，应用于的移相全桥变换器，控制方法包括：

当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；

根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；

根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

在一些实施例中，判断移相全桥电路的工作状态是否满足预设条件包括：

获取移相全桥电路的开关管的实时开关频率和移相全桥电路的功率需求值；

当实时开关频率大于极限开关频率和/或功率需求值低于预设功率时，确定移相全桥电路的工作状态不满足预设条件；其中，极限开关频率根据移相全桥电路中各开关管的开关频率与开关损耗的对应关系确定的值。

在一些实施例中，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间包括：

根据电路元件信息确定开关管的性能信息；

根据性能信息、功率需求值和开关管的开关损耗、电路输出功率的对应关系确定使移相全桥电路输出功率满足需求且开关管的开关损耗最小的预设频率和目标开通时间。

在一些实施例中，根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期包括：

获取电流断续模式下开关管开通时间与占空比、电路输出功率的对应关系；

根据目标开通时间和对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期。

在一些实施例中，在关断时间内，控制第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器处于谐振状态包括：

在第一谐振周期中，控制移相全桥电路的第二开关管和第四开关管导通，第一开关管和第三开关管关断，以控制第一电容、第二电容和变压器、第三电容、第四电容进入谐振状态；

在第二谐振周期中，控制移相全桥电路的第二开关管和第四开关管关断，第一开关管和第三开关管导通，以控制第一电容、第二电容和变压器、第三电容、第四电容进入谐振状态；

控制第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器、第三电容、第四电容进入谐振状态的步骤后，还包括：

根据关断时间确定谐振状态的周期数，以确定谐振状态的时间。

在一些实施例中，还包括：

当功率需求值满足预设条件时，控制移相全桥电路处于电流连续模式。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种移相全桥变换器控制装置，应用于的移相全桥变换器，控制装置包括：

第一确定模块，用于当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；

第二确定模块，用于根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；

控制模块，用于根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种移相全桥变换器控制装置，包括存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序时实现的移相全桥变换器控制方法的步骤。

为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现的移相全桥变换器控制方法的步骤。

本申请提供了一种移相全桥变换器控制方法，包括：当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间，以在保证移相全桥电路的输出功率不变的情况下增加开关管的开通时间，从而降低开关管的开关频率；根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。由此可见，本申请所提供的技术方案中，在移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据电流连续模式与电流断续模式间开关管开通时间的对应关系确定开关管的目标开通时间，并根据电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系确定目标占空比，以使移相全桥电路进入电流断续模式，从而减少开关管的开关损耗。进一步的，通过控制移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态，以实现电路的软开关，从而进一步降低开关损耗。

此外，本申请还提供了一种移相全桥电路控制方法、装置、介质，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种现有移相全桥电路的结构图；

图2为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器的结构图；

图3为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器控制方法的流程图；

图4为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器模态一的示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器模态二的示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器模态三的示意图；

