CN107070200B - 谐振设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种谐振设备，包括：双向谐振单元，所述双向谐振单元包括：串联电路，所述串联电路包括第一电容和与所述第一电容串联连接的第一电感，所述串联电路的第一端与所述双向谐振单元的第一端连接，所述串联电路的第二端与所述双向谐振单元的第三端连接；所述双向谐振单元还包括：第二电感，所述第二电感的第一端与所述双向谐振单元的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述双向谐振单元的第二端连接；第三电感，所述第三电感的第一端与所述双向谐振单元的第三端连接，所述第三电感的第二端与所述双向谐振单元的第四端连接。本申请实施例的谐振设备，在正向工作模式和逆向工作模式下均能够实现升压功能，从而提高电路的利用率。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电子领域，并且更具体地，涉及一种谐振设备。
背景技术
随着电池技术进步，电动机的广泛应用，电动汽车及电动产品的越来越多，开始普及我们的生活，而基本上无一例外的，这类的电动设备内都会有一个电池，小则为电池单体，大则如电动车的电池包，往往存储几度电量到几十度电量在里面。对电池包充电一般都离不开小功率的充电器或大功率的充电机，充电机最常用的功能就是将220V或380V交流电转换成电池包所需的直流电，再通过电池管理系统对电池包进行充电。
但是，随着电池包的电量越来越大，电量达几十度电的时候，另一种新的应用需求就会产生，就是将电池包内的电量反向输出，将电池包的直流电反向变成我们平时使用的220V或380V交流电。现有的谐振设备能够实现能量的双向传送，但是受到拓扑结构的限制，仅正向工作模式能够实现升压功能，逆向工作模式无法实现升压功能。
发明内容
本申请实施例提供一种谐振设备，在正向工作模式和逆向工作模式下均能够实现升压功能。
第一方面，提供了一种谐振设备，包括：双向谐振单元，所述双向谐振单元的第一端与所述谐振设备的正向输入电压源的正极连接，所述双向谐振单元的第二端与所述正向输入电压源的负极连接，所述双向谐振单元的第三端与第一负载的第一端连接，所述双向谐振单元的第四端与所述第一负载的第二端连接，
或所述双向谐振单元的第一端与所述第一负载的第一端连接，所述双向谐振单元的第二端与所述第一负载的第二端连接，所述双向谐振单元的第三端与所述谐振设备的反向输入电压源的正极连接，所述双向谐振单元的第四端与所述反向输入电压源的负极连接；
所述双向谐振单元包括：串联电路，所述串联电路包括第一电容(101)和与所述第一电容串联连接的第一电感(102)，所述串联电路的第一端与所述双向谐振单元的第一端连接，所述串联电路的第二端与所述双向谐振单元的第三端连接；
所述双向谐振单元还包括：
第二电感(103)，所述第二电感的第一端与所述双向谐振单元的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述双向谐振单元的第二端连接；
第三电感(104)，所述第三电感的第一端与所述双向谐振单元的第三端连接，所述第三电感的第二端与所述双向谐振单元的第四端连接。
具体地，双向谐振单元包括第一端、第二端、第三端以及第四端，当所述双向谐振单元的第一端和第二端为所述双向谐振单元的电压输入端时，所述双向谐振单元的第三端和第四端为所述双向谐振单元的电压输出端，当所述双向谐振单元的第三端和第四端为所述双向谐振单元的电压输入端时，所述双向谐振单元的第一端和第二端为所述双向谐振单元的电压输出端。因此，该双向谐振单元包括正向和反向两个工作模式。
谐振设备对电压的升降取决于电压输入端输入的电压频率。假设电路的工作频率为Fs，第一电容和第一电感的串联谐振频率为F1，第一电容、第一电感和第三电感的串联谐振频率为F2，第一电容、第一电感和第二电感的串联谐振频率为F3，电路增益为G。在正向工作模式下，第二电感不参与谐振，当Fs≥F1时，电路处于降压模式，当F2≤Fs≤F1时，电路处于升压模式；在反向工作模式下，第三电感不参与谐振，当Fs≥F1时，电路处于降压模式，当F3≤Fs≤F1时，电路处于升压模式。
本申请实施例的谐振设备，通过调整输入电压的频率，能够实现正向工作模式和逆向工作模式下的双向升压功能，从而提高电路的利用率。
应理解，本申请实施例的谐振设备，可以为车载充电机，还可以为光伏发电机等其他设备，本申请实施例对此不作限定。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述双向谐振单元还包括：
第二电容(105)，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端连接，所述第二电感的第二端通过所述第二电容与所述双向谐振单元的第二端连接。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述双向谐振单元还包括：
