双有源桥电路、电源及DC-DC转换器的制作方法

双有源桥电路、电源及dc-dc转换器
技术领域
1.本技术属于直流和直流之间的转换的技术领域，具体涉及一种双有源桥电路、电源及dc-dc转换器。


背景技术：

2.目前，随着新能源行业和新型电池近年来的快速发展，电能双向流动的需求逐渐开始取代传统单向流动的需求。在隔离型的双向拓扑中，双有源桥拓扑（dualactivebridge，dab）具有宽电压增益转换比、高功率密度、输入输出电气隔离、高转换效率等优点，在电池充放电以及其他需要能量双向流动的领域有很大的发展前景。
3.双有源桥拓扑常用电感电流有效值最小作为其控制方式，目前已有根据不同的输出状态切换变压器匝比，以实现拓扑的宽范围电压输出。因为电感感量对其控制方式以及最终控制效果下的最大电感电流有很大的影响。若感量太大，则会导致拓扑整体的输出能力较小以及电感电流有效值过大；感量太小，则很难保证高压下开关管的零电压开通（zvs）。因此对于不同的工作状态，其最优的电感感量是不同的。而目前的大部分设计电感感量是固定的，这是在牺牲一部分性能的前提下，保证双有源桥拓扑的宽范围输出。因此，现有技术的双有源桥电路在任何工况下，电感感量不变，使得电路的电能转化效率在某些工况下较低。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种双有源桥电路、电源及dc-dc转换器，以期提升双有源桥电路在宽范围条件下的转换效率。
5.第一方面，本技术提供了一种双有源桥电路，包括：依次连接的原边直流电源、原边单相全桥电路、变压模块、副边单相全桥电路以及副边直流负载；所述变压模块包括：变压器，用于对所述原边直流电源输入的、经过所述原边单相全桥电路得到的输入电压进行电压转换，得到输出电压；第一开关单元，用于根据所述输入电压和所述输出电压，切换变压器的匝数比；电感单元，用于在第一开关单元切换所述匝数比时提供相应的电感量，以提升所述原边单相全桥电路和/或所述副边单相全桥电路的效率；隔直单元，用于隔离所述变压器的副边的直流电压，将所述变压器的副边的交流电压向副边单相全桥电路输出。
6.第二方面，本技术提供了一种电源，包括如第一方面所述的双有源桥电路。
7.第三方面，本技术提供了一种dc-dc转换器，包括如第一方面所述的双有源桥电路。
8.可以看出，本技术中，根据输入电压和输出电压切换第一开关单元，以切换变压器的匝数比，同时调整所述电感单元接入的电感量，使得原边单相全桥电路和副边单相全桥
电路均能够满足相应的开关管软开关需求。这样，根据不同的输入输出状态切换变压器匝比以调整电感感量，以提高电路开关的控制效果，提升了双有源桥电路在宽范围条件下的电能转换效率。
附图说明
9.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
10.图1是本技术实施例提供的一种双有源桥电路的结构示意图；图2是本技术实施例提供的实施例一的双有源桥电路的示意图；图3是本技术实施例提供的实施例二的双有源桥电路的示意图；图4是本技术实施例提供的实施例三的双有源桥电路的示意图；图5是本技术实施例提供的实施例四的双有源桥电路的示意图；图6是本技术实施例提供的实施例五的双有源桥电路的示意图。
具体实施方式
11.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
12.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。
13.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
14.下面先对本技术涉及到的相关术语进行介绍。
15.双有源桥拓扑常用的调制方法有单移相(single phase shift，sps)调制、双重移相(dual phase shift，dps)调制、扩展移相(extended phase shift，eps)调制和三重移相(triple phase shift，tps)调制等。以上多种调制方式都是通过控制dab变换器中桥臂之间驱动信号的相对相移实现对传输功率的控制。tps控制包含3个控制变量，具有更高的控制自由度，更容易得到在不同工作状态下的全局控制最优解。
16.为解决上述问题，本技术实施例提供了一种双有源桥电路，所述双有源桥电路包括：依次连接的原边直流电源、原边单相全桥电路、变压模块、副边单相全桥电路以及副边直流负载；其中，所述变压模块包括变压器、第一开关单元、电感单元、隔直单元。该双有源
桥电路可以应用于直流转直流的场景中。
17.可以通过所述变压器，用于对所述原边直流电源输入的、经过所述原边单相全桥电路得到的输入电压进行电压转换，得到输出电压；第一开关单元，用于根据所述输入电压和所述输出电压，切换变压器的匝数比；电感单元，用于在第一开关单元切换所述匝数比时提供相应的电感量，以提升所述原边单相全桥电路和/或所述副边单相全桥电路的效率；隔直单元，用于隔离所述变压器的副边的直流电压，将所述变压器的副边的交流电压向副边单相全桥电路输出。本方案可以适用于多种场景，包括但不限于上述提到的应用场景。
18.下面对双有源桥电路的原理进行分析。
