本实用新型涉及直流-直流变换领域，特别涉及一种高压双向直流变换电路。
背景技术：
随着储能产品以及电池设备相关领域的快速发展，直流变换电路的应用越来越广泛，但是现有的直流变换电路不能适应不同端口电压场景，造成使用限制。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的直流变换电路不能适应不同端口电压场景的问题，提出一种高压双向直流变换电路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种高压双向直流变换电路，包括至少一个第一子变换电路、至少一个第二子变换电路和至少一个控制器；所述第一子变换电路的前端与所述第二子变换电路的前端串联或并联，和/或所述第一子变换电路的后端与所述第二子变换电路的后端串联或并联；所述第一子变换电路的前端和后端、所述第二子变换电路的前端和后端用于与具备双向能力的直流侧连接；所述第一子变换电路和所述第二子变换电路均包括依次连接的原边滤波电容、原边谐振变换电路、隔离变压器、副边变换电路和副边滤波电容；所述原边谐振变换电路和所述副边变换电路均具备逆变和整流的功能；所述控制器用于正向或反向控制所述第一子变换电路和所述第二子变换电路的开通时序以及使所述第一子变换电路和所述第二子变换电路工作于同相位模式或错相位模式。
在一些优选的实施方式中，所述原边谐振变换电路为串联谐振变换电路，所述原边谐振变换电路的电路形式包括半桥式电路和全桥式电路。
在一些优选的实施方式中，所述副边变换电路实现整流的方式包括全桥整流、倍压整流和全波整流。
在一些优选的实施方式中，所述错相位模式的错相相位包括1/(2N)个周期或者1/4个周期，N表示子变换电路的个数。
在一些优选的实施方式中，所述直流侧为具备双向能力的电源、电路或者负载。
在进一步优选的实施方式中，所述直流侧包括直流电源、电池和交流逆变器电路。
在一些优选的实施方式中，所述隔离变压器为高频隔离变压器。
在一些优选的实施方式中，所述原边谐振变换电路包括原边驱动电路和原边开关变换单元，所述原边驱动电路用于驱动所述原边开关变换单元。
在进一步优选的实施方式中，所述原边开关变换单元的主要元件为高频开关管，所述高频开关管具备反向并联的二极管。
在一些优选的实施方式中，所述子变换电路的个数为三个、四个或者五个以上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：
第一子变换电路的前端与第二子变换电路的前端串联或并联，第一子变换电路的后端与第二子变换电路的后端串联或并联，多个子变换电路连接在一起加宽了变换电路对输入电压的适应范围，从而可以适应不同端口电压，也加宽了输出电压的范围。
原边谐振变换电路和副边变换电路均具备逆变和整流的功能，直流侧具备双向能力，通过控制器正向或反向控制第一子变换电路和第二子变换电路的开通时序，可以实现电能的双向变换，也就是电能既可以从变压器的原边传递至副边，也可以从变压器的副边传递至原边，满足不同场合的需求。
此外，通过控制器使第一子变换电路和第二子变换电路工作于错相位模式，可以使输出端的滤波电容上的纹波电压倍频化，从而使高频电流纹波更小。
附图说明
图1示出本实用新型的第一子变换电路的电路结构；
图2示出本实用新型的第二子变换电路的电路结构；
图3示出本实用新型的高压双向直流变换电路的第一种电路结构；
图4示出本实用新型的高压双向直流变换电路的第二种电路结构；
图5示出本实用新型的高压双向直流变换电路的第三种电路结构；
图6示出本实用新型的高压双向直流变换电路的第四种电路结构；
图7示出图3的电路的具体结构；
图8示出本实用新型的高压双向直流变换电路的工作于正向同相位模式的驱动时序图；
图9示出本实用新型的高压双向直流变换电路的工作于正向错相位模式的驱动时序图；
图10示出本实用新型的高压双向直流变换电路的工作于反向同相位模式的驱动时序图；
图11示出本实用新型的高压双向直流变换电路的工作于反向错相位模式的驱动时序图；
图12示出本实用新型的第一种变型方式的电路结构；
图13示出本实用新型的第二种变型方式的电路结构；
图14示出本实用新型的第三种变型方式的电路结构；
图15示出本实用新型的第四种变型方式的电路结构；
图16示出本实用新型的第五种变型方式的电路结构；
图17示出本实用新型的第六种变型方式的电路结构。
