谐振变换电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其是涉及一种谐振变换电路。

背景技术

目前，由于谐振变换电路的变压器绕制会产生寄生电容，使得谐振变换电路的输出电流在大于或等于一定电流值后，增益曲线的高频增益处会发生上翘的情况，导致谐振变换电路在轻载或低增益时无法实现负反馈控制。

相关技术中，为解决上述谐振变换电路的增益曲线上翘的情况，需要采用打嗝控制、移相变频混合控制等控制手段。然而，上述控制手段均增加了谐振变换电路设计的复杂度，且会影响谐振变换电路的工作效率等性能指标。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种谐振变换电路，解决了谐振变化电路增益曲线上翘的问题，并且不会影响谐振变换电路的工作效率等性能指标。

根据本发明的第一方面实施例的谐振变换电路，包括：

逆变模块，所述逆变模块用于与外部电源电连接；其中，所述外部电源用于生成第一直流信号，所述逆变模块用于根据所述第一直流信号生成第一交流信号；

变换模块，所述变换模块用于与所述逆变模块电连接，所述变换模块用于对所述第一交流信号进行电压变换操作，并生成第二交流信号；

整流模块，所述整流模块用于分别与所述变换模块、输出负载电连接，所述整流模块用于根据所述第二交流信号生成第二直流信号；

阻抗控制模块，所述阻抗控制模块用于分别与所述逆变模块、所述整流模块和所述变换模块电连接，所述阻抗控制模块用于根据所述第一交流信号、所述第二交流信号、预设阈值控制所述变换模块的阻抗。

根据本发明实施例的谐振变换电路，至少具有如下有益效果：逆变模块根据第一直流信号生成第一交流信号，变换模块根据第一交流信号生成第二交流信号，整流模块根据第二交流信号生成第二直流信号。阻抗控制模块检测第二交流信号以判断输出电流是否大于或等于预设阈值。在阻抗控制模块判断输出电流大于或等于预设阈值后，阻抗控制模块检测第一交流信号以控制变换模块的阻抗，从而降低了谐振变换电路的高频增益，进而解决了谐振变换电路的增益曲线上翘的情况，并且不会影响谐振变换电路在重载和中载时的工作效率等性能指标。

根据本发明的一些实施例，所述阻抗控制模块包括：

检测单元，所述检测单元用于分别与所述逆变模块电连接，所述检测单元用于根据所述第一交流信号生成采样信号；

主控单元，所述主控单元用于分别与所述检测单元、所述整流模块电连接；

调节单元，所述调节单元用于分别与所述主控单元、所述变换模块电连接；

其中，所述主控单元用于根据所述采样信号、所述第二交流信号、所述预设阈值生成阻抗控制信号，所述调节单元用于根据所述阻抗控制信号分别控制所述变换模块的阻抗。

根据本发明的一些实施例，所述变换模块包括：

第一谐振单元，所述第一谐振单元用于与所述逆变模块电连接；

变压器，所述变压器的原边绕组用于与所述第一谐振单元电连接，所述变压器的副边绕组用于与所述整流模块电连接；

其中，所述阻抗控制模块用于根据所述第一交流信号、所述第二交流信号和所述预设阈值控制所述第一谐振单元的阻抗。

根据本发明的一些实施例，所述变换模块还包括：

第一谐振单元，所述第一谐振单元用于与所述逆变模块电连接；

变压器，所述变压器的原边绕组用于与所述第一谐振单元连接；

第二谐振单元，所述第二谐振单元用于分别与所述变压器的副边绕组、所述整流模块电连接；

其中，所述阻抗控制模块用于根据所述第一交流信号、所述第二交流信号和所述预设阈值控制所述第一谐振单元和/或所述第二谐振单元的阻抗。

根据本发明的一些实施例，所述调节单元包括：

第一控压流元件，所述第一控压流元件的栅极用于与所述主控单元电连接，所述第一控压流元件的漏极用于与所述第一谐振单元或所述第二谐振单元的一端电连接，所述第一控压流元件根据所述阻抗控制信号导通或关断；

