一种高效的开关谐振电压变换器的制作方法

1.本技术涉及电压变换器领域，尤其涉及一种高效的开关谐振电压变换器。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，电子产品的成本越来越低，电子产品越来越普及，很大一部分电子产品的供电系统涉及dc
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dc变换器，随着电子产品普及，电子产品供电系统中dc
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dc变换器的转换效率对于社会电力资源的节约具有重大意义。
3.目前在多种构型的dc
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dc变换器中，stc开关谐振腔电压变换器因具有固定的降压比例，高功率密度以及零电流切换等优势，得以被广泛的应用。其中stc由于零电流切换可以避免切换过程中电能的浪费，使得stc开关谐振腔电压变换器的转化效率相对较高。但是stc开关谐振腔电压变换器实现零电流切换需要较高精度的谐振电容和谐振电感，使stc开关谐振腔电压变换器的两个lc谐振电路同时实现零电流。但是由于元器件自身误差，尤其是stc开关谐振腔电压变换器中谐振电容和谐振电感真实值和实际值的误差，使得stc开关谐振腔电压变换器的两个lc谐振电路的匹配性较差，无法同时实现零电流。stc开关谐振腔电压变换器的其中一个lc谐振电路处在零电流状态能够零电流切换时，可能另一个lc谐振电路并未处于零电流的状态，无法实现零电流切换，切换电流不为零的情况下，会出现切换功率损失p＝i*v，导致stc开关谐振腔电压变换器转换效率降低。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本技术提供的高效的开关谐振电压变换器包括：第一lc谐振电路和第二lc谐振电路，其中，所述第一lc谐振电路和所述第二lc谐振电路之间电性连接均流单元，所述均流单元用于使所述第一lc谐振电路与所述第二lc谐振电路的电流相同；
5.和切换开关单元，所述切换开关单元切换所述第一lc谐振电路和所述第二lc谐振电路的连接状态，以将输入电压转为设定的输出电压。
6.更进一步地，所述高效的开关谐振电压变换器还包括控制单元，所述控制单元电性连接所述切换开关单元；
7.所述控制单元用于产生第一控制信号，并将第一控制信号经第一控制信号输出端发送给所述切换开关单元，所述控制单元用于产生第二控制信号，并将第二控制信号经第二控制信号输出端发送给所述切换开关单元，所述切换开关单元根据所述第一控制信号和所述第二控制信号执行开关导通断开切换操作。
8.更进一步地，所述切换开关单元包括依次串接的驱动开关q1、驱动开关q2、驱动开关q5以及驱动开关q8，所述驱动开关q8连接第一电容c4的一个极板，所述第一电容c4的另一个极板接地，所述驱动开关q1连接输入电压；
9.所述驱动开关q1和所述驱动开关q2之间连接所述第一lc谐振电路的一端，所述第一lc谐振电路的另一端连接驱动开关q3和驱动开关q4，所述驱动开关q4接地，所述驱动开
关q3连接所述第一电容c4的非接地极板；
10.所述驱动开关q2和所述驱动开关q5之间连接第二电容c3的一个极板，所述第二电容c3的另一极板连接驱动开关q7和驱动开关q6，所述驱动开关q7接地，所述驱动开关q6连接第一电容c4的非接地极板；
11.所述驱动开关q5和所述驱动开关q8之间连接所述第二lc谐振电路的一端，所述第二lc谐振电路的另一端连接驱动开关q9和驱动开关q10，所述驱动开关q10接地，所述驱动开关q9连接所述第一电容c4的非接地极板。
12.更进一步地，所述驱动开关q1、所述驱动开关q3、所述驱动开关q5、所述驱动开关q7和所述驱动开关q9的驱动信号输入端电性连接所述第一控制信号输出端；所述驱动开关q2、所述驱动开关q4、所述驱动开关q6、所述驱动开关q8和所述驱动开关q10的驱动信号输入端电性连接所述第二控制信号输出端。
