CN110649821B - 双向scc型llc谐振变换器及其中的电路、控制方法 - Google Patents

双向scc型llc谐振变换器及其中的电路、控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种双向SCC型LLC谐振变换器及其中的电路、控制方法。LLC谐振电路包括：第一电感；第二电感；第二电感的第一端分别与变压器的第一端、第一电感的第一端连接，第二端用于分别与变压器的第二端和逆变/整流桥的第一端连接；电容单元；电容单元的第一端与第一电感的第二端连接，第二端用于与逆变/整流桥的第二端连接；电容单元的电容值可调，在正向以及反向工作时，调节谐振电容值，从而改变电路的特性，例如它的谐振点、品质因数、增益等参数，使得反向工作电路的输入输出的增益在理想的频率带内可以实现大幅度变化，最终得到理想的输出。

Description

双向SCC型LLC谐振变换器及其中的电路、控制方法
技术领域
本申请涉及LLC谐振电路技术领域，尤其涉及一种双向SCC型LLC谐振变换器及其中的电路、控制方法。
背景技术
直流-直流(Direct current-Direct current，DC/DC)变换器是在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。大型数据中心、航空航天***、新能源发电、LED照明和电动汽车充电等领域都对DC/DC变换器的容量、效率和功率密度提出越来越高的要求，因此，发展高效率、高功率密度、高可靠性的DC/DC变换器是工业节能和应用需要。LLC谐振变换器是目前比较常见的DC/DC变换器。一方面，LLC谐振变换器实现了原边侧零电压开关(Zero Voltage Switching，ZVS)和副边侧零电流开关(Zero CurrentSwitching，ZCS)，大幅减小了元件损耗，具有较高的效率，另一方面，由于损耗的降低缓解了散热，开关频率可以进一步提升，磁性元件体积进一步减小，从而可以获得高功率密度性能，因此，相比于其他DC/DC变换器，LLC谐振变换器具有更高效率和更高功率密度，使得LLC谐振变换器获得了更快速的发展，具有更广阔的应用前景，成为了DC/DC变换器领域的主流变换器。
随着科技的发展，对双向DC/DC变换器的需求越来越多，双向DC/DC变换器是指可以实现能量双向流动的DC/DC变换器，正向工作时，能量可以从输入端到输出端，反向工作时，能量可以从输出端到输入端。
相关技术中，基于传统的LLC谐振变换器可以直接进行能量的双向流动，但是，在宽电压输入输出需求的情况下，反向工作时，输出端变成了输入端，输入端变成了输出端，为了达到与正向工作时相同的宽电压输入输出，工作频率会有一个很大范围的变化，工作频率的变化范围往往会超出理想的频率带，导致输出波形质量变差，比如会存在谐波等，从而导致实现能量双向流动的效果较差。
发明内容
本申请的目的是提供一种双向SCC型LLC谐振变换器及其中的电路、控制方法，以解决相关技术中基于传统的LLC谐振电路实现能量双向流动时输出质量差的问题。
本申请的目的是通过以下技术方案实现的：
一种LLC谐振电路，应用于双向SCC型LLC谐振变换器中，所述LLC谐振变换器至少包括逆变/整流桥、变压器和整流/逆变桥，所述LLC谐振电路用于分别与所述逆变/整流桥和所述变压器连接，所述变压器还与所述整流/逆变桥连接；所述LLC谐振电路包括：
第一电感；
第二电感；所述第二电感的第一端分别与所述变压器的第一端、所述第一电感的第一端连接，第二端用于分别与所述变压器的第二端和所述逆变/整流桥的第一端连接；
电容单元；所述电容单元的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端用于与所述逆变/整流桥的第二端连接；
所述电容单元的电容值可调，用于在正向工作时，产生所需的谐振电容值，以使所述双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第一区间的电压变换成第二区间的电压并输出；在反向工作时，调节所述谐振电容值，使得所述LLC谐振电路的电路参数发生改变以使所述双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第二区间的电压变换成第一区间的电压并输出。
可选的，所述电容单元包括：相互并联的N个电容；其中，N的取值为正整数；
所述产生所需的谐振电容值时，所述电容单元，具体用于：导通所述N个电容中所需数量的电容；所述调节所述谐振电容值时，所述电容单元，具体用于：调节所述N个电容中导通的电容的数量；
或者，所述产生所需的谐振电容值时，所述电容单元，具体用于：导通所述N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；所述调节所述谐振电容值时，所述电容单元，具体用于：调节每个周期内所述至少一个电容的导通时间。
可选的，若N的取值为2；所述电容单元包括：第一电容、第二电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；
所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端用于与所述逆变/整流桥的第二端连接；
所述第二电容的第一端通过第一开关晶体管与所述第一电容的第二端连接，第二端通过第二开关晶体管与所述第一电容的第一端连接；
