DC/DC变换器及电源装置的制作方法

dc/dc变换器及电源装置
技术领域
1.本技术属于电力电子技术领域，尤其涉及一种dc/dc变换器及电源装置。


背景技术：

2.传统非隔离dc/dc变换器工作于宽电压范围时较难实现高增益，虽然可以通过设置更大的占空比来得到更高的输出电压，但非隔离dc/dc变换器中的功率电感及电路中的其他寄生因素限制了输出电压的进一步提高，占空比增大至某个范围时，甚至会出现输出电压下降的情况。因此，传统非隔离dc/dc变换器工作于宽电压范围时如何实现高增益是目前存在的问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种dc/dc变换器及电源装置，可以解决传统非隔离dc/dc变换器工作于宽电压范围时较难实现高增益的问题。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种dc/dc变换器，包括第一储能模块、第二储能模块、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块；所述第一储能模块分别与所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第四开关模块和第一模块电连接，所述第二储能模块分别与所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块、所述第一模块和第二模块电连接，所述第四开关模块与所述第二模块电连接；当所述第一开关模块和所述第二开关模块导通，所述第三开关模块和所述第四开关模块关断时，所述第一模块分别为所述第一储能模块和所述第二储能模块充电；当所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第四开关模块关断，所述第三开关模块导通时，所述第一模块为所述第一储能模块和所述第二储能模块充电；当所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块关断，所述第四开关模块导通时，所述第一储能模块、所述第二储能模块和所述第一模块向所述第二模块放电。
5.在第一方面的一种可能的实现方式中，当所述第四开关模块导通，所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块关断时，所述第二模块为所述第一储能模块、所述第二储能模块和所述第一模块充电；当所述第四开关模块、所述第一开关模块和所述第二开关模块关断，所述第三开关模块导通时，所述第一储能模块和所述第二储能模块向所述第一模块放电；当所述第四开关模块和所述第三开关模块关断，所述第一开关模块和所述第二开关模块导通时，所述第一储能模块通过所述第一开关模块向所述第一模块放电，所述第二储能模块通过所述第二开关模块向所述第一模块放电。
6.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一储能模块包括第一电感；所述第一电感的第一端分别与所述第二开关模块和所述第一模块电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一开关模块、所述第三开关模块和所述第四开关模块电连接；所述第二储能模块包括第二电感；所述第二电感的第一端分别与所述第一开关模块和所述第一模块电连接，所述第二电感的第二端分别与所述第二开关模块、所述第三开
关模块和所述第二模块电连接。
7.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一储能模块还包括第一电容和第一二极管；所述第一电容的第一端分别与所述第一电感的第二端和所述第一开关模块电连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一二极管的负极、所述第三开关模块和所述第四开关模块电连接，所述第一二极管的正极分别与所述第一电感的第一端、所述第二开关模块和所述第一模块电连接。
8.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二储能模块还包括第二电容和第二二极管；所述第二电容的第一端分别与所述第二二极管的正极、所述第三开关模块和所述第二模块电连接，所述第二电容的第二端分别与所述第二电感的第二端和所述第二开关模块电连接，所述第二二极管的负极分别与所述第二电感的第一端、所述第一开关模块和所述第一模块电连接。
9.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一开关模块包括第一开关管及其体二极管；所述第一开关管的第一导通端分别与所述第一储能模块、所述第三开关模块和所述第四开关模块电连接，所述第一开关管的第二导通端分别与所述第二储能模块和所述第一模块电连接；或者，所述第一开关模块包括第三二极管；所述第三二极管的负极分别与所述第一储能模块、所述第三开关模块和所述第四开关模块电连接，所述第三二极管的正极分别与所述第二储能模块和所述第一模块电连接。
