一种串并联无缝转换的谐振变换器的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种串并联无缝转换的谐振变换器。

背景技术：

目前，常见的谐振变换器包括串联、并联、串并谐振变换器。由于谐振变换器的简单电路拓扑，以及能够在全负载范围实现软开关的特性，因而谐振变换器广泛应用于提供最高功率密度和效率的最先进电源。谐振变换器虽然有实现开关器件软开关，开关损耗小，效率高以及相对于硬开关具有优越的emi(electromagneticinterference，电磁干扰)性能等诸多优点，但缺陷仍然明显，如图1所示，以目前基本的谐振变换器为例，该谐振变换器的输出电压通常通过调整工作频率对输出电压进行调整，由于调整频率的范围以及谐振变换器的增益特性，其调节范围非常有限，为额定电压的0.8倍-1.2倍之间；设谐振频率条件下变压器t1的输出电压vo为额定电压。

为了解决上述问题，如图2所示，业界常见的方案是采用继电器切换两个变压器之间的串并联方式，达到输出宽范围恒功率变换。假设两个变压器参数一致，在不考虑输出电压可能会在额定电压附近调整的情况下，当继电器ry3闭合、ry1和ry2断开时，两个变压器工作在串联模式，则该拓扑的输出电压为额定电压(该拓扑即谐振变换器)；当继电器ry1和ry2闭合、ry3断开时，两个变压器工作在并联模式，则该拓扑的输出电压为1/2倍的额定电压，输出功率保持恒定(不降低)。在考虑该谐振变换器输出电压可能会通过调整频率在额定电压附近调整的条件下，即按照前述单个谐振变换器的调节范围为额定电压的0.8倍-1.2倍之间，图2所示的谐振变换器输出恒功率电压调节范围为额定电压的0.4倍-1.2倍，可见其输出电压范围非常宽，但由于该谐振变换器仅仅是通过继电器进行简单的串并联切换，其恒功率范围并不是连续的(比如在0.6-0.8倍的额定电压范围内就不能实现恒功率输出甚至无法实现该范围段的输出电压)，而且存在继电器体积较大且昂贵，进而导致整个谐振变换器成本高、体积大的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于一种串并联无缝转换的谐振变换器，解决目前谐振变换器虽能拓展其输出电压范围，但导致整个谐振变换器成本高、体积大的问题。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种串并联无缝转换的谐振变换器，包括依次电连接的直流电源、开关电路、谐振电路、整流电路以及滤波电路；所述开关电路接受外部控制器控制；所述谐振电路包括谐振模块和变压器模块，所述变压器模块包括n个变压器，所述谐振模块包括n组谐振组，所述开关电路包括n组开关模块，n≥2且n为偶数；所述整流电路包含第一整流模块、第二整流模块和第三整流模块；其中，

所述变压器的初级侧同名端经对应所述谐振组连接至对应所述开关模块的一端，所述变压器的初级侧非同名端连接至对应所述开关模块的另一端；

若n＝2时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，第二个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点；或

若n＞2且n为偶数时，第一个所述变压器的次级侧同名端连接至所述第一整流模块的桥臂中点，第一个所述变压器的次级侧非同名端与第二个所述变压器的次级侧同名端相连，相邻所述变压器的次级侧非同名端与次级侧同名端相连，第n个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第二整流模块的桥臂中点，第n/2个所述变压器的次级侧非同名端连接至所述第三整流模块的桥臂中点。

基于上述谐振变换器，当n＝2时，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使两个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当两个变压器工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压为额定电压；当两个变压器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压为1/2的额定电压；当n＞2且n为偶数时，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压高于额定电压；当第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压低于1/2的额定电压；进而不仅能拓展目前谐振变换器的输出电压范围，还可实现连续恒功率电压范围调节，并且减少继电器的数量，降低目前谐振变换器的成本，减小目前谐振变换器的体积，甚至能输出零电压。

可选的，若n＝2时，第一个所述变压器的次级侧非同名端与所述第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器；或

若n＞2且n为偶数时，第n/2个所述变压器的次级侧非同名端与所述第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器。基于在谐振变换器内增加继电器，可以实现谐振变换器输出零电压。

可选的，所述直流电源包括单个直流电源或多个直流电源或多个正负直流电源。

可选的，所述开关模块包括半桥开关模块或全桥开关模块。该半桥开关模块成本低，而全桥开关模块适合更大功率场合。

可选的，所述半桥开关模块包括两个开关管；其一所述开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，其一所述开关管的第二端连接对应所述谐振组，其一所述开关管的第二端还连接另一所述开关管的第一端；另一所述开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，另一所述开关管的第二端接地，另一所述开关管的第二端还连接对应所述变压器的初级侧非同名端。

可选的，所述半桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第四开关管的第二端接地；所述第一电容的一端连接所述第一开关管的第一端，所述第一电容的另一端经所述第二电容连接所述第四开关管的第二端；所述第一二极管的负极连接所述第一开关管的第二端，所述第一二极管的正极连接所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第二端；所述第二开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第一二极管的正极还连接对应所述变压器的初级侧非同名端。

可选的，所述全桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第二开关管的第二端接地；所述第三开关管的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述第二开关管的第二端；所述第一开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第三开关管的第二端连接对应所述变压器的初级侧非同名端。

可选的，所述全桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一电容、第二电容、第一二极管和第二二极管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第四开关管的第二端接地；所述第五开关管的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第四开关管的第二端；所述第一电容的一端连接所述第一开关管的第一端，所述第一电容的另一端经所述第二电容连接所述第四开关管的第二端；所述第一二极管的负极连接所述第一开关管的第二端，所述第一二极管的正极连接所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极还连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第二端；所述第五开关管的第二端连接对应所述谐振组，所述第二开关管的第二端连接对应所述变压器的初级侧非同名端。