第三电容(106)，所述第三电容的第一端与所述第三电感的第二端连接，所述第三电感的第二端通过所述第三电容与所述双向谐振单元的第四端连接。
这样，在正向工作模式下，第一电容、第一电感、第三电容和第三电感参与谐振，第二电容和第二电感不参与谐振，只作提供励磁电流用；在反向工作模式下，第一电容、第一电感、第二电容和第二电感参与谐振，第三电容和第三电感不参与谐振，只作提供励磁电流用。
本申请实施例的谐振设备，在实现正向工作模式和逆向工作模式下的双向升压功能的基础之上，还能够提高电路的升压能力，从而提高电路的效率和设计的灵活性。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述谐振设备还包括：
隔离变压器，所述隔离变压器的第一端和第二端分别与所述正向输入电压源的正极和负极连接，所述隔离变压器的第三端和第四端分别与所述双向谐振单元的第一端和第二端连接，
所述隔离变压器用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为交流电压，并输出至所述双向谐振单元。
应理解，该隔离变压器可以为单绕组变压器，也可以为多绕组变压器，本申请实施例对此不作限定。该隔离变压器在拓扑中的位置可以在电路的输入位置，可以在电路的输出位置，也可以在双向谐振单元中间，本申请实施例对此也不作限定。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述隔离变压器为多绕组变压器，所述隔离变压器还包括：第五端和第六端，所述隔离变压器的第五端和第六端分别与第二负载的第一端和第二端连接；
所述隔离变压器还用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为交流电压，并输出至所述第二负载。
应理解，该多绕组变压器的第五端和第六端的电压由于只通过多绕组变压器获得，并没有通过双向谐振单元，因此不受频率的改变影响，只受多绕组变压器的变比和输入电压大小的影响。这样，无论正向反向，电压频率如何改变，只要保证输入多绕组变压器的电压大小一致，均可得到一个固定的辅助源电压，非常适合有此需求的应用场合。
本申请实施例的谐振设备，在为隔离变压器加入辅助绕组后，更可省去辅助电源的设计，节省了成本。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述谐振设备还包括：
第一频率调制FM生成单元和第一整流单元，其中，所述第一FM生成单元的第一端和第二端分别与所述正向输入电压源的正极和负极连接，所述第一FM生成单元的第三端和第四端分别与所述隔离变压器的第一端和第二端连接，所述双向谐振单元的第三端和第四端分别与所述第一整流单元的第一端和第二端连接，所述第一整流单元的第三端和第四端分别与所述第一负载的第一端和第二端连接，
所述第一FM生成单元用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为直流脉冲电压，并输出至所述隔离变压器；
所述第一整流单元用于：
将所述双向谐振单元输出的交流电压转换成直流电压，并输出至所述第一负载。
应理解，此部分单元一般由金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)组成，包括但不限于半桥MOSFET以及全桥MOSFET的接法。第一FM生成单元用于在正向输入时，将输入的直流电压通过50％占空比的开关方式，生成一个频率调制(frequency modulation，FM)的直流脉冲波输入到双向谐振单元中。第一整流单元用于在正向输出时，利用MOSFET体二极管做输出整流，使得隔离变压器输出的交流电压变成直流电压。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述谐振设备还包括：
第二FM生成单元和第二整流单元，其中，所述第二FM生成单元的第三端和第四端分别与所述反向输入电压源的正极和负极连接，所述第二FM生成单元的第一端和第二端分别与所述双向谐振单元的第三端和第四端连接，所述隔离变压器的第一端和第二端分别与所述第二整流单元的第三端和第四端连接，所述第二整流单元的第一端和第二端分别与第三负载的第一端和第二端连接，
所述第二FM生成单元用于：
将所述反向输入电压源的直流电压转换为直流脉冲电压，并输出至所述双向谐振单元；
所述隔离变压器还用于：
将所述双向谐振单元输出的直流脉冲电压转换为交流电压，并输出至所述第二整流单元；
所述第二整流单元用于：
将所述隔离变压器输出的交流电压转换成直流电压，并输出至所述第三负载。