第二控压流元件，所述第二控压流元件的栅极用于与所述主控单元电连接，所述第二控压流元件的源极用于与所述第一控压流元件的源极电连接，所述第二控压流元件的漏极用于与所述第一谐振单元或所述第二谐振单元的另一端电连接，所述第二控压流元件根据所述阻抗控制信号导通或关断。

根据本发明的一些实施例，所述第一谐振单元包括：

第一电感，所述第一电感的一端用于与所述变压器的原边绕组的一端电连接；

第二电感，所述第二电感的一端用于与所述变压器的原边绕组的一端电连接，所述第二电感的另一端用于与所述原边绕组的另一端电连接；

第一电容，所述第一电容的一端用于与所述逆变模块电连接，所述第一电容的另一端用于与所述第一电感的另一端电连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二谐振单元包括：

第三电感，所述第三电感的一端用于与所述变压器的副边绕组的一端电连接；

第二电容，所述第二电容的一端用于与所述整流模块电连接，所述第二电容的另一端用于与所述第三电感的另一端电连接。

根据本发明的一些实施例，所述调节单元还包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端用于与所述第二控压流元件的漏极电连接；

第三电容，所述第三电容的一端用于分别与所述第一谐振单元的一端、所述第一电阻的另一端电连接，或用于分别与所述第二谐振单元的一端、所述第一电阻的另一端电连接。

根据本发明的一些实施例，所述逆变模块包括：

第一开关元件，所述第一开关元件的漏极用于与所述外部电源的正极电连接，所述第一开关元件的源极用于与所述第一谐振单元电连接；

第二开关元件，所述第二开关元件的漏极用于与所述外部电源的正极电连接，所述第二开关元件的源极用于与所述第一谐振单元电连接；

第三开关元件，所述第三开关元件的漏极用于与所述第一开关元件的源极电连接，所述第三开关元件的源极用于与所述外部电源的负极电连接；

第四开关元件，所述第四开关元件的漏极用于与所述第二开关元件的源极电连接，所述第四开关元件的源极用于与所述外部电源的负极电连接；

第一控制单元，所述第一控制单元用于分别与所述第一开关元件的栅极、所述第二开关元件的栅极、所述第三开关元件的栅极和所述第四开关元件的栅极电连接，第一控制单元用于分别控制所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件和所述第四开关元件的导通状态。

根据本发明的一些实施例，所述整流模块包括：

第五开关元件，所述第五开关元件的漏极用于与所述输出负载的正极电连接，所述第五开关元件的源极用于与所述第二谐振单元电连接；

第六开关元件，所述第六开关元件的漏极用于与所述输出负载的正极电连接，所述第六开关元件的源极用于与所述第二谐振单元电连接；

第七开关元件，所述第七开关元件的漏极用于与所述第五开关元件的源极电连接，所述第七开关元件的源极用于与所述输出负载的负极电连接；

第八开关元件，所述第八开关元件的漏极用于与所述第六开关元件的源极电连接，所述第八开关元件的源极用于与所述输出负载的负极电连接；

第二控制单元，所述第二控制单元用于分别与所述第五开关元件的栅极、所述第六开关元件的栅极、所述第七开关元件的栅极和所述第八开关元件的栅极电连接，第二控制单元用于分别控制所述第五开关元件、所述第六开关元件、所述第七开关元件和所述第八开关元件的导通状态。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例谐振变换电路的一具体实施例的模块框图；

图2为本发明实施例谐振变换电路的一具体实施例的电路原理图；

图3为本发明实施例信号测试电路的一具体实施例的等效电路图；

图4为本发明实施例谐振变换电路的另一具体实施例的电路原理图；

图5为本发明实施例信号测试电路的另一具体实施例的等效电路图。

附图标记：

逆变模块100、变换模块200、整流模块300、阻抗控制模块400、第一谐振单元210、变压器220、第二谐振单元230、检测单元410、主控单元420、调节单元430。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种谐振变换电路，包括：逆变模块100、变换模块200、整流模块300、阻抗控制模块400。逆变模块100用于与外部电源电连接；外部电源用于生成第一直流信号，逆变模块100用于根据第一直流信号生成第一交流信号；变换模块200用于与逆变模块100电连接，变换模块200用于对第一交流信号进行电压变换操作，并生成第二交流信号；整流模块300用于分别与变换模块200、输出负载电连接，整流模块300用于根据第二交流信号生成第二直流信号；阻抗控制模块400用于分别与逆变模块100、整流模块300和变换模块200电连接，阻抗控制模块400用于根据第一交流信号、第二交流信号、预设阈值控制变换模块200的阻抗。

