一种多绕组耦合电感谐振变换器及其控制方法

本发明属于电子电路，具体涉及一种多绕组耦合电感谐振变换器及其控制方法。

背景技术：

1、随着电动汽车、led驱动和可再生能源发电系统的快速发展，隔离dc-dc（directcurrent，直流电）变换器受到广泛应用。基于宽范围调节电源或负载需求，以及保持时间需求，隔离dc-dc变换器需要有宽电压范围工作能力。由于高效和软开关特性，谐振变换器成为最常用的隔离dc-dc变换器之一。

2、相关技术中，通过增加辅助开关，变换器可以获得多种电压增益模式，但增加的辅助开关导致功率密度较低；级联式多级谐振变换器能够平衡电压工作范围，分析复杂性和转换效率，然而，在级联多级结构中，需要使用较多的开关和无源元件，同时需要增加额外的驱动和采样电路，总体积和成本相对较高；变压器励磁电感能够作为滤波电感应用于变换器，然而，该方法仍然需要辅助电感器来实现，磁性元件数量较多，进而导致功率密度不高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是相关技术中谐振变换器功率密度较低，有鉴于此，本发明了提供了一种多绕组耦合电感谐振变换器及其控制方法。

2、本发明的内容包括一种多绕组耦合电感谐振变换器，包括低压侧桥臂、高压侧桥臂以及一个三绕组耦合电感，其中：所述三绕组耦合电感包括第一绕组、第二绕组以及第三绕组，所述高压侧桥臂与所述第一绕组连接，所述低压侧桥臂与所述第二绕组以及所述第三绕组连接；所述低压侧桥臂用于接收输入电压以及低压侧控制信号，所述低压侧桥臂用于根据所述低压侧控制信号对所述输入电压的幅值进行倍增以及对所述输入电压的波形进行高频逆变，并通过所述三绕组耦合电感向所述高压侧桥臂输出谐振电压；所述高压侧桥臂用于接收高压侧控制信号以及通过所述三绕组耦合电感接收所述谐振电压，所述高压侧桥臂用于根据所述高压侧控制信号对所述谐振电压的波形进行倍压整流，并输出额定输出电压。

3、可选的，所述低压侧桥臂包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及钳位电容，所述低压侧控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号以及第四控制信号，其中：所述第一开关管的控制极用于接收所述第一控制信号，所述第二开关管的控制极用于接收所述第二控制信号，所述第三开关管的控制极用于接收所述第三控制信号，所述第四开关管的控制极用于接收所述第四控制信号；所述第二绕组的一端与所述第三绕组的一端连接于第一节点；所述第二绕组的另一端与所述第二开关管的漏极以及所述第一开关管的源极连接，所述第三绕组的另一端与所述第四开关管的漏极以及所述第三开关管的源极连接；所述第一开关管的漏极与所述第三开关管的漏极以及所述钳位电容的一端连接；所述第二开关管的源极与所述第四开关管的源极以及所述钳位电容的另一端连接于第二节点，所述第一节点与所述第二节点共同用于接收所述输入电压。

4、可选的，所述高压侧桥臂包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、谐振电容、第一输出电容以及第二输出电容，所述高压侧控制信号包括第五控制信号、第六控制信号、第七控制信号以及第八控制信号，其中：所述第五开关管的控制极用于接收所述第五控制信号，所述第六开关管的控制极用于接收所述第六控制信号，所述第七开关管的控制极用于接收所述第七控制信号，所述第八开关管的控制极用于接收所述第八控制信号；所述第一绕组的一端与所述谐振电容一端连接，所述第一绕组的另一端与所述第七开关管的源极以及所述第八开关管的漏极连接，所述谐振电容的另一端与所述第五开关管的源极以及所述第六开关管的漏极连接；所述第五开关管的漏极与所述第一输出电容的一端连接于第三节点，所述第一输出电容的另一端与所述第二输出电容的一端、所述第六开关管的源极以及所述第七开关管的漏极连接，所述第二输出电容的另一端与所述第八开关管的源极连接于第四节点，所述第三节点与所述第四节点共同用于输出所述额定输出电压。

5、基于同一发明构思，本发明还包括了一种多绕组耦合电感谐振变换器的控制方法，应用于所述的多绕组耦合电感谐振变换器，所述方法包括：利用所述低压侧控制信号以及所述高压侧控制信号，使通过所述第二绕组的电流与通过所述第三绕组的电流大小相等方向相反。