应理解，上述第一FM生成单元和第二整流单元可以为独立的两个单元，也可以集成为一个单元，上述第二FM生成单元和第一整流单元可以为独立的两个单元，也可以集成为一个单元，本申请实施例对此不作限定。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述谐振设备还包括：
FM控制单元，所述FM控制单元与所述第一FM生成单元和所述第二FM生成单元连接，
所述FM控制单元用于：
确定所述双向谐振单元的电压输入方向，并根据所述电压输入方向，向所述第一FM生成单元输入直流脉冲电压或向所述第二FM生成单元输入直流脉冲电压。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述第一电感、所述第二电感以及所述第三电感中的至少一个为单独磁性电感或磁集成方式电感。
结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述谐振设备还包括：电压采样和误差放大单元，所述电压采样和误差放大单元与所述FM控制器以及所述第一负载或所述第三负载连接，所述FM控制单元还用于：生成基准电压，并将所述基准电压输送至所述电压采样和误差放大单元；所述电压采样和误差放大单元用于：获取所述第一负载或所述第三负载输出的直流电压，并将其与所述基准电压进行比较，获得第一误差放大值，将所述第一误差放大值传输至所述FM控制单元；所述FM控制单元还用于：根据所述第一误差放大值，调整所述FM输出的直流电压的频率。
附图说明
图1是本申请实施例提供的谐振设备的电路示意图。
图2是本申请实施例提供的另一谐振设备的电路示意图。
图3是本申请实施例提供的谐振设备在正向工作模式下的等效电路的示意图。
图4是本申请实施例提供的谐振设备在正向工作模式下的归一化增益曲线图。
图5是本申请实施例提供的谐振设备在反向工作模式下的等效电路的示意图。
图6是本申请实施例提供的谐振设备在反向工作模式下的归一化增益曲线图。
图7是本申请实施例提供的另一谐振设备的电路示意图。
图8是本申请实施例提供的另一谐振设备的电路示意图。
图9是本申请实施例提供的谐振设备的双向拓扑接法的电路示意图。
图10是本申请实施例提供的谐振设备的另一双向拓扑接法的示意图。
图11是本申请实施例提供的谐振设备的控制框图。
图12是本申请实施例提供的另一谐振设备的控制框图。
图13是本申请实施例提供的采用两相并联的另一谐振设备的电路示意图。
附图标记：
101-第一电容
102-第一电感
103-第二电感
104-第三电感
105-第二电容
106-第三电容
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意，以下描述中，在两个元件“连接”时，这两个元件可以直接连接，也可以通过一个或多个中间元件/介质间接地连接。两个元件连接的方式可包括接触方式或非接触方式，或者可包括有线方式或无线方式。本领域技术人员可以对一下描述的示例连接方式进行等价替换或修改，这样的替换或修改均落入本申请的保护范围内。
图1示出了本申请实施例提供的谐振设备100的电路示意图，该谐振设备100包括：
双向谐振单元110，所述双向谐振单元的第一端(a)与所述谐振设备的正向输入电压源的正极连接，所述双向谐振单元的第二端(b)与所述正向输入电压源的负极连接，所述双向谐振单元的第三端(c)与第一负载的第一端连接，所述双向谐振单元的第四端d与所述第一负载的第二端连接，
或所述双向谐振单元的第一端(a)与所述第一负载的第一端连接，所述双向谐振单元的第二端(b)与所述第一负载的第二端连接，所述双向谐振单元的第三端(c)与所述谐振设备的反向输入电压源的正极连接，所述双向谐振单元的第四端(d)与所述反向输入电压源的负极连接；
所述双向谐振单元包括：串联电路，所述串联电路包括第一电容Cr(101)和与所述第一电容串联连接的第一电感Lr(102)，所述串联电路的第一端与所述双向谐振单元的第一端(a)连接，所述串联电路的第二端与所述双向谐振单元的第三端(c)连接；
所述双向谐振单元还包括：
第二电感Lm1(103)，所述第二电感的第一端与所述双向谐振单元的第一端(a)连接，所述第二电感的第二端与所述双向谐振单元的第二端(b)连接；
第三电感Lm2(104)，所述第三电感的第一端与所述双向谐振单元的第三端(c)连接，所述第三电感的第二端与所述双向谐振单元的第四端(d)连接。