10.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二开关模块包括第二开关管及其体二极管；所述第二开关管的第一导通端分别与所述第一储能模块和所述第一模块电连接，所述第二开关管的第二导通端分别与所述第二储能模块、所述第三开关模块和所述第二模块电连接；或者，所述第二开关模块包括第四二极管；所述第四二极管的负极分别与所述第一储能模块和所述第一模块电连接，所述第四二极管的正极分别与所述第二储能模块、所述第三开关模块和所述第二模块电连接。
11.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第四开关模块包括第三开关管及其体二极管；所述第三开关管的第一导通端与所述第二模块电连接，所述第三开关管的第二导通端分别与所述第三开关模块、所述第一储能模块和所述第一开关模块电连接；或者，所述第四开关模块包括第五二极管；所述第五二极管的负极与所述第二模块电连接，所述第五二极管的正极分别与所述第三开关模块、所述第一储能模块和所述第一开关模块电连接。
12.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三开关模块包括第四开关管及其体二极管和第五开关管及其体二极管；所述第四开关管的第一导通端分别与所述第一储能模块、所述第一开关模块和所述第四开关模块电连接，所述第四开关管的第二导通端与所述第五开关管的第二导通端电连接，所述第五开关管的第一导通端分别与所述第二储能模块、所述第二开关模块和所述第二模块电连接；或者，所述第三开关模块包括第六开关管及其体二极管和第七二极管；所述第六开关管的第一导通端分别与所述第一储能模块、所述第一开关模块和所
述第四开关模块电连接，所述第六开关管的第二导通端与所述第七二极管的正极电连接，所述第七二极管的负极分别与所述第二储能模块、所述第二开关模块和所述第二模块电连接；或者，所述第三开关模块包括第七开关管及其体二极管和第八二极管；所述第八二极管的负极分别与所述第一储能模块、所述第一开关模块和所述第四开关模块电连接，所述第八二极管的正极与所述第七开关管的第二导通端电连接，所述第七开关管的第一导通端分别与所述第二储能模块、所述第二开关模块和所述第二模块电连接。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种电源装置，包括第一模块、第二模块、控制器和第一方面中任一项所述的dc/dc变换器；所述dc/dc变换器串接于所述第一模块和所述第二模块之间，所述控制器分别与所述dc/dc变换器、所述第一模块和所述第二模块电连接；所述控制器用于确定所述dc/dc变换器的功率流向，采集所述第一模块上的电压信号和所述第二模块上的电压信号，并根据所述功率流向、所述第一模块上的电压信号和所述第二模块上的电压信号确定所述dc/dc变换器的工作模式。
14.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本技术实施例提供了一种dc/dc变换器，当第一开关模块和第二开关模块导通，第三开关模块和第四开关模块关断时，第一模块分别为第一储能模块和第二储能模块充电，此时第一储能模块和第二储能模块为并联储能；当第一开关模块、第二开关模块和第四开关模块关断，第三开关模块导通时，第一模块为第一储能模块和第二储能模块充电，此时第一储能模块和第二储能模块为串联储能；当第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块关断，第四开关模块导通时，第一储能模块、第二储能模块和第一模块向第二模块放电，此时第一储能模块和第二储能模块为串联放电。从上可以看出，dc/dc变换器工作于升压模式，在储能阶段，第一模块为第一储能模块和第二储能模块进行了两次充电。在释放能量阶段，第一储能模块、第二储能模块和第一模块串联在一起向第二模块放电，从而在宽电压范围内实现了高增益。
15.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本技术一实施例提供的dc/dc变换器的结构示意图；图2是本技术另一实施例提供的dc/dc变换器的电路连接示意图一；图3是本技术另一实施例提供的dc/dc变换器的电路连接示意图二；图4是本技术另一实施例提供的dc/dc变换器的电路连接示意图三；图5是本技术另一实施例提供的dc/dc变换器的电路连接示意图四；图6是本技术一实施例提供的dc/dc变换器中第三开关模块的电路结构示意图；
图7是本技术一实施例提供的dc/dc变换器的工作波形示意图；图8是本技术一实施例提供的电源装置的结构示意图；图9是本技术另一实施例提供的电源装置的电路连接示意图。
18.图中：10、dc/dc变换器；100、第一储能模块；200、第二储能模块；300、第一开关模块；400、第二开关模块；500、第三开关模块；600、第四开关模块；20、第一模块；30、第二模块；40、控制器。
具体实施方式
19.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
20.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
21.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
22.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当