19.如图2-图6所示，双有源桥电路包括原边直流电源vi、原边单相全桥电路、变压模块、副边单相全桥电路以及副边直流负载vo。定义正向传能为vi到vo，即vi为输入直流源电压，vo为副边直流负载。
20.其中，原边单相全桥电路包括第一滤波电容ci、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4。所述副边单相全桥电路包括第二滤波电容co、第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7和第八开关管q8。
21.具体的，以输入端到电池端正向传能为例，在当前拓扑结构下，变压器原副边共有四个匝比：（1）np:ns=e+f:i+j；（2）np:ns=e+f:i；（3）np:ns=f:i+j；（4）np:ns=f:j。这四种匝比分别依次对应四种工作状态：（1）输入高压-输出高压；（2）输入高压-输出低压；（3）输入低压-输出高压；（4）输入低压-输出低压。
22.当处于输入高压-输出高压时，开关管的开关损耗较大，双有源桥电路是通过电感与开关管寄生电容的谐振，实现零电压开通，而实现开关管软开通的一个必要条件是：式（1）其中l为变压器原副边所有电感感量之和，i为开关管关断时的电感电流，c为开关管的漏极和源极之间的寄生电容，v为开关管漏-源之间的电压。即电感上储存的能量要大于电容上储存的能量。而高压下，开关管寄生电容两端电压更高，即v更大。由式（1）可得，当其他参数一定时，电感感量越大越容易实现开关管的零电压开通。电感感量越大，越有利于开关管实现零电压开通，提升效率。
23.当处于输入低压-输出低压时，由于电容两端电压较低，开关管的实现零电压开通的条件更容易，因此输入输出低压时，开关管零电压开通的条件对电感最小值的限制越小。变压器正向的最大传输功率基准值为：式（2）双有源桥拓扑的最大传输功率如式（2），由式（2）可知，电感感量越小，变换器最大传输功率越大，输出能力越强。
24.当处于输入高压-输出低压或输入低压-输出高压时，根据上述分析结论，高压侧更难实现软开关，因此高压侧的电感感量需要更大，低压侧流过的电流更大，因此低压测需要的电感感量更小。
25.综上所述，电压高时，电感感量越大拓扑的效率越高；电压低时，电感感量越小则该拓扑效率也高。为实现不同工作状态下不同电感感量的要求，下面提出两种改进型的拓
扑。
26.下面对具体的方案进行详细的介绍。
27.请参阅图1，本技术还提供了一种双有源桥电路10，包括：依次连接的原边直流电源11、原边单相全桥电路12、变压模块13、副边单相全桥电路14以及副边直流负载15；所述变压模块13包括：变压器，用于对所述原边直流电源11输入的、经过所述原边单相全桥电路12得到的输入电压进行电压转换，得到输出电压；第一开关单元，用于根据所述输入电压和所述输出电压，切换变压器的匝数比；电感单元，用于在第一开关单元切换所述匝数比时提供相应的电感量，以提升所述原边单相全桥电路12和/或所述副边单相全桥电路14的效率；隔直单元，用于隔离所述变压器的副边的直流电压，将所述变压器的副边的交流电压向副边单相全桥电路14输出。
28.具体实现中，为了使得不同的输入输出情况均能够满足开关管高效工作的电感感量需求，本实施例对变压模块13进行改进。具体的，根据输入电压和输出电压切换第一开关单元，以切换变压器的匝数比，同时调整所述电感单元接入的电感量，使得原边单相全桥电路12和副边单相全桥电路14均能够满足相应的开关管软开关需求，确保在不同工况下双有源桥电路均能够保持较优的电能转换效率。
29.可以看出，本实施例中，根据输入电压和输出电压切换第一开关单元，以切换变压器的匝数比，同时调整所述电感单元接入的电感量，使得原边单相全桥电路12和副边单相全桥电路14均能够满足相应的开关管软开关需求。这样，根据不同的输入输出状态切换变压器匝比以调整电感感量，以提高电路开关的控制效果，提升双有源桥电路10在宽范围条件下的电能转换效率。
30.实施例一在一个可能的实施例中，如图2所示，所述电感单元包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4，所述第一电感l1的第一端连接所述第一开关单元，所述第一电感l1的第二端连接所述变压器tr1的原边的第一端e，所述第二电感l2的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感l2的第二端连接所述变压器tr1的原边的第二端f，所述第三电感l3的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感l3的第二端连接所述变压器tr1的副边的第一端i，所述第四电感l4的第一端连接所述第一开关单元，所述第四电感l4的第二端连接所述变压器tr1的副边的第二端j，所述变压器tr1的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器tr1的副边的第三端连接所述副边单相全桥电路；其中，所述第一电感l1大于第二电感l2，所述第三电感l3大于所述第四电感l4； 当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1和所述第三电感l3、断开所述第二电感l2和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1和所述第四电感l4、断开所述第二电感l2和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感l2和所述第三电感l3、断开所述第一电感l1和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通
