一种移相全桥电路及其控制方法与流程

一种移相全桥电路及其控制方法
【技术领域】
1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种移相全桥电路及其控制方法。


背景技术：

2.电动汽车(battery electric vehicle，bev)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通和安全法规等各项要求的车辆。相对于传统汽车而言，由于它对环境影响较小，所以其应用前景被广泛看好。而对电动汽车进行充电以提供动力的设备，就是固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(比如公共楼宇、商场和公共停车场等)、居民小区停车场和充电站等地点的充电桩。充电桩的功能类似于加油站里面的加油机，其可以根据不同的电压等级，利用设置在其内部的一个或多个电源为各种型号的电动汽车充电。充电桩为电动汽车充电时，对于不同的充电阶段，需要提供不同的负载电流；其中，满功率大电流充电要求较高的重载效率，而小电流浮充则要求较高的轻载效率。可见，充电桩为电动汽车充电时，其内部的电源的各负载点的效率均需要满足相应的要求。因此，提高充电桩的效率，对节约电能、电费，减少碳排放至关重要。
3.相关技术中，移相全桥电路和三电平pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)电路均是充电桩的常用拓扑，其共同点是均利用存储在连接于变压器原边的谐振电感(包括变压器的漏感)中的能量实现位于变压器原边的各开关管的软开关；其中，是否能够良好地实现各开关管的软开关是提高充电桩的效率的关键因素。但是，现有的移相全桥电路和三电平pwm电路却存在共同的缺点，即在重载工况下，各开关管的软开关状态很好，效率高；而在轻载工况下，由于负载电流有限，所以难以有效地实现各开关管的软开关，从而降低了轻载效率。
4.因此，有必要对上述移相全桥电路的结构进行改进。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种移相全桥电路及其控制方法，旨在解决相关技术中实现位于变压器原边的各开关管的软开关的有效性较低的问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术实施例第一方面提供了一种移相全桥电路，包括变压器、整流电路、滤波电路、具有输入电源的全桥电路和具有辅助电感的辅助电路；其中，所述变压器的初级绕组连接于所述全桥电路，所述变压器的次级绕组和所述滤波电路的输入端分别连接于所述整流电路，所述滤波电路的输出端用于并联于负载的两端，所述辅助电路的输入端并联于所述输入电源或所述整流电路的两端，所述辅助电路的输出端连接于所述变压器的绕组；
7.所述辅助电路用于在所述移相全桥电路处于轻载状态时，将所述辅助电感并联于所述变压器的绕组，以及在所述移相全桥电路处于重载状态时，断开所述辅助电感与所述变压器的绕组之间的并联。
8.本技术实施例第二方面提供了一种移相全桥电路的控制方法，应用于如本技术实
施例第一方面所述的移相全桥电路；所述移相全桥电路的控制方法包括：
9.对所述移相全桥电路的负载状态进行检测；其中，所述负载状态包括轻载状态和重载状态；
10.当所述移相全桥电路处于所述轻载状态时，通过所述辅助电路将所述辅助电感并联于所述变压器的绕组；
11.当所述移相全桥电路处于所述重载状态时，通过所述辅助电路断开所述辅助电感与所述变压器的绕组之间的并联。
12.从上述描述可知，与相关技术相比，本技术的有益效果在于：
13.当移相全桥电路处于轻载状态时，可以通过辅助电路将辅助电感并联于变压器的绕组；当移相全桥电路处于重载状态时，可以通过辅助电路断开辅助电感与变压器的绕组之间的并联；其中，由于变压器的绕组包括初级绕组和次级绕组，所以辅助电感既可以并联于变压器的初级绕组，也可以并联于变压器的次级绕组。基于此，以辅助电感并联于变压器的初级绕组为例，若辅助电感并联于变压器的初级绕组，则变压器的初级侧的励磁电流将会上升，且变压器的初级侧的励磁电流的三角波将会叠加在全桥电路中各开关管的方波上，使得电流的有效值能够具有极小的变化，从而减少了回路的导通损耗的增加，进而提升了全桥电路中各开关管的软开关特性(即提升了实现全桥电路中各开关管的软开关的有效性)，以及移相全桥电路的轻载效率；若断开辅助电感与变压器的初级绕组之间的并联，则利用负载折算至变压器的初级侧的电流，就可以很好地实现全桥电路中各开关管的软开关；而且，由于辅助电感并联于变压器的初级绕组时，变压器的初级侧的励磁电流所上升的部分仅作用于移相全桥电路的轻载状态，所以移相全桥电路的重载效率并不会受到任何影响。
【附图说明】
14.为了更清楚地说明相关技术或本技术实施例中的技术方案，下面将对相关技术或本技术实施例的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，而并非是全部实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。
15.图1为本技术实施例提供的移相全桥电路的第一种电路结构示意图；
16.图2为本技术实施例提供的移相全桥电路的轻载效率与传统移相全桥电路的轻载效率的对比图；
17.图3为本技术实施例提供的移相全桥电路的第二种电路结构示意图；
