CN117240106A - 桥式谐振变换器及双向桥式谐振变换器 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种桥式谐振变换器及双向桥式谐振变换器，通过在桥式谐振变换器的桥式单元中增加一双向阻断开关，以可以短路变压器的一次侧绕组或二次侧绕组，且短路时间根据输出电压与输入电压之间的增益是否大于等于1而采用不同的方式确定。仅需根据控制桥式谐振变换器必须的输入电压和输出电压两个采样信号就可以实现，无需增加采样电路，且控制简单，且避免了现有技术中专门用于控制短路时间的采样信号的误差对控制的影响，使得控制更加精准。

Description

桥式谐振变换器及双向桥式谐振变换器

技术领域

本申请涉及电源领域，尤其是桥式谐振变换器及双向桥式谐振变换器。

背景技术

桥式谐振变换器是一种极具吸引力的隔离型DC-DC变换器，由于其能在全负载范围内实现软开关，因此能够减小开关损耗、提高变换器效率、减小体积、提升功率密度，从而被广泛应用于各个领域。

对于桥式谐振变换器通常采用变频控制方式，也即控制桥式谐振变换器中开关管的工作频率。这在宽输入电压范围或宽输出电压范围的应用中是一个挑战。因为宽输入电压范围或宽输出电压范围意味着桥式谐振变换器的开关频率范围也随之增加。然后若希望控制器所能提供的开关频率范围增大，以及桥式谐振变换器中开关管所能承受的开关频率范围增大，则需要更高性能的控制器或开关器件，这无疑增加桥式谐振变换器的成本。另一方面，更宽的开关频率范围会使得器件运行在极限状态，而导致器件性能较差，如对其它器件的干扰更大，而导致变换器可靠性差。并且同时也导致器件损耗随之增加,从而降低变换器效率。

随着技术及市场产品多样化需求的发展，宽输入电压范围或宽输出电压范围的桥式谐振变换器是被需要和期待的。

因此，提供一种高效率及高可靠性的桥式谐振变换器，成为业研究的重点。

发明内容

本申请提供一种桥式谐振变换器，包括：第一桥式单元；变压器，包括一次侧绕组和二次侧绕组，所述第一桥式单元的一端连接所述一次侧绕组，另一端用于接收输入电压；第二桥式单元，所述第二桥式单元的一端连接在所述二次侧绕组，另一端用于提供输出电压，还包括双向阻断开关，所述双向阻断开关连接在所述二次侧绕组的两端之间；谐振单元，连接在所述第一桥式单元与所述一次侧绕组之间或连接在所述第二桥式单元与所述二次侧绕组之间；控制器，接收所述输入电压和所述输出电压，根据所述输出电压与所述输入电压之间的增益，输出控制所述双向阻断开关的开关驱动信号，使得所述双向阻断开关在一第一时间内导通。

更进一步的，在所述桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第一时间。

更进一步的，所述第二桥式单元内的开关管相对于与其同步工作的第一桥式单元内的开关管延迟关断第二时间。

更进一步的，所述增益大于等于1时与所述增益小于1时，所述第一时间和所述第二时间的长度设置方式不同。

更进一步的，当所述增益大于等于1时，根据第一关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度；当所述增益小于1时，根据第二关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度。

更进一步的，所述第一关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间、所述增益和所述第二时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关；所述第二关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间以及所述增益相关。

更进一步的，所述第一桥式单元被配置为半桥拓扑，所述一次侧绕组的两端分别对应连接所述第一桥式单元中两桥臂的共节点。

更进一步的，所述第二桥式单元被配置为半桥拓扑、全桥拓扑或三电平半桥拓扑。

本申请还提供一种双向桥式谐振变换器，包括：第一桥式单元，包括第一双向阻断开关；变压器，包括第一绕组和第二绕组，所述第一桥式单元的一端连接所述第一绕组，另一端用于接收或输出第一电压，所述第一双向阻断开关连接在所述第一绕组的两端之间；第二桥式单元，所述第二桥式单元的一端连接所述第二绕组，另一端用于对应的输出或接收第二电压，还包括第二双向阻断开关，所述第二双向阻断开关连接在所述第二绕组的两端之间；谐振单元，连接在所述第一桥式单元与所述第一绕组之间或连接在所述第二桥式单元与所述第二绕组之间；控制器，接收所述第一电压和所述第二电压，其中当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第一电压变换为所述第二电压时，所述控制器根据所述第二电压与所述第一电压之间的第一增益，输出控制所述第二双向阻断开关的开关驱动信号，使得所述第二双向阻断开关在一第一时间内导通；当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第二电压变换为所述第一电压时，所述控制器根据所述第一电压与所述第二电压之间的第二增益，输出控制所述第一双向阻断开关的开关驱动信号，使得所述第一双向阻断开关在一第三时间内导通。

