双有源桥电路和用于驱动双有源桥电路的方法与流程

本公开内容一般地涉及电子学领域，并且具体地涉及双有源桥电路的控制。

背景技术：

1、现代设备在机动车辆、消费者和工业应用中的很多功能(诸如驱动电动机或电机)依赖于功率半导体器件。例如，绝缘栅双极型晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)和二极管等已经被用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。

2、晶体管通常包括半导体结构，该半导体结构被配置为沿着晶体管的两个负载端子结构之间的负载电流路径传导负载电流。换言之，负载电流流过晶体管的半导体沟道。此外，负载电流可以由晶体管的控制电极(有时称为栅极电极)控制。控制电极控制半导体沟道的状态。例如，在从例如栅极驱动器接收到对应控制信号时，控制电极可以将其晶体管设置为导通状态或阻断状态中的一个。因此，半导体结构表现得像具有接通和断开状态(例如，分别为导通和阻断状态)的开关。

3、通常，功率逆变器由针对每个负载相的两个互补晶体管(例如，高侧晶体管和低侧晶体管)组成，其中两个互补晶体管形成半桥，以驱动连接到负载的输出盘。用于驱动两个互补晶体管的栅极驱动器可以由正电源轨提供固定正电压，并且由负电源轨提供固定负电压。正电源轨可以通过两个互补晶体管中的高侧晶体管连接到输出盘以向负载提供负载电流，并且负电源轨可以通过两个互补晶体管中的低侧晶体管连接到输出盘以从负载灌(sink)负载电流。两个互补晶体管可以互补地导通和截止，以避免交叉导通。

4、因此，负载电流(也称为相电流)可以通过驱动两个互补晶体管来控制。从每个晶体管的栅极驱动器接收的控制信号的幅度可以变化，以在开关状态之间驱动两个互补晶体管。这样做又驱动了负载。例如，mosfet的栅极源极电压vgs通常被驱动到大约零以截止mosfet，并且通常被驱动到最大值以完全导通mosfet。由于这个原因，栅极源极电压vgs可以称为控制电压。

5、在运行操作期间，可以根据负载控制算法驱动负载，以实现与控制信号的电频率相对应的期望性能。

技术实现思路

1、在一些实现中，一种双有源桥电路包括初级侧电路、次级侧电路、变压器和控制器，初级侧电路被配置为耦合到电源以接收输入电压，其中初级侧电路包括第一半桥和能量传输电感器，第一半桥包括在第一节点处电耦合的第一高侧晶体管和第一低侧晶体管，能量传输电感器耦合到第一节点并且被配置为基于能量传输电感器两端的电压差来提供电感器电流，次级侧电路被配置为提供输出电压，其中次级侧电路包括第二半桥，第二半桥包括在第二节点处电耦合的第二高侧晶体管和第二低侧晶体管，变压器被配置为基于电感器电流从初级侧电路向次级侧电路传输能量，其中变压器包括电耦合到能量传输电感器以接收电感器电流的第一线圈和电耦合到第二半桥的第二节点的第二线圈，其中第一线圈磁耦合到第二线圈，控制器被配置为以相同占空比在相应开关状态之间驱动第一高侧晶体管、第一低侧晶体管、第二高侧晶体管和第二低侧晶体管中的每个，以控制能量传输电感器两端的电压差，其中控制器被配置为相对于第一低侧晶体管异相180°驱动第一高侧晶体管，其中控制器被配置为相对于第二低侧晶体管异相180°驱动第二高侧晶体管，其中相同占空比小于50％，使得第一高侧晶体管、第一低侧晶体管、第二高侧晶体管和第二低侧晶体管同时截止达预定时段。

2、在一些实现中，一种双有源桥电路包括初级侧电路、次级侧电路、变压器和控制器，初级侧电路被配置为耦合到电源以接收输入电压，其中初级侧电路包括第一半桥和能量传输电感器，第一半桥包括在第一节点处电耦合的第一高侧晶体管和第一低侧晶体管，能量传输电感器耦合到第一节点并且被配置为基于能量传输电感器两端的电压差来提供电感器电流，次级侧电路被配置为提供输出电压，其中次级侧电路包括第二半桥，第二半桥包括在第二节点处电耦合的第二高侧晶体管和第二低侧晶体管，变压器被配置为基于电感器电流从初级侧电路向次级侧电路传输能量，其中变压器包括电耦合到能量传输电感器以接收电感器电流的第一线圈和电耦合到第二半桥的第二节点的第二线圈，其中第一线圈磁耦合到第二线圈，控制器被配置为在相应开关状态之间驱动第一高侧晶体管、第一低侧晶体管、第二高侧晶体管和第二低侧晶体管中的每个，以控制能量传输电感器两端的电压差，其中控制器被配置为以互补方式驱动第一高侧晶体管和第一低侧晶体管，其中控制器被配置为以互补方式驱动第二高侧晶体管和第二低侧晶体管，其中控制器被配置为以不同于50％的相同占空比驱动第一高侧晶体管和第二高侧晶体管，其中控制器被配置为以相对于第一高侧晶体管的第一相移驱动第二高侧晶体管，第一相移不同于零，其中控制器被配置为驱动第一半桥和第二半桥，以便将能量传输电感器两端的电压差驱动到零并且将能量传输电感器两端的电压差保持为零达预定时段，从而使电感器电流被削波在减小的电流电平，并且其中控制器被配置为当电感器电流等于或基本等于减小的电流电平时导通第一高侧晶体管或导通第一低侧晶体管。