所述导通所述N个电容中所需数量的电容时，所述电容单元，具体用于：导通所述第一电容，并通过断开所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管断开所述第二电容；所述调节所述N个电容中导通的电容的数量时，所述电容单元，具体用于：通过导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管使得所述第二电容导通；
或者，所述导通所述N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通时，所述电容单元，具体用于：导通所述第一电容，按照预设频率将所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管导通，使得所述第二电容导通，并在每个周期内按照所需的所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，使得所述第二电容按照所需的导通时间导通；所述调节每个周期内所述至少一个电容的导通时间时，所述电容单元，具体用于：调节所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角，以调节每个周期内所述第二电容的导通时间。
可选的，若N的取值为2；所述电容单元包括：第一电容、第二电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；
所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端用于与所述逆变/整流桥的第二端连接；
所述第二电容的第一端与所述第一电容的第一端连接，第二端用于通过第一开关晶体管与所述逆变/整流桥的第三端连接，以及通过第二开关晶体管与所述逆变/整流桥的第四端连接；
所述导通所述N个电容中所需数量的电容时，所述电容单元，具体用于：导通所述第一电容，并通过断开所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管断开所述第二电容；所述调节所述N个电容中导通的电容的数量时，所述电容单元，具体用于：通过导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管使得所述第二电容导通；
或者，所述导通所述N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通时，所述电容单元，具体用于：导通所述第一电容，按照预设频率将所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管导通，使得所述第二电容导通，并在每个周期内按照所需的所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，使得所述第二电容按照所需的导通时间导通；所述调节每个周期内所述至少一个电容的导通时间时，所述电容单元，具体用于：调节所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角，以调节每个周期内所述第二电容的导通时间。
可选的，所述电容单元包括：第一电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；
所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端用于与所述逆变/整流桥的第二端连接；所述第一电容的第二端还依次通过所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管连接所述第一电容的第一端；
所述产生所需的谐振电容值时，所述电容单元，具体用于：按照预设频率导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；所述调节所述谐振电容值时，所述电容单元，具体用于：调节每个周期内所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的导通时间。
一种LLC谐振电路的控制方法，所述LLC谐振电路为如以上任一项所述的LLC谐振电路；所述控制方法包括：
在正向工作时，电容单元产生所需的谐振电容值，以使双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第一区间的电压变换成第二区间的电压并输出；
在反向工作时，所述电容单元调节所述谐振电容值，使得所述双向SCC型LLC谐振电路的电路参数发生改变以使所述双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第二区间的电压变换成第一区间的电压并输出。
可选的，若所述电容单元包括相互并联的N个电容：
所述电容单元产生所需的谐振电容值，包括：导通所述N个电容中所需数量的电容；所述所述电容单元调节所述谐振电容值，包括：调节所述N个电容中导通的电容的数量；
或者，所述电容单元产生所需的谐振电容值，包括：导通所述N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；所述电容单元调节所述谐振电容值，包括：调节每个周期内所述至少一个电容的导通时间。