具体实施方式
以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
参考图1至图6，高压双向直流变换电路包括至少一个第一子变换电路100、至少一个第二子变换电路200和至少一个控制器300。
参考图3至图6，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联或并联，和/或第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联或并联。第一子变换电路100的前端11和后端12、第二子变换电路200的前端21和后端22用于与具备双向能力的直流侧连接，直流侧也就是变换电路的负载，直流侧包括原边直流侧V1A和副边直流侧V2A。
参考图1和图2，第一子变换电路100和第二子变换电路200均包括依次连接的原边滤波电容、原边谐振变换电路、隔离变压器、副边变换电路和副边滤波电容，原边滤波电容用于为子变换电路的前端滤波，副边滤波电容用于为子变换电路的后端滤波，原边滤波电容为高压储能滤波电容，根据实际需要也可以选用普通滤波电容；原边谐振变换电路包括第一原边谐振变换电路110和第二原边谐振变换电路210；副边变换电路包括第一副边变换电路120和第二副边变换电路220。具体而言，参考图1和图2，第一子变换电路100包括第一隔离变压器TRA、与第一隔离变压器TRA的原边的两端连接的第一原边谐振变换电路110、与第一隔离变压器TRA的副边的两端连接的第一副边变换电路120、与第一原边谐振变换电路110连接的第一原边滤波电容C1a、以及与第一副边变换电路120连接的第一副边滤波电容C2a，第二子变换电路2包括第二隔离变压器TRB、与第二隔离变压器TRB的原边的两端连接的第二原边谐振变换电路210、与第二隔离变压器TRB的副边的两端连接的第二副边变换电路220、与第二原边谐振变换电路210连接的第二原边滤波电容C1b、以及与第二副边变换电路220连接的第二副边滤波电容C2b。第一隔离变压器TRA和第二隔离变压器TRB均为高频隔离变压器，高频隔离变压器的体积小，由于是高频，所以能够用在开关频率较高的电路中，从而减小输出电压纹波，当然，根据实际需要也可以选用普通的隔离变压器。
为实现电能的双向变换，原边谐振变换电路和副边变换电路均具备逆变和整流的功能。
控制器300用于正向或反向控制第一子变换电路100和第二子变换电路200的开通时序以及使第一子变换电路100和第二子变换电路200工作于同相位模式或错相位模式。错相位模式的错相相位包括1/(2N)个周期或者1/4个周期，N表示子变换电路的个数，当然，根据实际需要还可以设置其它相位，本实用新型不以此为限。
本实用新型的高压双向直流变换电路包括如下形式：参考图3，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联，且第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联；参考图4，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联，且第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22并联；参考图5，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21并联，且第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联；参考图6，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21并联，且第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22并联。
根据上述可知，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联或并联，第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联或并联，多个子变换电路连接在一起加宽了变换电路对输入电压的适应范围，从而可以适应不同端口电压，也加宽了输出电压的范围。