可选的，所述全桥开关模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一开关管的第一端连接所述直流电源的输出端，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第二开关管的第二端连接所述第三开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第四开关管的第二端连接所述直流电源的输入端，所述第四开关管的第二端接地；所述第一电容的一端连接所述第一开关管的第一端，所述第一电容的另一端经所述第二电容连接所述第四开关管的第二端；所述第一二极管的负极连接所述第一开关管的第二端，所述第一二极管的正极连接所述第一电容的另一端，所述第一二极管的正极还连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第三开关管的第二端，所述第二开关管的第二端连接对应所述变压器的初级侧非同名端；

所述第五开关管的第一端连接所述第一开关管的第一端，所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第七开关管的第一端，所述第七开关管的第二端连接所述第八开关管的第一端，所述第八开关管的第二端连接所述第四开关管的第二端；所述第三电容的一端连接所述第五开关管的第一端，所述第三电容的另一端经所述第四电容连接所述第八开关管的第二端；所述第三二极管的负极连接所述第五开关管的第二端，所述第三二极管的正极连接所述第三电容的另一端，所述第三二极管的正极连接所述第四二极管的负极，所述第四二极管的正极连接所述第七开关管的第二端，所述第六开关管的第二端连接对应所述谐振组。

可选的，所述第一整流模块包括第一二极管和第二二极管；所述第二整流模块包括第三二极管和第四二极管；所述第三整流模块包括第五二极管和第六二极管；所述第一二极管与所述第二二极管串联，所述第三二极管与所述第四二极管串联，所述第五二极管与所述第六二极管串联，所述第一二极管、所述第三二极管和所述第五二极管的负极相互连接，所述第二二极管、所述第四二极管和所述第六二极管的正极相互连接，所述第二二极管的正极接地；所述第一二极管的正极连接第一个所述变压器的次级侧同名端，所述第三二极管的正极连接第n/2个所述变压器的次级侧非同名端，所述第五二极管的正极连接第n个所述变压器的次级侧非同名端。

可选的，所述开关管包括场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管，所述第一二极管至所述第六二极管至少一个二极管替代为场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。

可选的，所述继电器替代为双向开关。

可选的，所述谐振组包括谐振电感、励磁电感和谐振电容；所述变压器的初级侧同名端经谐振电容、谐振电感连接至所述开关模块的一端，所述变压器的初级侧非同名端连接至所述开关模块的另一端，所述变压器的初级侧两端之间还设有所述励磁电感；或

所述变压器的初级侧同名端连接至所述开关模块的一端，所述变压器的初级侧非同名端经所述谐振电容、所述谐振电感连接至所述开关模块的另一端，所述变压器的初级侧两端之间设有所述励磁电感。

可选的，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容的一端连接所述第五二极管的负极，所述滤波电容的另一端连接所述第六二极管的正极。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

基于上述谐振变换器，在继电器闭合的情况下，通过外部控制器切换开关电路中的开关管使连接在继电器同一端的两边变压器在串联或并联模式之间无缝(连续)转换，进而使谐振变换器既能输出额定电压附近预设范围的电压，也能输出1/2倍额定电压以下的电压，并且该电压范围连续可调；在继电器断开的情况下，若连接在继电器同一端的两边变压器的次级侧总电压极性相反，则谐振变换器的输出电压为零电压，从而拓展目前谐振变换器的输出电压范围，尤其是恒功率电压调节范围，不但实现连续的电压变换，还减少继电器的数量，从而降低目前谐振变换器的成本，减小目前谐振变换器的体积。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明提供的目前基本的谐振变换器的电路示意图；

图2是本发明提供的目前谐振变换器的电路示意图；

图3是本发明实施例一提供的谐振变换器的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的部分谐振变换器的结构示意图一；

图5是本发明实施例一提供的部分谐振变换器的结构示意图二；

图6是本发明实施例一提供的部分谐振变换器的结构示意图一；

图7是本发明实施例一提供的部分谐振变换器的结构示意图二；

图8是本发明实施例一提供的半桥开关模块的电路示意图一；

图9是本发明实施例一提供的半桥开关模块的电路示意图二；

图10是本发明实施例一提供的谐振变换器的电路示意图一；

图11是本发明实施例一提供的谐振变换器的电路示意图二；

图12是本发明实施例一提供的谐振变换器的电路示意图三；

图13是本发明实施例二提供的全桥开关模块的电路示意图一；

图14是本发明实施例二提供的全桥开关模块的电路示意图二；

图15是本发明实施例二提供的全桥开关模块的电路示意图三；

图16是本发明实施例二提供的谐振变换器的电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

为了解决目前谐振变换器恒功率输出电压范围有限、输出电压范围不连续、成本高、体积大、不能输出零电压的问题，如图3所示，本实施例提供了一种串并联无缝转换的谐振变换器，包括依次电连接的直流电源、开关电路、谐振电路、整流电路以及滤波电路，滤波电路的输出端还连接负载；开关电路接受外部控制器控制；谐振电路包括谐振模块和变压器模块；变压器模块包括n个变压器，谐振模块包括n组谐振组，开关电路包括n组开关模块，n≥2且n为偶数；整流电路包含第一整流模块、第二整流模块和第三整流模块；其中，