具体地，如图1所示，上述双向谐振单元包括第一端(a)、第二端(b)、第三端(c)以及第四端(d)，其中，第一端和第二端为Vdcl，第三端和第四端为Vdc2，该双向谐振单元的第一端和第二端、第三端和第四端均可以分别作为该双向谐振单元的输入端或输出端。具体地，当所述双向谐振单元的第一端和第二端为所述双向谐振单元的电压输入端时，所述双向谐振单元的第三端和第四端为所述双向谐振单元的电压输出端，当所述双向谐振单元的第三端和第四端为所述双向谐振单元的电压输入端时，所述双向谐振单元的第一端和第二端为所述双向谐振单元的电压输出端。因此，该双向谐振单元包括正向和反向两个工作模式。因此，本申请实施例中的Vdc1既可以作为正向工作模式下的输入端，也可以作为反向工作模式下的输出端，Vdc2既可以作为正向工作模式下的输出端，也可以作为反向工作模式下的输入端，本申请实施例对此不作限定。应理解，本文的正向工作模式指将能量从Vdc1传递至Vdc2，反向工作模式指将能量从Vdc2传递至Vdc1。因此，正向工作模式下该双向谐振单元可以将Vdc1的第一电压升压，并在Vdc2输出第二电压，反向工作模式下该双向谐振单元可以将Vdc2的第三电压升压，并在Vdc1输出第四电压。
在正向工作模式下，Cr、Lr和Lm2参与谐振，Lml不参与谐振，只作提供励磁电流用。应理解，谐振设备对电压的升降取决于输入端输入的电压频率。电路的工作频率为Fs，即为输入电压Vdc1的频率，Cr和Lr的串联谐振频率为F1，Cr、Lr和Lm2的串联谐振频率为F2，电路增益为G，其中，
当Fs≥F1时，电路处于降压模式，Cr，Lr串联的等效阻抗上将产生压降，亦即分掉一部分输入电压，使得输出电压Vdc2得到的电压小于Vdcl，增益G小于1，输出电压Vdc2低于输入电压Vdcl；当F2≤Fs≤F1时，电路处于升压模式，Lm2参与谐振，在每周期的前一部分时间，它提供励磁电流，而在每个周期的后一部分时间Cr，Lr，Lm2产生串联谐振，Lm2上储存的能量被传送到Cr上，使得Cr上的电压升高，在下一周期前一部分时间，Cr和Lr串联输出，因此输出电压会升高，从而实现输出电压Vdc2大于Vdc1，增益G大于1，输出电压Vdc2高于输入电压Vdc1；当Fs≤F2时，开关管不能实现零电压开关(zero voltage switch，ZVS)，因此，输入电压的频率Fs禁止小于F2。
同理，在反向工作模式下，Cr、Lr和Lm1参与谐振，Lm2不参与谐振，只作提供励磁电流用。电路的工作频率为Fs，即为输入电压Vdc2的频率，Cr和Lr的串联谐振频率为F1，Cr、Lr和Lm1的串联谐振频率为F3，电路增益为G，其中，
当Fs之F1时，电路处于降压模式，增益G小于1，输出电压Vdc1低于输入电压Vdc2；当F3≤Fs≤F1时，电路处于升压模式，增益G大于1，输出电压Vdcl高于输入电压Vdc2；当Fs≤F3时，开关管不能实现ZVS，因此，输入电压的频率Fs禁止小于F3。
应理解，软开关技术是利用感性和容性原件的谐振原理，在导通前使功率开关器件两端的电压降为零，而关断时先使功率开关器件中电流下降到零，实现功率开关器件的零损耗开通和关断，并且减少开关应力。随着通信技术和电力系统的发展，对通信用开关电源和电力操作电源的性能、重量、体积、效率和可靠性都提出了更高的要求。软开关技术能够实现开关管的零电压开关或零电流开关，减少开关损耗，提高变换器的变换效率。
随着电动机的广泛应用，电动汽车及电动产品的越来越多，这类的电动设备内都会有一个电池，小则为电池单体，大则如电动车的电池包，往往存储几度电量到几十度电量在里面。对电池包充电一般都离不开小功率的充电器或大功率的充电机，充电机最常用的功能就是将220V或380V交流电转换成电池包所需的直流电，再通过电池管理系统对电池包进行充电。但是，随着电池包的电量越来越大，电量达几十度电的时候，另一种新的应用需求就会产生，就是将电池包内的电量反向输出，将电池包的直流电反向变成我们平时使用的220V或380V交流电。现有的谐振设备能够实现能量的双向传送，但是受到拓扑结构的限制，仅正向工作模式能够实现升压功能，逆向工作模式无法实现升压功能。
而本申请实施例的谐振设备，通过调整输入电压的频率，能够实现正向工作模式和逆向工作模式下的双向升压功能，从而提高电路的利用率。
应理解，本申请实施例的谐振设备，可以为车载充电机，还可以为光伏发电机等其他设备，本申请实施例对此不作限定。
作为一个可选的实施例，所述双向谐振单元110还包括：
第二电容Cm1(105)，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端连接，所述第二电感的第二端通过所述第二电容与所述双向谐振单元的第二端(b)连接。
作为一个可选的实施例，所述双向谐振单元还包括：
第三电容Cm2(106)，所述第三电容的第一端与所述第三电感的第二端连接，所述第三电感的第二端通过所述第三电容与所述双向谐振单元的第四端(d)连接。
具体地，该双向谐振单元110还可以包括第二电容Cm1(105)和/或第三电容Cm2(106)，以便提高电路的升压能力，从而提高效率。图2示出了本申请实施例提供的另一谐振设备200的电路示意图，在谐振设备200中，该双向谐振单元还包括第二电容Cm1和第三电容Cm2，其中，Cm1与Lm1串联连接，Cm2与Lm2串联连接。