原边谐振变换电路和副边变换电路均具备逆变和整流的功能，直流侧具备双向能力，通过控制器300正向或反向控制第一子变换电路100和第二子变换电路200的开通时序，可以实现电能的双向变换，也就是电能既可以从变压器的原边传递至副边，也可以从变压器的副边传递至原边，满足不同场合的需求。
此外，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联或并联，第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联或并联，通过控制器300使第一子变换电路100和第二子变换电路200工作于错相位模式，可以使输出端的滤波电容上的纹波电压倍频化，从而使高频电流纹波更小。
下面以图7为例对本实用新型作详细说明：
参考图7，第一子变换电路100和第二子变换电路200的数量均为一个。第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联后与原边直流侧V1A的两端连接，第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联后与副边直流侧V2A的两端连接。
具体的，第一原边谐振变换电路110的一侧的两端与第一原边滤波电容C1a的两端连接，第一原边谐振变换电路110的另一侧的两端与第一隔离变压器TRA的原边的两端连接；第二原边谐振变换电路210的一侧的两端与第二原边滤波电容C1b的两端连接，第二原边谐振变换电路210的另一侧的两端与第二隔离变压器TRB的原边的两端连接；第一副边变换电路120的一侧的两端与第一隔离变压器TRA的副边的两端连接，第一副边变换电路120的另一侧的两端与第一副边滤波电容C2a的两端连接，第二副边变换电路220的一侧的两端与第二隔离变压器TRB的副边的两端连接，第二副边变换电路220的另一侧的两端与第二副边滤波电容C2b的两端连接。
为实现直流-直流变换功能，第一原边谐振变换电路110具备逆变和整流的功能，第一副边变换电路120也具备逆变和整流的功能，相应的，第二原边谐振变换电路210具备逆变和整流的功能，第二副边变换电路220则也具备逆变和整流的功能。
对图7的电路结构做进一步说明：
参考图7，第一原边谐振变换电路110和第二原边谐振变换电路210是半桥式电路。
参考图7，第一原边谐振变换电路110是串联谐振变换电路，包括第一原边驱动电路111和第一原边开关变换单元112，第一原边驱动电路111用于驱动第一原边开关变换单元112。为具备逆变和整流的功能，第一原边开关变换单元112的主要元件是高频开关管，且高频开关管具备反向并联的二极管以对自身形成保护，分别是高频开关管Q3A和高频开关管Q4A。第一原边谐振变换电路110还包括第一谐振电容Cr2a、第一谐振电容Cr1a和第一谐振电感Lra，高频开关管Q3A的源极连接高频开关管Q4A的漏极，第一谐振电容Cr1a的一端与第一谐振电容Cr2a的一端连接，高频开关管Q3A的漏极与第一谐振电容Cr2a的另一端连接，高频开关管Q4A的源极与第一谐振电容Cr1a的另一端连接，第一隔离变压器TRA的原边的一端4A通过第一谐振电感Lra连接到高频开关管Q3A与高频开关管Q4A的中间点，第一隔离变压器TRA的原边的另一端5A与第一谐振电容Cr1a与第一谐振电容Cr2a的中间点连接，第一驱动电路211与高频开关管Q3A和高频开关管Q4A连接。
参考图7，第二原边谐振变换电路210是串联谐振变换电路，包括第二原边驱动电路211和第二原边开关变换单元212，第二原边驱动电路211用于驱动第二原边开关变换单元212。为具备逆变和整流的功能，第二原边开关变换单元212的主要元件是高频开关管，且高频开关管具备反向并联的二极管以对自身形成保护，分别是高频开关管Q3B和Q4B。第二原边谐振变换电路210还包括第二谐振电容Cr2b、第二谐振电容Cr1b和第二谐振电感Lrb，高频开关管Q3B的源极连接高频开关管Q4B的漏极，第二谐振电容Cr1b的一端与第二谐振电容Cr2b的一端连接，高频开关管Q3B的漏极与第二谐振电容Cr2b的另一端连接，高频开关管Q4B的源极与第二谐振电容Cr1b的另一端连接，第二隔离变压器TRB的原边的一端4B通过第二谐振电感Lrb连接到高频开关管Q3B与高频开关管Q4B的中间点，第二隔离变压器TRB的原边的另一端5B与第二谐振电容Cr1b与第二谐振电容Cr2b的中间点连接，第二驱动电路221与高频开关管Q3B和高频开关管Q4B连接。