具体地，逆变模块100分别与外部电源、变换模块200电连接，变换模块200分别与逆变模块100、整流模块300、阻抗控制模块400电连接，整流模块300分别与输出负载、变换模块200电连接。逆变模块100将外部电源生成的第一直流信号转换为第一交流信号，第一交流信号由变换模块200转换为第二交流信号，第二交流信号由整流模块300转换为第二直流信号，以此实现对输入的直流信号的转换，即增加或减小了直流电压。阻抗控制模块400分别与逆变模块100、整流模块300和变换模块200电连接，并检测第二交流信号的大小，以判断整流模块300的输出电流是否大于或等于预设阈值。

在阻抗控制模块400判断输出电流小于预设阈值时，增益曲线的高频增益处不会发生上翘的情况，此时阻抗控制模块400不进行工作；在阻抗控制模块400判断输出电流大于或等于预设阈值后，阻抗控制模块400检测第一交流信号，并控制变换模块200的阻抗，以此降低了谐振变换电路的高频增益，从而解决了谐振变换电路的增益曲线上翘的情况。需要说明的是，第一交流信号表征谐振变换电路各个频率段的增益，且变换模块200的阻抗大小能够影响该增益。同时，变换模块200的阻抗具体如何控制，是根据实际增益曲线上翘的情况所决定的。

根据本发明实施例的谐振变换电路，阻抗控制模块400检测第一交流信号、第二交流信号的大小，阻抗控制模块400根据第二交流信号和预设阈值决定是否进行阻抗控制工作，在需进行阻抗控制工作时，阻抗控制模块400根据第一交流信号控制变换模块200的阻抗，以降低谐振变换电路的高频增益，从而解决了谐振变换电路的增益曲线上翘的情况。本实施例的谐振变换电路通过阻抗控制模块400控制变换模块200阻抗的方式解决了谐振变换电路的增益曲线上翘的情况，且不会影响谐振变换电路在重载和中载时的工作效率等性能指标。

如图2所示，在本发明的一些具体实施例中，阻抗控制模块400包括：检测单元410、主控单元420、调节单元430。检测单元410用于分别与逆变模块100电连接，检测单元410用于根据第一交流信号生成采样信号；主控单元420用于分别与检测单元410、整流模块300电连接；调节单元430用于分别与主控单元420、变换模块200电连接；其中，主控单元420用于根据采样信号、第二交流信号、预设阈值生成阻抗控制信号，调节单元430用于根据阻抗控制信号控制变换模块200的阻抗。

具体地，逆变模块100与外部电源均为变换模块200的前级，其可以等效为一个交流电源(参照图3中的AC)；整流模块300与输出负载均为变换模块200的后级，其可以等效为一个等效负载(参照图3中的Req)，该等效负载实际表征为输出电流大小，在该等效负载的阻值大于或等于预设阈值时，电路增益曲线的高频增益处会发生上翘的情况。主控单元420获取等效负载的阻值(即获取实际的输出电流)，并判断该等效负载的阻值是否大于或等于预设阈值。当主控单元420判断等效负载的阻值大于或等于预设阈值时，检测单元410开始对第一交流信号的频率进行采样，并生成采样信号。主控单元420判断采样信号为高频信号时生成阻抗控制信号，以控制调节单元430调节变换模块200的阻抗，从而改变谐振变换电路的高频增益。可以理解的是，高频信号表示增益曲线发生上翘的频段的信号，例如频率大于250kHz的信号。