变压器的初级侧同名端经对应谐振组连接至对应开关模块的一端，变压器的初级侧非同名端连接对应开关模块的另一端；

若n＝2时，第一个变压器的次级侧同名端连接至第一整流模块的桥臂中点，第一个变压器的次级侧非同名端与第二个变压器的次级侧同名端相连，第二个变压器的次级侧非同名端连接至第二整流模块的桥臂中点，第一个变压器的次级侧非同名端连接至第三整流模块的桥臂中点；

若n＞2且n为偶数时，第一个变压器的次级侧同名端连接至第一整流模块的桥臂中点，第一个变压器的次级侧非同名端与第二个变压器的次级侧同名端相连，相邻变压器的次级侧非同名端与次级侧同名端相连，第n个变压器的次级侧非同名端连接至第二整流模块的桥臂中点，第n/2个变压器的次级侧非同名端连接至第三整流模块的桥臂中点。

基于上述谐振变换器，当n＝2时，变压器模块包括两个变压器，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使两个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当两个变压器工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压为额定电压；当两个变压器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压为1/2的额定电压；

当n＞2且n为偶数时，变压器模块包括n个变压器，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器在串联或并联模式之间无缝转换，当第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压高于额定电压；当第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压低于1/2的额定电压。从而拓展目前谐振变换器连续可调的输出电压范围，还减少继电器的数量，进而降低目前谐振变换器的成本，减小目前谐振变换器的体积，另外还能实现输出低于1/2倍的额定电压。

此外，基于在谐振变换器内改变变压器模块与整流电路的连接方式，当n＝2时，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使两个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当两个变压器工作在串联模式，输出电压变大，而输出电流变小，则保持输出功率不变；当两个变压器工作在并联模式，输出电压变小，而输出电流变大，仍保持输出功率不变；当n＞2且n为偶数时，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器的次级侧在串联或并联模式之间无缝转换，当第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器工作在串联模式，输出电压变大，而输出电流变小，则保持输出功率不变；当第一个变压器至第n/2个变压器与第1+(n/2)个变压器至第n个变压器工作在并联模式，输出电压变小，而输出电流变大，仍保持输出功率不变；从而适用在恒功率的场合。

当变压器模块包括两个变压器，谐振模块包括两组谐振组，开关电路包括两组开关模块时；如图4所示，变压器t1的初级侧同名端经第一组谐振组连接至第一组开关模块的一端，变压器t1的初级侧非同名端连接至第一组开关模块的另一端，变压器t2的初级侧同名端经第二组谐振组连接至第二组开关模块的一端，变压器t2的初级侧非同名端连接至第二组开关模块的另一端；变压器t1的次级侧同名端连接至第一整流模块的桥臂中点，变压器t1的次级侧非同名端连接至第三整流模块的桥臂中点，变压器t1的次级侧非同名端还连接变压器t2的次级侧同名端，变压器t2的次级侧非同名端连接至第二整流模块的桥臂中点。

基于变压器模块包括变压器t1和变压器t2，通过外部控制器切换开关电路中的开关管可以使变压器t1与变压器t2在串联或并联模式之间无缝转换，当变压器t1与变压器t2工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压为额定电压；当变压器t1与变压器t2工作在并联模式时，即谐振变换器工作在并联模式时，则谐振变换器的输出电压为1/2倍的额定电压；从而不仅拓展其恒功率输出电压范围，以及连续电压调节能力，还减少继电器的数量，进而降低整个谐振变换器的成本，减小整个谐振变换器的体积。

当变压器模块包括n个变压器，谐振模块包括n组谐振组，开关电路包括n组开关模块时，其中，n＞2且n为偶数；如图5所示，变压器模块包括变压器t1、变压器t2、变压器t3…..变压器tn，变压器t1、t2……tn的初级侧同名端经对应的谐振组分别连接至对应的开关模块的一端，变压器t1、t2……tn的初级侧非同名端分别连接至对应的开关模块的另一端；变压器t1的次级侧同名端连接第一整流模块的桥臂中点，变压器t1的次级侧非同名端连接变压器t2的次级侧同名端，变压器t2的次级侧非同名端连接变压器t3的次级侧同名端，以此类推，直至变压器tn-1的次级侧非同名端连接变压器tn的次级侧同名端，变压器tn的次级侧非同名端连接第二整流模块的桥臂中点，变压器tn/2的次级侧非同名端连接至第三整流模块的桥臂中点。

基于上述谐振变换器，通过外部控制器切换谐振变换器内部开关电路中的开关管可以使变压器t1至t2/n与变压器t1+(n/2)至tn在串联或并联模式之间无缝转换，当变压器t1至t2/n与变压器t1+(n/2)至tn工作在串联模式时，则谐振变换器的输出电压高于额定电压；当变压器t1至t2/n与变压器t1+(n/2)至tn工作并联模式时，则谐振变换器的输出电压低于1/2倍的额定电压；从而不仅拓展其恒功率输出电压范围，以及连续电压调节能力，还减少继电器的数量，降低整个谐振变换器的成本，减小整个谐振变换器的体积。

进一步地，如图6所示，若n＝2时，第一个变压器t1的次级侧非同名端与第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器；或

如图7所示，若n＞2且n为偶数时，第n/2个变压器tn/2的次级侧非同名端与第三整流模块的桥臂中点之间设有继电器。

基于该谐振变压器，当n＝2时，变压器模块包括两个变压器，在继电器ry1断开的情况下，若变压器t1与变压器t2的次级侧电压极性相反且电压值相等，使变压器t1和变压器t2的次级侧电压相互抵消，则谐振变换器的输出电压为零电压；