可选的，若所述电容单元包括：第一电容、第二电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管：
所述导通所述N个电容中所需数量的电容，包括：导通所述第一电容，并通过断开所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管断开所述第二电容；所述调节所述N个电容中导通的电容的数量，包括：通过导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管使得所述第二电容；
或者，所述导通所述N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通包括：导通所述第一电容，按照预设频率将所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管导通，使得所述第二电容导通，并在每个周期内按照所需的所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，使得所述第二电容按照所需的导通时间导通；所述调节每个周期内所述至少一个电容的导通时间，包括：调节所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角，以调节每个周期内所述第二电容的导通时间。
可选的，若所述电容单元包括：第一电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管，所述电容单元产生所需的谐振电容值，包括：按照预设频率导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；所述电容单元调节所述谐振电容值，包括：调节每个周期内所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的导通时间。
一种双向SCC型LLC谐振变换器，包括逆变/整流桥、变压器、整流/逆变桥和LLC谐振电路；其中，所述LLC谐变电路为如以上任一项所述的LLC谐振电路；所述LLC谐振电路分别与所述逆变/整流桥和所述变压器连接；所述变压器还与所述整流/逆变桥连接。
本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：
本申请的方案提供的LLC谐振电路中，包括基本的第一电感、第二电感和电容单元，其中，电容单元的电容值是可调的，基于此，应用于双向SCC型LLC谐振变换器中时，在正向工作时，电容单元可以产生此时所需的谐振电容值，满足宽电压输入输出的需求，在反向工作时，当输入输出状况不能达到目标要求时，与上述相关技术相比，可以改变LLC谐振电路内部电路参数，即改变电容单元的电容值，从而改变电路的特性，例如它的谐振点、品质因数、增益等参数，使得反向工作电路的输入输出的增益在理想的频率带内可以实现大幅度变化，最终得到理想的输出，从而提高了双向SCC型LLC谐振变换器双向流动时的输出质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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是本申请实施例提供的一种LLC谐振电路的结构图。
图2是本申请一个实施例提供的传统LLC谐振电路的频率与增益的曲线关系图。
图3是本申请一个实施例提供的一种LLC谐振电路的示意图。
图4是本申请一个实施例提供的电容单元的一种波形示意图。
图5是本申请一个实施例提供的电容单元的第一种工作模态的示意图。
图6是本申请一个实施例提供的电容单元的第二种工作模态的示意图。
图7是本申请一个实施例提供的电容单元的第三种工作模态的示意图。
图8是本申请另一个实施例提供的一种LLC谐振电路的示意图。
图9是本申请另一个实施例提供的一种LLC谐振电路的示意图。
图10是本申请实施例提供的一种LLC谐振电路的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
实施例
参见图1，图1是本申请实施例提供的一种LLC谐振电路的结构图。
如图1所示，本实施例提供一种LLC谐振电路，应用于双向可控开关电容(switch-controlled capator，SCC)型LLC谐振变换器中，LLC谐振变换器至少包括逆变/整流桥1、变压器2和整流/逆变桥3，LLC谐振电路4用于分别与逆变/整流桥1和变压器2连接，变压器2还与整流/逆变桥3连接；LLC谐振电路4包括：
第一电感L1；
第二电感L2；第二电感L2的第一端分别与变压器2的第一端、第一电感L1的第一端连接，第二端用于分别与变压器2的第二端和逆变/整流桥1的第一端连接；
电容单元41；电容单元41的第一端与第一电感L1的第二端连接，第二端用于与逆变/整流桥1的第二端连接；
电容单元41的电容值可调，用于在正向工作时，产生所需的谐振电容值，以使双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第一区间的电压变换成第二区间的电压并输出；在反向工作时，调节谐振电容值，使得LLC谐振电路4的电路参数发生改变以使双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第二区间的电压变换成第一区间的电压并输出。