过所述第一开关单元接入所述第二电感l2和所述第四电感l4、断开所述第一电感l1和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量》所述第二感量》所述第三感量。
31.具体实现中，所述隔直单元包括第一隔直电容cd1和第二隔直电容cd2；第一开关单元包括第三开关s3和第四开关s4；所述第一隔直电容cd1的一端连接第一开关管q1的源极和第二开关管q2的漏极，所述第一隔直电容cd1的另一端连接第三开关s3的第一端，所述第三开关s3的第二端（如图2中s3的1）连接第一电感l1的第一端，所述第三开关s3的第三端（如图2中s3的2）连接所述第二电感l2的第一端；所述第二隔直电容cd2的一端连接第七开关管q7的源极和第八开关管q8的漏极，所述第二隔直电容cd2的另一端连接变压器tr1的副边的第三端；所述第四开关s4的第一端连接第五开关管q5的源极和第六开关管q6的漏极，所述第四开关s4的第二端（如图2中s4的1）连接所述第三电感l3的第一端，所述第四开关s4的第三端（如图2中s4的2）连接所述第四电感l4的第一端。
32.表1.改进型a不同工作状态下对应的匝比以及电感关系图具体的，如表1所示，调整l1,l2,l3,l4四个电感的感量就可以实现四种状态下的感量切换。使l1》l2，并使l3》l4，即可实现输入高压-输出高压，输入高压-输出低压（或输入低压-输出高压），输入低压-输出低压的感量递减，从而实现不同工作状态下的感量最优控制。
33.本实施例中，通过第三开关s3切换变压器tr1的原边的匝数比；并且，当第三开关s3的第一端与第三开关s3的第二端接通时，变压器tr1的原边接入第一电感l1；当第三开关s3的第一端与第三开关s3的第三端接通时，变压器tr1的原边接入第二电感l2；当第四开关s4的第一端与第四开关s4的第二端接通时，变压器tr1的副边接入第三电感l3；当第四开关s4的第一端与第四开关s4的第三端接通时，变压器tr1的副边接入第四电感l4。也即是说，l1仅在原边为高压小电流时工作，例如输入高压；l3仅在副边为高压小电流时工作，例如输出高压；l2仅在原边为低压大电流时工作，例如输入低压；l4仅在副边为低压大电流时工作，例如输出低压。这样，更容易实现针对不同工况的最优控制。
34.可以看出，本实施例中，能够通过在不同的电压状态中自由切换双有源桥电路中接入的电感，进而控制双有源桥电路中电感的总感量，可根据需要调整电感感量最优值，具有较高的灵活度，进而使得双有源桥电路能够在任意工况下均能够保持较高的电能转化效率。
35.实施例二在一个可能的实施例中，如图3所示，所述电感单元包括第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第四电感l4、第五电感l5和第六电感l6，所述第一电感l1的第一端连接所述第一开关单元，所述第一电感l1的第二端连接所述变压器tr1的原边的第一端e，所述第二电感l2的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感l2的第二端连接所述变压器tr1的原边的第二端f，所述第三电感l3的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感l3的第二端连接所述变压器tr1的副边的第一端i，所述第四电感l4的第一端连接所述第一开关单元，所述第四电感l4的第二端连接所述变压器tr1的副边的第二端j，所述第五电感l5的第一端连接所述原边单相全桥电路，所述第五电感l5的第二端连接所述隔直单元，所述第六电感l6的第一端连接所述第一开关单元，所述第六电感l6的第二端连接所述副边单相全桥电路，所述变压器tr1的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器tr1的副边的第三端连接所述第一开关单元；其中，所述第一电感l1大于第二电感l2，所述第三电感l3大于所述第四电感l4；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、所述第三电感l3、第五电感l5和第六电感l6，断开所述第二电感l2和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、所述第四电感l4、第五电感l5和第六电感l6，断开所述第二电感l2和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感l2、所述第三电感l3、第五电感l5和第六电感l6，断开所述第一电感l1和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感l2、所述第四电感l4、第五电感l5和第六电感l6，断开所述第一电感l1和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量》所述第二感量》所述第三感量。
