本技术涉及电源，尤其涉及一种功率变换装置。
背景技术：
1、llc谐振变换器能实现输入输出的电气隔离，具有易于实现软开关、高效率和高功率密度等优点，因此，llc谐振变换器得到了广泛应用。
2、图1所示的llc谐振变换器通常采用变频控制方式，具体来讲，当llc谐振变换器的输入电压vin或者输出负载变化时，通过改变开关管q1至q4的开关频率，调整llc谐振变换器的电压增益(即vo/vin)，从而达到稳定输出电压vo的目的。
3、但是，由于图1所示的llc谐振变换器中的并联电感lm的感值固定，并且，开关管q1至q4的开关频率范围有限，因此，llc谐振变换器在开关管q1至q4的开关频率范围内的电压增益范围较窄，很难通过变频控制实现宽电压增益。
技术实现思路
1、本技术提供了一种功率变换装置，可以实现功率变换装置的超宽电压增益。
2、第一方面，本技术提供了一种功率变换装置，该功率变换装置包括第一桥式电路、第二桥式电路、变压器、谐振单元和控制器，变压器包括原边绕组和副边绕组，谐振单元包括第一电感、第二电感、第一电容和开关电容单元。其中，第一电感、第一电容与原边绕组串联后连接第一桥式电路，第二电感、开关电容单元与原边绕组串联形成回路，副边绕组连接第二桥式电路。开关电容单元包括并联的第二电容和第一开关单元。控制器，用于调整第一桥式电路和第二桥式电路中开关管的开关频率，以及第一开关单元的占空比，以调整功率变换装置的电压增益。
3、在本实施方式中，功率变换装置可通过调整上述开关管的开关频率，改变第二电感和开关电容单元的等效阻抗(如等效电感或者等效电容)的阻抗值，因此，相比采用感值固定的并联电感lm的llc谐振变换器，或者，采用容值固定的并联电容的lcc谐振变换器而言，功率变换装置可扩大等效阻抗的阻抗值的变化范围，从而扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的宽电压增益。进一步地，功率变换装置通过控制第一开关单元的占空比可使开关电容单元等效为容值可变的电容，因此，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关单元的占空比的方式，进一步扩大等效阻抗的阻抗值的变化范围，从而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。
4、结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，控制器用于在第一桥式电路和第二桥式电路中开关管的开关频率大于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率，并且，上述开关频率大于谐振单元的谐振频率时，减小开关频率或者第一开关单元的占空比，以增大功率变换装置的电压增益。
5、在本实施方式中，在上述开关频率大于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率时，第二电感和开关电容单元串联的阻抗呈感性，可看做等效电感。功率变换装置可通过调整上述开关频率，改变该等效电感的感值，因此，相比采用感值固定的并联电感lm的llc谐振变换器而言，功率变换装置可扩大等效电感的感值的变化范围，从而扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的宽电压增益。进一步地，功率变换装置通过控制第一开关单元的占空比可使开关电容单元等效为容值可变的电容，因此，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关单元的占空比的方式，进一步扩大等效电感的感值的变化范围，从而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。
6、结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，控制器用于在第一桥式电路和第二桥式电路中开关管的开关频率小于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率且大于谐振单元的谐振频率时，减小开关频率和第一开关单元的占空比，以增大功率变换装置的电压增益。
7、在本实施方式中，在上述开关频率小于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率时，第二电感和开关电容单元串联的阻抗呈容性，可看做等效电容。功率变换装置可通过调整上述开关频率，改变该等效电容的容值，因此，相比采用容值固定的并联电容的lcc谐振变换器而言，功率变换装置可扩大等效电容的容值的变化范围，从而扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的宽电压增益。进一步地，功率变换装置通过控制第一开关单元的占空比可使开关电容单元等效为容值可变的电容，因此，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关单元的占空比的方式，进一步扩大第二电感和开关电容单元的等效电容的容值的变化范围，从而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。
8、结合第一方面第一种可能的实施方式或者第一方面第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，第一开关单元包括第一开关管。控制器用于减小第一开关管的占空比，以增大功率变换装置的电压增益。