以图1中左侧输入右侧输出为正向举例，双向SCC型LLC谐振变换器的基本工作原理包括：正向工作时，逆变/整流桥1对输入的直流电V1进行逆变输出交流电，LLC谐振电路4对逆变/整流桥1输出的交流电进行谐振变换，变压器2对LLC谐振电路4谐振变换后的交流电进行电压变换，整流/逆变桥3对变压器2电压变换后输出的交流电进行整流并输出V2。反向工作时，整流/逆变桥3对输入的直流电V2进行逆变输出交流电，变压器2对整流/逆变桥3输出的交流电进行电压变换，LLC谐振电路4对变压器2电压变换后输出的交流电进行谐振变换，逆变/整流桥1对LLC谐振电路4谐振变换后输出的交流电进行整流并输出直流电V1。
其中，电容单元41的电容值是可以变化的，当电容单元41产生的谐振电容值发生变化时，会对LLC谐振电路4的特性有如下影响：一是谐振点频率的变化，谐振电容值变大，谐振点频率减小，谐振电容值减小，谐振点频率升高；二是品质因数Q的变化：谐振电容值变大，品质因数减小，谐振电容值变小，品质因数增大；三是增益的变化：品质因数越小，最大增益越高，反之，品质因数越大，最高增益点越小。
其中，谐振电容值即电容单元41接入LLC谐振电路4的等效电容值。
本实施例中输入输出的电压为宽电压，宽电压是相对单一电压值来说的，其中，电压对应的第一区间、第二区间，具体值可以根据实际需要进行设置。
本申请的方案提供的LLC谐振电路4中，包括基本的第一电感L1、第二电感L2和电容单元41，其中，电容单元41的电容值是可以变化的，基于此，应用于双向SCC型LLC谐振变换器中时，在正向工作时，电容单元41可以产生此时所需的谐振电容值，满足宽电压输入输出的需求，在反向工作时，当输入输出状况不能达到目标要求时，与上述相关技术相比，可以改变LLC谐振电路4内部电路参数，即改变电容单元41的电容值，从而改变电路的特性，例如它的谐振点、品质因数、增益等参数，使得反向工作电路的输入输出的增益在理想的频率带内可以实现大幅度变化，最终得到理想的输出，从而提高了双向SCC型LLC谐振变换器双向流动时的输出质量。
需要说明的是，电容单元也可以基于图1右侧输入左侧输出为正向工作时，产生所需的谐振电容值，左侧输入右侧输出为反向工作，调节谐振电容值，即，两个方向均可以通过调节电容单元的电容值，得到理想的输出，实现了双向可调。
另外，基于本申请的LLC谐振电路4，通过调节电容单元41的电容值，可满足不同谐振点的变化要求，使得LLC谐振电路4基本可在谐振点左右工作，从而达到增益最优化。
又另外，在传统的LLC谐振电路中，一般有两个谐振频率，其中一个谐振频率fr1，是基于谐振电感Lr、谐振电容Cr得到的，参见如下公式(1)，另一个谐振频率fr2，是基于谐振电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr得到的，参见如下公式(2)。
Figure BDA0002246268770000101
Figure BDA0002246268770000102
如图2所示，横坐标为频率，纵坐标为增益，在品质因素为3、2、1、0.5、0.25、0.2的情况下，LLC谐振电路的频率与增益存在如图2所示的曲线关系，我们为了电路能够实现软开关，一般工作频率设置在fr1附近。谐振电路的工作频率一般不选择在低谐振点的左边，而是选择频率值较高的谐振点偏左，从而实现ZVS。但是，当输入发生变化时，若要实现理想的输出，频率就可能出现过调节，使工作频率工作在较低谐振点的左侧，由此，整个电路工作在容性的状态下，难以实现ZVS，LLC谐振电路4的优越性就得不到体现。而本申请的方案中，工作频率可以左移，与此相对应的是增大谐振电容值，从而实现谐振点的左移，最终保证工作在低谐振点右侧，整体实现了ZVS，保证了LLC谐振电路4的优越性。
具体实施时，电容单元41的具体结构有多种。下面列举但不限定其中几种可能的结构。
实施中，电容单元41中可以包括一个电容，也可以包括多个电容，如果包括多个电容，多个电容可以相互并联，也可以相互串联，不同的结构对应有实现谐振电容值调节的策略，下面进行举例说明。
一些实施例中，电容单元41的具体结构包括：相互并联的N个电容；其中，N的取值为正整数。本实施例提供的是并联电容的结构，根据并联电容的特点，等效电容值是并联的电容的电容值的和，并联的电容越多，等效电容值越大，而串联电容则是串联的越多，等效电容值越小，与串联电容的结构相比，本实施例的并联电容结构不会造成等效电容的浪费。
基于此结构，相应的实现谐振电容值可调的策略有多种。
第一种是：产生所需的谐振电容值时，电容单元41，具体用于：导通N个电容中所需数量的电容；调节谐振电容值时，电容单元41，具体用于：调节N个电容中导通的电容的数量。本实施例中，通过调节导通电容的数量来实现谐振电容值的调节，实现非常简单。
第二种是：产生所需的谐振电容值时，电容单元41，具体用于：导通N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；调节谐振电容值时，电容单元41，具体用于：调节每个周期内至少一个电容的导通时间。其中，预设频率的大小可以根据实际需要进行设置，比如可以设置成与LLC谐振电路4的工作频率一致，比如，可以设置成前级电路的工作频率，如此，可以与前级电路一同控制，实现简单，也可以设置成与前级电路的工作频率不一致的其它值，在此不再一一列举。本实施例的方案，也可以称为高频控制策略，通过调节在每个周期内电容的导通时间，改变等效电容值，可实现谐振点连续可调。