13.更进一步地，所述第一控制信号与所述第二控制信号为脉冲信号，且所述第一控制信号与所述第二控制信号反相。
14.更进一步地，所述控制单元电性连接第一电压监测模块，所述第一电压监测模块电性连接于所述输入电压的输入端口，所述第一电压监测模块用于监测输入电压的范围。
15.更进一步地，所述控制单元电性连接第二电压监测模块，所述第二电压监测模块电性连接于所述输出电压的输出端口，所述第二电压监测模块用于监测输出电压的范围。
16.更进一步地，所述控制单元电性连接电流检测模块，所述电流检测模块用于检测第一lc谐振电路或第二lc谐振电路电流。
17.更进一步地，所述第一lc谐振电路包括串接的第一谐振电容c1和第一谐振电感l1；所述第二lc谐振电路包括串接的第二谐振电容c2和第二谐振电感l2；所述第一谐振电容c1与所述第二谐振电容c2标定值相同，所述第一谐振电感l1与所述第二谐振电感l2的标定值相同。
18.更进一步地，所述均流单元包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的一次侧线圈串接于所述第一lc谐振电路，所述第一变压器的二次侧线圈连接所述第二变压器的一次侧线圈，所述第二变压器的二次侧线圈串接于所述第二lc谐振电路，所述第一变压器t1和所述第二变压器t2均为等比变压器。
19.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
20.本技术高效的开关谐振电压变换器通过在第一lc谐振电路和第二lc谐振电路之间耦合均流单元，所述均流单元采用两个等比变压器将所述第一lc谐振电路和第二lc谐振电路连接。在进行电压转换过程中，在所述第一变压器t1和第二变压器t2的作用下，所述第一lc谐振电路和第二lc谐振电路的电流保持同步，即使在第一lc谐振电路的谐振电容c1和第二lc谐振电路中的谐振电容c2真实电容值不同或第一lc谐振电路的谐振电感l1与第二lc谐振电路中的谐振电感真实电感值不同的情况下，所述第一lc谐振电路电流为零时，所述第二lc谐振电路的电流也为零，那么所述控制单元可以在第一lc谐振电路为零且第二lc谐振电路为零时控制所述切换开关单元进行切换，实现零电流切换以降低损耗。
21.本技术实现零电流切换可以不受谐振电容和谐振电感实际参数值的限制，这样在生产本技术的高效的开关谐振电压变换器时，即使元件本身标定值与真实值存在较大的误差，仍能应用在所述搞笑的开关谐振腔电压变换器中并实现低功耗的零电流切换。这样增
加了元件可选择性，有利于更好的布局供应链降低生产成本。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
23.为了更清楚地说明本发明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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为sct开关谐振腔电压变换器lc谐振电路的谐振电容电阻不匹配情况下电流示意图；
25.图2为本实施例提供的高效的开关谐振电压变换器的电流示意图；
26.图3为本实施例提供的高效的开关谐振电压变换器的架构示意图；
27.图4为本实施例提供的切换开关单元、第一lc谐振电路和第二lc谐振电路以及均流单元的示意图；
28.图5为本实施例提供的第一lc谐振电路和第二lc谐振电路以及均流单元的示意图。
29.图中标号及含义如下：
30.100、控制单元，101、第一电压监测模块，102、第二电压监测模块，103、电流检测模块，200、切换开关单元，300、第一lc谐振电路，400、第二lc谐振电路，500、均流单元。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
32.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
33.dc
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dc变换器是电源系统中的关键，常规的dc