如图2、图3所示，在本发明的一些具体实施例中，变换模块200包括：第一谐振单元210、变压器220。第一谐振单元210用于与逆变模块100电连接；变压器220的原边绕组用于与第一谐振单元210电连接，变压器220的副边绕组用于与整流模块300电连接；其中，阻抗控制模块400用于根据第一交流信号、第二交流信号和预设阈值控制第一谐振单元210的阻抗。

具体地，变压器220用于对第一交流信号进行升压或降压操作，以生成第二交流信号。第一谐振单元210的阻抗影响该电路的增益，第一谐振单元210的阻抗由调节单元430进行调节，以此实现对谐振变换电路的高频增益的控制。

如图2所示，在本发明的一些具体实施例中，变换模块200还包括：第一谐振单元210、变压器220、第二谐振单元230。第一谐振单元210用于与逆变模块100电连接；变压器220的原边绕组用于与第一谐振单元210；第二谐振单元230用于分别与变压器220的副边绕组、整流模块300电连接；其中，阻抗控制模块400用于根据第一交流信号、第二交流信号和预设阈值控制第一谐振单元210和/或第二谐振单元230的阻抗。

具体地，变换模块200还可以设置第二谐振单元230，谐振变换电路同时设置第一谐振单元210和第二谐振单元230时，该谐振变换电路为双向谐振变换电路。需要说明的是，若谐振变换电路需要设置为单向谐振变换电路(可参照图4)，则第二谐振单元230不设置用于谐振的元器件，即参照图2中Zr

如图2所示，在本发明的一些具体实施例中，调节单元430包括：第一控压流元件Q1、第二控压流元件Q2。第一控压流元件Q1的栅极用于与主控单元420电连接，第一控压流元件Q1的漏极用于与第一谐振单元210或第二谐振单元230的一端电连接，第一控压流元件Q1根据阻抗控制信号导通或关断；第二控压流元件Q2的栅极用于与主控单元420电连接，第二控压流元件Q2的源极用于与第一控压流元件Q1的源极电连接，第二控压流元件Q2的漏极用于与第一谐振单元210或第二谐振单元230的另一端电连接，第二控压流元件Q2根据阻抗控制信号导通或关断。

具体地，第一控压流元件Q1与第二控压流元件Q2串入第一谐振单元210或第二谐振单元230，当主控单元420判断输出电流大于或等于预设阈值时，主控单元420根据采样信号生成阻抗控制信号，以控制第一控压流元件Q1与第二控压流元件Q2导通，由于第一控压流元件Q1与第二控压流元件Q2导通后工作于线性区，使得所串入的第一谐振单元210或第二谐振单元230的阻抗变小，从而降低了谐振变换电路的高频增益。需要说明的是，第一控压流元件Q1与第二控压流元件Q2具体连接的谐振单元，以及与谐振单元具体连接关系，可以根据实际需求进行适应性调整。

如图4所示，在本发明的一些具体实施例中，第一谐振单元210包括：第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1。第一电感L1的一端用于与变压器220的原边绕组的一端电连接；第二电感L2的一端用于与变压器220的原边绕组的一端电连接，第二电感L2的另一端用于与原边绕组的另一端电连接；第一电容C1的一端用于与逆变模块100电连接，第一电容C1的另一端用于与第一电感L1的另一端电连接。

具体地，第一电容C1与第一电感L1串联，第二电感L2与变压器220的原边绕组并联，第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1与变压器220的原边绕组共同实现谐振作用。调节单元430可以与第一电感L1并联，即第一电感L1与第一控压流元件Q1和第二控压流元件Q2串联于同一支路。当主控单元420判断输出电流大于或等于预设阈值时，主控单元420控制第一控压流元件Q1与第二控压流元件Q2导通并工作于线性区，使得上述支路的阻抗变小，从而降低了谐振变换电路的高频增益。

在本发明的一些具体实施例中，第二谐振单元包括：第三电感、第二电容。第三电感的一端用于与变压器的副边绕组的一端电连接；第二电容的一端用于与整流模块电连接，第二电容的另一端用于与第三电感的另一端电连接。