这样，在正向工作模式下，Cr、Lr、Cm2和Lm2参与谐振，Lml和Cml不参与谐振，只作提供励磁电流用；在反向工作模式下，Cr、Lr、Cm1和Lm1参与谐振，Lm2和Cm2不参与谐振，只作提供励磁电流用。
本申请实施例的谐振设备，在实现正向工作模式和逆向工作模式下的双向升压功能的基础之上，还能够提高电路的升压能力，从而提高电路的效率和设计的灵活性。
作为一个可选的实施例，所述第一电感Lr、所述第二电感Lm1以及所述第三电感Lm2中的至少一个为单独磁性电感或磁集成方式电感。
图3示出了本申请实施例提供的谐振设备在正向工作模式下的等效电路的示意图，Ro为负载。在正向工作模式下，电流会流经由Cr、Lr、Cm2和Lm2组成的串联电路，Cr和Lr的串联谐振频率为F1，Cr、Lr、Cm2和Lm2的串联谐振频率为F2′，其中，
图4示出了本申请实施例提供的谐振设备在正向工作模式下的归一化增益曲线图。
当Fs≥F1时，电路处于降压模式，增益G小于1，输出电压Vdc2低于输入电压Vdc1，此时双向谐振单元工作在一区；当F2′≤Fs≤F1时，电路处于升压模式，增益G大于1，输出电压Vdc2高于输入电压Vdc1，此时双向谐振单元工作在二区；当Fs≤F2′时，开关管不能实现ZVS，此时将工作在ZCS区域，在此区域中，开关管在关断前励磁电流已经降为零，因此无法为另一开关管提供励磁电流以实现ZVS，如此时另一开关管打开，将出现硬开关，冲击电流很大，会损坏器件。因此，输入电压的频率Fs禁止小于F2′。
图5示出了本申请实施例提供的谐振设备在反向工作模式下的等效电路的示意图，Ro为负载。在反向工作模式下，电流会流经由Cr、Lr、Cm1和Lml组成的串联电路，Cr和Lr的串联谐振频率为F1，Cr、Lr、Cml和Lml的串联谐振频率为F3′，其中，
图6是本申请实施例提供的谐振设备在反向工作模式下的归一化增益曲线图。
当Fs之F1时，电路处于降压模式，增益G小于1，输出电压Vdc1低于输入电压Vdc2，此时双向谐振单元工作在一区；当F3′≤Fs≤F1时，电路处于升压模式，增益G大于1，输出电压Vdc1高于输入电压Vdc2，此时双向谐振单元工作在二区；当Fs≤F3′时，开关管不能实现ZVS，因此，输入电压的频率Fs禁止小于F3′。
本申请实施例的谐振设备，在实现正向工作模式和逆向工作模式下的双向升压功能的基础之上，还能够提高电路的升压能力，从而提高电路的效率和设计的灵活性。
可选地，该谐振设备还可以包括隔离变压器，用于获得期望的输出电压。应理解，该隔离变压器可以为单绕组变压器，也可以为多绕组变压器，本申请实施例对此不作限定。该隔离变压器在拓扑中的位置可以在电路的输入位置，可以在电路的输出位置，也可以在双向谐振单元中间，本申请实施例对此也不作限定。
作为一个可选的实施例，所述谐振设备还包括：
隔离变压器，所述隔离变压器的第一端和第二端分别与所述正向输入电压源的正极和负极连接，所述隔离变压器的第三端和第四端分别与所述双向谐振单元的第一端和第二端连接，
所述隔离变压器用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为交流电压，并输出至所述双向谐振单元。
作为一个可选的实施例，所述隔离变压器为多绕组变压器，所述隔离变压器还包括：第五端和第六端，所述隔离变压器的第五端和第六端分别与第二负载的第一端和第二端连接；
所述隔离变压器还用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为交流电压，并输出至所述第二负载。
作为一个可选的实施例，所述隔离变压器为多绕组变压器，所述隔离变压器还包括：第三端，所述隔离变压器的第三端与所述谐振设备的电压输出端连接；
所述隔离变压器还用于：
将所述谐振设备的电压输入端输入的直流电压转换为交流电压，并在所述隔离变压器的第三端输出。
应理解，该多绕组变压器的第三端的电压由于只通过多绕组变压器获得，并没有通过双向谐振单元，因此不受频率的改变影响，只受多绕组变压器的变比和输入电压大小的影响。这样，无论正向反向，电压频率如何改变，只要保证输入多绕组变压器的电压大小一致，均可得到一个固定的辅助源电压，非常适合有此需求的应用场合。因此，本申请实施例的谐振设备，在为隔离变压器加入辅助绕组后，更可省去辅助电源的设计，节省了成本。
图7示出了本申请实施例提供的另一谐振设备700的电路示意图。如图7所示，所述隔离变压器的第一端(e)和第二端(f)分别与所述双向谐振单元的第三端(c)和第四端(d)连接，所述隔离变压器用于将所述双向谐振单元输出的直流电压转换为交流电压，并在所述隔离变压器的第三端(g)和第四端(h)输出，或将所述隔离变压器的第三端(g)和第四端(h)输入的直流电压转换为交流电压，并在所述隔离变压器的第一端(e)和第二端(f)输出，即将其输送至所述双向谐振单元。