实施中，电容单元41中并联的电容的数量N不做具体限定，可以根据实际需要进行设置。下面以N的取值为2为例，介绍一种电容单元41的具体结构。
参见图3，图3是本申请另一个实施例提供的一种LLC谐振电路4的结构图。
如图3所示，电容单元41包括：第一电容C1、第二电容C2、第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2；第一电容C1的第一端与第一电感L1的第二端连接，第二端用于与逆变/整流桥1的第二端连接；第二电容C2的第一端通过第一开关晶体管T1与第一电容C1的第二端连接，第二端通过第二开关晶体管T2与第一电容C1的第一端连接。
其中，第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的方向相反。具体的，如图3所示，第二电容C2的第一端与第一开关晶体管T1的漏极连接，第二端与第二开关晶体管T2的漏极连接。第一开关晶体管T1的源极与第一电容C1的第二端连接。第二开关晶体管T2的源极与第一电容C1的第一端连接。
基于图3所示的结构，相应的，若采用上述第一种策略，导通N个电容中所需数量的电容时，电容单元41，具体用于：导通第一电容C1，并通过断开第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2断开第二电容C2；调节N个电容中导通的电容的数量时，电容单元41，具体用于：通过导通第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2，使得第二电容C2导通。本实施例中，仅在变换工作方向时，发生开关晶体管的导通和断开的切换，其控制方式简单方便。在正向工作时，工作在LLC的状态下，第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2都处于断开状态，第二电容C2不参与谐振，此刻谐振电容值为第一电容C1的电容值，谐振点频率最大，工作频率可在谐振点左右变化，实现ZVS工作状态。在反向工作时，同样可工作在谐振的状态下，第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2都处于导通状态，第二电容C2参与谐振，此刻谐振电容值为第一电容C1的电容值与第二电容C2的电容值之和，谐振频率最低，通过增大谐振电容值，使其谐振点的频率相对于原谐振点得到大程度降低，从而使其工作频率可以在正向工作频率附近调节，实现双向工作时频率小范围变化，如此，稍微改变工作频率，就可以满足电压需求，使电路拓扑性能达到最优化。
基于图3所示的结构，相应的，若采用上述第二种策略，导通N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通时，电容单元41，具体用于：按照预设频率将第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2导通，使得第二电容C2导通，并在每个周期内按照所需的第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的相位角导通第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2，使得第二电容C2按照所需的导通时间导通；调节每个周期内至少一个电容的导通时间时，电容单元41，具体用于：调节第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的相位角，以调节每个周期内第二电容C2的导通时间。具体工作原理如下：
参见图4，图4是本申请一个实施例提供的电容单元41的一种波形示意图。
参见图5，图5是本申请一个实施例提供的电容单元41的第一种工作模态的示意图。
参见图6，图6是本申请一个实施例提供的电容单元41的第二种工作模态的示意图。
参见图7，图7是本申请一个实施例提供的电容单元41的第三种工作模态的示意图。
基于图4，对第一电容C1两端给与以正弦电压进行一个周期T的分析。电压在正半周期时，第二开关晶体管T2保持开通维持电流正向流动，如图5所示，电流通过第一开关晶体管T1的体二极管、第二电容C2、第二开关晶体管T2形成通路，给第二电容C2充电，当时间导通角到达αT/2π时，控制第二开关晶体管T2关闭，如图6所示。然后在相位(π-α)T/2时，控制第一开关晶体管T1导通(第一开关晶体管T1可以实现软开关开关)，如图7所示，电流流通方向是第二开关晶体管T2的体二极管、第二电容C2以及第一开关晶体管T1，对第二电容C2两端在前段存储的电荷进行释放。控制第一开关晶体管T1持续导通，直至第一电容C1两端的正弦电压在(π+α)T/2的时刻，控制第一开关晶体管T1有效关断。第一电容C1两端正弦电压工作在(2π-α)T/2时，控制第二开关晶体管T2导通(此时第二开关晶体管T2可以实现软开关)。然后，按照上面的一个周期的开关配合方式，在电路中反复充放电实现电容容值的等效改变。其中，移相角度α的取值范围可以是0到90度。
当需要较高的谐振点频率时，可将第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的相位角取低，结果是等效电容值减小，谐振点的频率升高；反之，若需要低的谐振点频率时，则要将第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的相位角升高，使等效电容值增大，减小谐振点的频率。