当n＞2且n为偶数时，变压器模块包括n个变压器，在继电器ry1断开的情况下，若变压器t1至变压器t2/n的次级侧总电压与变压器t1+(n/2)至变压器tn的次级侧总电压极性相反且变压器t1至变压器t2/n的次级侧总电压值与变压器t1+(n/2)至变压器tn的次级侧总电压值相等，使变压器t1至变压器t2/n的次级侧总电压与变压器t1+(n/2)至变压器tn的次级侧总电压相互抵消，则谐振变换器输出零电压。

根据上述可知，本发明的谐振变换器相对于图2中谐振变换器的优势：1、改变变压器副边整流电路的连接方式(不改变二极管的数目及规格)并减少继电器的数目即可实现图2拓扑所具备的宽范围恒功率输出功能，而且可以实现图2不具备的无缝切换功能，由于去掉体积较大且昂贵的继电器，进而降低了成本；2、在改变整流电路的基础上增加一个继电器，本发明的谐振变换器可以实现输出电压为0；3、适用在输出电压变化2倍以上的宽范围无缝调节恒功率的场合以及需要输出超低电压的场合(例如零电压附近)。

进一步地，直流电源包括单个直流电源或多个直流电源或多个正负直流电源，根据实际情况需求，用户可以选择相同电压供电方式、不同电压供电方式或正负电压供电方式给开关电路供电，进而用户可以通过改变供电方式将该谐振变换器应用于更多场合，从而拓展谐振变换器的应用范围。

进一步地，外部控制器包括微控制器或数字处理器，开关电路中开关管包括场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(igbt)或其他电力电子开关管，继电器ry1可以替代为双向开关，整流电路中的二极管可以替代为场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(igbt)或者其他电力电子开关管，当整流电路中的二极管替换为mosfet时，由于mosfet可以通过控制信号主动控制谐振变换器的输出电压，使谐振变换器的工作模式会更为丰富，可以实现更为灵活的电压调整模式，或者实现更为理想的软开关特性。而本实施例中的外部控制器为微控制器，开关电路中开关管为场效应晶体管，即开关模块中开关管为场效应晶体管。

进一步地，开关模块包括半桥开关模块或全桥开关模块，而本实施例中开关模块为半桥开关模块，该半桥开关模块成本低，控制简单，并且更为灵活，相当于降低整个谐振变换器的成本。

根据上述可知，谐振模块包括n组谐振组，n≥2且n为偶数，其中，谐振组包括谐振电感、励磁电感和谐振电容；变压器的初级侧同名端经谐振电容、谐振电感连接至开关模块的一端，变压器的初级侧非同名端连接至开关模块的另一端，变压器的初级侧两端之间还设有励磁电感；或

变压器的初级侧同名端连接至开关模块的一端，变压器的初级侧非同名端经谐振电容、谐振电感连接至开关模块的另一端，变压器的初级侧两端之间设有励磁电感。该谐振模块用于降低半桥开关模块中开关管的开启与关断产生的损耗，从而提高谐振变换器的效率。

根据上述可知，半桥开关电路包括n组半桥开关模块，n≥2且n为偶数；如图8所示，半桥开关模块包含两个开关管q1、q2；两个开关管q1、q2由微控制器控制；开关管q1的第一端连接直流电源的输出端，开关管q1的第二端连接对应的谐振组，更具体地说，开关管q1的第二端连接对应谐振电感，开关管q1的第二端还还连接开关管q2的第一端；开关管q2的第二端连接直流电源的输入端，开关管q2的第二端接地，开关管q2的第二端还连接对应的变压器的初级侧非同名端，该开关电路用于无缝切换连接在继电器同一端的两边变压器之间的串联或并联模式，从而改变谐振变换器的输出电压。

另外，半桥开关模块的表现方式不局限于图8的表现方式，如图9所示，半桥开关模块包括第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第一电容c1、第二电容c2、第一二极管d1和第二二极管d2；第一开关管q1至第四开关管q4的导通与关闭由微控制器控制；第一开关管q1的第一端连接直流电源的输出端，第一开关管q1的第二端连接第二开关管q2的第一端，第二开关管q2的第二端连接第三开关管q3的第一端，第三开关管q3的第二端连接第四开关管q4的第一端，第四开关管q4的第二端连接直流电源的输入端，第四开关管q4的第二端接地；第一电容c1的一端连接第一开关管q1的第一端，第一电容c1的另一端经第二电容c2连接至第四开关管q4的第二端；第一二极管d1的负极连接第一开关管q1的第二端，第一二极管d1的正极连接第一电容c1的另一端，第一二极管d1的正极连接第二二极管d2的负极，第二二极管d2的正极连接第三开关管q3的第二端；第二开关管q2的第二端连接对应的谐振组，更具体地说，第二开关管q2的第二端连接对应谐振电感，第一二极管d1的正极还连接对应的变压器的初级侧非同名端。

如图9所示，该半桥开关模块属于常见的三电平半桥开关模块，具有本领域专业常识的人都可以通过简单推导理解其工作原理，其中，假设开关管q1、q2同时导通、开关管q3、q4同时导通，开关管q1、q2与开关管q3、q4分别相当于一个开关管，因此该半桥开关模块的工作方式在一般情况下与普通半桥开关模块(图8)类似，其优点是开关管的电压应力比较低，适用于高压场合；下文描述全桥开关模块与所述半桥开关模块工作原理类似，不再赘述。