更进一步的，在所述双向桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第一时间或所述第三时间。

更进一步的，输出端的桥式单元内的开关管相对于与其同步工作的输入端的桥式单元内的开关管延迟关断第二时间。

更进一步的，其中；所述第一增益大于等于1时与所述第一增益小于1时，所述第一时间和所述第二时间的长度设置方式不同；所述第二增益大于等于1时与所述第二增益小于1时，所述第三时间和所述第二时间的长度设置方式不同。

更进一步的，当所述第一增益大于等于1时，根据第一关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度；当所述第一增益小于1时，根据第二关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度；当所述第二增益大于等于1时，根据第一关系式配置所述第三时间和所述第二时间的长度；当所述第二增益小于1时，根据第二关系式配置所述第三时间和所述第二时间的长度。

更进一步的，当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第一电压变换为所述第二电压时，所述第一关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间、所述第一增益和所述第二时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关；所述第二关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间以及所述第一增益相关；当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第二电压变换为所述第一电压时，所述第一关系式中所述第三时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间、所述第二增益和所述第二时间相关，所述第二时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关；所述第二关系式中所述第一时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关，所述第二时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间以及所述第二增益相关。

更进一步的，所述第一桥式单元被配置为半桥拓扑，所述第一绕组的两端分别对应连接所述第一桥式单元中两桥臂的共节点。

更进一步的，所述第二桥式单元被配置为半桥拓扑、全桥拓扑或三电平半桥拓扑。

前面已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下公开的详细描述。下文将描述本公开的附加特征和优点，其构成本公开权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效结构不脱离所附权利要求中阐述的本公开内容的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本公开内容及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：

图1示出了本申请一实施例的桥式谐振变换器示意图；

图2示出了本申请一实施例的桥式谐振变换器电路示意图；

图3示出了图2中的桥式谐振变换器工作波形示意图；

图4示出了本申请一实施例的控制器模块示意图；

图5示出了本申请一实施例的控制器中的时间产生单元的模块示意图；

图6示出了本申请一实施例的双向桥式谐振变换器示意图；

图7示出了本申请一实施例的双向桥式谐振变换器电路示意图。

除非另有说明，不同附图中的对应和符号通常指对应的部分。绘制这些附图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面，并不一定按比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请一实施例提供一种桥式谐振变换器。可参阅图1所示的本申请一实施例的桥式谐振变换器示意图，包括：

第一桥式单元110；

变压器130，包括一次侧绕组Lp和二次侧绕组Ls，所述第一桥式单元110的一端连接所述一次侧绕组Lp，另一端用于接收输入电压Vin；

第二桥式单元120，所述第二桥式单元120的一端连接在所述二次侧绕组Ls，另一端用于提供输出电压Vo，还包括双向阻断开关Sa，所述双向阻断开关Sa连接在所述二次侧绕组Ls的两端之间；

谐振单元140，连接在所述第一桥式单元110与所述一次侧绕组Lp之间或连接在所述第二桥式单元120与所述二次侧绕组Ls之间；

控制器200，接收所述输入电压Vin和所述输出电压Vo，根据所述输出电压Vo与所述输入电压Vin之间的增益M，输出控制所述双向阻断开关Sa的开关驱动信号，使得所述双向阻断开关Sa在一第一时间Ta内导通。

如图1所示，双向阻断开关Sa连接在二次侧绕组Ls的两端之间，当双向阻断开关Sa在第一时间t1内导通时，则将变压器的二次侧绕组Ls短路，则此期间谐振单元140中的谐振电流会逐渐上升，桥式谐振变换器的输出电流为零，则将能量存储在谐振回路里，则在第一时间t1之后可将谐振回路中的能量释放放出来，形成BOOST的阶段，如此可实现在一定范围的电压调节，而可降低开关频率的范围。尤其对于宽输入电压范围或宽输出电压范围的桥式谐振变换器，在输入电压Vin比较低的时候，谐振电流也能被抬高，而可实现谐振单元的增益大于一，实现BOOST的阶段，而可降低开关频率的范围。