9、在本实施方式中，功率变换装置可通过控制第一开关管的占空比，使开关电容单元等效为容值随第一开关管的占空比变化的等效电容。在功率变换装置工作在llc谐振模式或者lcc谐振模式时，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关管的占空比的方式，扩大等效电容的容值的变化范围，从而进一步扩大等效电感的感值或者第二电感和开关电容单元的等效电容的容值的变化范围，进而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。
10、结合第一方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，在第一开关管的一个工作周期内，第一开关管的开通时刻与关断时刻的中间时刻为第二电感的电流过零点对应的时刻。进而，可使在第一开关管处于关断状态的时段内第二电容的充电时长与放电时长相等，从而可使第一开关管实现零电压导通和零电压关断，进而降低第一开关管的开关损耗。
11、结合第一方面第一种可能的实施方式或者第一方面第二种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，第一开关单元包括反向串联的第一开关管和第二开关管。控制器用于减小第一开关管的占空比或者第二开关管的占空比，以增大功率变换装置的电压增益。
12、在本实施方式中，功率变换装置可通过控制第一开关管的占空比和第二开关管的占空比，使开关电容单元等效为容值随第一开关管的占空比和第二开关管的占空比变化的等效电容。在功率变换装置工作在llc谐振模式或者lcc谐振模式时，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关管的占空比和第二开关管的占空比的方式，扩大等效电容的容值的变化范围，从而进一步扩大等效电感的感值或者第二电感和开关电容单元的等效电容的容值的变化范围，进而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。此外，第一开关单元采用反向串联的两个开关管的结构时，流经第二电感的电流波形是中心对称图形，从而可有效延长第一桥式电路中开关管的使用寿命。
13、结合第一方面第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，第一开关管的占空比与第二开关管的占空比相同，第二电感的电流过零点包括第一电流过零点和第二电流过零点，第一电流过零点为第二电感的电流由负到正的电流过零点，第二电流过零点为第二电感的电流由正到负的电流过零点。在第一开关管的一个工作周期内，第一开关管的开通时刻与关断时刻的中间时刻为第一电流过零点对应的时刻。在第二开关管的一个工作周期内，第二开关管的开通时刻与关断时刻的中间时刻为第二电流过零点对应的时刻。进而，可使第一开关管和第二开关管不同时导通的时段内第二电容的正向充电时长与其对应的放电时长相等，以及，第二电容的反向充电时长与其对应的放电时长相等，从而可使第一开关管和第二开关管均实现零电压导通和零电压关断，进而降低第一开关管和第二开关管的开关损耗。
14、结合第一方面至第一方面第六种可能的实施方式中的任一种，在第七种可能的实施方式中，开关电容单元还包括第三电容和第二开关单元，第三电容与第二电容串联后与第二开关单元并联。控制器用于调整开关频率、第一开关单元的占空比和第二开关单元的占空比，以调整功率变换装置的电压增益。
15、在本实施方式中，功率变换装置可通过调整上述开关管的开关频率，改变第二电感和开关电容单元的等效阻抗(如等效电感或者等效电容)的阻抗值，因此，相比采用感值固定的并联电感lm的llc谐振变换器，或者，采用容值固定的并联电容的lcc谐振变换器而言，功率变换装置可扩大等效阻抗的阻抗值的变化范围，从而扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的宽电压增益。进一步地，功率变换装置通过控制第一开关单元的占空比和第二开关单元的占空比，可使开关电容单元等效为容值可变的电容，因此，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关单元的占空比和第二开关单元的占空比的方式，进一步扩大等效阻抗的阻抗值的变化范围，从而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。此外，开关电容单元中所包含的开关单元数量和电容数量均为多个，使得功率变换装置的结构和实现超宽电压增益的控制方式多样，灵活性高。
16、结合第一方面第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，控制器用于在开关频率大于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率，并且，开关频率大于谐振单元的谐振频率时，减小开关频率、第一开关单元的占空比或者第二开关单元的占空比，以增大功率变换装置的电压增益。