以相同电压供电的两个半桥为例，如图10所示，直流电源包括单个直流电源vin；半桥开关电路包括两组半桥开关模块，其中一组半桥开关模块包含开关管q1、q2，另一组半桥开关模块包含开关管q3、q4；谐振模块包括两组谐振组，其中一组谐振组包括谐振电容c1、谐振电感l1和励磁电感，另一组谐振组包括谐振电容c2、谐振电感l2和励磁电感；变压器模块包括变压器t1和变压器t2；第一整流模块包括第一二极管d1和第二二极管d2，第二整流模块包括第三二极管d3和第四二极管d4，第三整流模块包括第五二极管d5和第六二极管d6；滤波电路包括滤波电容c8；

开关管q1、q2、q3、q4的导通与关闭由微控制器控制，开关管q1的第一端连接直流电源vin的输出端，开关管q1的第二端依次连接谐振电感l1、谐振电容c1连接变压器t1的初级侧同名端，开关管q1的第二端还连接开关管q2的第一端，开关管q2的第二端接地，开关管q2的第二端还连接直流电源vin的输入端，开关管q2的第二端还连接变压器t1的初级侧非同名端，开关管q3的第一端连接开关管q1的第一端，开关管q3的第二端连接依次经谐振电感l2、谐振电容c2连接变压器t2的初级侧同名端，开关管q3的第二端连接开关管q4的第一端，开关管q4的第二端连接开关管q2的第二端，开关管q4的第二端连接变压器t2的初级侧非同名端，变压器t1的初级侧同名端与其初级侧非同名端之间设有励磁电感(图10中未画)，变压器t2的初级侧同名端与其初级侧非同名端之间设有励磁电感(图10中未画)；

变压器t1的次级侧同名端连接第一二极管d1的正极，变压器t1的次级侧非同名端经继电器ry1连接第五二极管d5的正极，变压器t1的次级侧非同名端还连接变压器t2的次级侧同名端；变压器t2的次级侧非同名端连接第三二极管的正极；

其中，第一二极管d1与第二二极管d2串联，第三二极管d3与第四二极管d4串联，第五二极管d5与第六二极管d6串联，第一二极管d1、第一第三二极管d3和第五二极管d5的负极相互连接，第二二极管d2、第四二极管d4和第六二极管d6的正极相互连接，且第二二极管d2的正极接地；

滤波电容c8的一端连接第五二极管d5的负极，滤波电容c8的另一端连接第六二极管d6的正极；滤波电容c8的两端还并联在负载rl。

llc谐振变换器工作原理：假设开关管q1、开关管q2、谐振电感l1、谐振电容c1、变压器t1构成变换器a；假设开关管q3、开关管q4、谐振电感l2、谐振电容c2、变压器t2构成变换器b，其中，开关管q1与开关管q2互补导通，开关管q3与开关管q4互补导通。在不考虑死区时间的情况下，每个开关管导通角为180度，以开关管q1导通时刻为基础，设开关管q1导通角为0度，开关管q2的导通角为180度，当微控制器控制开关管q1与开关管q3同步导通，导通角均为0度；当微控制器控制开关管q2与开关管q4同步导通，导通角均为180度；简单分析可知，变压器t1与变压器t2的次级侧电压同时为正或者同时为负，此时变压器t1和变压器t2的输出电压串联，第五二极管d5和第六二极管d6不会导通，相当于在电路中去掉，设整流滤波后的输出电压为v1，可知v1电压在理想状态下为额定电压，此时变换器a与变换器b为串联模式；

当微控制器控制开关管q1与开关管q4同步导通，导通角均为0度；当微控制器控制开关管q2与开关管q3同步导通，导通角均为180度；简单分析可知，变压器t1与变压器t2的次级侧电压极性相反且电压值相等，若继电器ry1处于断开状态下，相当于第五二极管d5和第六二极管d6不存在，变压器t1与变压器t2的次级侧电压相互抵消，经过第一二极管d1至第四二极管d4整流后的输出电压为0；若继电器ry1处于闭合状态下，变压器t1与变压器t2的次级侧电压不再相互抵消，而是转换为第一二极管d1与第三二极管d3并联同步导通(同时第六二极管d6导通)或第二二极管d2与第四二极管d4并联同步导通(同时第五二极管d5导通)，相当于变压器t1与变压器t2的输出电压并联，设整流滤波后的输出电压为v2，可知v2电压在理想情况下为额定电压的一半，此时变换器a与变换器b为并联模式。

根据上述可知，变换器a与变换器b的串联与并联模式转换仅仅是将变换器b中开关管的工作相位转换180度，并没有改变llc谐振变换器的工作频率特性，因此没有改变llc谐振变换器的增益特性。

此外，根据上述可知，第一二极管d1至第六二极管d6至少一个二极管可以替代为场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(igbt)或者其他电力电子开关管，举例说明，当第一二极管至第六二极管均替换为mosfet，可以实现双向变换器的功能，使能量双向流动。

在变换器a与变换器b的工作频率要保持一致的条件下，若开关管q3相对于开关管q1的工作相位介于0度到180度之间，假设开关管q3相对于开关管q1的工作相位为90度，6个二极管根据工作状态会在一个周期内都参与工作，此时llc谐振变换器的输出电压介于v1和v2之间，由于移相角度从0度到180度连续可调，因此该谐振变换器可实现输出电压从v1到v2的连续可调，经过理论分析及仿真可知，此时变换器a与变换器b的工作频率可以设定在变换器a、变换器b的谐振频率(谐振频率指的是谐振电感l1和谐振电容c1构成的lc谐振频率，其中，谐振电感l1的电感值与谐振电感l2的电感值相等，谐振电容c1的电容值与谐振电容c2的电容值相等；但工作频率并不局限在谐振频率，可以高于或低于谐振频率)，此时变换器a与变换器b为移相模式。