并且如上所述，本申请仅通过根据输出电压Vo与输入电压Vin之间的增益M，输出控制所述双向阻断开关Sa的开关驱动信号Sa。输出电压Vo与输入电压Vin是桥式谐振变换器控制所必须的采样信号，也即本申无需为了实现其功能增加采样电路，仅通过桥式谐振变换器中现有的控制器200根据已有的输出电压Vo和输入电压Vin采样信号就可以实现，也即无需为控制双向阻断开关而增加专门的采样电路。

更进一步的，无需额外的采样，也避免了采样延时和采样误差等给控制带来的不利影响，使得控制更加精准。而提高了桥式谐振变换器的可靠性。

具体的，请参阅图2所示的本申请一实施例的桥式谐振变换器电路示意图。第一桥式单元110和第二桥式单元120均被配置为半桥拓扑，一次侧绕组Lp的两端分别对应连接所述第一桥式单元110中两桥臂的共节点，所述二次侧绕组Ls的两端分别对应连接所述第二桥式单元120中两桥臂的共节点。

具体的，如图2所示，第一桥式单元110包括串联连接的第一上管S1和第一下管S2形成的第一开关桥臂，以及串联连接的第一电容C1和第二电容C2形成的第一电容桥臂，第一开关桥臂与第一电容桥臂并联连接以接收输入电压Vin，所述一次侧绕组Lp的两端分别对应连接所述第一开关桥臂内第一上管S1和第一下管S2的共节点和所述第一电容桥臂内第一电容C1和第二电容C2的共节点。第二桥式单元120包括串联连接的第三上管S3和第四下管S4形成的第三开关桥臂，以及串联连接的第三电容C3和第四电容C4形成的第四电容桥臂，第三开关桥臂与第四电容桥臂并联连接以提供输出电压Vo，二次侧绕组Ls的两端分别对应连接所述第三开关桥臂内第三上管S3和第四下管S4的共节点和所述第四电容桥臂内第三电容C3和第四电容C4的共节点。

如图2所示，谐振单元140被配置为谐振电感Lr和谐振电容Cr串联连接形成的LC串联谐振单元。如图2中，LC串联谐振单元连接在所述第一桥式单元110与所述一次侧绕组Lp之间。在实际应用中，LC串联谐振单元也可连接在所述第二桥式单元120与所述二次侧绕组Ls之间。当然谐振单元140也可为其它结构，如LLC谐振单元，谐振电容Cr共用桥式单元的桥臂中的电容等，只要在所述第一桥式单元110与所述一次侧绕组Lp之间或所述第二桥式单元120与所述二次侧绕组Ls之间形成一个谐振腔即可。

如下以图2所示的半桥谐振变换器讲明本申请的原理，可参阅图3所示的图2中的桥式谐振变换器工作波形示意图。需要注意的是控制器200还输出控制第一上管S1、第一下管S2、第三上管S3和第四下管S4的开关驱动信号。

我们知道对于变频控制，基于采样的反馈回路控制开关管的开关频率，在相应的开关频率下每个开关管以略小于50%的占空比,同一桥臂的上管和下管之间以中间带有死区的互补方式运行。第二桥式单元120内至少一开关管与第一桥式单元110内至少一开关管形成同步工作的开关管，如图2和图3所示，第一上管S1和第三上管S3形成一对同步工作的开关管。同样的第一下管S2和第四下管S4亦形成一对同步工作的开关管。则如图3中，一个开关管的导通时间（如第一上管S1的导通时间Ts）形成桥式谐振变换器的半个开关周期。则控制开关管的导通时间（如第一上管S1的导通时间Ts）即相当于控制桥式谐振变换器的开关频率。

具体的，如图3所示，从t1时刻开始，控制器200控制使得第一上管S1导通Ts时间长度，直至t4时刻。其中在Ts时间内的t2时刻控制器200控制使得双向阻断开关Sa导通第一时间Ta，直至t3时刻，从图3可知，此器件输出电流io为零，谐振电流ir上升的斜率变大。从t3时刻开始，控制器200控制使得第三上管S3导通，直至t5时刻，其中t5时刻晚于t4时刻第二时间Tb的长度，使得t4时刻至t5时刻内，同步工作的第三上管S3相对于第一上管S1延迟关断第二时间Tb。如此构成前半个开关周期。