具体地，在正向工作模式下，电压先经过双向谐振单元，后经过隔离变压器，该双向谐振单元可以将Vdc1输入的直流电压进行处理，并将处理后的直流电压输送至隔离变压器，该隔离变压器将该直流电压转换为交流电压并在Vdc2输出；在反向工作模式下，电压先经过隔离变压器，后经过双向谐振单元，该隔离变压器可以将Vdc2输入的直流电压转换为交流电压并输出至该双向谐振单元，该双向谐振单元将该交流电压进行处理并在Vdc1输出处理后的交流电压。
图8示出了本申请实施例提供的另一谐振设备800的电路示意图。图8中的谐振设备可以实现隔离多路输出，在正向工作模式下，Vdcl至Vdc3的电压只通过隔离变压器获得，没有通过双向谐振单元，因此，Vdc3处的电压不会受到工作频率改变的影响，仅与变压器的变比和输入电压的大小有关。
图9示出了本申请实施例提供的谐振设备的双向拓扑接法的示意图。在图9中，采用正向输入半桥、输出全桥接法。在正向工作模式下，输入直流源，通过开关管Q1和Q2，Q1和Q2采用50％占空比按一定频率Fs开关，就可以得到一个频率为Fs的直流脉冲电压，然后输入到双向谐振单元，通过隔离变压器，再通过开关管Q3-Q6整流，就可以得到另一个需要的隔离的直流输出电压。
图10示出了本申请实施例提供的谐振设备的另一双向拓扑接法的示意图。在图10中，采用反向输入全桥、输出半桥接法。在反向工作模式下，输入直流源，通过开关管Q3-Q6，其中Q5，Q6和Q3，Q4采用50％占空比按一定频率Fs开关，就可以得到一个频率为Fs的直流脉冲电压，通过隔离变压器，再通过双向谐振单元，再由Q1和Q2整流，就可以得到另一个需要的隔离的直流输出电压。
作为一个可选的实施例，所述谐振设备还包括：
第一频率调制FM生成单元和第一整流单元，其中，所述第一FM生成单元的第一端和第二端分别与所述正向输入电压源的正极和负极连接，所述第一FM生成单元的第三端和第四端分别与所述隔离变压器的第一端和第二端连接，所述双向谐振单元的第三端和第四端分别与所述第一整流单元的第一端和第二端连接，所述第一整流单元的第三端和第四端分别与所述第一负载的第一端和第二端连接，
所述第一FM生成单元用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为直流脉冲电压，并输出至所述隔离变压器；
所述第一整流单元用于：
将所述双向谐振单元输出的交流电压转换成直流电压，并输出至所述第一负载。
应理解，此部分单元一般由金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)组成，包括但不限于半桥MOSFET以及全桥MOSFET的接法。第一FM生成单元用于在正向输入时，将输入的直流电压通过50％占空比的开关方式，生成一个频率调制(frequency modulation，FM)的直流脉冲波输入到双向谐振单元中。第一整流单元用于在正向输出时，利用MOSFET体二极管做输出整流，使得隔离变压器输出的交流电压变成直流电压。
作为一个可选的实施例，所述谐振设备还包括：
第二FM生成单元和第二整流单元，其中，所述第二FM生成单元的第三端和第四端分别与所述反向输入电压源的正极和负极连接，所述第二FM生成单元的第一端和第二端分别与所述双向谐振单元的第三端和第四端连接，所述隔离变压器的第一端和第二端分别与所述第二整流单元的第三端和第四端连接，所述第二整流单元的第一端和第二端分别与第三负载的第一端和第二端连接，
所述第二FM生成单元用于：
将所述反向输入电压源的直流电压转换为直流脉冲电压，并输出至所述双向谐振单元；
所述隔离变压器还用于：
将所述双向谐振单元输出的直流脉冲电压转换为交流电压，并输出至所述第二整流单元；
所述第二整流单元用于：
将所述隔离变压器输出的交流电压转换成直流电压，并输出至所述第三负载。
应理解，此部分单元一般由MOSFET组成，包括但不限于半桥MOSFET以及全桥MOSFET的接法。第二整流单元用于反向输出时利用MOSFET体二极管作输出整流，使得隔离变压器输出的交流电压变成直流电压，第二FM生成单元用于在反向输入时，将输入的直流电压通过50％占空比的开关方式，生成一个频率调制FM的直流脉冲波输入到双向谐振单元中。
还应理解，上述第一FM生成单元和第二整流单元可以为独立的两个单元，也可以集成为一个单元，上述第二FM生成单元和第一整流单元可以为独立的两个单元，也可以集成为一个单元，本申请实施例对此不作限定。
作为一个可选的实施例，所述谐振设备还包括：
FM控制单元，所述FM控制单元与所述第一FM生成单元和所述第二FM生成单元连接，
所述FM控制单元用于：
确定所述双向谐振单元的电压输入方向，并根据所述电压输入方向，向所述第一FM生成单元输入直流脉冲电压或向所述第二FM生成单元输入直流脉冲电压。
作为一个可选的实施例，所述谐振设备还包括：电压采样和误差放大单元，所述电压采样和误差放大单元与所述FM控制器以及所述第一负载或所述第三负载连接，
所述FM控制单元还用于：