…
时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0023]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0025]
如图1所示，本技术实施例提供了一种dc/dc变换器10，包括第一储能模块100、第二储能模块200、第一开关模块300、第二开关模块400、第三开关模块500和第四开关模块600。第一储能模块100分别与第一开关模块300、第二开关模块400、第三开关模块500、第四开关模块600和第一模块20电连接。第二储能模块200分别与第一开关模块300、第二开关模块400、第三开关模块500、第一模块20和第二模块30电连接，第四开关模块600与第二模块30电连接。
[0026]
具体的，当第一开关模块300和第二开关模块400导通，第三开关模块500和第四开关模块600关断时，第一模块20分别为第一储能模块100和第二储能模块200充电，此时第一储能模块100和第二储能模块200为并联储能。当第一开关模块300、第二开关模块400和第四开关模块600关断，第三开关模块500导通时，第一模块20为第一储能模块100和第二储能
模块200充电，此时第一储能模块100和第二储能模块200为串联储能。当第一开关模块300、第二开关模块400和第三开关模块500关断，第四开关模块600导通时，第一储能模块100、第二储能模块200和第一模块20向第二模块30放电，此时第一储能模块100和第二储能模块200为串联放电。
[0027]
从上可以看出，dc/dc变换器10工作于升压模式，在储能阶段，第一模块20为第一储能模块100和第二储能模块200进行了两次充电，分别为并联储能和串联储能。在释放能量阶段，第一储能模块100、第二储能模块200和第一模块20串联在一起向第二模块30放电，从而在宽电压范围内实现了高增益。
[0028]
进一步的，当第四开关模块600导通，第一开关模块300、第二开关模块400和第三开关模块500关断时，第二模块30为第一储能模块100、第二储能模块200和第一模块20充电，此时第一储能模块100和第二储能模块200为串联储能。当第四开关模块600、第一开关模块300和第二开关模块400关断，第三开关模块500导通时，第一储能模块100和第二储能模块200向第一模块20放电，此时第一储能模块100和第二储能模块200为串联放电。当第四开关模块600和第三开关模块500关断，第一开关模块300和第二开关模块400导通时，第一储能模块100通过第一开关模块300向第一模块20放电，第二储能模块200通过第二开关模块400向第一模块20放电，此时第一储能模块100和第二储能模块200为并联放电。
[0029]
从上可以看出，dc/dc变换器10工作于降压模式，在储能阶段，第二模块30为第一储能模块100和第二储能模块200进行了充电，具体为串联储能。在释放能量阶段，第一储能模块100和第二储能模块200进行了两次放电，分别为串联放电和并联放电，从而在宽电压范围内实现了高增益。
[0030]
如图2所示，第一储能模块100包括第一电感l1。第一电感l1的第一端分别与第二开关模块400和第一模块20电连接，第一电感l1的第二端分别与第一开关模块300、第三开关模块500和第四开关模块600电连接。
[0031]
具体的，第一电感l1在dc/dc变换器10中作为储能元件，用于根据开关模块的导通和关断，进行相应的储存能量和释放能量。
[0032]
示例性的，如图3所示，第一储能模块100还包括第一电容c1和第一二极管d1。第一电容c1的第一端分别与第一电感l1的第二端和第一开关模块300电连接，第一电容c1的第二端分别与第一二极管的负极d1、第三开关模块500和第四开关模块600电连接，第一二极管d1的正极分别与第一电感l1的第一端、第二开关模块400和第一模块20电连接。
[0033]
具体的，当dc/dc变换器工作于升压模式时，当第一开关模块300和第二开关模块400导通时，第一电感l1和第二电感l2为并联储能，第一电容c1通过第一二极管d1进行充电。当dc/dc变换器工作于降压模式时，当第四开关模块600导通时，第一电感l1和第二电感l2为串联储能，第一电容c1放电，当第四开关模块600断开时，第一电感l1和第二电感l2向第一模块20放电，同时第一电感l1通过第一二极管d1为第一电容c1充电。
[0034]
如图2所示，第二储能模块200包括第二电感l2。第二电感l2的第一端分别与第一开关模块300和第一模块20电连接，第二电感l2的第二端分别与第二开关模块400、第三开关模块500和第二模块30电连接。
[0035]
具体的，第二电感l2在dc/dc变换器10中作为储能元件，用于根据开关模块的导通和关断，进行相应的储存能量和释放能量。
[0036]
示例性的，如图3所示，第二储能模块200还包括第二电容c2和第二二极管d2。第二电容c2的第一端分别与第二二极管d2的正极、第三开关模块500和第二模块30电连接，第二电容c2的第二端分别与第二电感l2的第二端和第二开关模块400电连接，第二二极管d2的负极分别与第二电感l2的第一端、第一开关模块300和第一模块20电连接。