36.具体实现中，所述隔直单元包括第一隔直电容cd1和第二隔直电容cd2；第一开关单元包括第三开关s3和第四开关s4；所述第一隔直电容cd1的一端连接第五电感l5的第二端，所述第一隔直电容cd1的另一端连接第三开关s3的第一端，所述第三开关s3的第二端（如图3中s3的1）连接第一电感l1的第一端，所述第三开关s3的第三端（如图3中s3的2）连接所述第二电感l2的第一端；所述第二隔直电容cd2的一端连接第七开关管q7的源极和第八开关管q8的漏极，所述第二隔直电容cd2的另一端连接变压器tr1的副边的第三端；所述第四开关s4的第一端连接第六电感l6的第一端，所述第四开关s4的第二端（如图3中s4的1）连接第三电感l3的第一端，所述第四开关s4的第三端（如图3中s4的2）连接第四电感l4的第一端。
37.表2.各种工作状态下对应的匝比以及电感关系图
具体的，如表2所示，在当前拓扑下可以得到如表2中四种电感，分别设计l1,l2,l3,l4,l5,l6的感量不同，则可以得到五组不同的总电感感量，分别适应四组不同的工作状态。令l1》》l2,l3》》l4,可以使输入高压-输出高压、输入高压-输出低压（或者输入低压-输出低压）、输入低压-输出低压感量依次递减，由于电感数量多，因此该方案具有最高的调整灵活度，从而满足不同工作状态下电感变化的需求。
38.本实施例主要适用对不同工况下与对电感感量精确度要求较高的情况，可以分别控制6个电感，实现感量的精确控制。其中l5、l6在所有工况下均在工作，l1、l3仅在高压小电流时工作，l2、l4仅在低压大电流时工作。
39.此外，本实施例还可将一个或多个电感感量设计为0，以实现拓扑的变形。例如将l2、l4设计为0，在此不做唯一性限定。
40.可以看出，本实施例中，通过设置多个电感，并且通过电路结构的优化，使得双有源桥电路适用于不同工况以及对电感感量精确度要求较高的场景，提高了电路调控能力，进而使得双有源桥电路能够在任意工况下均能够保持较高的电能转化效率。
41.实施例三在一个可能的实施例中，如图4所示，所述电感单元包括第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3，所述第一电感l1的第一端连接所述原边单相全桥电路，所述第一电感l1的第二端连接所述隔直单元，所述第二电感l2的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感l2的第二端连接所述变压器tr1的原边的第一端e，所述第三电感l3的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感l3的第二端所述变压器tr1的副边的第一端i，所述变压器tr1的原边的第二端f连接所述第一开关单元，所述变压器tr1的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器tr1的副边的第二端j连接所述第一开关单元，所述变压器tr1的副边的第三端连接所述副边单相全桥电路；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1和所述第二电感l2、断开所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1和第三电感l3、断开所述第二电感l2，以将
所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、断开所述第二电感l2和第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量》所述第二感量》所述第三感量。
42.具体实现中，所述隔直单元包括第一隔直电容cd1和第二隔直电容cd2；第一开关单元包括第三开关s3和第四开关s4；所述第一隔直电容cd1的一端连接第一电感l1的第二端，所述第一隔直电容cd1的另一端连接第三开关s3的第一端，所述第三开关s3的第二端（如图4中s3的1）连接第二电感l2的第一端，所述第三开关s3的第三端（如图4中s3的2）连接变压器tr1的原边的第二端f；所述第二隔直电容cd2的一端连接第七开关管q7的源极和第八开关管q8的漏极，所述第二隔直电容cd2的另一端连接变压器tr1的副边的第三端；所述第四开关s4的第一端连接第五开关管q5的源极和第六开关管q6的漏极，所述第四开关s4的第二端（如图4中s4的1）连接第三电感l3的第一端，所述第四开关s4的第三端（如图4中s4的2）连接变压器tr1的副边的第二端j。
43.表3.改进型b不同工作状态下对应的匝比以及电感关系图具体的，如表3所示，本实施例通过经过优化只需要3个电感，即l1，l2，l3。通过降低到匝数比的调整，同样可以得到四组不同的电感感量，并可以使输入高压-输出高压、输入高压-输出低压（或者输入低压-输出低压）、输入低压-输出低压感量依次递减。
44.由表3可以看出，本实施例的方案拥有更高的功率密度和更高的电感利用率。其中，l1所有工况下均在工作，l2、l3仅在高压下电流较小时工作。