18.图4为本技术实施例提供的移相全桥电路的第三种电路结构示意图；
19.图5为本技术实施例提供的移相全桥电路的第四种电路结构示意图；
20.图6为本技术实施例提供的移相全桥电路的第五种电路结构示意图；
21.图7为本技术实施例提供的移相全桥电路的控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
22.为了使本技术的目的、技术方案以及优点更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例以及相应的附图，对本技术进行清楚、完整地描述，其中，自始至终相同或类似的标
号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应当理解的是，下面所描述的本技术的各个实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术，也即基于本技术的各个实施例，本领域的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。此外，下面所描述的本技术的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
23.在相关技术中，移相全桥电路和三电平pwm电路均是充电桩的常用拓扑，其共同点是均利用存储在连接于变压器原边的谐振电感(包括变压器的漏感)中的能量实现位于变压器原边的各开关管的软开关；其中，是否能够良好地实现各开关管的软开关是提高充电桩的效率的关键因素。但是，现有的移相全桥电路和三电平pwm电路却存在共同的缺点，即在重载工况下，各开关管的软开关状态很好，效率高；而在轻载工况下，由于负载电流有限，所以难以有效地实现各开关管的软开关，从而降低了轻载效率。为此，本技术实施例提供了一种移相全桥电路及其控制方法。
24.请参阅图1，图1为本技术实施例提供的移相全桥电路的第一种电路结构示意图。从图1中可以看出，本技术实施例提供的移相全桥电路包括变压器t、整流电路10、滤波电路20、具有输入电源vin的全桥电路30和具有辅助电感la的辅助电路40；其中，变压器t的初级绕组t
p
连接于全桥电路30，变压器t的次级绕组ts和滤波电路20的输入端分别连接于整流电路10，滤波电路20的输出端用于并联于负载ld的两端，辅助电路40的输入端并联于输入电源vin的两端，辅助电路40的输出端连接于变压器t的初级绕组t
p
。具体地，辅助电路40用于在移相全桥电路处于轻载状态时，将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
，以及在移相全桥电路处于重载状态时，断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联。此处，有必要进行说明，辅助电感la可以与变压器t的初级绕组t
p
正着并联，也可以与变压器t的初级绕组t
p
反着并联，即辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联无关于变压器t的初级绕组t
p
的同名端和异名端。
25.在实际应用中，可以实时地对移相全桥电路的负载状态(即轻载状态和重载状态)进行检测，并且，若检测结果为移相全桥电路当前处于轻载状态，则可以通过辅助电路40将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
；若检测结果为移相全桥电路当前处于重载状态，则可以通过辅助电路40断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联。
26.本技术实施例在移相全桥电路处于轻载状态时，通过辅助电路40将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
；在移相全桥电路处于重载时，通过辅助电路40断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联。基于此，若辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
，则变压器t的初级侧的励磁电流将会上升，且变压器t的初级侧的励磁电流的三角波将会叠加在全桥电路30中各开关管(即s
t1
和s
t2
)的方波上，使得电流的有效值能够具有极小的变化，从而减少了回路的导通损耗的增加，进而提升了全桥电路30中各开关管的软开关特性(即提升了实现全桥电路30中各开关管的软开关的有效性)，以及移相全桥电路的轻载效率；若断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联，则利用负载ld折算至变压器t的初级侧的电流，就可以很好地实现全桥电路30中各开关管的软开关，从而兼顾了移相全桥电路的轻载效率和重载效率；而且，由于辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
时，变压器t的初级侧的励磁电流所上升的部分仅作用于移相全桥电路的轻载状态，所以移相全桥电路的重载效率并不会受到任何影响。
27.可以理解，由于本技术实施例提升了移相全桥电路的轻载效率，所以全桥电路30中各开关管的发热将会大大减小，从而能够有效地提升全桥电路30中各开关管的使用寿命，以及应用本技术实施例提供的移相全桥电路的产品的可靠性。