在一个周期内，开关晶体管导通的时间相对于一个周期总时间的比例称为占空比。本实施例的方案也可以说是通过调节占空比的方式调节等效电容值的。
参见图8，图8是本申请另一个实施例提供的一种LLC谐振电路的结构图。
如图8所示，电容单元41的具体结构包括：第一电容C1、第二电容C2、第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2；第一电容C1的第一端与第一电感L1的第二端连接，第二端用于与逆变/整流桥1的第二端连接；第二电容C2的第一端与第一电容C1的第一端连接，第二端用于依次通过第一开关晶体管T1的源极、漏极与逆变/整流桥1的第三端连接，以及依次通过第二开关晶体管T2的漏极、源极与逆变/整流桥1的第四端连接。本实施例中，与图3所示的结构相比，第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的位置发生了改变，将串联连接的第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2并联至正向输入前级的逆变/整流桥1上。如此，在实施中，第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2可以与逆变/整流桥1中的开关晶体管共用驱动辅助电路，实现起来简单方便，节省成本以及空间。
基于图8所示的结构，相应的，若采用上述第一种策略，导通N个电容中所需数量的电容时，电容单元41，具体用于：导通第一电容C1，并通过断开第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2断开第二电容C2；调节N个电容中导通的电容的数量时，电容单元41，具体用于：通过导通第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2使得第二电容C2导通。具体的可以参考图3相关实施例，此处不再赘述。
基于图8所示的结构，相应的，若采用上述第二种策略，导通N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通时，电容单元41，具体用于：导通第一电容C1，按照预设频率将第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2导通，使得第二电容C2导通，并在每个周期内按照所需的第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的相位角导通第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2，使得第二电容C2按照所需的导通时间导通；调节每个周期内至少一个电容的导通时间时，电容单元41，具体用于：调节第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的相位角，以调节每个周期内第二电容C2的导通时间。具体的可以参考图3相关实施例，此处不再赘述。
参见图9，图9是本申请另一个实施例提供的一种LLC谐振电路4的结构图。
一些实施例中，如图9所示，电容单元41包括：第一电容C1、第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2；第一电容C1的第一端与第一电感L1的第二端连接，第二端用于与逆变/整流桥1的第二端连接；第一电容C1的第二端还依次通过第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2连接第一电容C1的第一端。其中，第一电容C1的第一端与第二开关晶体管T2的源极连接，第二端与第一开关晶体管T1的源极连接。第一开关晶体管T1的漏极与第二开关晶体管T2的漏极连接。
基于图9所示的结构，产生所需的谐振电容值时，电容单元41，具体用于：按照预设频率导通第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；调节谐振电容值时，电容单元41，具体用于：调节每个周期内第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2的导通时间。本实施例中，与图3的结构相比，去掉了第二电容C2，如此，减少了电容数量，实现了体积的小型化，生产高效化。具体的实现可以参考图3相关实施例，此处不再赘述。
上述第一开关晶体管T1的种类有多种，比如可以包括金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor，MOS)或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)。第二开关晶体管T2的种类也有多种，比如可以包括MOS或者IGBT。
上述逆变/整流桥1可以为全桥电路，也可以为半桥电路。图3、图4、图8、图9中，以全桥电路进行示意。具体的，逆变/整流桥1包括：第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、第五开关晶体管T5和第六开关晶体管T6。逆变/整流桥1的第一端分别与第五开关晶体管T5的源极、第六开关晶体管T6的漏极连接，第二端分别与第三开关晶体管T3的源极、第四开关晶体管T4的漏极连接，第三端分别与第三开关晶体管T3的漏极、第五开关晶体管T5的漏极连接，第四端分别与第四开关晶体管T4的源极、第六开关晶体管T6的源极连接。