45.可以看出，本实施例中，通过优化电路结构，减少电感数量，在实现不同感量调整的同时，提高了功率密度和电感利用率，进而使得双有源桥电路能够在任意工况下均能够保持较高的电能转化效率。
46.实施例四在一个可能的实施例中，如图5所示，所述电感单元包括第一电感l1、所述第二电感l2、所述第三电感l3和所述第四电感l4；所述第一电感l1的第一端连接所述原边单相全桥电路，所述第一电感l1的第二端连接所述隔直单元，所述第二电感l2的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感l2的第二端连接所述变压器tr1的原边的第一端e，所述第三电感l3的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感l3的第二端所述变压器tr1的副边的第一端i，第四电感l4的第一端连接所述第一开关单元，所述第四电感l4的第二端连接所述副边单相全桥电路；所述变压器tr1的原边的第二端f连接所述第一开关单元，所述变压
器tr1的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器tr1的副边的第二端j连接所述第一开关单元，所述变压器tr1的副边的第三端连接所述副边单相全桥电路；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、所述第二电感l2、所述第三电感l3和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第四电感l4、断开所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1、所述第三电感l3和所述第四电感l4、断开所述第二电感l2，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感l1和所述第四电感l4、断开所述第二电感l2和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量》所述第二感量》所述第三感量。
47.具体实现中，所述隔直单元包括第一隔直电容cd1和第二隔直电容cd2；第一开关单元包括第三开关s3和第四开关s4；所述第一隔直电容cd1的一端连接第一电感l1的第二端，所述第一隔直电容cd1的另一端连接第三开关s3的第一端，所述第三开关s3的第二端（如图5中s3的1）连接第二电感l2的第一端，所述第三开关s3的第三端（如图5中s3的2）连接所述变压器tr1的原边的第二端f；所述第二隔直电容cd2的一端连接第七开关管q7的源极和第八开关管q8的漏极，所述第二隔直电容cd2的另一端连接变压器tr1的副边的第三端；所述第四开关s4的第一端连接第四电感l4的第一端，所述第四开关s4的第二端（如图5中s4的1）连接第三电感l3的第一端，所述第四开关s4的第三端（如图5中s4的2）连接变压器tr1的副边的第二端j。
48.表4.各种工作状态下对应的匝比以及电感关系图具体的，如表4所示，本实施例中，l1、l4全工况工作，l2、l3仅在高压下工作。该方案拥有较高的电感利用率，输入高压-输出低压与输入低压-输出高压的电感表达式相对比较对称，适合输入输出电压范围对称的需求。
49.可以看出，本实施例中，通过优化电路结构，使得双有源桥电路更适合输入输出电压范围对称的需求，同时提高电感的利用率，进而使得双有源桥电路能够在任意工况下均能够保持较高的电能转化效率。
50.实施例五在一个可能的实施例中，如图6所示，所述变压模块还包括第二开关单元，所述第
二开关单元包括第一开关s1和第二开关s2，所述电感单元包括第一电感l1、所述第二电感l2、所述第三电感l3和所述第四电感l4；所述第一电感l1的第一端连接所述原边单相全桥电路和所述第一开关s1的第一端，所述第一电感l1的第二端连接所述第二电感l2的第一端和所述第一开关s1的第二端，所述第二电感l2的第二端连接所述隔直单元，所述隔直单元连接所述第一开关单元，所述第三电感l3的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感l3的第二端连接所述第四电感l4的第一端和所述第二开关s2的第一端，所述第四电感l4的第二端连接所述副边单相全桥电路和所述第二开关s2的第二端；所述变压器tr1的原边的第一端e和第二端均连接所述第一开关单元，所述变压器tr1的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器tr1的副边的第一端i和第二端均连接所述第一开关单元，所述变压器tr1的副边的第三端连接所述隔直单元；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器tr1的匝数比，再控制所述第一开关s1和所述第二开关s2关断以接入所述第一电感l1、所述第二电感l2、所述第三电感l3和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器tr1的匝数比；以及控制所述第一开关s1关断、所述第二开关s2闭合，以接入所述第一电感l1、所述第二电感l2和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器tr1的匝数比；以及控制所述第一开关s1闭合、所述第二开关s2关断，以接入所述第二电感l2、所述第三电感l3和所述第四电感l4，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器tr1的匝数比；以及控制所述第一开关s1和所述第二开关s2闭合，以接入所述第二电感l2和所述第三电感l3，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量》所述第二感量》所述第三感量。