上述仅仅假定llc谐振变换器的输出电压在谐振频率附近工作的情况下，进而推导得到该谐振变换器可以实现输出电压在额定电压到1/2倍额定电压连续可调的范围(即范围是1/2*v额到v额)内。

在考虑输出电压可能会在额定电压附近调整的情况下，如图1所示，按照目前基本的谐振变换器的工作范围计算，假设其输入电压恒定，目前基本的谐振变换器的输出电压范围是0.8*v额到1.2*v额，而本发明的llc谐振变换器在继电器ry1闭合导通情况下，其输出电压范围将变为0.4*v额到1.2*v额，进而扩展了3倍输出电压范围。

需要特别指出的是，谐振变换器又称拓扑，在实际工程设计时，本发明所述的拓扑(图10)内的第五二极管d5、第六二极管d6实际上是与第一二极管d1至第四二极管d4相同规格的两个二极管并联，因为通过上述分析可知，在并联模式时第五二极管d5、第六二极管d6流过的电流分别相当于第一二极管d1+第三二极管d3和第二二极管d2+第四二极管d4流过的电流，因此实际设计时该拓扑输出二极管要求是8个而不是6个。通过对比图2可知，本发明仅仅是将图2的8个二极管连接方式进行了变更，并没有改变二极管的规格，但减少继电器的数目，因此降低拓扑的成本，提高拓扑的性能。

以下通过具体数值分析其工作模式(以llc谐振变换器为例)：当继电器ry1闭合导通时，llc谐振变换器的输出电压调节过程如下(假设该谐振变换器的输出电压调节范围要求20v-60v)：如果设定输出电压50v为串联模式的谐振点，该谐振点即额定电压点，由上面的分析可知，v1＝50v，则v2＝50v/2＝25v。当输出电压设定值在50v-60v之间时，则令变换器a与变换器b工作在串联模式，依靠调节变换器a与变换器b的工作频率进行输出电压的调节，根据llc谐振变换器的增益特性，当变换器a与变换器b的工作频率低于谐振频率(在谐振频率处，llc谐振变换器的输出电压定义为额定电压，此时输出电压对应的增益为1)时，则该谐振变换器的输出电压高于额定电压，此时输出电压对应的增益为1.2，与目前基本的谐振变换器的增益相同；当输出电压设定值在40v-50v之间时，则变换器a与变换器b工作在串联模式，变换器a与变换器b的工作频率高于谐振频率，40v电压对应的最低增益为0.8；当输出电压设定值在25v-30v之间时，则变换器a与变换器b工作在并联模式，变换器a与变换器b的工作频率低于谐振频率，这里的25v即前述v2电压，30v即60v的一半；同理，当输出电压设定值在20v-25v之间时，则变换器a与变换器b工作在并联模式，变换器a与变换器b的工作频率高于谐振频率；当输出电压设定值在30v-40v之间时，变换器a与变换器b工作在移相模式，变换器a与变换器b的工作频率等于谐振频率(实际应用时并不限定该频率是谐振频率)。

通过以上具体分析可知，在额定电压为50v情况下，目前基本的谐振变换器的输出电压范围仅为40v-60v(即0.8–1.2倍增益调节能力)，而本发明的谐振变换器的输出电压可以实现20v-60v的无缝调节，大大拓宽了其输出电压；且在输出电压范围为20v-60v的情况下，保持输出功率不变，故本发明的谐振变换器适用在宽范围、连续可调的恒功率的场合。

当微控制器控制继电器ry1断开时，经过简单分析可知，若微控制器仍旧控制两个变压器工作于并联模式(即两个变压器相位180度)，则llc谐振变换器的输出电压为0v。若微控制器控制两个变压器工作于串联模式，则llc谐振变换器的输出电压可以到60v。这种情况下，本发明的工作模式类似于图11所示的拓扑。

如图11所示，图11中的拓扑没有第五二极管d5、第六二极管d6和继电器ry1，假设本发明和图11所示的拓扑连接变压器副边的二极管数目都是8个，本发明跟图11所示的拓扑的显著区别是：1.图11所示的拓扑实际上是变压器一直工作在串联模式，当输出电压低输出电流大(恒功率特性要求)时，变压器原边及副边绕组线径大；2.图11所示的两个变压器在输出额定电压时一直工作在移相模式，尤其是1/2倍额定电压附近移相角度很大，这会导致变压器原边超前桥臂两个场效应晶体管不能实现零电压开通，滞后桥臂的两个场效应晶体管的关断电流增大很多倍，有可靠性风险，并且成本高；3.基于以上原因，图11所示的拓扑理论研究比较多而工程实际中几乎没有产品出现，并不实用。

本发明跟图11所示的拓扑的共同点是：1.相同输出电压输出电流条件下，输出二极管的总数目以及规格是一样的(一般都是8个)；2.均可以实现输出电压在零电压到额定电压的无缝调节；3.在1/2倍的额定电压以下情况，都不能实现恒功率输出(事实上，输出电压非常低时，如零电压附近，要求恒功率输出是不切实际的)；4.移相时控制方式类似。