图7为本申请电流连续模式下模态的主要波形图；

图8为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器模态四一的示意图；

图9为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器模态四二的示意图；

图10为本申请电流断续模式下模态的主要波形图；

图11为本申请电流断续模式下模态的另一种波形图；

图12为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器控制装置的结构图；

图13为本申请实施例提供的另一种移相全桥变换器控制装置的结构图；

附图标记：

1-控制器；2-移相全桥电路。

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质，以较少电路的开关损耗，并实现电路的软开关。

图1为本申请实施例所提供的一种现有移相全桥电路的结构图，如图1所示，在移相全桥电路2中，当电路处于低功率输出状态时，为了减少功耗，需要减少开关管的导通时间（即减小占空比），导致开关管的开关频率过高、电路的开关损耗过大，影响电路稳定性。为了解决这一技术问题，本申请提供了一种移相全桥变换器及其控制方法，在移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据电流连续模式与电流断续模式间开关管开通时间的对应关系确定开关管的目标开通时间，并根据电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系确定目标占空比，以使移相全桥电路进入电流断续模式，从而减少开关管的开关损耗。进一步的，通过控制移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态，以实现电路的软开关，从而进一步降低开关损耗。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图2为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器的结构图，如图2所示，移相全桥变换器包括：控制器1、移相全桥电路2和第一电容Cd1、第二电容Cd2；移相全桥电路2包括第一桥臂电路、第二桥臂电路、电感、变压器和第一二极管D1、第二二极管D2、第三电容Cr1、第四电容Cr2；其中，电感的第一端与第一桥臂电路中点连接，电感的第二端与变压器原边第一端连接，变压器原边第二端与第二桥臂电路中点连接；变压器副边第一端与第三电容Cr1的第二端、第四电容Cr2的第一端均连接，变压器副边的第二端与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极均连接，第一二极管D1的阴极、第三电容Cr1的第一端共接作为第一输出端，第二二极管D2的阳极、第四电容Cr2的第二端共接作为第二输出端；第一电容Cd1与移相全桥电路2副边的第一二极管D1并联，第二电容Cd2与移相全桥电路2副边的第二二极管D2并联；控制器1与移相全桥电路2的各开关管的控制端均连接。

在具体实施中，当移相全桥电路2处于低功率输出状态时，控制器1控制各开关管的导通时序以使电路进入电流断续模式，从而减少开关管的开关频率，降低开关损耗。当移相全桥电路2处于高功率输出状态时，控制器1控制开关管的导通时序以使电路进入电流连续模式，从而保证移相全桥电路2的稳定输出。其中，高功率与低功率为根据电路的元件信息确定的值，此处不做限定。

在具体实施中，为了降低开关管的开关频率，需要增加开关管的开通时间，即增加移相全桥电路2各个输出周期中的低电平输出时间。增加低电平输出时间后，为了保证输出功率（保证占空比），增加高电平输出时间，整体周期也随之增加。

本实施例提供了一种移相全桥变换器，包括：控制器、移相全桥电路和第一电容、第二电容；第一电容与移相全桥电路副边的第一二极管并联，第二电容与移相全桥电路副边的第二二极管并联。控制器用于在检测到功率需求值不满足预设条件时，根据功率需求值确定输出占空比，根据电路元件信息确定移相全桥电路的关断时间，并根据占空比和关断时间确定移相全桥电路的输出周期，以保证移相全桥电路的输出功率满足功率需求值。并根据输出周期控制移相全桥电路的开关管的导通时序使移相全桥电路进入电流断续模式。其中，关断时间为使各开关管的开关频率不大于预设频率的值，预设频率为根据开关管的开关损耗、电路输出功率的对应关系确定的值；控制器1还用于在关断时间内控制第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器处于谐振状态，以在移相全桥变换器的关断时间结束后实现电路的软开关，进一步降低开关损耗。由此可见，本申请所提供的技术方案中，在移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据电流连续模式与电流断续模式间开关管开通时间的对应关系确定开关管的目标开通时间，并根据电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系确定目标占空比，以使移相全桥电路进入电流断续模式，从而减少开关管的开关损耗。进一步的，通过控制移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态，以实现电路的软开关，从而进一步降低开关损耗。

图3为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器控制方法的流程图，该控制方法应用于包括控制器1、移相全桥电路2和第一电容Cd1、第二电容Cd2的移相全桥变换器，如图3所示，该控制方法包括：

S10：当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；

S11：根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；

S12：根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

如图2所示，本申请所提供的移相全桥变换器包括：控制器1、原边桥臂电路、变压器、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容Cd1、第二电容Cd2、第三电容Cr1、第四电容Cr2；变压器副边线圈的第一端与第一电容Cd1的第二端、第二电容Cd2的第一端均连接，变压器副边线圈的第二端与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极均连接，第一二极管D1的阴极、第一电容Cd1的第一端共接作为移相全桥变换器的第一输出端，第二二极管D2的阳极、第二电容Cd2的第二端共接作为移相全桥变换器的第二输出端；第三电容Cr1与第一二极管D1并联，第四电容Cr2与第二二极管D2并联；控制器1用于获取功率输出指令以根据功率输出指令确定移相全桥变换器的工作状态和与工作状态对应的控制策略。