在后半个开关周期内，同步工作的第二下管S2、第四下管S4以及双向阻断开关Sa导通，其中第一下管S2、第四下管S4以及双向阻断开关Sa导通时序与前半个开关周期内第一上管S1、第三上管S3及双向阻断开关Sa导通时序相同，在此不再赘述。

具体的，第一桥式单元110内的开关管的开关动作之间可包括一个死区时间，第二桥式单元120内的开关管的开关动作之间可包括一个死区时间，以保证桥式谐振变换器的可靠运行，请注意上述描述忽略了死区时间。

如此，在桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第一时间Ta，使得变压器的二次侧绕组Ls短路，将能量存储在谐振回路里。

另外，为提高桥式谐振变换器的效率，希望桥式谐振变换器第二桥式单元120内的开关管实现ZCS，则如图3所示，第二桥式单元120内的开关管（如第三开关管S3）相对于与其同步工作的第一桥式单元110内的开关管（如第一开关管S1）延迟关断第二时间Tb，使得在此第二时间Tb内，输出电流过零反向，之后第二时间Tb结束时关断第二桥式单元120内的开关管，如此可实现第二桥式单元120内的开关管实现ZCS，而提高桥式谐振变换器的效率。

为使得桥式谐振变换器具备上述第一时间Ta的升压阶段，也使得桥式谐振变换器的第二桥式单元120内的开关管实现ZCS。则桥式谐振变换器的理想工作波形为图3所示。为使得桥式谐振变换器的工作波形为图3所示，根据图3的工作波形，经发明人研究发现，第一时间Ta和第二时间Tb与桥式谐振变换器的增益相关。具体的，桥式谐振变换器增益大于等于1时与小于1时，第一时间Ta和第二时间Tb的长度设置方式不同。

更具体的，当桥式谐振变换器的增益大于等于1时，根据第一关系式配置第一时间Ta和第二时间Tb的长度；当桥式谐振变换器的增益小于1时，根据第二关系式配置第一时间Ta和第二时间Tb的长度。

更具体的，所述第一关系式中第一时间Ta与所述桥式谐振变换器的第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts、桥式谐振变换器的增益和第二桥式单元120内开关管相对于与其同步工作的第一桥式单元110内开关管的关断延迟时间（也即第二时间Tb）相关，第二时间Tb与所述桥式谐振变换器的第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关。所述第二关系式中第一时间Ta与所述桥式谐振变换器的第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关，第二时间Tb与所述桥式谐振变换器的第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts以及桥式谐振变换器的增益相关。

具体的，以图2所示的桥式谐振变换器，以其能工作在图3所示的理性波形状态下为例，第一桥式单元110内第一上管S1和第一下管S2的导通时间相同，在半个开关周期内的导通时间为Ts。第二桥式单元120内双向阻断开关Sa的导通时间为第一时间Ta，早于第三上管S3或第四下管S4导通。第二桥式单元120内第三上管S3和第四下管S4的导通时间相同，分别滞后第一上管S1和第一下管S2关断，滞后时间为第二时间Tb。变压器130原副边绕组的匝比为n，定义A=Ta/Ts，B=Tb/Ts，也即A和B代表第一时间Ta和第二时间Tb的长度。经发明人研究发现，当桥式谐振变换器的增益M（M=n*Vo/Vin）大于等于1时，需根据第一关系式配置A和B。

具体的，在一实施例中，在第一关系式中B=b1+k1。其中b1为一常数，其取值通常在0.01至0.05之间，当然本申请并不限定b1的具体取值，其和桥式谐振变换器的具体电路相关；其中k1为一修正量，用于修正B值，其可根据桥式谐振变换器内器件的参数调整，也可在桥式谐振变换器设计完成之后，根据多次实验修正后得到适合该桥式谐振变换器的修正量k1。由于B=Tb/Ts，则Tb=B* Ts，也即根据第一关系式得到的第二时间Tb与第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关，具体的为导通时间Ts与一系数的乘积，该系数为B（B=b1+k1）。