参考图7，为具备逆变和整流的功能，第一副边变换电路120的主要元件是高频开关管，包括高频开关管Q11A和Q13A。第一副边变换电路120还包括电容C3a、电容C4a和第一副边驱动电路121，电容C3a的一端和电容C4a的一端串联，高频开关管Q11A的源极与高频开关管Q13A的漏极连接，高频开关管Q11A的漏极与电容C3a的另一端连接，高频开关管Q13A的源极与电容C4a的另一端连接，第一隔离变压器TRA的副边的一端1A连接电容C3a与电容C4a的中间点,第一隔离变压器TRA的副边的另一端2A则连接高频开关管Q11A与高频开关管Q13A的中间点。
参考图7，为具备逆变和整流的功能，第二副边变换电路220的主要元件是高频开关管，包括高频开关管Q11B和Q13B。第二副边变换电路220还包括电容C3b、电容C4b和第二副边驱动电路221，电容C3b的一端和C4b的一端串联，高频开关管Q11B的源极与高频开关管Q13B的漏极连接，高频开关管Q11B的漏极与电容C3b的另一端连接，高频开关管Q13B的源极与电容C4b的另一端连接，第二隔离变压器TRB的副边的一端1B连接电容C3b与电容C4b的中间点,第二隔离变压器TRB的副边的另一端2B则连接高频开关管Q11B与高频开关管Q13B的中间点。
第一子变换电路100中的滤波电容Cr2a、谐振电容Cr1a、谐振电感Lra、高频开关管Q3A、高频开关管Q4A的参数与第二子变换电路200的相同，第一隔离变压器TRA的原边的绕组与第二隔离变压器TRB的一致。
下面介绍高压双向直流变换电路的工作原理：
通过控制器300正向或反向控制第一子变换电路100和第二子变换电路200的开通时序，可以实现电能的双向变换。同时，还可以通过控制器300使第一子变换电路100和第二子变换电路200工作于同相位模式或者错相位模式。
参考图7，控制器300分别与第一原边驱动电路111、第二原边驱动电路211、第一副边驱动电路121、第二副边驱动电路221连接，控制器300用于正向或反向控制第一子变换电路100和第二子变换电路200的开通时序，具体是控制器300控制各个驱动电路驱动不同的高频开关管开通和关断，可以方便地实现电能的双向变换。控制器300的一端301输入采样信号，另一端302输出采样信号。
参考图7和图8，高压双向直流变换电路工作于正向同相位模式：原边直流侧V1A上端A+为正、下端A-为负，第一原边驱动电路111驱动高频开关管Q3A开通、高频开关管Q4A关断，第二原边驱动电路211驱动高频开关管Q3B开通、高频开关管Q4B关断，两个变压器的原边形成半桥LLC变换回路；第一副边驱动电路121驱动高频开关管Q13A开通、高频开关管Q11A关断，第二副边驱动电路221驱动高频开关管Q13B开通、高频开关管Q11B关断，两个变压器的副边的耦合电压分别为VTa和VTb，变压器的副边形成电流通路，从而输出电压。同理，当高频开关管Q4A和Q4B开通后，两个变压器的副边的耦合电压分别为VTa和VTb，变压器的副边形成电流通路，从而输出电压，使电能从变压器的原边传递至副边。
参考图7和图9，高压双向直流变换电路工作于正向错相位模式：第一原边驱动电路111驱动高频开关管Q3A开通，经过1/4周期后第二原边驱动电路211驱动高频开关管Q3B开通，两个变压器的原边形成半桥LLC变换回路；在变压器的副边，高频开关管Q13A与高频开关管Q13B也是错相位开通，两个变压器的副边的耦合电压分别为VTa和VTb，变压器的副边形成电流通路，从而输出电压。同理，当高频开关管Q4A和Q4B错相位开通后，两个变压器的副边的耦合电压分别为VTa和VTb，变压器的副边形成电流通路，从而输出电压，使电能从变压器的原边传递至副边。
参考图7和图10，高压双向直流变换电路工作于反向同相位模式：第一副边驱动电路121驱动高频开关管Q13A开通、高频开关管Q11A关断，第二副边驱动电路221驱动高频开关管Q13B开通、高频开关管Q11B关断，两个变压器的副边对直流侧的电能进行逆变；第一原边驱动电路111驱动高频开关管Q3A开通、高频开关管Q4A关断，第二原边驱动电路211驱动高频开关管Q3B开通、高频开关管Q4B关断，变压器的原边产生耦合电压，两个变压器的原边对电能进行整流，变压器的原边形成电流通路，从而输出电压。同理，当高频开关管Q11A和Q11B开通后，两个变压器的原边产生耦合电压，变压器的原边形成电流通路，从而输出电压，使电能从变压器的副边传递至原边。