[0037]
具体的，当dc/dc变换器工作于升压模式时，当第一开关模块300和第二开关模块400导通时，第一电感l1和第二电感l2为并联储能，第一电容c1通过第一二极管d1进行充电，第二电容c2通过第二二极管d2进行充电。当dc/dc变换器工作于降压模式时，当第四开关模块600导通时，第一电感l1和第二电感l2为串联储能，第一电容c1放电，第二电容c2放电，当第四开关模块600断开时，第一电感l1和第二电感l2向第一模块20放电，同时第一电感l1通过第一二极管d1为第一电容c1充电，第二电感l2通过第二二极管d2为第二电容c2充电。
[0038]
如图2所示，第一开关模块300包括第一开关管q1及其体二极管d
q1
。第一开关管q1的第一导通端分别与第一储能模块100、第三开关模块500和第四开关模块600电连接，第一开关管q1的第二导通端分别与第二储能模块200和第一模块20电连接。
[0039]
示例性的，第一开关管q1采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0040]
示例性的，第一开关管q1为nmos管，第一开关管q1的第一导通端为nmos管的漏极，第一开关管q1的第二导通端为nmos管的源极，第一开关管q1的控制端为nmos管的栅极。
[0041]
示例性的，如图4所示，第一开关模块300包括第三二极管d3。第三二极管d3的负极分别与第一储能模块100、第三开关模块500和第四开关模块600电连接，第三二极管d3的正极分别与第二储能模块200和第一模块20电连接。
[0042]
如图2所示，第二开关模块400包括第二开关管q2及其体二极管d
q2
。第二开关管q2的第一导通端分别与第一储能模块100和第一模块20电连接，第二开关管q2的第二导通端分别与第二储能模块200、第三开关模块500和第二模块30电连接。
[0043]
示例性的，第二开关管q2采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0044]
示例性的，第二开关管q2为nmos管，第二开关管q2的第一导通端为nmos管的漏极，第二开关管q2的第二导通端为nmos管的源极，第二开关管q2的控制端为nmos管的栅极。
[0045]
示例性的，如图4所示，第二开关模块400包括第四二极管d4。第四二极管d4的负极分别与第一储能模块100和第一模块20电连接，第四二极管d4的正极分别与第二储能模块200、第三开关模块500和第二模块30电连接。
[0046]
如图2所示，第四开关模块600包括第三开关管q3及其体二极管d
q3
。第三开关管q3的第一导通端与第二模块30电连接，第三开关管q3的第二导通端分别与第三开关模块500、第一储能模块100和第一开关模块300电连接。
[0047]
示例性的，第三开关管q3采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0048]
示例性的，第三开关管q3为nmos管，第三开关管q3的第一导通端为nmos管的漏极，第三开关管q3的第二导通端为nmos管的源极，第三开关管q3的控制端为nmos管的栅极。
[0049]
示例性的，如图5所示，第四开关模块600包括第五二极管d5。第五二极管d5的负极
与第二模块30电连接，第五二极管d5的正极分别与第三开关模块500、第一储能模块100和第一开关模块300电连接。
[0050]
如图2所示，第三开关模块500包括第四开关管q4及其体二极管d
q4
和第五开关管q5及其体二极管d
q5
。第四开关管q4的第一导通端分别与第一储能模块100、第一开关模块300和第四开关模块600电连接，第四开关管q4的第二导通端与第五开关管q5的第二导通端电连接，第五开关管q5的第一导通端分别与第二储能模块200、第二开关模块400和第二模块30电连接。
[0051]
示例性的，第四开关管q4和第五开关管q5采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0052]
示例性的，第四开关管q4为nmos管，第四开关管q4的第一导通端为nmos管的漏极，第四开关管q4的第二导通端为nmos管的源极，第四开关管q4的控制端为nmos管的栅极。第五开关管q5为nmos管，第五开关管q5的第一导通端为nmos管的漏极，第五开关管q5的第二导通端为nmos管的源极，第五开关管q5的控制端为nmos管的栅极。
[0053]
需要说明的是，第四开关管q4的第一导通端作为第三开关模块500的第一端，第五开关管q5的第一导通端作为第三开关模块500的第二端。
[0054]
示例性的，如图6中的（a）所示，第三开关模块500包括开关管qa及其体二极管d
qa
和开关管qb及其体二极管d
qb
。开关管qa的第二导通端作为第三开关模块500的第一端，开关管qa的第一导通端与开关管qb的第一导通端电连接，开关管qb的第二导通端作为第三开关模块500的第二端。
[0055]
示例性的，开关管qa和开关管qb采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0056]