具体的，在一实施例中，在第一关系式中A=(M-1)/M+2*B+k2，其中k2为一修正量，用于修正A值，其可根据桥式谐振变换器内器件的参数调整，也可在桥式谐振变换器设计完成之后，根据多次实验修正后得到适合该桥式谐振变换器的修正量k2。由A=Ta/Ts，则Ta=A*Ts=((M-1)/M+2*B+k2) * Ts, 也即根据第一关系式得到的第一时间Ta与第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts、桥式谐振变换器的增益M和第二桥式单元120内开关管相对于与其同步工作的第一桥式单元110内同步工作的开关管的关断延迟时间（也即第二时间Tb）相关，具体的为导通时间Ts与(M-1)/M+2*B+k2的乘积。

具体的，在一实施例中，在第二关系式中B=(1-M)/2+k3，同样的k3为一修正量，用于修正B值，其可根据桥式谐振变换器内器件的参数调整，也可在桥式谐振变换器设计完成之后，根据多次实验修正后得到适合该桥式谐振变换器的修正量k3。由于B=Tb/Ts，则Tb=B*Ts，也即根据第二关系式得到的第二时间Tb与第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts和桥式谐振变换器的增益M相关，具体的为导通时间Ts与(1-M)/2+k3的乘积。

具体的，在一实施例中，在第二关系式中A=b2+k4。其中b2为一常数，其取值通常接近于零，当然本申请并不限定b2的具体取值，其和桥式谐振变换器的具体电路相关；其中k4为一修正量，用于修正A值，其可根据桥式谐振变换器内器件的参数调整，也可在桥式谐振变换器设计完成之后，根据多次实验修正后得到适合该桥式谐振变换器的修正量k4。由A=Ta/Ts，则Ta=（b2+k4）* Ts, 也即根据第一关系式得到的第一时间Ta与第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关，具体的为导通时间Ts与一系数的乘积，该系数为A（A=b2+k4）。

在具体实施时，请参阅图4所示的本申请一实施例的控制器模块示意图，如图4所示，控制器200包括导通时间Ts计算单元210，其接收来自桥式谐振变换器的输出采样信号Sc和与输出采样信号Sc相应的参考信号Sref，用于根据输出采样信号Sc和参考信号Sref计算第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts。具体的，导通时间Ts计算单元210包括计算输出采样信号Sc与参考信号Sref差值的计算单元，和根据差值信号得到导通时间Ts的PID运算单元。这里的输出采样信号Sc可为任何表征桥式谐振变换器输出端信号的信号，如输出电压信号、输出电流信号以及输出功率信号等，则对应的参考信号Sref为电压参考信号、电流参考信号和功率参考信号等。只要可根据采样信号Sc与参考信号Sref得到导通时间Ts均可。

如图4所示，控制器200还包括时间产生单元220，用于接收导通时间Ts、输入电压Vin和输出电压Vo，以根据导通时间Ts、输入电压Vin和输出电压Vo得到第一时间Ta和第二时间Tb。

如图4所示，控制器200还包括驱动信号产生单元230，用于接收第一时间Ta和第二时间Tb，以输出驱动桥式谐振变换器中第一上管S1、第一下管S2、第三上管S3、第四下管S4和双向阻断开关Sa的开关驱动信号，使得其工作波形逼近如图3所示的理性工作波形。

更具体的，请参阅图5所示的控制器中的时间产生单元的模块示意图，如图5所示，时间产生单元220包括增益计算单元221，用于接收输入电压Vin和输出电压Vo，以计算桥式谐振变换器的增益M，具体的可根据公式M=n*Vo/Vin计算增益M，其中n为变压器130绕组匝比。

如图5所示，时间产生单元220还包括增益判断单元222，以判断增益M是否大于等于1，输出增益表征信号CM。

如图5所示，时间产生单元220还包括时间参数产生单元223，用于接收增益表征信号CM，以输出时间参数A和B。具体的，根据增益表征信号CM选择通过第一关系式配置A和B或第二关系式配置A和B。第一关系式和第二关系式可参考上述的描述，在此不再赘述。

如图5所示，时间产生单元220还包括时间计算单元224，用于根据时间参数A和B以及导通时间Ts得到第一时间Ta和第二时间Tb，其中A=Ta/Ts，B=Tb/Ts。