在具体实施过程中，原边桥臂电路包括：第一桥臂、第二桥臂；第一桥臂、第二桥臂的第一端连接，第一桥臂、第二桥臂的第二端共接；第一桥臂的中点与变压器原边电路的第一端连接，第二桥臂的中点与变压器原边电路的第二端连接；相应的，控制器1判断移相全桥电路是否满足预设条件可以为判断功率输出指令是否大于功率阈值；若大于功率阈值，则确定移相全桥变换器处于高功率输出状态，不满足预设条件；若不大于功率阈值，则确定移相全桥变换器处于低功率输出装置，满足预设条件。此外，控制器1控制移相全桥电路是否满足预设条件还可以判断开关管的开关频率是否大于预设频率，若大于预设频率，则确定满足预设条件。

具体的，当大于功率阈值时，移相全桥电路2处于电流连续模式，在这种模式下，电流连续模式下一个周期里面有6个模态，具体情况如下：

如图4所示，模态一(t0-t1)具体为：

t0时刻逆变器完成换相，第一开关管Q1和第四开关管Q4正向导通。变压器原边电路电流，从零开始，经第一开关管Q1、漏感、变压器、第四开关管Q4正向流入并不断增加。变压器副边D1进入截至状态，Cd1电压从零增加被充电，Cd2电压从Vm减小被放电。谐振电容Cr1电压从最大值减小被放电，谐振电容Cr2电压从最小值增加被充电。t1时刻Cd1被充电至Vm，Cd2被放电至零，D2被导通。模态一内，拓扑不向Vm输出电流，Lr/Lm/Cd1/Cd2/Cr1/Cr2同时参与谐振。

如图5所示，模态二(t1-t2)具体为：

从模态一到模态二，控制器1的控制信号没有改变，受整流二极管电压钳位作用，电容Cd1/Cd2不再参与谐振。t1-t2时间段内，第一开关管Q1和第四开关管Q4正向导通。变压器原边电路电流，保持正向，经第一开关管Q1、漏感、变压器、第四开关管Q4。整流二极管D1保持截至状态，Cd1电压为Vm，Cd2电压为零，D2导通。谐振电容Cr1电压持续减小被放电，谐振电容Cr2电压持续增加被充电。模态二内，拓扑向Vm输出电流，Lr/Lm/Cr1/Cr2同时参与谐振。

如图6所示，模态三(t2-t3)具体为：

t2时刻第一开关管Q1关断，第四开关管Q4保持导通。模态三内输入直流源Vg不向拓扑输入电流，这个时间段内Lr续流为拓扑提供电流。变压器原边电路电流保持正向，经Lr、变压器、第四开关管Q4、第二开关管Q2的体二极管，且电流持续减小。整流二极管D1保持截至状态，Cd1电压为Vm，Cd2电压为零，D2导通。谐振电容Cr1电压持续减小被放电，谐振电容Cr2电压持续增加被充电。t3时刻，变压器原边电流和D2电流续流到零，D2截至。此时，Cr1被放电至最低电压，Cr2被充电至最高电压。

模态三（t3-t4）内，拓扑向Vm输出电流，Lr/Lm/Cr1/Cr2同时参与谐振。模态四、五、六与模态一、二、三完全对称，此处不再赘述。

当不大于功率阈值时，移相全桥变换器处于电流断续模式，此模式下，一个周期里面有8个模态，具体情况如下：

电流断续模式下的模态一、二、三与电流连续模式完全相同。模态四是电流断续模式比电流连续模式多出来的一个模态，模态四又分为模态四一和模态四二两段，期间变压器电流发生多次反向并为进入模态五实现软开关提供条件。