具体地，当谐振变换电路设置为双向谐振变换电路时，第二谐振单元需要设置第三电感和第二电容。第二电容与第三电感串联，第三电感、第二电容与变压器的副边绕组共同实现谐振作用。调节单元可以与第三电感并联，即第三电感与第一控压流元件和第二控压流元件串联于同一支路。当主控单元判断输出电流大于或等于预设阈值时，第一控压流元件与第二控压流元件导通并工作于线性区，使得上述支路的阻抗变小，从而降低了谐振变换电路的高频增益。

如图5所示，在本发明的一些具体实施例中，调节单元430还包括：第一电阻R1、第三电容C3。第一电阻R1的一端用于与第二控压流元件Q2的漏极电连接；第三电容C3的一端用于分别与第一谐振单元的一端、第一电阻R1的另一端电连接，或用于分别与第二谐振单元的一端、第一电阻R1的另一端电连接。

具体地，第一电阻R1和第三电容C3可以串联于第一控压流元件Q1、第二控压流元件Q2串联的支路中，辅助第一控压流元件Q1与第二控压流元件Q2实现对上述支路阻抗的控制。需要说明的是，第一电阻R1和第三电容C3具体的取值，可以根据实际的阻抗调节需求进行适应性选取。

如图4所示，在本发明的一些具体实施例中，逆变模块100包括：第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3、第四开关元件S4、第一控制单元。第一开关元件S1的漏极用于与外部电源的正极电连接，第一开关元件S1的源极用于与第一谐振单元210电连接；第二开关元件S2的漏极用于与外部电源的正极电连接，第二开关元件S2的源极用于与第一谐振单元210电连接；第三开关元件S3的漏极用于与第一开关元件S1的源极电连接，第三开关元件S3的源极用于与外部电源的负极电连接；第四开关元件S4的漏极用于与第二开关元件S2的源极电连接，第四开关元件S4的源极用于与外部电源的负极电连接；第一控制单元用于分别与第一开关元件S1的栅极、第二开关元件S2的栅极、第三开关元件S3的栅极和第四开关元件S4的栅极电连接，第一控制单元用于分别控制第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3和第四开关元件S4的导通状态。

具体地，第一控制单元控制第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3和第四开关元件S4的导通状态，使第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3和第四开关元件S4交替导通和关断，以此实现对第一直流信号的变换，得到第一交流信号。其中，第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3和第四开关元件S4可选择为MOSFET、与二极管并联的IGBT等，其具体选择的类型，可以根据实际需求进行适应性调整。

如图4所示，在本发明的一些具体实施例中，整流模块300包括：第五开关元件S5、第六开关元件S6、第七开关元件S7、第八开关元件S8、第二控制单元。第五开关元件S5的漏极用于与输出负载的正极电连接，第五开关元件S5的源极用于与第二谐振单元230电连接；第六开关元件S6的漏极用于与输出负载的正极电连接，第六开关元件S6的源极用于与第二谐振单元230电连接；第七开关元件S7的漏极用于与第五开关元件S5的源极电连接，第七开关元件S7的源极用于与输出负载的负极电连接；第八开关元件S8的漏极用于与第六开关元件S6的源极电连接，第八开关元件S8的源极用于与输出负载的负极电连接；第二控制单元用于分别与第五开关元件S5的栅极、第六开关元件S6的栅极、第七开关元件S7的栅极和第八开关元件S8的栅极电连接，第二控制单元用于分别控制第五开关元件S5、第六开关元件S6、第七开关元件S7和第八开关元件S8的导通状态。

具体地，第二控制单元分别控制第五开关元件S5、第六开关元件S6、第七开关元件S7和第八开关元件S8的导通状态，使第二交流信号的转换为直流信号，即第二直流信号。其中，第五开关元件S5、第六开关元件S6、第七开关元件S7和第八开关元件S8可选择为MOSFET、与二极管并联的IGBT或二极管等，其具体选择的类型，可以根据实际需求进行适应性调整。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。