示例性的，开关管qa为nmos管，开关管qa的第一导通端为nmos管的漏极，开关管qa的第二导通端为nmos管的源极，开关管qa的控制端为nmos管的栅极。开关管qb为nmos管，开关管qb的第一导通端为nmos管的漏极，开关管qb的第二导通端为nmos管的源极，开关管qb的控制端为nmos管的栅极。
[0057]
示例性的，如图6中的（b）所示，第三开关模块500包括二极管da、二极管db、二极管dc、二极管dd和开关管qc及其体二极管d
qc
。二极管da的正极与二极管dc的负极电连接，作为第三开关模块500的第一端，二极管da的负极分别与二极管db的负极和开关管qc的第一导通端电连接，二极管dc的正极分别与二极管dd的正极和开关管qc的第二导通端电连接，二极管db的正极与二极管dd的负极电连接，作为第三开关模块500的第二端。
[0058]
示例性的，开关管qc采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0059]
示例性的，开关管qc为nmos管，开关管qc的第一导通端为nmos管的漏极，开关管qc的第二导通端为nmos管的源极，开关管qc的控制端为nmos管的栅极。
[0060]
示例性的，如图6中的（c）所示，第三开关模块500包括开关管qd及其体二极管d
qd
、开关管qe及其体二极管d
qe
、二极管df和二极管de。开关管qd的第一导通端与二极管de的负极电连接，作为第三开关模块500的第一端，开关管qd的第二导通端与二极管df的正极电连接，二极管df的负极与开关管qe的第一导通端电连接，作为第三开关模块500的第二端，开关管qe的第二导通端与二极管de的正极电连接。
[0061]
示例性的，开关管qd和开关管qe采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0062]
示例性的，开关管qd为nmos管，开关管qd的第一导通端为nmos管的漏极，开关管qd的第二导通端为nmos管的源极，开关管qd的控制端为nmos管的栅极。开关管qe为nmos管，开关管qe的第一导通端为nmos管的漏极，开关管qe的第二导通端为nmos管的源极，开关管qe的控制端为nmos管的栅极。
[0063]
需要说明的是，第三开关模块500具有多种内部电路形式，并不局限于上述电路结构。
[0064]
示例性的，如图5所示，第三开关模块500包括第六开关管q6及其体二极管d
q6
和第七二极管d7。第六开关管q6的第一导通端分别与第一储能模块100、第一开关模块300和第四开关模块600电连接，第六开关管q6的第二导通端与第七二极管d7的正极电连接，第七二极管d7的负极分别与第二储能模块200、第二开关模块400和第二模块30电连接。
[0065]
示例性的，第六开关管q6采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0066]
示例性的，第六开关管q6为nmos管，第六开关管q6的第一导通端为nmos管的漏极，第六开关管q6的第二导通端为nmos管的源极，第六开关管q6的控制端为nmos管的栅极。
[0067]
示例性的，如图4所示，第三开关模块500包括第七开关管q7及其体二极管d
q7
和第八二极管d8。第八二极管d8的负极分别与第一储能模块100、第一开关模块300和第四开关模块600电连接，第八二极管d8的正极与第七开关管q7的第二导通端电连接，第七开关管q7的第一导通端分别与第二储能模块200、第二开关模块400和第二模块30电连接。
[0068]
示例性的，第七开关管q7采用金属氧化物场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管等全控型功率器件。
[0069]
示例性的，第七开关管q7为nmos管，第七开关管q7的第一导通端为nmos管的漏极，第七开关管q7的第二导通端为nmos管的源极，第七开关管q7的控制端为nmos管的栅极。
[0070]
dc/dc变换器10具有四种工作模式，分别为双向工作模式、单向工作模式中的升压模式和降压模式，下面详细介绍每种工作模式对应的dc/dc变换器10的电路结构。
[0071]
当dc/dc变换器10工作于双向工作模式时，dc/dc变换器10的电路结构如图2所示，其中第一储能模块100包括第一电感l1。第二储能模块200包括第二电感l2。第一开关模块300包括第一开关管q1及其体二极管d
q1
。第二开关模块400包括第二开关管q2及其体二极管d
q2
。第三开关模块500包括第四开关管q4及其体二极管d
q4
和第五开关管q5及其体二极管d
q5
。第四开关模块600包括第三开关管q3及其体二极管d
q3
。其连接关系为：第一电感l1的第一端分别与第二开关管q2的第一导通端和第一模块20电连接，第一电感l1的第二端分别与第一开关管q1的第一导通端、第四开关管q4的第一导通端和第三开关管q3的第二导通端电连接，第二电感l2的第一端分别与第一开关管q1的第二导通端和第一模块20电连接，第二电感l2的第二端分别与第二开关管q2的第二导通端、第五开关管q5的第一导通端和第二模块30电连接，第三开关管q3的第一导通端与第二模块30电连接，第四开关管q4的第二导通端与第五开关管q5的第二导通端电连接。具体工作原理为：当dc/dc变换器10工作于升压模式时，第一开关管q1和第二开关管q2工作于高频pwm调制方式，第三开关管q3工作于同步整流方式，其体二极管d