51.具体实现中，所述隔直单元包括第一隔直电容cd1和第二隔直电容cd2；第一开关单元包括第三开关s3和第四开关s4；所述第一隔直电容cd1的一端连接第二电感l2的第二端，所述第一隔直电容cd1的另一端连接第三开关s3的第一端，所述第三开关s3的第二端（如图6中s3的1）连接变压器tr1的原边的第一端e，所述第三开关s3的第三端（如图6中s3的2）连接所述变压器tr1的原边的第二端f；所述第二隔直电容cd2的一端连接第七开关管q7的源极和第八开关管q8的漏极，所述第二隔直电容cd2的另一端连接变压器tr1的副边的第三端；所述第四开关s4的第一端连接第三电感l3的第一端，所述第四开关s4的第二端（如图6中s4的1）连接变压器tr1的副边的第一端i，所述第四开关s4的第三端（如图6中s4的2）连接变压器tr1的副边的第二端j。
52.表5.各种工作状态下对应的匝比以及电感关系图
具体的，如表5所示，本实施例使用电感并联开关的方式实现电感的切换，如图6所示，在第一电感l1和第二电感l2两端分别并联第一开关s1和第二开关s2，当第一开关s1和第二开关s2闭合时，所述第一电感l1和第二电感l2不参与双有源桥电路的工作；当第一开关s1和第二开关s2关断时，所述第一电感l1和第二电感l2参与双有源桥电路的工作。在实现不同工况下的电感切换时，还能够提高电感量的控制精度。
53.可以看出，本实施例中，可以实现电感的感量和变压器tr1绕组的解耦，可以自由实时控制电感的感量，提高了感量控制自由度，进而使得双有源桥电路能够在任意工况下均能够保持较高的电能转化效率。
54.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可轻易想到变化或替换，均可作各种更动与修改，包含上述不同功能、实施步骤的组合，包含软件和硬件的实施方式，均在本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种双有源桥电路，其特征在于，包括：依次连接的原边直流电源、原边单相全桥电路、变压模块、副边单相全桥电路以及副边直流负载；所述变压模块包括：变压器，用于对所述原边直流电源输入的、经过所述原边单相全桥电路得到的输入电压进行电压转换，得到输出电压；第一开关单元，用于根据所述输入电压和所述输出电压，切换变压器的匝数比；电感单元，用于在第一开关单元切换所述匝数比时提供相应的电感量，以调整所述原边单相全桥电路和/或所述副边单相全桥电路的电能转换效率；隔直单元，用于隔离所述变压器的副边的直流电压，将所述变压器的副边的交流电压向副边单相全桥电路输出。2.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其特征在于，所述电感单元包括第一电感、第二电感、第三电感和第四电感，所述第一电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第一电感的第二端连接所述变压器的原边的第一端，所述第二电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感的第二端连接所述变压器的原边的第二端，所述第三电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感的第二端连接所述变压器的副边的第一端，所述第四电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第四电感的第二端连接所述变压器的副边的第二端，所述变压器的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器的副边的第三端连接所述副边单相全桥电路；其中，所述第一电感大于第二电感，所述第三电感大于所述第四电感；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感和所述第三电感、断开所述第二电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感和所述第四电感、断开所述第二电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感和所述第三电感、断开所述第一电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感和所述第四电感、断开所述第一电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量>所述第二感量>所述第三感量。