图7为本申请电流连续模式下模态的主要波形图，从上往下包括了全桥的输出电压、变压器原边励磁电感Lm的电压和电流、变压器原边漏感的电压和电流、谐振电容Cr1的电压和电流、谐振电容Cr2的电压和电流、谐振电容Cd1的电压和电流、谐振电容Cd2的电压和电流、整流二极管D1的电压和电流、整流二极管D2的电压和电流、全桥的输出电流。如图7所示，全桥电路在控制下输出的电压波形，对应的电流与变压器原边漏感电流相同。Cr1/Cr2电压的和始终为Vm，电流始终大小相等方向相反。Cd1和D1并联，Cd2和D2并联，因此他们的电压曲线完全相同。Cd1和Cd2仅在模态1(t0-t1)和模态4(t3-t4)电流不为零并参与谐振，其余模态下都受二极管电压钳位不参与谐振。输出电压恒定为Vm，电流随模态而变化。

模态四一(t3-t4) 如图8所示，t3时刻变压器原边续流电流减小为0并反向，该时刻前后保持第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，第一开关管Q1和第三开关管Q3截止。模态四一内输入直流源Vg依然不向拓扑输入电流， Lr续流为拓扑提供电流。变压器原边电路电流保持反向，经Lr、变压器、第二开关管Q2、第四开关管Q4的体二极管。整流二极管D1保持截止状态，D2被截止，Cd1开始放电，Cd2开始被充电。谐振电容Cr1通过Cd1被充电，电压增大，谐振电容Cr2通过Cd2被放电，电压减小。模态四一内，Vm只是起到电压钳位作用，拓扑不向其传输能量，Lr/Lm/Cr1/Cr2/Cd1/Cd2同时参与谐振。t4时刻，变压器原边电流再次续流到0，并反向。

模态四二(t4-t5)中，如图9所示，t4时刻变压器原边续流电流再次续流到0，方向从负变为正，该时刻前后依然保持第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，第一开关管Q1和第三开关管Q3截止。模态四二内输入直流源Vg依然不向拓扑输入电流，Lr续流为拓扑提供电流。变压器原边电路电流保持正向，经Lr、变压器、第四开关管Q4、第二开关管Q2的体二极管。整流二极管D1、D2保持截止状态，Cd1开始被充电，Cd2开始被放电。谐振电容Cr1通过Cd1被放电，电压减小，谐振电容Cr2通过Cd2被冲电，电压增大。模态四二内，Vm依然只是起到电压钳位作用，拓扑不向其传输能量，Lr/Lm/Cr1/Cr2/Cd1/Cd2同时参与谐振。t5时刻，变压器原边电流再次续流到0，并反向。

模态四（包含模态四一和模态四二）为自由谐振状态，其中模态四二下可为滞后桥臂的第三开关管Q3、第四开关管Q4提供软开关条件。电流断续模式下的模态四，只要谐振腔内能量依然可以保持谐振状态，就可以根据控制需要任意调整模态四的时长（自由谐振周期数）。

模态八和模态四是对称的，第三开关管Q3关断，第四开关管Q4导通软开关原理相同，此处不再赘述。

图10为本申请电流断续模式下模态的主要波形图，图11为本申请电流断续模式下模态的另一种波形图，从上往下包括了全桥的输出电压、变压器原边励磁电感Lm的电压和电流、变压器原边漏感的电压和电流、谐振电容Cr1的电压和电流、谐振电容Cr2的电压和电流、谐振电容Cd1的电压和电流、谐振电容Cd2的电压和电流、整流二极管D1的电压和电流、整流二极管D2的电压和电流、全桥的输出电流。

本申请的拓扑控制如下，拓扑变压器原边单相全桥电路由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4四个MOSFET组成，其中第一开关管Q1和第二开关管Q2组成超前桥臂，第三开关管Q3和第四开关管Q4组成滞后桥臂。单相全桥输出连接变压器原边，其中Lr为变压器原边漏感，Lm为变压器原边励磁电感Lm。变压器副边连接整流二极管D1/D2，谐振电容Cr1/Cr2，容值都为Cr。第一二极管D1和第二二极管D2分别并联第一电容Cd1、第二电容Cd2，容值都为Cd。