q3
导通稍后再开通，这样第三开关管q3能够实现零电压开通（zvs）软开
关工作。主要波形图如图7中的（a）所示，从上至下分别为第一开关管q1和第二开关管q2的栅极驱动信号vgs、第四开关管q4和第五开关管q5的栅极驱动信号vgs，以及流过第一电感l1的电流i
l1
和第二电感l2的电流i
l2
。第一开关管q1和第二开关管q2导通，体二极管d
q3
反向截止，第四开关管q4和第五开关管q5关断时，第一模块20分别为第一电感l1和第二电感l2充电，第一电感l1和第二电感l2分别各自储能，称为并联储能；第一开关管q1和第二开关管q2关断，体二极管d
q3
反向截止，第四开关管q4和第五开关管q5导通时，构成独立储能工作阶段，第一模块20为第一电感l1和第二电感l2充电，第一电感l1和第二电感l2串联储能；第一开关管q1和第二开关管q2关断，体二极管d
q3
正向导通，第四开关管q4和第五开关管q5关断时，第一电感l1和第二电感l2中存储的能量向第二模块30串联放电，从而可以得到其电压增益为，其中，d1为第一开关管q1、第二开关管q2的pwm调制占空比，d4为第四开关管q4的pwm调制占空比。vh为第二模块30上的电压，v
l
为第一模块20上的电压。
[0072]
示例性的，第四开关管q4工作于高频pwm调试方式并可提前开通，由于第一开关管q1、第二开关管q2导通期间电流仍然流向混合桥臂支路，因而第四开关管q4可以实现零电流开通（zcs）软开关工作。其中混合桥臂支路包括第一电感l1和第一开关管q1构成的支路和第二电感l2和第二开关管q2构成的支路。
[0073]
示例性的，第五开关管q5工作于同步整流方式，在其体二极管d
q5
导通稍后再开通，这样第五开关管q5能够实现零电压开通（zvs）软开关工作。
[0074]
需要说明的是，使用上述控制逻辑，第四开关管q4、第五开关管q5的开通可以提供电感电流储能通路，从而可以吸收第一开关管q1、第二开关管q2关断瞬间的电压尖峰。
[0075]
当dc/dc变换器10工作于降压模式时，第三开关管q3工作于高频pwm调制方式，第一开关管q1、第二开关管q2工作于同步整流方式，在其体二极管d
q1
、d
q2
导通稍后再开通，这样第一开关管q1、第二开关管q2能够实现zvs软开关工作。主要波形如图7中的（b）所示，从上至下分别为第三开关管q3的栅极驱动信号vgs、第四开关管q4和第五开关管q5的栅极驱动信号vgs，以及流过第一电感l1的电流i
l1
、第二电感l2的电流i
l2
。第三开关管q3导通，第四开关管q4、第五开关管q5关断，体二极管d
q1
、d
q2
反向截止时，第二模块30为第一电感l1和第二电感l2充电，第一电感l1、第二电感l2串联储能，能量从第二模块30流向第一模块20；第三开关管q3关断，体二极管d
q1
、d
q2
反向截止，第四开关管q4、第五开关管q5导通时构成独立续流放电工作阶段，第一电感l1、第二电感l2存储的能量向第一模块20串联放电；第三开关管q3关断，第四开关管q4、第五开关管q5关断时，体二极管d
q1
、d
q2
正向导通，第一电感l1中储存的能量通过体二极管d
q1
向第一模块20续流放电，第二电感l2中存储的能量通过体二极管d
q2
向第一模块20续流放电，称为并联放电，从而可以得到其电压增益为，其中，d3为第三开关管q3的pwm调制占空比，d5为第五开关管q5的pwm调制占空比。vh为第二模块30上的电压，v
l
为第一模块20上的电压。
[0076]
示例性的，第五开关管q5工作于高频pwm并可提前开通，由于第三开关管q3导通期间电流仍然流过第三开关管q3及第一电感l1、第二电感l2构成的串联支路，因而第五开关管q5可以实现zcs软开关工作。
[0077]
示例性的，第四开关管q4工作于同步整流方式，在其体二极管d
q4
导通稍后再开通，
这样第四开关管q4能够实现zvs软开关工作。
[0078]
需要说明的是，上述控制逻辑，第四开关管q4、第五开关管q5的开通可以提供电感电流续流放电通路，从而可以吸收第三开关管q3关断瞬间的电压尖峰。
[0079]
示例性的，如图3所示，在dc/dc变换器10中增加开关电容电路，具体在第一储能模块100中增加第一电容c1和第一二极管d1。在第二储能模块200中增加第二电容c2和第二二极管d2。具体连接关系为：第一电容c1的第一端与第一电感l1的第二端和第一开关管q1的第一导通端电连接，第一电容c1的第二端分别与第一二极管d1的负极、第四开关管q4的第一导通端和第三开关管q3的第二导通端电连接，第一二极管d1的正极分别与第一电感l1的第一端、第二开关管q2的第一导通端和第一模块20电连接。第二电容c2的第一端分别与第二二极管d2的正极、第五开关管q5的第一导通端和第二模块30电连接，第二电容c2的第二端分别与第二电感l2的第二端和第二开关管q2的第二导通端电连接，第二二极管d2的负极分别与第二电感l2的第一端、第一开关管 q1的第二导通端和第一模块20电连接。当dc/dc变换器10为升压模式时，第一开关管q1、第二开关管q2导通，第一电感l1、第二电感l2并联储能，同时第一电容c1通过第一二极管d1充电，第二电容c2通过第二二极管d2充电。当dc/dc变换器10为降压模式时，第三开关管q3导通，第一电感l1、第二电感l2串联储能，第一电容c1、第二电容c2放电；第三开关管q3关断时，一方面第一电感l1、第二电感l2向第一模块20放电，另一方面第一电感l1、第二电感l2分别通过第一二极管d1、第二二极管d2向第一电容c1、第二电容c2充电。