正向工作时，可以是逆变/整流桥1的第三端、第四端为输入端，第一端、第二端为输出端。反向工作时，可以是逆变/整流桥1的第一端、第二端为输入端，第三端、第四端为输出端。
上述整流/逆变桥3可以为全桥电路，也可以为半桥电路。图3、图4、图8、图9中，以全桥电路进行示意。具体的，整流/逆变桥3包括：第七开关晶体管T7、第八开关晶体管T8、第九开关晶体管T9和第十开关晶体管T10。整流/逆变桥3的第一端分别与第九开关晶体管T9的源极、第十开关晶体管T10的漏极、变压器2的第三端连接，第二端分别与第七开关晶体管T7的源极、第八开关晶体管T8的漏极、变压器2的第四端连接，第三端分别与第七开关晶体管T7的漏极、第九开关晶体管T9的漏极连接，第四端分别与第八开关晶体管T8的源极、第十开关晶体管T10的源极连接。
正向工作时，可以是整流/逆变桥3的第一端、第二端为输入端，第三端、第四端为输出端。反向工作时，可以是整流/逆变桥3的第三端、第四端为输入端，第一端、第二端为输出端。
如图3、图4、图8、图9所示，变压器2包括第一绕组和第二绕组。其中，第一绕组的一端作为变压器2的第一端，另一端作为变压器2的第二端；第二绕组的一端作为变压器2的第三端，另一端作为变压器2的第四端。
图3、图4、图8、图9中，双向SCC型LLC谐振变换器还可以包括第一滤波单元5。其中，第一滤波单元5的一端连接逆变/整流桥1的第三端，另一端连接逆变/整流桥1的第四端。具体的，第一滤波单元的具体结构包括第三电容C3。双向SCC型LLC谐振变换器还可以包括第二滤波单元6。第二滤波单元6的一端连接整流/逆变桥3的第三端，另一端连接整流/逆变桥3的第四端。具体的，第二滤波单元的具体结构包括第四电容C4。通过第一滤波单元和第二滤波单元可以实现对输入、输出波形滤波，提高电流质量。
参见图10，图10是本申请另一个实施例提供的一种LLC谐振电路的控制方法的流程图。
如图10所示，本实施例提供一种LLC谐振电路的控制方法，LLC谐振电路为如以上任意实施例所述的LLC谐振电路；本实施例的控制方法至少包括如下步骤：
步骤101：在正向工作时，电容单元产生所需的谐振电容值，以使双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第一区间的电压变换成第二区间的电压并输出。
步骤102：在反向工作时，电容单元调节谐振电容值，使得LLC谐振电路的电路参数发生改变以使双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第二区间的电压变换成第一区间的电压并输出。
本申请的方案提供的LLC谐振电路中，包括基本的第一电感、第二电感和电容单元，其中，电容单元的电容值是可调的，基于此，应用于双向SCC型LLC谐振变换器中时，在正向工作时，电容单元可以产生此时所需的谐振电容值，满足宽电压输入输出的需求，在反向工作时，当输入输出状况不能达到目标要求时，与上述相关现有技术相比，可以改变LLC谐振电路内部电路参数，即改变电容单元的电容值，从而改变电路的特性，例如它的谐振点、品质因数、增益等参数，使得反向工作电路的输入输出的增益在理想的频率带内可以实现大幅度变化，最终得到理想的输出，从而提高了双向SCC型LLC谐振变换器双向流动时的输出质量。
可选的，若电容单元包括相互并联的N个电容：
电容单元产生所需的谐振电容值，包括：导通N个电容中所需数量的电容；电容单元调节谐振电容值，包括：调节N个电容中导通的电容的数量；
或者，电容单元产生所需的谐振电容值，包括：导通N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；电容单元调节谐振电容值，包括：调节每个周期内至少一个电容的导通时间。
可选的，若电容单元包括：第一电容、第二电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管：
导通N个电容中所需数量的电容，包括：导通第一电容，并通过断开第一开关晶体管和第二开关晶体管断开第二电容；调节N个电容中导通的电容的数量，包括：通过导通第一开关晶体管和第二开关晶体管使得第二电容导通；
或者，导通N个电容中所需数量的电容，针对导通的至少一个电容，按照预设频率导通，并在每个周期内按照所需的导通时间导通，包括：导通第一电容，按照预设频率将第一开关晶体管和第二开关晶体管导通，使得第二电容导通，并在每个周期内按照所需的第一开关晶体管和第二开关晶体管的相位角导通第一开关晶体管和第二开关晶体管，使得第二电容按照所需的导通时间导通；调节每个周期内至少一个电容的导通时间，包括：调节第一开关晶体管和第二开关晶体管的相位角，以调节每个周期内第二电容的导通时间。
可选的，若电容单元包括：第一电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管，电容单元产生所需的谐振电容值，包括：按照预设频率导通第一开关晶体管和第二开关晶体管，并在每个周期内按照所需的导通时间导通；电容单元调节谐振电容值，包括：调节每个周期内第一开关晶体管和第二开关晶体管的导通时间。
需要说明的是，本实施例的电容单元可以受外接电路触发产生所需的谐振电容值，具体的外接电路的结构可以包括控制器，也可以包括其它硬件电路，等等。