原边通过移相全桥技术，利用变压器漏感Lr续流及MOSFET的体二极管和寄生电容实现超前桥臂的软开关（ZVS）控制，同时利用变压器漏感Lr的续流实现滞后桥臂的软开关（ZCS）控制及变压器副边整流二极管自然截至实现软开关（ZCS）。在副边整流二极管都截止，其并联电容Cd1/Cd2被充放电的过程中，拓扑不向副边Vm充电。这个时间段内变压器原边输入直流源给变压器漏感Lr充电储能，直到变压器副边电容Cd1/Cd2充放电结束，整流二极管完成换向并开始为Vm供电，此时由于原边漏感Lr电流无法突变，为维持原电流而产生感应电动势，并叠加输入电压Vg同时为变压器供电，从而实现增大输入电压范围的能力，提高拓扑升压比。

电流连续模式下，模态二到模态三的转换过程，超前桥臂第一开关管Q1关断后由于变压器电流不能突变，因此桥臂中电流由第一开关管Q1转换到第二开关管Q2的体二极管，为第二开关管Q2的零电压导通（ZVS）提供条件。模态五到模态六的转换过程，第二开关管Q2关断，第一开关管Q1导通软开关原理相同。模态三中变压器电流续流到接近0，此时第四开关管Q4可实现接近零电流关断（ZCS），且由于变压器电流不能突变，因此桥臂中电流由第四开关管Q4转换到第三开关管Q3的提二极管，为第三开关管Q3的零电压导通（ZVS）提供条件。模态六结束时，第三开关管Q3关断，第四开关管Q4导通软开关原理相同。

电流断续模式下，超前桥臂的软开关实现方式与电流连续模式相同。

电流断续模式中的模态四分为两个状态，其中模态四二时候，变压器原边电流经第二开关管Q2和第四开关管Q4体二极管形成回路，且当变压器电流续流到接近0时第四开关管Q4可实现接近零电流关断（ZCS），并且由于变压器电流方向不能突变，因此桥臂中电流由第四开关管Q4转换到第三开关管Q3的体二极管，为第三开关管Q3的零电压导通（ZVS）提供条件。模态八中，第三开关管Q3关断，第四开关管Q4导通软开关原理相同。电流断续模式通过增加模态四和模态八的自由谐振过程，降低了低功率传输时候的开关频率，并依然保持全桥控制的软开关。在降低了开关频率后，同样的传输功率下需要更大的有效开关管开通时间ton，有助于低功率传输时候控制的稳定性，减少了开关损耗。

基于以上控制，通过本拓扑的谐振器件原边漏感Lr、励磁电感Lm、第三电容Cr1、第四电容Cr2、第一电容Cd1、第二电容Cd2，变压器匝比n、输入输出电压Vg和Vm，开关周期T，有效开通时间ton可求得输入电流Iin，又因为Lr、Lm、Cd1、Cd2、Cr1、Cr2，变压器匝比n为常数，因此得到：

Iin=I1(Vg,Vm,Lr,Lm,Cd,Cr,T,ton)= I2(Vg,Vm,T,ton)；

进而可求得输入功率 Pin=Iin*Vg；

基于以上变压器原边滞后桥臂的软开关（ZCS）控制工作模式可推导得到有效开通时间（模态一和模态二）：

ton=ton1(Vm/Vg , Lr, Lm, Cd, Cr, T)= ton2(Vm/Vg, T)；

移相时间（模态三）：

tps=T/2-ton=tps(Vm/Vg, T)。

本申请提供了一种移相全桥变换器控制方法，包括：本申请提供了一种移相全桥变换器控制方法，包括：当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间，以在保证移相全桥电路的输出功率不变的情况下增加开关管的开通时间，从而降低开关管的开关频率；根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。由此可见，本申请所提供的技术方案中，在移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据电流连续模式与电流断续模式间开关管开通时间的对应关系确定开关管的目标开通时间，并根据电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系确定目标占空比，以使移相全桥电路进入电流断续模式，从而减少开关管的开关损耗。进一步的，通过控制移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态，以实现电路的软开关，从而进一步降低开关损耗。