3、在一些实现中，一种驱动双有源桥电路的方法，该双有源桥电路包括被配置为耦合到电源以接收输入电压的初级侧电路，该方法包括以相同占空比在相应开关状态之间驱动第一高侧晶体管、第一低侧晶体管、第二高侧晶体管和第二低侧晶体管中的每个，以控制能量传输电感器两端的电压差；相对于第一低侧晶体管异相180°驱动第一高侧晶体管；以及相对于第二低侧晶体管异相180°驱动第二高侧晶体管，其中相同占空比小于50％，使得第一高侧晶体管、第一低侧晶体管、第二高侧晶体管和第二低侧晶体管同时截止达预定时段。

4、在一些实现中，一种驱动双有源桥电路的方法，该双有源桥电路包括被配置为耦合到电源以接收输入电压的初级侧电路，该方法包括在相应开关状态之间驱动第一高侧晶体管、第一低侧晶体管、第二高侧晶体管和第二低侧晶体管中的每个，以控制能量传输电感器两端的电压差；以互补方式驱动第一高侧晶体管和第一低侧晶体管；以互补方式驱动第二高侧晶体管和第二低侧晶体管；以不同于50％的相同占空比驱动第一高侧晶体管和第二高侧晶体管；以相对于第一高侧晶体管的第一相移驱动第二高侧晶体管，第一相移不同于零；驱动第一半桥和第二半桥，以便将能量传输电感器两端的电压差驱动到零并且将能量传输电感器两端的电压差保持为零达预定时段，从而使电感器电流被削波在减小的电流电平；以及当电感器电流等于或基本等于减小的电流电平时导通第一高侧晶体管或导通第一低侧晶体管。

技术特征：

1.一种双有源桥电路，包括：

2.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，在所述预定时段期间，所述能量传输电感器两端的电压差被驱动至零并且保持为零达预定持续时间，使得所述电感器电流减小。

3.根据权利要求2所述的双有源桥电路，其中，在所述预定时段期间，所述电感器电流朝向零被驱动达所述预定持续时间。

4.根据权利要求2所述的双有源桥电路，其中，在所述预定时段期间，所述电感器电流被驱动至零或基本为零达所述预定持续时间。

5.根据权利要求2所述的双有源桥电路，其中，在所述预定持续时间期间，所述电感器电流保持基本稳定。

6.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述第一高侧晶体管、所述第一低侧晶体管、所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管被同时截止达所述预定时段，使得：

7.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述第一高侧晶体管、所述第一低侧晶体管、所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管被同时截止达所述预定时段，使得：

8.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述第一高侧晶体管、所述第一低侧晶体管、所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管被同时截止达所述预定时段，使得：

9.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述第一高侧晶体管、所述第一低侧晶体管、所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管被同时截止达所述预定时段，使得：

10.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为以不连续导通模式驱动所述第一高侧晶体管、所述第一低侧晶体管、所述第二高侧晶体管和所述第二低侧晶体管。

11.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述变压器具有变压器匝数比，并且

12.根据权利要求1所述的双有源桥电路，其中，所述初级侧电路还包括第三半桥，所述第三半桥包括在第三节点处电耦合的第三高侧晶体管和第三低侧晶体管，所述第三节点被电耦合到所述能量传输电感器，

13.根据权利要求12所述的双有源桥电路，其中，在所述预定时段期间，所述能量传输电感器两端的电压差被驱动至零并且保持为零达预定持续时间，使得所述电感器电流减小。

14.根据权利要求12所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为相对于所述第一高侧晶体管异相180°地驱动所述第三高侧晶体管。

15.根据权利要求12所述的双有源桥电路，其中，所述初级侧电路还包括第五半桥，所述第五半桥包括在第五节点处电耦合的第五高侧晶体管和第五低侧晶体管，所述第五节点被电耦合到所述能量传输电感器，