3.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其特征在于，所述电感单元包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感和第六电感，所述第一电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第一电感的第二端连接所述变压器的原边的第一端，所述第二电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感的第二端连接所述变压器的原边的第二端，所述第三电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感的第二端连接所述变压器的副边的第一端，所述第四电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第四电感的第二端连接所述变压器的副边的第二端，所述第五电感的第一端连接所述原边单相全桥电路，所述第五电感的第二端连接所述隔直单元，所述第六电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第
六电感的第二端连接所述副边单相全桥电路，所述变压器的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器的副边的第三端连接所述第一开关单元；其中，所述第一电感大于第二电感，所述第三电感大于所述第四电感；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、所述第三电感、第五电感和第六电感，断开所述第二电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、所述第四电感、第五电感和第六电感，断开所述第二电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感、所述第三电感、第五电感和第六电感，断开所述第一电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第二电感、所述第四电感、第五电感和第六电感，断开所述第一电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量>所述第二感量>所述第三感量。4.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其特征在于，所述电感单元包括第一电感、第二电感和第三电感，所述第一电感的第一端连接所述原边单相全桥电路，所述第一电感的第二端连接所述隔直单元，所述第二电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感的第二端连接所述变压器的原边的第一端，所述第三电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感的第二端所述变压器的副边的第一端，所述变压器的原边的第二端连接所述第一开关单元，所述变压器的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器的副边的第二端连接所述第一开关单元，所述变压器的副边的第三端连接所述副边单相全桥电路；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感和所述第二电感、断开所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感和第三电感、断开所述第二电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、断开所述第二电感和第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量>所述第二感量>所述第三感量。5.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其特征在于，所述电感单元包括第一电感、第二电感、第三电感和第四电感；所述第一电感的第一端连接所述原边单相全桥电路，所述第一电感的第二端连接所述隔直单元，所述第二电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第二电感的第二端连接所述变压器的原边的第一端，所述第三电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感的第二端所述变压器的副边的第一端，第四电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第四电感的第二端连接所述副边单相全桥电路；所述变压器的原边的第二端连接所述第一开关单元，所述变压器的原边的第三端连接所述原边单相全桥电