[0080]
当dc/dc变换器10工作于单向工作模式且为升压模式时，dc/dc变换器10的电路结构如图5所示，其中第一储能模块100包括第一电感l1。第二储能模块200包括第二电感l2。第一开关模块300包括第一开关管q1及其体二极管d
q1
。第二开关模块400包括第二开关管q2及其体二极管d
q2
。第三开关模块500包括第六开关管q6及其体二极管d
q6
和第七二极管d7。第四开关模块600包括第五二极管d5。其连接关系为：第一电感l1的第一端分别与第二开关管q2的第一导通端和第一模块20电连接，第一电感l1的第二端分别与第一开关管q1的第一导通端、第六开关管q6的第一导通端和第五二极管d5的正极电连接，第二电感l2的第一端分别与第一开关管q1的第二导通端和第一模块20电连接，第二电感l2的第二端分别与第二开关管q2的第二导通端、第七二极管d7的负极和第二模块30电连接，第五二极管d5的负极与第二模块30电连接，第六开关管q6的第二导通端与第七二极管d7的正极电连接。具体工作原理为：第一开关管q1、第二开关管q2工作于高频pwm调制方式，并且同步工作。第一开关管q1、第二开关管q2导通，第五二极管d5反向截止，第六开关管q6关断时，第一电感l1、第二电感l2并联储能；第一开关管q1、第二开关管q2关断，第五二极管d5反向截止，第六开关管q6导通时，第七二极管d7正向导通，第一电感l1、第二电感l2串联储能；第一开关管q1、第二开关管q2关断，第六开关管q6关断时，第五二极管d5正向导通，存储在第一电感l1、第二电感l2中的能量向第二模块30串联放电，从而在宽电压范围内实现了高增益。
[0081]
示例性的，第六开关管q6工作于高频pwm并可提前开通，由于第一开关管q1、第二开关管q2导通期间电流仍然流向混合桥臂支路，因而第六开关管q6可以实现zcs软开关工作。其中混合桥臂支路包括第一电感l1和第一开关管q1构成的支路和第二电感l2和第二开关管q2构成的支路。
[0082]
示例性的，第五二极管d5和第七二极管d7可以分别替换为第三开关管q3和第五开
关管q5，第三开关管q3和第五开关管q5工作于同步整流方式，在其体二极管d
q3
、d
q5
导通稍后再开通，这样第三开关管q3、第五开关管q5能够实现zvs软开关工作。
[0083]
需要说明的是，上述控制逻辑，第七二极管d7或第五开关管q5与第六开关管q6的共同开通可以提供电感电流储能通路，从而可以吸收第一开关管q1、第二开关管q2关断瞬间的电压尖峰。
[0084]
当dc/dc变换器10工作于单向工作模式且为降压模式时，dc/dc变换器10的电路结构如图4所示，其中第一储能模块100包括第一电感l1。第二储能模块200包括第二电感l2。第一开关模块300包括第三二极管d3。第二开关模块400包括第四二极管d4。第三开关模块500包括第八二极管d8和第七开关管q7及其体二极管d
q7
。第四开关模块600包括第三开关管q3及其体二极管d
q3
。其连接关系为：第一电感l1的第一端分别与第四二极管d4的负极和第一模块20电连接，第一电感l1的第二端分别与第三二极管d3的负极、第八二极管d8的负极和第三开关管q3的第二导通端电连接，第二电感l2的第一端分别与第三二极管d3的正极和第一模块20电连接，第二电感l2的第二端分别与第四二极管d4的正极、第七开关管q7的第一导通端和第二模块30电连接，第三开关管q3的第一导通端与第二模块30电连接，第八二极管d8的正极与第七开关管q7的第二导通端电连接。具体工作原理为：第三开关管q3工作于高频pwm调制方式。第三开关管q3导通，第七开关管q7关断，第三二极管d3、第四二极管d4反向截止时，第二模块30向第一模块20提供能量，同时第一电感l1、第二电感l2串联储能；第三开关管q3关断，第三二极管d3、第四二极管d4反向截止，第七开关管q7导通时，第八二极管d8正向导通，第一电感l1、第二电感l2串联放电；第三开关管q3关断，第七开关管q7关断时，第三二极管d3、第四二极管d4正向导通，存储在第一电感l1、第二电感l2中的能量向第一模块20并联放电，从而实现在宽电压范围内实现了高增益。
[0085]
示例性的，第七开关管q7工作于高频pwm并可提前开通，由于第三开关管q3导通期间电流仍然流过第三开关管q3及第一电感l1、第二电感l2构成的串联支路，因而第七开关管q7可以实现zcs软开关工作。
[0086]
示例性的，第三二极管d3、第四二极管d4和第八二极管d8可以分别替换为第一开关管q1、第二开关管q2、第四开关管q4，第一开关管q1、第二开关管q2、第四开关管q4工作于同步整流方式，在其体二极管d
q1
、d
q2
、d
q4
导通稍后再开通，这样第一开关管q1、第二开关管q2、第四开关管q4能够实现zvs软开关工作。
[0087]
需要说明的是，上述控制逻辑，第八二极管d8或第四开关管q4与第七开关管q7的共同开通可以提供电感电流续流放电通路，从而可以吸收第三开关管q3关断瞬间的电压尖峰。