本申请实施例的具体实施方案可以参考以上任意实施例的LLC谐振电路的实施方式，此处不再赘述。
本申请另一个实施例还提供一种双向SCC型LLC谐振变换器，包括逆变/整流桥、变压器、整流/逆变桥和LLC谐振电路；其中，LLC谐变电路为如以上任意实施例所述的LLC谐振电路；LLC谐振电路分别与逆变/整流桥和变压器连接；变压器还与整流/逆变桥连接。
本申请实施例提供的双向SCC型LLC谐振变换器的具体实施方案可以参考以上任意实施例的LLC谐振电路的实施方式，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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申请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。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种LLC谐振电路，其特征在于，应用于双向SCC型LLC谐振变换器中，所述LLC谐振变换器至少包括逆变/整流桥、变压器和整流/逆变桥，所述LLC谐振电路用于分别与所述逆变/整流桥和所述变压器连接，所述变压器还与所述整流/逆变桥连接；所述LLC谐振电路包括：
第一电感；
第二电感；所述第二电感的第一端分别与所述变压器的第一端、所述第一电感的第一端连接，第二端用于分别与所述变压器的第二端和所述逆变/整流桥的第一端连接；
电容单元；所述电容单元的第一端与所述第一电感的第二端连接，第二端用于与所述逆变/整流桥的第二端连接；
所述电容单元的电容值可调，用于在正向工作时，产生所需的谐振电容值，以使所述双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第一区间的电压变换成第二区间的电压并输出；在反向工作时，调节所述谐振电容值，使得所述LLC谐振电路的电路参数发生改变以使所述双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第二区间的电压变换成第一区间的电压并输出；所述电容单元产生的谐振电容值发生变化时，会对LLC谐振电路的特性有如下影响：谐振电容值变大，谐振点频率减小，谐振电容值减小，谐振点频率升高；谐振电容值变大，品质因数减小，谐振电容值减小，品质因数增大；品质因数越小，最大增益越高，品质因数越大，最大增益越小；
所述电容单元包括：N个并联的电容和N-1个桥臂；所述桥臂包括第一开关晶体管和第二开关晶体管；所述第一开关晶体管的源极与所述第二开关晶体管的漏极连接，所述第一开关晶体管的漏极与所述逆变/整流桥的第三端连接，所述第二开关晶体管的源极与所述逆变/整流桥的第四端连接；所述N个并联的电容包括一个第一电容和N-1个第二电容；所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述逆变/整流桥的第二端连接；N-1个所述第二电容与N-1个所述桥臂一一对应连接，所述第二电容的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电容的第二端连接于其对应桥臂所包括的第一开关晶体管和第二开关晶体管之间；通过调节所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的相位角，以调节每个周期内与所述桥臂相对应的所述第二电容的导通时间，调节谐振电容值；
或者，所述电容单元包括：第一电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；所述第一电容的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述逆变/整流桥的第二端连接；所述第一电容的第一端还与所述第二开关晶体管的源极连接，所述第一电容的第二端还与所述第一开关晶体管的源极连接；所述第一开关晶体管的漏极与所述第二开关晶体管的漏极连接；通过按照预设频率导通所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管，以调节每个周期内所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的导通时间，调节谐振电容值。
2.一种LLC谐振电路的控制方法，其特征在于，所述LLC谐振电路为如权利要求1所述的LLC谐振电路；所述控制方法包括：
在正向工作时，电容单元产生所需的谐振电容值，以使双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第一区间的电压变换成第二区间的电压并输出；
在反向工作时，所述电容单元调节所述谐振电容值，使得所述双向SCC型LLC谐振电路的电路参数发生改变以使所述双向SCC型LLC谐振变换器将输入的第二区间的电压变换成第一区间的电压并输出。
3.一种双向SCC型LLC谐振变换器，其特征在于，包括逆变/整流桥、变压器、整流/逆变桥和LLC谐振电路；其中，所述LLC谐振电路为如权利要求1所述的LLC谐振电路；所述LLC谐振电路分别与所述逆变/整流桥和所述变压器连接；所述变压器还与所述整流/逆变桥连接。
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