另外，以不同电压供电的四个半桥为例，如图12所示，直流电源包括直流电源vin1、vin2、vin3、vin4；半桥开关电路包括四组半桥开关模块，第一组半桥开关模块包括开关管q1、q2，第二组开关模块包括开关管q3、q4；第三组半桥开关模块包括开关管q5、q6，第四组开关模块包括开关管q7、q8；谐振模块包括第一谐振组、第二谐振组、第三谐振组和第四谐振组，第一谐振组包括谐振电感l1、谐振电容c1和励磁电感，第二组谐振组包括谐振电感l2、谐振电容c2和励磁电感，第三谐振组包括谐振电感l3、谐振电容c3和励磁电感，第三谐振组包括谐振电感l4、谐振电容c4和励磁电感；变压器模块包括变压器t1、变压器t2、变压器t3和变压器t4；第一整流模块包括第一二极管d1和第二二极管d2，第二整流模块包括第三二极管d3和第四二极管d4，第三整流模块包括第五二极管d5和第六二极管d6；滤波电路包括滤波电容c8；

开关管q1至q8的导通与关闭由微控制器控制，开关管q1的第一端连接直流电源vin1的输出端，开关管q1的第二端依次经谐振电感l1、谐振电容c1连接变压器t1的初级侧同名端，开关管q1的第二端还连接开关管q2的第一端，开关管q2的第二端连接变压器t1初级侧非同名端，开关管q2的第二端接地gnd1，开关管q2的第二端还连接直流电源vin1的输入端；

开关管q3的第一端连接直流电源vin2的输出端，开关管q3的第二端依次经谐振电感l2、谐振电容c2连接变压器t2的初级侧同名端，开关管q3的第二端还连接开关管q4的第一端，开关管q4的第二端连接变压器t2的初级侧非同名端，开关管q4的第二端接地gnd2，开关管q4的第二端还连接直流电源vin2的输入端；

开关管q5的第一端连接直流电源vin3的输出端，开关管q5的第二端依次经谐振电感l3、谐振电容c3连接变压器t3的初级侧同名端，开关管q5的第二端还连接开关管q6的第一端，开关管q6的第二端连接变压器t3的初级侧非同名端，开关管q6的第二端接地gnd3，开关管q6的第二端还连接直流电源vin3的输入端；

开关管q7的第一端连接直流电源vin4的输出端，开关管q7的第二端依次经谐振电感l4、谐振电容c4连接变压器t4的初级侧同名端，开关管q7的第二端还连接开关管q8的第一端，开关管q8的第二端连接变压器t4的初级侧非同名端，开关管q8的第二端接地gnd4，开关管q8的第二端还连接直流电源vin4的输入端；

变压器t1、t2、t3、t4的初级侧同名端与其初级侧非同名端之间分别设有对应的励磁电感(图12中未画)，变压器t1的次级侧同名端连接第一二极管d1的正极，变压器t1的次级侧非同名端连接变压器t2的次级侧同名端，变压器t2的次级侧非同名端经继电器ry1连接第五二极管d5的正极，变压器t2的次级侧非同名端连接变压器t3的次级侧同名端，变压器t3的次级侧非同名端连接变压器t4的次级侧同名端，变压器t4的次级侧非同名端连接第三二极管的正极；

其中，第一二极管d1与第二二极管d2串联，第三二极管d3与第四二极管d4串联，第五二极管d5与第六二极管d6串联，第一二极管d1、第一第三二极管d3和第五二极管d5的负极相互连接，第二二极管d2、第四二极管d4和第六二极管d6的正极相互连接，且第二二极管d2的正极接地；

滤波电容c8的一端连接第五二极管d5的负极，滤波电容c8的另一端连接第六二极管d6的正极；滤波电容c8的两端还并联在负载rl。

上述直流电源vin1、vin2、vin3、vin4可以向半桥开关模块提供相同电压、不同电压或不同正负电压，该谐振变换器与上一个llc谐振变换器工作原理相同，此处不再赘述。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于开关模块包括全桥开关模块，全桥开关模块与半桥开关模块相比，全桥开关模块适合更大功率的场合。

其中，全桥开关模块的选择方式有很多种，如图13所示，全桥开关模块包括第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和第四开关管q4；第一开关管q1至第四开关管q4的导通与闭合由微控制器控制；第一开关管q1的第一端连接直流电源的输出端，第一开关管q1的第二端连接第二开关管q2的第一端，第二开关管q2的第二端连接直流电源的输入端，第二开关管q2的第二端接地；第三开关管q3的第一端连接第一开关管q1的第一端，第三开关管q3的第二端连接第四开关管q4的第一端，第四开关管q4的第二端连接第二开关管q2的第二端；第一开关管q1的第二端连接对应的谐振组，更具体地说，第一开关管q1的第二端连接对应谐振电感，第三开关管q3的第二端对应的变压器的初级侧非同名端。该全桥开关模块属于连接方式最简单的全桥开关模块，其成本低，应用广泛。

如图14所示，全桥开关模块包括第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6、第一电容c1、第二电容c2、第一二极管d1和第二二极管d2；第一开关管q1至第六开关管q6导通与关闭由微控制器控制，其中，第一开关管q1的第一端连接直流电源的输出端，第一开关管q1的第二端连接第二开关管q2的第一端，第二开关管q2的第二端连接第三开关管q3的第一端，第三开关管q3的第二端连接第四开关管q4的第一端，第四开关管q4的第二端连接直流电源的输入端，第四开关管q4的第二端接地；第五开关管q5的第一端连接第一开关管q1的第一端，第五开关管q5的第二端连接第六开关管q6的第一端，第六开关管q6的第二端连接第四开关管q4的第二端；第一电容c1的一端连接第一开关管q1的第一端，第一电容c1的另一端经第二电容c2连接第四开关管q4的第二端；第一二极管d1的负极连接第一开关管q1的第二端，第一二极管d1的正极连接第一电容c1的另一端；第一二极管d1的正极还连接第二二极管d2的负极，第二二极管d2的正极连接第三开关管q3的第二端；第五开关管q5的第二端连接对应的谐振组，更具体地说，第五开关管q5的第二端连接对应的谐振电感，第二开关管q2的第二端连接变压器的初级侧非同名端。该全桥开关模块与其他连接方式的全桥开关模块相比，其优点控制方式较多，更为灵活。