6、可选的，所述低压侧桥臂包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及钳位电容，所述低压侧控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号以及第四控制信号，其中：所述第一开关管的控制极用于接收所述第一控制信号，所述第二开关管的控制极用于接收所述第二控制信号，所述第三开关管的控制极用于接收所述第三控制信号，所述第四开关管的控制极用于接收所述第四控制信号；所述第二绕组的一端与所述第三绕组的一端连接于第一节点；所述第二绕组的另一端与所述第二开关管的漏极以及所述第一开关管的源极连接，所述第三绕组的另一端与所述第四开关管的漏极以及所述第三开关管的源极连接；所述第一开关管的漏极与所述第三开关管的漏极以及所述钳位电容的一端连接；所述第二开关管的源极与所述第四开关管的源极以及所述钳位电容的另一端连接于第二节点，所述第一节点与所述第二节点共同用于接收所述输入电压；所述方法还包括：根据对所述输入电压的幅值的目标增益计算得到占空比信号，其中，所述占空比信号用于调节所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号以及所述第四控制信号的占空比；基于所述占空比信号向所述低压侧桥臂提供所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号以及所述第四控制信号，其中，所述第一控制信号与所述第二控制信号用于使所述第一开关管与所述第二开关管的导通状态相反，所述第三控制信号与所述第四控制信号用于使所述第三开关管与所述第四开关管的导通状态相反，所述第一控制信号与所述第三控制信号的相位差为180度，所述第二控制信号与所述第四控制信号的相位差为180度。

7、可选的，所述根据对所述输入电压的幅值的目标增益计算得到占空比信号，包括：采样所述高压侧桥臂输出的所述额定输出电压作为采样电压；将所述采样电压与参考电压的差值输入至比例积分控制器，得到所述比例积分控制器输出的所述占空比信号，其中，所述参考电压为根据所述目标增益设置的。

8、可选的，所述高压侧桥臂包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、谐振电容、第一输出电容以及第二输出电容，所述高压侧控制信号包括第五控制信号、第六控制信号、第七控制信号以及第八控制信号，其中：所述第五开关管的控制极用于接收所述第五控制信号，所述第六开关管的控制极用于接收所述第六控制信号，所述第七开关管的控制极用于接收所述第七控制信号，所述第八开关管的控制极用于接收所述第八控制信号；所述第一绕组的一端与所述谐振电容一端连接，所述第一绕组的另一端与所述第七开关管的源极以及所述第八开关管的漏极连接，所述谐振电容的另一端与所述第五开关管的源极以及所述第六开关管的漏极连接；所述第五开关管的漏极与所述第一输出电容的一端连接于第三节点，所述第一输出电容的另一端与所述第二输出电容的一端、所述第六开关管的源极以及所述第七开关管的漏极连接，所述第二输出电容的另一端与所述第八开关管的源极连接于第四节点，所述第三节点与所述第四节点共同用于输出所述额定输出电压；所述方法还包括：向所述高压侧桥臂提供所述第五控制信号、所述第六控制信号、所述第七控制信号以及所述第八控制信号，其中，所述第五控制信号与所述第六控制信号用于使所述第五开关管与所述第六开关管的导通状态相反，所述第七控制信号与所述第八控制信号用于使所述第七开关管与所述第八开关管的导通状态相反，所述第五控制信号与所述第七控制信号的相位差为180度，所述第六控制信号与所述第八控制信号的相位差为180度，所述第五控制信号、所述第六控制信号、所述第七控制信号以及所述第八控制信号的占空比均为50%。

9、可选的，所述低压侧控制信号与所述高压侧控制信号之间的相位差为零。

10、基于同一发明构思，本发明还包括了一种电子设备，包括：处理器；存储器，用于存储可执行指令；其中，所述处理器用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现所述的方法。

11、基于同一发明构思，本发明还包括了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使得处理器实现所述的方法。

12、本发明的有益效果是：本发明提供的谐振变换器通过单个多绕组耦合电感实现多个激磁电感和谐振电感的等效可控集成，在减少磁性元件数量的同时实现电气隔离以及电压增益调整，减小了电路体积和相应的磁性元件损耗，提高谐振变换器的功率密度。