16.根据权利要求15所述的双有源桥电路，其中，在所述第一预定时段期间，所述能量传输电感器两端的电压差被驱动至零并且保持为零达预定持续时间，使得所述电感器电流减小。

17.根据权利要求15所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为以相对于彼此等距的相移来驱动所述第一高侧晶体管、所述第三高侧晶体管和所述第五高侧晶体管。

18.一种双有源桥电路，包括：

19.根据权利要求18所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为驱动所述第一低侧晶体管和所述第二低侧晶体管同时导通，以便将所述能量传输电感器两端的电压差驱动到零并且将所述能量传输电感器两端的电压差保持为零达所述预定时段，从而使所述电感器电流被削波至所述减小的电流电平，或者

20.根据权利要求18所述的双有源桥电路，其中，所述初级侧电路还包括第三半桥，所述第三半桥包括在第三节点处电耦合的第三高侧晶体管和第三低侧晶体管，所述第三节点被电耦合到所述能量传输电感器，

21.根据权利要求20所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为驱动所述第一低侧晶体管、所述第二低侧晶体管、所述第三低侧晶体管和所述第四低侧晶体管同时导通，以便将所述能量传输电感器两端的电压差驱动到零并且将所述能量传输电感器两端的电压差保持为零达所述预定时段，从而使所述电感器电流被削波至所述减小的电流电平，或者

22.根据权利要求20所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为相对于所述第一高侧晶体管异相180°地驱动所述第三高侧晶体管。

23.根据权利要求20所述的双有源桥电路，其中，所述初级侧电路还包括第五半桥，所述第五半桥包括在第五节点处电耦合的第五高侧晶体管和第五低侧晶体管，所述第五节点被电耦合到所述能量传输电感器，

24.根据权利要求23所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为驱动所述第一低侧晶体管、所述第二低侧晶体管、所述第三低侧晶体管、所述第四低侧晶体管、所述第五低侧晶体管和所述第六低侧晶体管同时导通，以便将所述能量传输电感器两端的电压差驱动到零并且将所述能量传输电感器两端的电压差保持为零达所述预定时段，从而使所述电感器电流被削波至所述减小的电流电平，或者

25.根据权利要求23所述的双有源桥电路，其中，所述控制器被配置为以相对于彼此等距的相移来驱动所述第一高侧晶体管、所述第三高侧晶体管和所述第五高侧晶体管。

26.根据权利要求18所述的双有源桥电路，其中，所述变压器具有变压器匝数比，并且

27.一种驱动双有源桥电路的方法，所述双有源桥电路包括被配置为耦合到电源以接收输入电压的初级侧电路和被配置为提供输出电压的次级侧电路，其中所述初级侧电路包括：第一半桥，其包括在第一节点处电耦合的第一高侧晶体管和第一低侧晶体管；以及能量传输电感器，其被耦合到所述第一节点并且被配置为基于所述能量传输电感器两端的电压差来提供电感器电流，其中所述次级侧电路包括：第二半桥，其包括在第二节点处电耦合的第二高侧晶体管和第二低侧晶体管；以及变压器，其被配置为基于所述电感器电流从所述初级侧电路向所述次级侧电路传输能量，所述方法包括：

28.一种驱动双有源桥电路的方法，所述双有源桥电路包括被配置为耦合到电源以接收输入电压的初级侧电路和被配置为提供输出电压的次级侧电路，其中所述初级侧电路包括：第一半桥，其包括在第一节点处电耦合的第一高侧晶体管和第一低侧晶体管；以及能量传输电感器，其被耦合到所述第一节点并且被配置为基于所述能量传输电感器两端的电压差来提供电感器电流，其中所述次级侧电路包括：第二半桥，其包括在第二节点处电耦合的第二高侧晶体管和第二低侧晶体管；以及变压器，其被配置为基于所述电感器电流从所述初级侧电路向所述次级侧电路传输能量，所述方法包括：

技术总结
公开了一种双有源桥电路和用于驱动双有源桥电路的方法。双有源桥电路包括初级侧电路，其包括在第一节点处电耦合的第一高侧晶体管和第一低侧晶体管；和能量传输电感器，其被耦合到第一节点并且被配置为基于能量传输电感器两端的电压差来提供电感器电流。次级侧电路包括在第二节点处电耦合的第二高侧晶体管和第二低侧晶体管。变压器被配置为基于电感器电流从初级侧电路向次级侧电路传输能量。控制器被配置为以相同占空比、在相应的开关状态之间驱动每个晶体管，以控制能量传输电感器两端的电压差。相同占空比小于50％，使得所有晶体管被同时截止达预定时段。

技术研发人员：张益,张城,施三保
受保护的技术使用者：英飞凌科技奥地利有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17