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dc变换器通过产生设定的pwm信号控制切换开关的导通和关断，通过切换开关的配合改变谐振电路状态实现将输入电压转为输出电压。由于pwm信号频率往往较高，切换开关导通关断切换频繁，在切换开关在进行导通和关断过程中，如果流经切换开关的电流不为零则会产生很高的电能损耗。为了解决切换开关的电能损耗问题，软开关技术逐渐发展起来，软开关技术利用电容和电感等谐振器件，使得变换器中产生交替过零点的谐振电流或谐振电压，切换开关在电流零点或者电压零点进行切换，极大的减小了切换开关切换过程中的电能损耗。
34.stc开关谐振腔电压变换器作为dc
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dc变换器的一种由于采用了lc谐振电路能够产生交替过零点的谐振电流或谐振电压，是可以实现零电流切换的。但是，实际生产过程
中，构成lc谐振电路的谐振电容和谐振电感的实际参数值和标定参数值存在一定误差，这误差受生产水平的限制无法消除，只能被控制在一定的范围内，这就导致即使stc开关谐振腔电压变换器的多个lc谐振电路按照标定参数被设计成相同，但实际参数是不同的。实际参数不同时，参阅图1第二组波形和第三组波形，其中一个lc谐振电路处于电流为零的状态时，另外的lc谐振电路电流不等于零，这就导致切换开关在进行切换时会产生电能损耗。
35.参阅图3所示，本技术提供一种高效的开关谐振电压变换器，包括控制单元100，所述控制单元100电性连接切换开关单元200。所述控制单元100用于产生第一控制信号，并将第一控制信号经第一控制信号输出端发送给所述切换开关单元200，所述控制单元100用于产生第二控制信号，并将第二控制信号经第二控制信号输出端发送给所述切换开关单元200，所述切换开关单元200根据所述第一控制信号和所述第二控制信号执行开关导通断开切换操作。
36.所述切换开关单元200包含若干驱动开关，驱动开关电性连接第一lc谐振电路300和第二lc谐振电路400，所述第一lc谐振电路300和所述第二lc谐振电路400之间耦合均流单元500，所述均流单元500用于使所述第一lc谐振电路300与所述第二lc谐振电路400的电流相同。本技术提供的高效的开关谐振电压变换器在进行电压转换过程中，所述第一lc谐振电路300和第二lc谐振电路400电流相同，即可同时处于电流等于零的状态，所述控制单元100控制所述切换开关单元200在电流等于零的状态进行切换即可进行零电流切换以降低损耗。
37.具体实施过程中，参阅图4所示，所述切换开关单元200包括依次串接的驱动开关q1、驱动开关q2、驱动开关q5以及驱动开关q8，一种可行的实施方式为：所述驱动开关q1、驱动开关q2、驱动开关q5、驱动开关q8均为n型场效应管，所述驱动开关q1漏极电性连接的v2表示输入电压，所述驱动开关q2的漏极连接所述驱动开关q1的源极，所述驱动开关q5的漏极连接驱动开关q2的源极，驱动开关q8的漏极连接驱动开关q5的源极，所述驱动开关q8的漏极连接第一电容c4的一个极板，所述第一电容c4的另一个极板接地，具体实施过程中，以所述驱动开关q8的源极连接电压输出端。
38.所述驱动开关q1的源极和所述驱动开关q2的漏极之间连接所述第一lc谐振电路300的一端，所述第一lc谐振电路300的另一端连接驱动开关q3和驱动开关q4，所述驱动开关q4接地，所述驱动开关q3连接所述第一电容c4的非接地极板；具体实施过程中，所述第一lc谐振电路300包括串接的第一谐振电容c1和第一谐振电感l1；具体实施过程中一种可行的所述驱动开关q3和驱动开关q4为n型场效应管，所述驱动开关q4的漏极连接所述第一lc谐振电路300的另一端，所述驱动开关q4的源极接地，所述驱动开关q3的源极连接所述驱动开关q4的漏极(所述第一lc谐振电路300的另一端)，所述驱动开关q3连接所述驱动开关q8的漏极(所述第一电容c4的非接地极板)。