更具体的，如图3所示，在不考虑死区时间的情况下，第一桥式单元110内第一上管S1和第一下管S2的占空比为50%，双向阻断开关Sa与第三上管S3共同形成的50%的占空比，双向阻断开关Sa与第四下管S4共同形成的50%的占空比，且在每半个开关周期内双向阻断开关Sa先于第三上管S3或第四下管S4导通。

基于与上述桥式谐振变换器相同的原理，本申请还提供一种双向桥式谐振变换器，可参阅图6所示的本申请一实施例的双向桥式谐振变换器示意图，包括：

第一桥式单元110，包括第一双向阻断开关Sa1；

变压器130，包括第一绕组Lp和第二绕组Ls，所述第一桥式单元110的一端连接所述第一绕组Lp，另一端用于接收或输出第一电压V1，所述第一双向阻断开关Sa1连接在所述第一绕组Lp的两端之间；

第二桥式单元120，所述第二桥式单元120的一端连接所述第二绕组Ls，另一端用于对应的输出或接收第二电压V2，还包括第二双向阻断开关Sa1，所述第二双向阻断开关Sa2连接在所述第二绕组Ls的两端之间；

谐振单元140，连接在所述第一桥式单元110与所述第一绕组Lp之间或连接在所述第二桥式单元120与所述第二绕组Ls之间；

控制器200，接收所述第一电压V1和所述第二电压V2，其中

当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第一电压V1变换为所述第二电压V2时，所述控制器200根据所述第二电压V2与所述第一电压V1之间的第一增益M1，输出控制所述第二双向阻断开关Sa2的开关驱动信号，使得所述第二双向阻断开关Sa2在一第一时间Ta内导通；

当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第二电压V2变换为所述第一电压V1时，所述控制器200根据所述第一电压V1与所述第二电压V2之间的第二增益M2，输出控制所述第一双向阻断开关Sa1的开关驱动信号，使得所述第一双向阻断开关Sa1在一第三时间Ta3内导通。

当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第一电压V1变换为所述第二电压V2时，则图6所示的变换器与图2中的桥式谐振变换器相同，此时的第一电压V1相当于输入电压Vin，第二电压V2相当于输出电压Vo，第一增益M1相当于增益M，第二双向阻断开关Sa2相当于双向阻断开关Sa，则其原理与上述相同。

也即在所述双向桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第一时间Ta。

输出端的桥式单元（也即第二桥式单元120）内的开关管相对于与其同步工作的输入端的桥式单元（也即第一桥式单元110）内的开关管延迟关断第二时间Tb。

所述第一增益M1大于等于1时与所述第一增益M1小于1时，所述第一时间Ta和所述第二时间Tb的长度设置方式不同。更具体的，当所述第一增益M1大于等于1时，根据第一关系式配置所述第一时间Ta和所述第二时间Tb的长度；当所述第一增益M1小于1时，根据第二关系式配置所述第一时间Ta和所述第二时间Tb的长度。更具体的，所述第一关系式中所述第一时间Ta与所述第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts、所述第一增益M1和所述第二时间Tb相关，所述第二时间Tb与所述第一桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关；所述第二关系式中所述第一时间Ta与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关，所述第二时间Tb与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts以及所述第一增益M1相关。其具体原理与上述相同，在此不再赘述。

相应的，当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第二电压V2变换为所述第一电压V1时，则图6所示的变换器与图2中的桥式谐振变换器相似，此时的第二电压V2相当于输入电压Vin，第一电压V1相当于输出电压Vo，第二增益M2相当于增益M，第一双向阻断开关Sa1相当于双向阻断开关Sa，第三时间Ta3相当于第一时间Ta，则其原理与上述相同。

也即在所述双向桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第三时间Ta3。

输出端的桥式单元（也即第一桥式单元110）内的开关管相对于与其同步工作的输入端的桥式单元（也即第二桥式单元120）内的开关管延迟关断第二时间Tb。

所述第二增益M2大于等于1时与所述第二增益M2小于1时，所述第三时间Ta3和所述第二时间Tb的长度设置方式不同。更具体的，当所述第二增益M2大于等于1时，根据第一关系式配置所述第三时间Ta3和所述第二时间Tb的长度；当所述第二增益M2小于1时，根据第二关系式配置所述第三时间Ta3和所述第二时间Tb的长度。更具体的，所述第一关系式中所述第三时间Ta3与所述第二桥式单元120内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts、所述第二增益M2和所述第二时间Tb相关，所述第二时间Tb与所述第二桥式单元110内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关；所述第二关系式中所述第三时间Ta3与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts相关，所述第二时间Tb与所述第二桥式单元120内开关管在半个开关周期内的导通时间Ts以及所述第二增益M2相关。其具体原理与上述相同，在此不再赘述。