17、在本实施方式中，在上述开关频率大于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率时，第二电感和开关电容单元串联的阻抗呈感性，可看做等效电感。功率变换装置可通过调整上述开关频率，改变该等效电感的感值，因此，相比采用感值固定的并联电感lm的llc谐振变换器而言，功率变换装置可扩大等效电感的感值的变化范围，从而扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的宽电压增益。进一步地，功率变换装置通过控制第一开关单元的占空比和第二开关单元的占空比，可使开关电容单元等效为容值可变的电容，因此，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关单元的占空比的方式，进一步扩大等效电感的感值的变化范围，从而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。
18、结合第一方面第七种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，控制器用于在开关频率小于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率且大于谐振单元的谐振频率时，减小开关频率、第一开关单元的占空比或者第二开关单元的占空比，以增大功率变换装置的电压增益。
19、在本实施方式中，在上述开关频率小于开关电容单元的等效电容与第二电感的谐振频率时，第二电感和开关电容单元串联的阻抗呈容性，可看做等效电容。功率变换装置可通过调整上述开关频率，改变该等效电容的容值，因此，相比采用容值固定的并联电容的lcc谐振变换器而言，功率变换装置可扩大等效电容的容值的变化范围，从而扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的宽电压增益。进一步地，功率变换装置通过控制第一开关单元的占空比和第二开关单元的占空比，可使开关电容单元等效为容值可变的电容，因此，功率变换装置还可在调整上述开关管的开关频率的基础上，通过调整第一开关单元的占空比和第二开关单元的占空比的方式，进一步扩大第二电感和开关电容单元的等效电容的容值的变化范围，从而进一步扩大功率变换装置的电压增益范围，以实现功率变换装置的超宽电压增益。
20、结合第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中的任一种，在第十种可能的实施方式中，第一桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，第二桥式电路包括第三桥臂和第四桥臂。其中，第一桥臂与第二桥臂并联，第三桥臂与第四桥臂并联。第一电感、第一电容与原边绕组串联在第一桥臂的中点与第二桥臂的中点之间，副边绕组连接在第三桥臂的中点与第四桥臂的中点之间。
21、在本实施方式中，第一桥式电路和第二桥式电路均为全桥电路，功率变换装置适用于双向工作的场景。
22、结合第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中的任一种，在第十一种可能的实施方式中，第一桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，第二桥式电路包括第三桥臂，副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，功率变换装置还包括第一输出端和第二输出端。其中，第一桥臂与第二桥臂并联，第一副边绕组和第二副边绕组串联后与第三桥臂并联。第一电感、第一电容与原边绕组串联在第一桥臂的中点与第二桥臂的中点之间，第三桥臂的中点和第一副边绕组与第二副边绕组的连接处分别连接第一输出端和第二输出端。
23、在本实施方式中，第一桥式电路为全桥电路，第二桥式电路为半桥电路中的全波整流电路，功率变换装置适用于单向工作的场景。
24、结合第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中的任一种，在第十二种可能的实施方式中，第一桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，第二桥式电路包括第三桥臂，功率变换装置还包括第四电容和第五电容。其中，第一桥臂与第二桥臂并联，第一电感、第一电容与原边绕组串联在第一桥臂的中点与第二桥臂的中点之间。第四电容和第五电容串联后与第三桥臂并联，第三桥臂的中点通过副边绕组连接第四电容和第五电容的连接处。
25、在本实施方式中，第一桥式电路为全桥电路，第二桥式电路为半桥电路，功率变换装置适用于单向工作的场景。
26、结合第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中的任一种，在第十三种可能的实施方式中，第一桥式电路包括第一桥臂，第二桥式电路包括第三桥臂和第四桥臂。其中，第一电感、第一电容与原边绕组串联在第一桥臂的一端与第一桥臂的中点之间。第三桥臂与第四桥臂并联，第三桥臂的中点和第四桥臂的中点分别连接副边绕组的两端。
27、在本实施方式中，第一桥式电路为半桥电路，第二桥式电路为全桥电路，功率变换装置适用于单向工作的场景。
28、结合第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中的任一种，在第十四种可能的实施方式中，第一桥式电路包括第一桥臂，第二桥式电路包括第三桥臂和第四桥臂，功率变换装置还包括第四电容和第五电容。其中，第四电容和第五电容串联后与第一桥臂并联，第一电感、第一电容与原边绕组串联在第一桥臂的中点与电容中点之间，电容中点为第四电容和第五电容的连接处。第三桥臂与第四桥臂并联，第三桥臂的中点和第四桥臂的中点分别连接副边绕组的两端。
29、在本实施方式中，第一桥式电路为半桥电路，第二桥式电路为全桥电路，功率变换装置适用于单向工作的场景。