39.所述驱动开关q2的源极和所述驱动开关q5的漏极之间连接第二电容c3的一个极板，所述第二电容c3的另一极板连接驱动开关q7和驱动开关q6，所述驱动开关q7接地，所述驱动开关q6连接第一电容c4的非接地极板；具体实施过程中，一种可行的所述驱动开关q6和所述驱动开关q7为n型场效应管，所述驱动开关q7的漏极连接所述第二电容c3的另一极板，所述驱动开关q7的源极接地；具体实施过程中，所述驱动开关q6的源极连接所述驱动开关q7的漏极(所述第二电容c3的另一极板)，所述驱动开关q6连接所述驱动开关q8的漏极
(所述第一电容c4的非接地极板)。
40.所述驱动开关q5的源极和所述驱动开关q8的漏极之间连接所述第二lc谐振电路400的一端，所述第二lc谐振电路400的另一端连接驱动开关q9和驱动开关q10，所述驱动开关q10接地，所述驱动开关q9连接所述第一电容c4的非接地极板。具体实施过程中，所述第二lc谐振电路400包括串接的第二谐振电容c2和第二谐振电感l2；所述第一谐振电容c1与所述第二谐振电容c2标定值相同，所述第一谐振电感l1与所述第二谐振电感l2的标定值相同。具体实施过程中，一种可行的所述驱动开关q9和所述驱动开关q10为n型场效应管，所述驱动开关q10的漏极连接所述第二lc谐振电路400的另一端，所述驱动开关q9的源极连接所述驱动开关q10的漏极(所述第二lc谐振电路400的另一端)，所述驱动开关q9的漏极连接所述驱动开关q8的漏极(所述第一电容c4的非接地极板)。
41.具体实施过程中，结合参阅图4和图5所示，所述第一lc谐振电路300和所述第二lc谐振电路400之间电性连接所述均流单元500。一种可行的所述均流单元500包括第一变压器t1和第二变压器t2，所述第一变压器t1的一次侧线圈串接于所述第一lc谐振电路300，所述第一变压器t1的二次侧线圈连接所述第二变压器t2的一次侧线圈，所述第二变压器t2的二次侧线圈串接于所述第二lc谐振电路400，所述第一变压器t1和所述第二变压器t2均为等比变压器，即所述第一变压器t1和所述第二变压器t2的一次侧线圈的匝数等于二次侧线圈的匝数。
42.结合参阅图4和图2所示，图4中v1表示所述第一控制信号，图4中v3表示所述第二控制信号，在图2中，v1和v2集中在第四组波形中。所述控制单元100产生的所述第一控制信号与所述第二控制信号为脉冲信号，且所述第一控制信号与所述第二控制信号反相，所述第一控制信号和所述第二控制信号均设置用于进行切换的死区时间。所述驱动开关q1、所述驱动开关q3、所述驱动开关q5、所述驱动开关q7和所述驱动开关q9的驱动信号输入端(栅极)电性连接所述控制单元100的第一控制信号输出端；所述驱动开关q2、所述驱动开关q4、所述驱动开关q6、所述驱动开关q8和所述驱动开关q10的驱动信号输入端(栅极)电性连接所述控制单元100的第二控制信号输出端。
43.所述控制单元100电性连接第一电压监测模块101，所述第一电压监测模块101电性连接于所述输入电压的输入端口，所述第一电压监测模块101用于监测输入电压的范围。具体实施过程中，所述第一电压监测模块101包括两个串联于驱动开关q1漏极(输入电压端)的两个第一分压采样电阻，两个所述第一分压采样电阻之间电性连接第一比较器的一个输入端，所述第一比较器的另一个输入端电性输入第一参考电压，所述第一比较器的输出端电性连接所述控制单元100，所述第一分压采样电阻之间电性连接第二比较器的一个输入端，所述第二比较器的另一个输入端电性输入第二参考电压，所述第二比较器的输出端电性连接所述控制单元100。所述第一参考电压用于限定所述输入电压的最低值，所述第二参考电压用于限定所述输入电压的最高值。具体实施过程中，所述控制单元100根据所述第一比较器和所述第二比较器输出的高低电平判断所述输入电压是否处于最低值和最高值之间，当所述输入电压处于最低值和所述最高值之间所述控制单元100才控制输出产生第一控制信号和第二控制信号，以控制所述切换开关单元200进行切换实现将输入电压转换为设定输出电压。
44.所述控制单元100电性连接第二电压监测模块102，所述第二电压监测模块102电