如图15所示，全桥开关模块包括第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5、第六开关管q6、第七开关管q7、第八开关管q8、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4；第一开关管q1至第八开关管q8的导通或闭合由微控制器控制；其中，第一开关管q1的第一端连接直流电源的输出端，第一开关管q1的第二端连接第二开关管q2的第一端，第二开关管q2的第二端连接第三开关管q3的第一端，第三开关管q3的第二端连接第四开关管q4的第一端，第四开关管q4的第二端连接直流电源的输入端，第四开关管q4的第二端接地；第一电容c1的一端连接第一开关管q1的第一端，第一电容c1的另一端经第二电容c2连接第四开关管q4的第二端；第一二极管d1的负极连接第一开关管q1的第二端，第一二极管d1的正极连接第一电容c1的另一端，第一二极管d1的正极还连接第二二极管d2的负极，第二二极管d2的正极连接第三开关管q3的第二端，第二开关管q2的第二端连接对应的变压器的初级侧非同名端；

第五开关管q5的第一端连接第一开关管q1的第一端，第五开关管q5的第二端连接第六开关管q6的第一端，第六开关管q6的第二端连接第七开关管q7的第一端，第七开关管q7的第二端连接第八开关管q8的第一端，第八开关管q8的第二端连接第四开关管q4的第二端；第三电容c3的一端连接第五开关管q5的第一端，第三电容c3的另一端经第四电容c4连接第八开关管q8的第二端；第三二极管d3的负极连接第五开关管q5的第二端，第三二极管d3的正极连接第三电容c3的另一端，第三二极管d3的正极连接第四二极管d4的负极，第四二极管d4的正极连接第七开关管q7的第二端，第六开关管q6的第二端连接对应的谐振组，第六开关管q6的第二端连接对应的谐振电感。该全桥开关模块与其他连接方式的全桥开关模块相比，其优点能适用更高电压、更大功率的场合。

上述全桥开关模块的连接方式不局限于图13、14、15的连接方式，此处不再复赘述。

以不同电压供电的两个全桥为例，如图16所示，直流电源包括直流电源vin1、vin2，全桥开关电路包括两组全桥开关模块，其一全桥开关模块包括第一开关管q11、第二开关管q12、第三开关管q13、第四开关管q14，另一全桥开关模块包括第一开关管q21、第二开关管q22、第三开关管q23、第四开关管q24，

谐振模块包括两组谐振组，其中一组谐振组包括谐振电容c1、谐振电感l1和励磁电感，另一组谐振组包括谐振电容c2、谐振电感l2和励磁电感，变压器模块包括变压器t1和变压器t2；第一整流模块包括第一二极管d1和第二二极管d2，第二整流模块包括第三二极管d3和第四二极管d4，第三整流模块包括第五二极管d5和第六二极管d6；滤波电路包括滤波电容c8；

直流电源vin1的输出端连接第一开关管q11的第一端，第一开关管q11的第二端依次连接谐振电感l1、谐振电容c1连接变压器t1的初级侧同名端，第一开关管q11的第二端还连接第二开关管q12的第一端，第二开关管q12的第二端接地gnd1，第二开关管q12的第二端连接直流电源vin1的输入端，第三开关管q13的第一端连接第一开关管q11的第一端，第三开关管q13的第二端连接变压器t1的初级侧非同名端，第四开关管q14的第二端连接第二开关管q12的第二端；

直流电源vin2的输出端连接第一开关管q21的第一端，第一开关管q21的第二端依次连接谐振电感l2、谐振电容c2连接变压器t2的初级侧同名端，第一开关管q21的第二端还连接第二开关管q22的第一端，第二开关管q22的第二端接地gnd2，第二开关管q22的第二端连接直流电源的vin2的输入端，第三开关管q23的第一端连接第一开关管q21的第一端，第三开关管q23的第二端连接变压器t1的初级侧非同名端，第三开关管q23的第二端连接第四开关管q24的第一端，第四开关管q24的第二端连接第二开关管q22的第二端；

变压器t1、t2的初级侧同名端与次级侧非同名端之间设有对应的励磁电感(图16中未画)，变压器t1的次级侧同名端连接第一二极管d1的正极，变压器t1的次级侧非同名端连接第五二极管d5的正极，变压器t1的次级侧非同名端还连接变压器t2的次级侧同名端；变压器t2的次级侧非同名端连接第三二极管d3的正极；

其中，第一二极管d1与第二二极管d2串联，第三二极管d3与第四二极管d4串联，第五二极管d5与第六二极管d6串联，第一二极管d1、第一第三二极管d3和第五二极管d5的负极相互连接，第二二极管d2、第四二极管d4和第六二极管d6的正极相互连接，且第二二极管d2的正极接地；

滤波电容c8的一端连接第五二极管d5的负极，滤波电容c8的另一端连接第六二极管d6的正极；滤波电容c8的两端还并联在负载rl。

上述直流电源vin1、vin2可以向全桥开关模块提供相同电压、不同电压或不同正负电压，该谐振变换器的工作原理与实施例一的llc谐振变换器的工作原理相似，此处不再赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。