30、结合第一方面至第一方面第九种可能的实施方式中的任一种，在第十五种可能的实施方式中，第一桥式电路包括第一桥臂，第二桥式电路包括第三桥臂，副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，功率变换装置还包括第一输出端和第二输出端。其中，第一电感、第一电容与原边绕组串联后连接第一桥臂的中点。第一副边绕组和第二副边绕组串联后与第三桥臂并联，第三桥臂的中点和第一副边绕组与第二副边绕组的连接处分别连接第一输出端和第二输出端。
31、在本实施方式中，第一桥式电路为半桥电路，第二桥式电路为半桥电路中的全波整流电路，功率变换装置适用于单向工作的场景。
1.一种功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括第一桥式电路、第二桥式电路、变压器、谐振单元和控制器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述谐振单元包括第一电感、第二电感、第一电容和开关电容单元，其中：
2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于在所述开关频率大于所述开关电容单元的等效电容与所述第二电感的谐振频率且大于所述谐振单元的谐振频率时，减小所述开关频率或者所述第一开关单元的占空比，以增大所述功率变换装置的电压增益。
3.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，在所述开关频率小于所述开关电容单元的等效电容与所述第二电感的谐振频率且大于所述谐振单元的谐振频率时，减小所述开关频率或者所述第一开关单元的占空比，以增大所述功率变换装置的电压增益。
4.根据权利要求2或3所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关管；
5.根据权利要求4所述的功率变换装置，其特征在于，在所述第一开关管的一个工作周期内，所述第一开关管的开通时刻与关断时刻的中间时刻为所述第二电感的电流过零点对应的时刻。
6.根据权利要求2或3所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关单元包括反向串联的第一开关管和第二开关管；
7.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一开关管的占空比与所述第二开关管的占空比相同，所述第二电感的电流过零点包括第一电流过零点和第二电流过零点，所述第一电流过零点为所述第二电感的电流由负到正的电流过零点，所述第二电流过零点为所述第二电感的电流由正到负的电流过零点；
8.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述开关电容单元还包括第三电容和第二开关单元，所述第三电容与所述第二电容串联后与所述第二开关单元并联；
9.根据权利要求8所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于在所述开关频率大于所述开关电容单元的等效电容与所述第二电感的谐振频率且大于所述谐振单元的谐振频率时，减小所述开关频率、所述第一开关单元的占空比或者所述第二开关单元的占空比，以增大所述功率变换装置的电压增益。
10.根据权利要求8所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制器用于在所述开关频率小于所述开关电容单元的等效电容与所述第二电感的谐振频率且大于所述谐振单元的谐振频率时，减小所述开关频率、所述第一开关单元的占空比或者所述第二开关单元的占空比，以增大所述功率变换装置的电压增益。
11.根据权利要求1-10任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第二桥式电路包括第三桥臂和第四桥臂，其中：
12.根据权利要求1-10任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第二桥式电路包括第三桥臂，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述功率变换装置还包括第一输出端和第二输出端，其中：
13.根据权利要求1-10任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第二桥式电路包括第三桥臂，所述功率变换装置还包括第四电容和第五电容，其中：
14.根据权利要求1-10任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一桥臂，所述第二桥式电路包括第三桥臂和第四桥臂，其中：
15.根据权利要求1-10任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一桥臂，所述第二桥式电路包括第三桥臂和第四桥臂，所述功率变换装置还包括第四电容和第五电容，其中：
16.根据权利要求1-10任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一桥式电路包括第一桥臂，所述第二桥式电路包括第三桥臂，所述副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述功率变换装置还包括第一输出端和第二输出端，其中：