28.此外，对于本技术实施例提供的移相全桥电路的轻载效率与传统移相全桥电路的轻载效率之间的区别，可以参见图2，图2为本技术实施例提供的移相全桥电路的轻载效率与传统移相全桥电路的轻载效率的对比图；其中，曲线1表征传统移相全桥电路的轻载效率，曲线2表征本技术实施例提供的移相全桥电路的轻载效率，辅助电感la为900μh。从图2中可以看出，当辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
，且辅助电感la为900μh时，变压器t的初级侧的励磁电流将会上升2.5a，那么，本技术实施例提供的移相全桥电路相较传统移相全桥电路而言，轻载效率提升了0.5-4.3％。
29.在一些实施例中，仍然参阅图1，全桥电路30可以包括两个桥臂，分别为超前桥臂和滞后桥臂；其中，超前桥臂由两个串联的第一开关管s
t1
构成，滞后桥臂由两个串联的第二开关管s
t2
构成。此时，变压器t的初级绕组t
p
的第一端连接于超前桥臂的中点，变压器t的初级绕组t
p
的第二端连接于滞后桥臂的中点。
30.当然，也并非仅限于此，在其他实施例中，全桥电路30的具体构成也可以为本领域内常见的其他结构形式。比如，请进一步参阅图3，图3为本技术实施例提供的移相全桥电路的第二种电路结构示意图，全桥电路30的具体构成也可以为图3所示出的三电平拓扑，本技术实施例在此不再赘述。
31.在一些实施例中，仍然参阅图1，辅助电路40可以包括钳位支路和辅助支路；其中，钳位支路并联于输入电源vin的两端，辅助支路的一端连接于钳位支路，辅助支路的另一端连接于变压器t的初级绕组t
p
。具体地，辅助支路用于在移相全桥电路处于轻载状态时，将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
，以及在移相全桥电路处于重载状态时，断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联。
32.对于该实施例，可以实时地对移相全桥电路的负载状态(即轻载状态和重载状态)进行检测，并且，若检测结果为移相全桥电路当前处于轻载状态，则可以通过辅助支路将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
；若检测结果为移相全桥电路当前处于重载状态，则可以通过辅助支路断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联。
33.作为一种实施方式，辅助支路可以包括开关s和辅助电感la，此时，开关s的一端连接于变压器t的初级绕组t
p
的第一端，开关s的另一端连接于钳位支路，辅助电感la的一端连接于变压器t的初级绕组t
p
的第二端，辅助电感la的另一端连接于钳位支路。此处，有必要进行说明，可以根据实际应用场景对开关s的类型进行选择，比如开关s可以为对顶连接mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)，还可以为igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
34.对于该实施方式，辅助支路可以通过控制开关s闭合，将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
，以及通过控制开关s关断，断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联。
35.作为一种实施方式，钳位支路可以包括至少两个串联的第一二极管d1。在下文中，将以钳位支路包括两个串联的第一二极管d1为例进行说明，此时，两个第一二极管d1分别
连接于输入电源vin的正极和负极，开关s未连接变压器t的初级绕组t
p
的一端连接在两个第一二极管d1之间，辅助电感la未连接变压器t的初级绕组t
p
的一端也连接在两个第一二极管d1之间。
36.对于该实施方式，两个第一二极管d1起钳位作用，即当辅助支路通过控制开关s关断，断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联时，辅助电感la的电流会流过两个第一二极管d1，从而能够有效地避免存储在辅助电感la中的能量对移相全桥电路造成损坏。
37.应当理解的是，上述实施方式仅作为本技术实施例的优选实现，并非是本技术实施例对辅助支路和钳位支路的具体构成的唯一限定；对此，本领域技术人员可以在本技术实施例的基础上，根据实际应用场景进行灵活设定。
38.在一些实施例中，请进一步参阅图4，图4为本技术实施例提供的移相全桥电路的第三种电路结构示意图；辅助电路40还可以包括阻尼电阻r，此时，辅助支路通过阻尼电阻r连接于钳位支路。具体地，开关s未连接变压器t的初级绕组t
p
的一端和辅助电感la未连接变压器t的初级绕组t
p
的一端分别连接于阻尼电阻r的一端，阻尼电阻r的另一端连接在两个第一二极管d1之间。
39.在一些实施例中，请进一步参阅图5，图5为本技术实施例提供的移相全桥电路的第四种电路结构示意图；辅助电路40可以包括多个，比如包括图5所示出的两个。
40.对于该实施例，设置多个辅助电路40的目的在于，提供与移相全桥电路的轻载效率的需求相适应的多个切换点，使得移相全桥电路的轻载效率在全负载范围内最优。但是，这无疑也增大了生产成本，因此，对于辅助电路40的数量，本领域技术人员可以根据实际应用场景进行灵活设定，本技术实施例对此不做唯一限定。