在一具体实施例中，与图2所示的桥式谐振变换器相似的，第一桥式单元110和第二桥式单元120均被配置为半桥拓扑，具体的可参阅图7所示的本申请一实施例的双向桥式谐振变换器电路示意图。第一绕组Lp的两端分别对应连接所述第一桥式单元110中两桥臂的共节点，第二绕组Ls的两端分别对应连接所述第二桥式单元120中两桥臂的共节点。

在实际应用中，对于单向桥式谐振变换器和双向桥式谐振变换器，其第一桥式单元110和第二桥式单元120也可均配置为全桥单元，也即第一桥式单元110和第二桥式单元120均包括并联连接的两个开关桥臂，每个开关桥臂包括串联连接的两个开关管。对于全桥单元，其内开关管的控制原理与现有技术相同，在此不再赘述。只是双向阻断开关在作为输出端的全桥单元内的开关管导通之前导通第一时间Ta，以实现本申请的优点。具体的，第一双向阻断开关Sa1在作为输出端的全桥单元内的开关管导通之前导通第三时间Ta3，或第二双向阻断开关Sa2在作为输出端的全桥单元内的开关管导通之前导通第三时间Ta3。

同样的，还可桥式谐振变换器的第一桥式单元110和第二桥式单元120中的其中一者配置为半桥，另一者配置为全桥单元。或桥式谐振变换器的第一桥式单元110和第二桥式单元120中的其中一者配置为半桥，另一者配置为三电平半桥。或桥式谐振变换器的第一桥式单元110和第二桥式单元120中的其中一者配置为全桥，另一者配置为三电平半桥。

也即本申请并不限定桥式谐振变换器内桥式单元单元的具体结构，只要桥式谐振变换器包括一双向阻断开关以能够短路变压器的一次侧绕组Lp（或称第一绕组）和/或一双向阻断开关以能够短路变压器的二次侧绕组Ls（或称第二绕组）。

上述的控制器200为一数字控制器，如DSP、MCU等。也即控制器200内的上述控制模块均由编程实现，且本申请无需增加检测电路，因此本申请的方案在无需改***件电路，成本低，操作简单。

上述实施例中，双向阻断开关被配置为包括两个开关管串联连接，每一开关管的两端并联一二极管，两二极管的阳极连接在一起。如此双向阻断开关可双向导通，且可双向阻断。当然双向阻断开关还可被配置为其它结构，只要可实现双向导通，且可双向阻断的功能即可。

更进一步的，根据如上的描述，本申请的桥式谐振变换器根据实时采样的输入电压、输出电压以及输出采样信号确定双向阻断开关的导通时间，因此控制的时效性好，而提高桥式谐振变换器的性能。

尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但是应当理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。正如本领域普通技术人员从本公开的公开内容中容易理解的那样，执行基本相同的功能的过程、机器、制造、物质组合物、手段、方法或步骤，目前存在或以后将被开发或实现与根据本公开可利用本文描述的相应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (16)

1.一种桥式谐振变换器，其特征在于，包括：

第一桥式单元；

变压器，包括一次侧绕组和二次侧绕组，所述第一桥式单元的一端连接所述一次侧绕组，另一端用于接收输入电压；

第二桥式单元，所述第二桥式单元的一端连接在所述二次侧绕组，另一端用于提供输出电压，还包括双向阻断开关，所述双向阻断开关连接在所述二次侧绕组的两端之间；

谐振单元，连接在所述第一桥式单元与所述一次侧绕组之间或连接在所述第二桥式单元与所述二次侧绕组之间；

控制器，接收所述输入电压和所述输出电压，根据所述输出电压与所述输入电压之间的增益，输出控制所述双向阻断开关的开关驱动信号，使得所述双向阻断开关在一第一时间内导通。