[0088]
如图8所示，本技术实施例还提供了一种电源装置，包括第一模块20、第二模块30、控制器40和上述dc/dc变换器10。dc/dc变换器10串接于第一模块20和第二模块30之间，控制器40分别与dc/dc变换器10、第一模块20和第二模块30电连接。
[0089]
具体的，控制器40用于确定dc/dc变换器10的功率流向，采集第一模块20上的电压信号和第二模块30上的电压信号，并根据功率流向、第一模块20上的电压信号和第二模块30上的电压信号确定dc/dc变换器10的工作模式。
[0090]
示例性的，如图9所示，dc/dc变换器10工作于双向工作模式，第一模块20为低压侧，包括低压电源v
l
和低压滤波电容c
l
。第二模块30为高压侧，包括高压电源vh和高压滤波
电容ch。具体连接关系为：低压电源v
l
的正极分别与低压滤波电容c
l
的第一端、第一电感l的第一端和第二开关管q2的第一导通端电连接，低压电源v
l
的负极分别与低压滤波电容c
l
的第二端、第一开关管q1的第二导通端和第二电感l2的第一端电连接。高压电源vh的正极分别与高压滤波电容ch的第一端和第三开关管q3的第一导通端电连接，高压电源vh的负极分别与高压滤波电容ch的第二端、第五开关管q5的第一导通端、第二电感l2的第二端和第二开关管q2的第二导通端电连接。
[0091]
具体的，从低压侧向高压侧的功率流向路径为：低压电源v
l
经过低压滤波电容c
l
滤波后提供给双向dc/dc变换器10，其输出再经高压滤波电容ch滤波提供给高压电源vh。控制器40经过内部逻辑处理和控制后，输出适当驱动信号给dc/dc变换器10内部的开关管以高频开关工作，最终提供稳定直流电压或电流给高压电源vh。反过来，从高压侧向低压侧的功率流向路径及其工作原理与此相似，这里不再赘述。
[0092]
示例性的，低压电源v
l
为电池，高压电源vh一般接入高压直流母线。
[0093]
示例性的，控制器40既可使用分立电子元器件搭建，也可设计和使用专用集成电路，如模拟控制芯片、通过软件编程的单片机（mcu）、数字信号处理器（dsp）或可编程逻辑器件（fpga/cpld）等。dc/dc变换器10、第三开关模块500既可采用分立器件方式或集成方式，也可统一集成进控制器40中而构成大规模混合集成电路，这种高集成度控制器设计能够进一步减小电源装置的体积。
[0094]
示例性的，控制器40由多个内部功能单元构成，包括高压侧电压和电流采样与反馈电路，低压侧电压和电流采样与反馈电路，电压误差放大器u1、u4，电流误差放大器u3、u6，选通单元u7，逻辑运算与发波单元u8，驱动单元u9、u10，隔离光耦u2、u5以及外围电路等。选通单元u7还用于控制电源装置dc/dc变换器10的功率流向。
[0095]
电阻r1和电阻r2采样低压侧电压并接至电压误差放大器u1的负端，电压误差放大器u1的正端接收电压参考信号vr1。电压误差放大器u1的输出端接至隔离光耦u2内部发光二极管的负极，其正极通过电阻接至固电压源，隔离光耦u2内部三极管的发射极接地，其集电极与电流源is1相连，同时连接至电流误差放大器u3的正端作为电流参考信号，低压侧两个电流采样信号i1和i2相加后接至电流误差放大器u3的负端，电流采样器件使用电流传感器、电流互感器或电阻，电流误差放大器u3的输出端接至选通单元u7的一端。
[0096]
电阻r3、电阻r4采样高压侧电压并接至电压误差放大器u4的负端，电压误差放大器u4的正端接收电压参考信号vr2。电压误差放大器u4的输出端接至隔离光耦u5内部发光二极管的负极，其正极通过电阻接至固定电压源，隔离光耦u5内部三极管的发射极接地，其集电极与电流源is2相连，同时连接至电流误差放大器u6的正端作为电流参考信号，高压侧电流采样信号i3接至电流误差放大u6的负端，电流采样器件使用电流传感器、电流互感器或电阻，电流误差放大u6的输出端接至选通单元u7的另一端，选通单元u7的输出端接至逻辑运算与发波单元u8的输入端。选通单元u7一方面接受指令以决定dc/dc变换器10的功率流向，另一方面检测高低压侧的电压信号以确定dc/dc变换器10的工作模式，驱动单元u9的输入端接至逻辑运算与发波单元u8的一个输出端，驱动单元u10的输入端接至逻辑运算与发波单元u8的另一个输出端，逻辑运算与发波单元u8用于产生脉冲驱动信号再经过驱动单元u9、驱动单元u10后驱动第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3，以及第四开关管q4和第五开关管q5。驱动单元u9输出的驱动信号使dc/dc变换器10工作于升压模式，驱动单元
u10输出的驱动信号使dc/dc变换器10工作于降压模式。
[0097]
需要说明的是，控制器40中的电压误差放大器和电流误差放大器可以采用二阶或多阶pi补偿或其他智能控制方式。
[0098]
需要说明的是，dc/dc变换器10可以交错并联或串联形式工作，从而达到更高功率等级或更高电压等级。
[0099]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0100]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。