41.在一些实施例中，仍然参阅图1，整流电路10可以包括至少两个整流支路，整流支路可以包括至少两个串联的第二二极管d2。在下文中，将以整流电路10包括两个整流支路，整流支路包括两个串联的第二二极管d2为例进行说明，此时，变压器t的次级绕组ts的第一端连接在其中一个整流支路的两个第二二极管d2之间，变压器t的次级绕组ts的第二端连接在另一个整流支路的两个第二二极管d2之间。
42.进一步地，滤波电路20可以包括滤波电感lw和滤波电容c；其中，滤波电感lw的一端连接于两个整流支路的一端，滤波电感lw的另一端连接于滤波电容c的一端，滤波电容c的另一端连接于两个整流支路的另一端，滤波电容c用于并联于负载ld。
43.综合前文所述，辅助电路40设置在变压器t的初级侧，实际上，请进一步参阅图6，图6为本技术实施例提供的移相全桥电路的第五种电路结构示意图；辅助电路40也可以设置在变压器t的次级侧，即辅助电路40的输出端也可以并联于整流电路10的两端，此时，辅助电路40的输入端连接于变压器t的次级绕组ts。可以理解，辅助电路40实际上用于在移相全桥电路处于轻载状态时，将辅助电感la并联于变压器t的绕组，以及在移相全桥电路处于重载状态时，断开辅助电感la与变压器t的绕组之间的并联；其中，当辅助电路40的输入端并联于输入电源vin的两端时，变压器t与辅助电感la并联的绕组为初级绕组；当辅助电路40的输入端并联于整流电路10的两端时，变压器t与辅助电感la并联的绕组为次级绕组。
44.具体地，当辅助电路40的输入端并联于整流电路10的两端时，辅助电路40用于在移相全桥电路处于轻载状态时，将辅助电感la并联于变压器t的次级绕组ts，以及在移相全
桥电路处于重载状态时，断开辅助电感la与变压器t的次级绕组ts之间的并联。此处，有必要进行说明，不管是将辅助电路40设置在变压器t的初级侧，还是将辅助电路40设置在变压器t的次级侧，移相全桥电路的原理均是相似的，因此，对于辅助电路40设置在变压器t的次级侧的移相全桥电路，存在未描述详尽之处，具体参见前文所示出的辅助电路40设置在变压器t的初级侧的移相全桥电路的相关描述即可，本技术实施例在此不再赘述。
45.请进一步参阅图7，图7为本技术实施例提供的移相全桥电路的控制方法的流程示意图。
46.如图7所示，本技术实施例还提供了一种移相全桥电路的控制方法，应用于本技术实施例提供的移相全桥电路；该移相全桥电路的控制方法包括如下步骤701至703。
47.步骤701、对移相全桥电路的负载状态进行检测。
48.在本技术实施例中，移相全桥电路正常工作时，需要对移相全桥电路的负载状态进行实时的检测，以获取移相全桥电路当前的负载状态；其中，负载状态包括轻载状态和重载状态。
49.步骤702、当移相全桥电路处于轻载状态时，通过辅助电路将辅助电感并联于变压器的绕组。
50.在本技术实施例中，若步骤701的检测结果为移相全桥电路当前处于轻载状态，且辅助电路40设置在变压器t的初级侧，则需要通过辅助电路40将辅助电感la并联于变压器t的初级绕组t
p
；若步骤701的检测结果为移相全桥电路当前处于轻载状态，且辅助电路40设置在变压器t的次级侧，则需要通过辅助电路40将辅助电感la并联于变压器t的次级绕组ts。
51.步骤703、当移相全桥电路处于重载状态时，通过辅助电路断开辅助电感与变压器的绕组之间的并联。
52.在本技术实施例中，若步骤701的检测结果为移相全桥电路当前处于重载状态，且辅助电路40设置在变压器t的初级侧，则需要通过辅助电路40断开辅助电感la与变压器t的初级绕组t
p
之间的并联；若步骤701的检测结果为移相全桥电路当前处于重载状态，且辅助电路40设置在变压器t的次级侧，则需要通过辅助电路40断开辅助电感la与变压器t的次级绕组ts之间的并联。
53.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
54.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术所述的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成
的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk)等。
55.需要说明的是，本技术内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于方法类实施例而言，由于其与产品类实施例相似，所以描述的比较简单，相关之处参见产品类实施例的部分说明即可。
56.还需要说明的是，在本技术内容中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
57.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术内容。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本技术内容中所定义的一般原理可以在不脱离本技术内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术内容将不会被限制于本技术内容所示的这些实施例，而是要符合与本技术内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。