参考图8和图11，高压双向直流变换电路工作于反向错相位模式：第一副边驱动电路121驱动高频开关管Q13A开通，经过1/4周期后第二副边驱动电路221驱动高频开关管Q13B开通，两个变压器的原边对直流侧的电能进行逆变；在变压器的原边，高频开关管Q3A与高频开关管Q3B也是错相位开通，变压器的原边产生耦合电压，两个变压器的原边对电能进行整流，变压器的原边形成电流通路，从而输出电压。同理，当高频开关管Q11A和Q11B错相位开通后，两个变压器的原边产生耦合电压，变压器的原边形成电流通路，从而输出电压，使电能从变压器的副边传递至原边。
以上对本实用新型进行了说明，但本实用新型还可以有一些变型方式：
参考图12，本实用新型的高压双向直流变换电路包括三个子变换电路，分别是两个第一子变换电路100和一个第二子变换电路200。两个第一子变换电路的前端和第二子变换电路的前端串联，后端也是串联。这样进一步加宽了输入和输出的电压范围。当然，根据实际情况，还可以设置四个、五个、六个、七个或者八个以上的子变换电路。
基于以上的说明对本实用新型作进一步的说明：
原边直流侧V1A和副边直流侧V2A均为负载，是既可以提供电能也可以吸收电能的装置或电路，具体类型包括但不限于直流电源、电池和交流逆变器电路，其中交流逆变器电路包括单相交流逆变器电路和三相交流逆变器电路；直流侧的数量为至少两个，分别设置在原边和副边。
第一子变换电路100的前端11和后端12、第二子变换电路200的前端21和后端22用于与直流侧连接。基于上文对第一子变换电路100和第二子变换电路200的连接的说明，本领域的技术人员应当可以认识到：第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联或者并联后与直流侧连接；或者第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联或者并联后与直流侧连接；或者第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联或者并联后与一个直流侧连接且第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联或者并联后与另一个直流侧连接；或者第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21串联或者并联后与直流侧连接，第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22分别与不同的直流侧连接；或者第一子变换电路100的后端12与第二子变换电路200的后端22串联或者并联后与直流侧连接，第一子变换电路100的前端11与第二子变换电路200的前端21分别与不同的直流侧连接。这样的好处在于可以适应更多端口电压场景，还可以使输出电压范围更宽。
参考图13至图15，第一原边谐振变换电路110和第二原边谐振变换电路210的电路形式还可以是全桥式电路。在变换电路的输入电流相同、输入电压也相同的情况下，全桥式电路的原边电压为半桥式电路的两倍，那么功率全桥式电路的输出功率是半桥式电路的两倍，也即全桥式电路适合大功率输出。参考图13，原边谐振变换电路为全桥式电路，副边变换电路的整流方式为倍压整流；参考图14，原边谐振变换电路为全桥式电路，副边变换电路的整流方式为全桥整流；参考图15，原边谐振变换电路为全桥式电路，副边变换电路的整流方式为全波整流。
参考图13至图17，第一副边变换电路120和第二副边变换电路220实现整流的方式包括全桥整流、倍压整流和全波整流。参考图16，原边谐振变换电路为半桥式电路，副边变换电路的整流方式为全桥整流；参考图17，原边谐振变换电路为半桥式电路，副边变换电路的整流方式为全波整流。
根据实际需要，第一原边谐振变换电路110和第二原边谐振变换电路210也可以是并联谐振变换电路。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。