生成基准电压，并将所述基准电压输送至所述电压采样和误差放大单元；
所述电压采样和误差放大单元用于：
获取所述第一负载或所述第三负载输出的直流电压，并将其与所述基准电压进行比较，获得第一误差放大值，将所述第一误差放大值传输至所述FM控制单元；
所述FM控制单元还用于：
根据所述第一误差放大值，调整所述FM输出的直流电压的频率。
具体地，FM控制单元一般是数字信号处理(digital signal processing，DSP)控制芯片或其他模拟控制芯片，负责接收来自电压采样和误差放大单元的Pi信号。当正向输出时，FM控制单元可以向第一FM生成单元送入正向FM控制信号，驱动正向的MOSFET生成FM脉冲波；当反向输出时，FM控制单元可以向第二FM生成单元送入反向FM控制信号，驱动反向的MOSFET生成FM脉冲波。因此，FM控制单元可以通过调整误差放大器单元的基准电压，使得系统输出设定的电压。
图11示出了本申请实施例提供的另一谐振设备1100的控制框图，该谐振设备1100包括：双向谐振单元110，隔离变压器120，第一FM生成单元1102，第一整流单元1103，第二FM生成单元1104，第二整流单元1105，FM控制单元1106，正向输出电压采样和误差放大单元1107，反向输出电压采样和误差放大单元1108。
在图11中，首先由FM控制单元1106确定是正向输出还是反向输出，在FM控制单元1106确定是正向工作模式之后，FM控制单元1106会输出正向FM控制信号到第一FM生成单元1102，第一FM生成单元1102将输入的正向直流电压变成一个FM脉冲电压，输入到双向谐振单元110，，双向谐振单元110通过隔离变压器120输出交流电压，交流电压进入到第一整流单元1103内，变成直流电压输出。输出电压可以被送入正向输出电压采样和误差放大单元1107内，与FM控制单元1106生成的正向基准电压做比较，再由正向输出电压采样和误差放大单元1107输出一个正向Pi值由FM控制单元1106接收，FM控制单元1106根据Pi值的大小，调整FM控制信号的频率，从而调整第一FM生成单元1102输入到双向谐振单元110的FM脉冲电压频率，双向谐振单元110根据不同的输入FM脉冲电压频率，呈现不同的阻抗，从而调整输出的电压大小，此调整过程一直持续到正向的采样的电压信号与设定的基准电压一致达到平衡为止。
应理解，反向工作模式与正向工作模式类似，此处不再赘述。
图12示出了本申请实施例提供的另一谐振设备1200的控制框图，该谐振设备1200包括：双向谐振单元110，多绕组变压器130，第一FM生成单元1102，第一整流单元1103，第二FM生成单元1104，第二整流单元1105以及第三整流单元1110。
具体地，可以为隔离变压器多增加一个绕组，即上述隔离变压器具体为多绕组变压器130，并且将该多绕组变压器130放置在双向双向谐振单元110前。当正向的FM电压脉冲输入到隔离变压器130时，通过固定变比n(n小于1)，即可在辅助源绕组处得到一个固定电压，而当反向输入FM电压脉冲时，只要反向输出的电压与正向的输入电压大小基本一致时，辅助源绕组也可以得到一个固定的电压。而且，此电压由于只通过多绕组变压器130获得，并没有通过双向谐振单元110，因此不受频率的改变影响，只受多绕组变压器130的变比和输入电压大小的影响。这样，无论正向反向，FM频率如何改变，只要保证输入多绕组变压器130的电压大小一致，均可得到一个固定的辅助源电压，非常适合有此需求的应用场合。
因此，本申请实施例的谐振设备，在为隔离变压器加入辅助绕组后，更可省去辅助电源的设计，节省了成本。
应理解，本申请实施例的谐振设备可应用在单相或多相的并联、串联或其他连接的电路拓扑内，本申请实施例对此不作限定。在一种可能的实现方式中，采用输入并联，输出并联的接法，如图13所示，即可实现两相输出，使得输出功率扩大一倍。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、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。
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。
另外，在本申请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。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种谐振设备，其特征在于，包括：
双向谐振单元，所述双向谐振单元的第一端与所述谐振设备的正向输入电压源的正极连接，所述双向谐振单元的第二端与所述正向输入电压源的负极连接，所述双向谐振单元的第三端与第一负载的第一端连接，所述双向谐振单元的第四端与所述第一负载的第二端连接，