性连接于所述输出电压的输出端口，所述第二电压监测模块102用于监测输出电压的范围。具体实施过程中，所述第二电压监测模块包括两个串联于驱动开关q8源极(输出电压端)的两个第二分压采样电阻，两个所述第二分压采样电阻之间电性连接第三比较器的一个输入端，所述第三比较器的另一个输入端电性输入第三参考电压，所述第三比较器的输出端电性连接所述控制单元100，所述第三参考电压用于限定所述输出电压的最高值，具体实施过程中，在进行电压转换过程中，所述控制单元100根据所述第三比较器输出的高低电平判断所述输出电压是否处于最高值范围内，当所述输出电压处于最高值范围内所述控制单元100正常工作，当所述输出电压超出输出电压最高值范围，所述控制单元100停止进行电压转换以保护所接负载。
45.所述控制单元100电性连接电流检测模块103，所述电流检测模块103用于检测第一lc谐振电路300或第二lc谐振电路400电流。具体实施过程中，在所述第一lc谐振电路300或者所述第二lc谐振电路400串接精准的采样电阻，所述采样电阻的两端电性连接差分放大器的两个输出端，所述差分放大器的输出端电性连接所述控制单元100，所述控制单元100根据所述采样电阻的分压测量所述第一lc谐振电路300或者所述第二lc谐振电路400的电流信号。参阅图2中第二组和第三组波形所示，当电流值为零时，所述控制单元100控制所述切换开关单元200中的驱动开关进行状态切换。
46.具体实施过程中，所述控制单元100还配置通信模块，所述通信模块用于实现所述控制单元100与上位管理处理器之间的通信，一种可行的通信模块为i2c通信模块，所述控制单元100配置的i2c通信模块通过i2c接口连接上位管理处理器，通过所述i2c通信模块将所述控制单元100中寄存的本技术高效的开关谐振电压变换器的工作状态参数传输给上位处理器。工作状态参数包括输入电压范围、输出电压、第一lc谐振电路300或者第二lc谐振电路400的电流。
47.本技术高效的开关谐振电压变换器通过在第一lc谐振电路和第二lc谐振电路之间耦合均流单元500，所述均流单元采用两个等比变压器将所述第一lc谐振电路300和第二lc谐振电路400连接。在进行电压变换过程中，通过1：1的所述第一变压器t1和所述第二变压器t2，第一变压器t1的一次侧线圈和第二变压器t2的二次侧线圈电流相同，使得所述第一lc谐振电路300和第二lc谐振电路400电流能够同时处于零电流的状态，从而解决因第一lc谐振电路300中谐振电容c1的电容值、谐振电感l1的电感值，第二lc谐振电路400中谐振电容c2的电容值、谐振电感l2的电感值的不匹配导致第一lc谐振电路300和第二lc谐振电路400可能不能同时处于零电流的问题。所述控制单元100通过所述电流检测模块103检测第一lc谐振电路300或者所述第二lc谐振电路400的零电流，当检测到零电流时，所述控制单元100控制所述切换开关单元200进行驱动开关的导通关断切换，实现将输入电压转化为设定输出电压且驱动开关的切换过程属于零电流切换能够有效地将低切换过程中的降低损耗。
48.本技术从而实现零电流切换可以不受谐振电容和谐振电感实际参数值的限制，这样在生产本技术的高效的开关谐振电压变换器时，即使元件本身标定值与真实值存在较大的误差，仍能应用在所述搞笑的开关谐振腔电压变换器中并实现低功耗的零电流切换。这样增加了元件可选择性，有利于更好的布局供应链降低生产成本。
49.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的
方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
50.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
51.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
52.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。