在上述实施例的基础上，根据电路元件信息确定移相全桥电路2的关断时间包括：根据电路元件信息确定开关管的性能信息；根据性能信息、功率需求值和开关管的开关损耗、电路输出功率的对应关系确定使移相全桥电路2输出功率满足需求且开关管的开关损耗最小的预设频率；确定与预设频率对应的开关管开通时间，并根据开关管开通时间确定移相全桥电路2的关断时间。

相应的，判断功率需求值是否满足预设条件包括：获取功率需求值；判断功率需求值是否大于功率阈值；其中，功率阈值为极限开关频率确定的值，极限开关频率根据移相全桥电路2中各开关管的开关频率与开关损耗的对应关系确定的值。若不大于功率阈值，则确定功率需求值不满足预设条件。

在上述实施例中，对于移相全桥变换器控制方法进行了详细描述，本申请还提供移相全桥变换器控制装置对应的实施例。需要说明的是，本申请从两个角度对装置部分的实施例进行描述，一种是基于功能模块的角度，另一种是基于硬件的角度。

图12为本申请实施例所提供的一种移相全桥变换器控制装置的结构图，如图12所示，控制装置包括：第一确定模块10，用于检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；

第二确定模块11，用于根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；

控制模块12，用于根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

本申请提供了一种移相全桥变换器控制装置，包括：本申请提供了一种移相全桥变换器控制方法，包括：当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间，以在保证移相全桥电路的输出功率不变的情况下增加开关管的开通时间，从而降低开关管的开关频率；根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。由此可见，本申请所提供的技术方案中，在移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据电流连续模式与电流断续模式间开关管开通时间的对应关系确定开关管的目标开通时间，并根据电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系确定目标占空比，以使移相全桥电路进入电流断续模式，从而减少开关管的开关损耗。进一步的，通过控制移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态，以实现电路的软开关，从而进一步降低开关损耗。

图13申请实施例提供的另一种移相全桥变换器控制装置的结构图，如图13所示，移相全桥变换器控制装置包括：存储器20，用于存储计算机程序；

处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述实施例移相全桥变换器控制装置方法的步骤。

本实施例提供的移相全桥变换器控制装置可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。

其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列 (Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列 (Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器 (CentralProcessing Unit，CPU)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以集成有图像处理器 (Graphics Processing Unit，GPU)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括人工智能 (Artificial Intelligence，AI)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的移相全桥变换器控制方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括Windows、Unix、Linux等。

在一些实施例中，移相全桥变换器控制装置还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。

本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构并不构成对移相全桥变换器控制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。

本申请实施例提供的移相全桥变换器控制装置，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如下方法：当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；根据目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和移相全桥电路的输出周期；其中，预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；根据输出周期和目标占空比控制移相全桥电路的开关管的导通时序，以使移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

最后，本申请还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法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全部或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，执行本申请各个实施例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（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本申请所提供的移相全桥变换器及其控制方法、装置、介质进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种移相全桥变换器，其特征在于，包括：

控制器、移相全桥电路和第一电容、第二电容；

所述移相全桥电路包括第一桥臂电路、第二桥臂电路、励磁电感、变压器和第一二极管、第二二极管、第三电容、第四电容；其中，所述励磁电感的第一端与第一桥臂电路中点连接，所述励磁电感的第二端与所述变压器原边第一端连接，所述变压器原边第二端与第二桥臂电路中点连接；所述变压器副边第一端与所述第三电容的第二端、所述第四电容的第一端均连接，所述变压器副边的第二端与所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极均连接，所述第一二极管的阴极、所述第三电容的第一端共接作为第一输出端，所述第二二极管的阳极、所述第四电容的第二端共接作为第二输出端；