或所述双向谐振单元的第一端与所述第一负载的第一端连接，所述双向谐振单元的第二端与所述第一负载的第二端连接，所述双向谐振单元的第三端与所述谐振设备的反向输入电压源的正极连接，所述双向谐振单元的第四端与所述反向输入电压源的负极连接；
所述双向谐振单元包括：串联电路，所述串联电路包括第一电容(101)和与所述第一电容串联连接的第一电感(102)，所述串联电路的第一端与所述双向谐振单元的第一端连接，所述串联电路的第二端与所述双向谐振单元的第三端连接；
所述双向谐振单元还包括：
第二电感(103)，所述第二电感的第一端与所述双向谐振单元的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述双向谐振单元的第二端连接；
第三电感(104)，所述第三电感的第一端与所述双向谐振单元的第三端连接，所述第三电感的第二端与所述双向谐振单元的第四端连接；
所述谐振设备还包括：
隔离变压器，所述隔离变压器的第一端和第二端分别与所述正向输入电压源的正极和负极连接，所述隔离变压器的第三端和第四端分别与所述双向谐振单元的第一端和第二端连接，
所述隔离变压器用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为交流电压，并输出至所述双向谐振单元；
所述谐振设备还包括：
第一FM生成单元和第一整流单元，其中，所述第一FM生成单元的第一端和第二端分别与所述正向输入电压源的正极和负极连接，所述第一FM生成单元的第三端和第四端分别与所述隔离变压器的第一端和第二端连接，所述双向谐振单元的第三端和第四端分别与所述第一整流单元的第一端和第二端连接，所述第一整流单元的第三端和第四端分别与所述第一负载的第一端和第二端连接，
所述第一FM生成单元用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为直流脉冲电压，并输出至所述隔离变压器；
所述第一整流单元用于：
将所述双向谐振单元输出的交流电压转换成直流电压，并输出至所述第一负载；
所述正向输入电压源的正极和负极之间的电压频率为Fs，所述第一电容和所述第一电感的串联谐振频率为F1，所述第一电容、所述第一电感和所述第三电感的串联谐振频率为F2，F2≤Fs≤F1；或者，
所述反向输入电压源的正极和负极之间的电压频率为Fs，所述第一电容和所述第一电感的串联谐振频率为F1，所述第一电容、所述第一电感和所述第二电感的串联谐振频率为F3，F3≤Fs≤F1。
2.根据权利要求1所述的谐振设备，其特征在于，所述双向谐振单元还包括：
第二电容(105)，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第二端连接，所述第二电感的第二端通过所述第二电容与所述双向谐振单元的第二端连接。
3.根据权利要求1所述的谐振设备，其特征在于，所述双向谐振单元还包括：
第三电容(106)，所述第三电容的第一端与所述第三电感的第二端连接，所述第三电感的第二端通过所述第三电容与所述双向谐振单元的第四端连接。
4.根据权利要求1所述的谐振设备，其特征在于，所述隔离变压器为多绕组变压器，所述隔离变压器还包括：第五端和第六端，所述隔离变压器的第五端和第六端分别与第二负载的第一端和第二端连接；
所述隔离变压器还用于：
将所述正向输入电压源的直流电压转换为交流电压，并输出至所述第二负载。
5.根据权利要求1所述的谐振设备，其特征在于，所述谐振设备还包括：
第二FM生成单元和第二整流单元，其中，所述第二FM生成单元的第三端和第四端分别与所述反向输入电压源的正极和负极连接，所述第二FM生成单元的第一端和第二端分别与所述双向谐振单元的第三端和第四端连接，所述隔离变压器的第一端和第二端分别与所述第二整流单元的第三端和第四端连接，所述第二整流单元的第一端和第二端分别与第三负载的第一端和第二端连接，
所述第二FM生成单元用于：
将所述反向输入电压源的直流电压转换为直流脉冲电压，并输出至所述双向谐振单元；
所述隔离变压器还用于：
将所述双向谐振单元输出的直流脉冲电压转换为交流电压，并输出至所述第二整流单元；
所述第二整流单元用于：
将所述隔离变压器输出的交流电压转换成直流电压，并输出至所述第三负载。
6.根据权利要求5所述的谐振设备，其特征在于，所述谐振设备还包括：
FM控制单元，所述FM控制单元与所述第一FM生成单元和所述第二FM生成单元连接，
所述FM控制单元用于：
确定所述双向谐振单元的电压输入方向，并根据所述电压输入方向，向所述第一FM生成单元输入直流脉冲电压或向所述第二FM生成单元输入直流脉冲电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的谐振设备，其特征在于，所述第一电感、所述第二电感以及所述第三电感中的至少一个为单独磁性电感或磁集成方式电感。
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