2.根据权利要求1所述的桥式谐振变换器，其特征在于，在所述桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第一时间。

3.根据权利要求1或2所述的桥式谐振变换器，其特征在于，所述第二桥式单元内的开关管相对于与其同步工作的第一桥式单元内的开关管延迟关断第二时间。

4.根据权利要求3所述的桥式谐振变换器，其特征在于，所述增益大于等于1时与所述增益小于1时，所述第一时间和所述第二时间的长度设置方式不同。

5.根据权利要求4所述的桥式谐振变换器，其特征在于，当所述增益大于等于1时，根据第一关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度；当所述增益小于1时，根据第二关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度。

6.根据权利要求5所述的桥式谐振变换器，其特征在于，所述第一关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间、所述增益和所述第二时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关；

所述第二关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间以及所述增益相关。

7.根据权利要求1所述的桥式谐振变换器，其特征在于，所述第一桥式单元被配置为半桥拓扑，所述一次侧绕组的两端分别对应连接所述第一桥式单元中两桥臂的共节点。

8.根据权利要求7所述的桥式谐振变换器，其特征在于，所述第二桥式单元被配置为半桥拓扑、全桥拓扑或三电平半桥拓扑。

9.一种双向桥式谐振变换器，其特征在于，包括：

第一桥式单元，包括第一双向阻断开关；

变压器，包括第一绕组和第二绕组，所述第一桥式单元的一端连接所述第一绕组，另一端用于接收或输出第一电压，所述第一双向阻断开关连接在所述第一绕组的两端之间；

第二桥式单元，所述第二桥式单元的一端连接所述第二绕组，另一端用于对应的输出或接收第二电压，还包括第二双向阻断开关，所述第二双向阻断开关连接在所述第二绕组的两端之间；

谐振单元，连接在所述第一桥式单元与所述第一绕组之间或连接在所述第二桥式单元与所述第二绕组之间；

控制器，接收所述第一电压和所述第二电压，其中

当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第一电压变换为所述第二电压时，所述控制器根据所述第二电压与所述第一电压之间的第一增益，输出控制所述第二双向阻断开关的开关驱动信号，使得所述第二双向阻断开关在一第一时间内导通；

当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第二电压变换为所述第一电压时，所述控制器根据所述第一电压与所述第二电压之间的第二增益，输出控制所述第一双向阻断开关的开关驱动信号，使得所述第一双向阻断开关在一第三时间内导通。

10.根据权利要求9所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，在所述双向桥式谐振变换器的每半个开关周期内均包括所述第一时间或所述第三时间。

11.根据权利要求9所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，输出端的桥式单元内的开关管相对于与其同步工作的输入端的桥式单元内的开关管延迟关断第二时间。

12.根据权利要求11所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，其中；所述第一增益大于等于1时与所述第一增益小于1时，所述第一时间和所述第二时间的长度设置方式不同；

所述第二增益大于等于1时与所述第二增益小于1时，所述第三时间和所述第二时间的长度设置方式不同。

13.根据权利要求12所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，当所述第一增益大于等于1时，根据第一关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度；当所述第一增益小于1时，根据第二关系式配置所述第一时间和所述第二时间的长度；

当所述第二增益大于等于1时，根据第一关系式配置所述第三时间和所述第二时间的长度；当所述第二增益小于1时，根据第二关系式配置所述第三时间和所述第二时间的长度。

14.根据权利要求13所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第一电压变换为所述第二电压时，所述第一关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间、所述第一增益和所述第二时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关；所述第二关系式中所述第一时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关，所述第二时间与所述第一桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间以及所述第一增益相关；

当所述双向桥式谐振变换器用于将所述第二电压变换为所述第一电压时，所述第一关系式中所述第三时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间、所述第二增益和所述第二时间相关，所述第二时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关；所述第二关系式中所述第一时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间相关，所述第二时间与所述第二桥式单元内开关管在半个开关周期内的导通时间以及所述第二增益相关。

15.根据权利要求9所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，所述第一桥式单元被配置为半桥拓扑，所述第一绕组的两端分别对应连接所述第一桥式单元中两桥臂的共节点。

16.根据权利要求15所述的双向桥式谐振变换器，其特征在于，所述第二桥式单元被配置为半桥拓扑、全桥拓扑或三电平半桥拓扑。