所述第一电容与所述移相全桥电路副边的第一二极管并联，所述第二电容与所述移相全桥电路副边的第二二极管并联；

所述控制器与所述移相全桥电路的各开关管的控制端均连接。

2.一种移相全桥变换器控制方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的移相全桥变换器，所述控制方法包括：

当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定所述移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；

根据所述目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和所述移相全桥电路的输出周期；其中，所述预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；

根据所述输出周期和所述目标占空比控制所述移相全桥电路的开关管的导通时序，以使所述移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在所述移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

3.根据权利要求2所述的移相全桥变换器控制方法，其特征在于，判断所述移相全桥电路的工作状态是否满足所述预设条件包括：

获取所述移相全桥电路的开关管的实时开关频率和所述移相全桥电路的所述功率需求值；

当所述实时开关频率大于极限开关频率和/或所述功率需求值低于预设功率时，确定所述移相全桥电路的工作状态不满足所述预设条件；其中，所述极限开关频率根据所述移相全桥电路中各开关管的开关频率与开关损耗的对应关系确定的值。

4.根据权利要求3所述的移相全桥变换器控制方法，其特征在于，所述根据功率需求值和电路元件信息确定所述移相全桥电路的各开关管的目标开通时间包括：

根据所述电路元件信息确定所述开关管的性能信息；

根据所述性能信息、所述功率需求值和所述开关管的开关损耗、电路输出功率的对应关系确定使所述移相全桥电路输出功率满足需求且开关管的开关损耗最小的预设频率和所述目标开通时间。

5.根据权利要求3所述的移相全桥变换器控制方法，其特征在于，所述根据所述目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和所述移相全桥电路的输出周期包括：

获取所述电流断续模式下开关管开通时间与占空比、电路输出功率的对应关系；

根据所述目标开通时间和所述对应关系确定所述目标占空比和所述移相全桥电路的输出周期。

6.根据权利要求2所述的移相全桥变换器控制方法，其特征在于，在所述关断时间内，控制所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容、所述第四电容和所述变压器处于所述谐振状态包括：

在第一谐振周期中，控制所述移相全桥电路的第二开关管和第四开关管导通，第一开关管和第三开关管关断，以控制所述第一电容、所述第二电容和所述变压器、第三电容、第四电容进入谐振状态；

在第二谐振周期中，控制所述移相全桥电路的第二开关管和第四开关管关断，第一开关管和第三开关管导通，以控制所述第一电容、所述第二电容和所述变压器、第三电容、第四电容进入谐振状态；

所述控制所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容、所述第四电容和所述变压器进入谐振状态的步骤后，还包括：

根据所述关断时间确定所述谐振状态的周期数，以确定所述谐振状态的时间；

其中，所述第一开关管和所述第二开关管组成第一桥臂电路，所述第三开关管和所述第四开关管组成第二桥臂电路，所述第一开关管与所述第三开关管为上开关管，所述第二开关管与所述第四开关管为下开关管。

7.根据权利要求6所述的移相全桥变换器控制方法，其特征在于，还包括：

当所述功率需求值满足所述预设条件时，控制所述移相全桥电路处于电流连续模式。

8.一种移相全桥变换器控制装置，其特征在于，应用于权利要求1所述的移相全桥变换器，所述控制装置包括：

第一确定模块，用于当检测到移相全桥电路的工作状态满足预设条件时，根据功率需求值和电路元件信息确定所述移相全桥电路的各开关管的目标开通时间；

第二确定模块，用于根据所述目标开通时间和预设对应关系确定目标占空比和所述移相全桥电路的输出周期；其中，所述预设对应关系为电流断续模式下占空比与开通时间、电路输出功率的对应关系；

控制模块，用于根据所述输出周期和所述目标占空比控制所述移相全桥电路的开关管的导通时序，以使所述移相全桥电路的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和变压器在所述移相全桥电路的关断时间内处于谐振状态。

9.一种移相全桥变换器控制装置，其特征在于，包括存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求2至7任一项所述的移相全桥变换器控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求2至7任一项所述的移相全桥变换器控制方法的步骤。