路，所述变压器的副边的第二端连接所述第一开关单元，所述变压器的副边的第三端连接所述副边单相全桥电路；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、所述第二电感和所述第四电感、断开所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感、所述第三电感和所述第四电感、断开所述第二电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元接入所述第一电感和所述第四电感、断开所述第二电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量>所述第二感量>所述第三感量。6.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其特征在于，所述变压模块还包括第二开关单元，所述第二开关单元包括第一开关和第二开关，所述电感单元包括第一电感、第二电感、第三电感和第四电感；所述第一电感的第一端连接所述原边单相全桥电路和所述第一开关的第一端，所述第一电感的第二端连接所述第二电感的第一端和所述第一开关的第二端，所述第二电感的第二端连接所述隔直单元，所述隔直单元连接所述第一开关单元，所述第三电感的第一端连接所述第一开关单元，所述第三电感的第二端连接所述第四电感的第一端和所述第二开关的第一端，所述第四电感的第二端连接所述副边单相全桥电路和所述第二开关的第二端；所述变压器的原边的第一端和第二端均连接所述第一开关单元，所述变压器的原边的第三端连接所述原边单相全桥电路，所述变压器的副边的第一端和第二端均连接所述第一开关单元，所述变压器的副边的第三端连接所述隔直单元；当所述输入电压和所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器的匝数比，再控制所述第一开关和所述第二开关关断以接入所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第一感量；当所述输入电压为高压且所述输出电压为低压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器的匝数比；以及控制所述第一开关关断、所述第二开关闭合，以接入所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；或者所述输入电压为低压且所述输出电压均为高压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器的匝数比；以及控制所述第一开关闭合、所述第二开关关断，以接入所述第二电感、所述第三电感和所述第四电感，以将所述电感单元的总感量调整为第二感量；当所述输入电压和所述输出电压均为低压时，通过所述第一开关单元调整所述变压器的匝数比；以及控制所述第一开关和所述第二开关闭合，以接入所述第二电感和所述第三电感，以将所述电感单元的总感量调整为第三感量；其中，所述第一感量>所述第二感量>所述第三感量。
7.根据权利要求1-6任一项所述的双有源桥电路，其特征在于，所述隔直单元包括第一隔直电容和第二隔直电容；所述第一隔直电容的一端连接所述第一开关单元，所述第二隔直电容连接所述电感单元或原边单相全桥电路；所述第二隔直电容的一段连接所述变压器的副边的第三端，所述第二隔直电容的另一端连接所述副边单相全桥电路。8.根据权利要求7所述的双有源桥电路，其特征在于，第一开关单元包括第三开关和第四开关；所述第三开关的第一端连接所述第一隔直电容的一端，所述第三开关的第二端连接所述电感单元或所述变压器的原边的第一端，所述第三开关的第三端连接所述电感单元或所述变压器的原边的第二端；所述第四开关的第一端连接所述副边单相全桥电路或所述电感单元，所述第四开关的第二端连接所述电感单元或所述变压器的副边的第一端，所述第三开关的第三端连接所述电感单元或所述变压器的副边的第二端。9.一种电源，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的双有源桥电路。10.一种dc-dc转换器，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的双有源桥电路。

技术总结
本申请实施例提供了一种双有源桥电路、电源及DC-DC转换器；双有源桥电路包括：依次连接的原边直流电源、原边单相全桥电路、变压模块、副边单相全桥电路以及副边直流负载。变压模块包括：变压器，用于对原边直流电源输入的、经过原边单相全桥电路得到的输入电压进行电压转换，得到输出电压；第一开关单元，用于根据输入电压和输出电压，切换变压器的匝数比；电感单元，用于在第一开关单元切换匝数比时提供相应的电感量，以调整原边单相全桥电路和/或副边单相全桥电路的电能转换效率；隔直单元，用于隔离变压器的副边的直流电压，将变压器的副边的交流电压向副边单相全桥电路输出。这样，提高了双有源桥电路在宽范围条件下的电能转换效率。效率。效率。


技术研发人员：吴奕赛 陈小平 张海东 陈杨浩 张凯旋 朱建国
受保护的技术使用者：深圳市永联科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/7/12