发明创造名称：一种半桥双向变换器结构及控制方法
外观设计名称：
决定号：184562
决定日：2019-07-15
委内编号：1F264054
优先权日：
申请（专利）号：201610216107.9
申请日：2016-04-10
复审请求人：魏腾飞
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：李承承
合议组组长：柴德娥
参审员：李路
国际分类号：H02M3/155
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别特征，但该区别特征部分被其他对比文件公开，部分属于是本领域技术人员容易想到的，也未产生任何预料不到的技术效果，则该项权利要求请求保护的技术方案相对于该对比文件不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610216107.9，名称为“一种半桥双向变换器结构及控制方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为魏腾飞。本申请的申请日为2016年04月10日，公开日为2016年06月15日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年08月16日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-5不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定的具体理由在于：权利要求1与对比文件1（CN105356752A，公开日为2016年02月24日）的区别特征在于：（1）还包括电感电流过零检测，通过检测电感电流过零时刻，切断半桥中一开关管的电流传输路径，来阻止功率回流现象的发生；（2）U1侧电压大于U2侧电压；（3）传输正向功率和反向功率的计算公式。上述区别特征（1）一部分被对比文件2（CN105356759A，公开日为2016年02月24日）公开，另一部分是本领域技术人员容易想到的，上述区别特征（2）是本领域技术人员基于对比文件2容易想到的，上述区别特征（3）是本领域技术人员在对比文件1结合对比文件2的基础上很容易想到的。因此，权利要求1不具备创造性。从属权利要求2的附加技术特征被对比文件2公开，从属权利要求3的附加技术特征被对比文件1公开，从属权利要求4-5的附加技术特征是本领域技术人员在对比文件1结合对比文件2的基础上容易想到的。因此，从属权利要求2-5也不具备创造性。
驳回决定所依据的文本为：2018年04月20日提交的权利要求第1-5项，申请日2016年04月10日提交的说明书第1-23段、说明书附图图1-5，说明书摘要。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于，包括：半桥拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，半桥中点串入电感，U1侧电压大于U2侧电压；Q1和Q2互补导通，其导通时间由占空比决定，导通控制方式由传送功率的方向决定；通过检测电感电流过零时刻，切断半桥中一开关管的电流传输路径，来阻止功率回流现象的发生；
U1侧向U2侧传输正向功率时，正向功率为且0≤D≤U2/U1；
U2侧向U1侧传输反向功率时，反向功率为且0≤D≤(1-U2/U1)；其中，其中D＝Ton/T为占空比，且0≤D≤U2/U1，f为工作频率，L为电感L1的电感量。
2. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：使用了电感电流过零检测控制，没有功率回流现象，提高了工作效率。
3. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率和U2侧向U1侧传输反向功率，采用不同的控制方式。
4. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。
5. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U2侧向U1侧传输反向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年10月28日向国家知识产权局提出了复审请求，同时修改了权利要求书（包括权利要求第1-5项），将说明书第0006-0008段中关于正向U1侧到U2侧变换器工作状态的技术特征补入权利要求1，将说明书第0009-0011段中关于反向U2侧到U1侧变换器工作状态的技术特征补入权利要求1，从而形成新的权利要求1。复审请求人认为：（1）对比文件1虽然也涉及半桥双向DC-DC变换器，但是其采用的是滑膜控制，其并不等同于权利要求1中请求保护的脉宽调制PWM控制方式；（2）对比文件1的目的在于提高负载电压Vc的收敛快速性和精度，在所解决技术问题与本申请不同的前提下并不具有本申请电感电流过零检测控制方式的技术启示；（3）对比文件2通过切断全桥两侧的功率传输路径，来阻止功率回流现象的发生。而本申请在采用两个开关管的基础上，仅通过切断半桥中一开关管的电流传输路径，来阻止功率回流现象的发生，由此导致本申请控制Q1、Q2的导通方式和占空比的技术手段与对比文件2具有本质差别。由于全桥电路对传输路径的控制方式与本申请不同，且不同开关管直接的导通控制方式也具有显著区别，使得本领域技术人员即便对对比文件2进行有针对性的改进也无法得到本申请传输功率值的表达式和占空比取值不等式。
复审请求时修改的权利要求1-5如下：
“1. 一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于，包括：半桥拓扑结构，脉宽调制PWM，电感电流过零检测，半桥中点串入电感，U1侧电压大于U2侧电压；Q1和Q2互补导通，其导通时间由电感中电流是否过零来决定；
传输功率方向由导通时序控制，可随时控制改变，传输功率由占空比决定；
通过检测电感电流过零时刻，切断半桥两侧的功率传输电路，来阻止功率回流现象的发生；
正向U1侧到U2侧，变换器在一个工作周期内的工作状态：
状态1：t0-t1阶段，在t0时刻，Q1导通，Q2关断；
状态2：t1-t2阶段，在t1时刻，Q1关断，Q2导通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量继续正向送入U2侧。在t1-t2阶段中检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量以完全送入U2侧，此刻Q2关断，以防止U2向L1储能，即阻止功率回流现象的发生；
U1侧向U2侧传输正向功率时，正向功率为其中，D为占空比，且0≤D≤U2/U1，f为工作频率，L为电感L1的电感量；
反向U2侧到U1侧，变换器在一个工作周期内的工作状态：
状态1：t0-t1阶段，在t0时刻，Q1关断，Q2导通；
状态2：t1-t2阶段，在t1时刻，Q1导通，Q2关断，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量反向送到U1侧。在t1-t2阶段中检测电感电流的是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量以完全的送入U1侧，此刻Q1关断，以防止U1向L1储能，即阻止功率回流现象的发生；
U2侧向U1侧传输反向功率时，反向功率为其中，D为占空比，且0≤D≤(1-U2/U1)，f为工作频率，L为电感L1的电感量；
2. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：使用了电感电流过零检测控制，没有功率回流现象，提高了工作效率。
3. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率和U2侧向U1侧传输反向功率，采用不同的控制方式。
4. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U1侧向U2侧传输正向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。
5. 根据权利要求1所述一种半桥双向变换器结构及控制方法，其特征在于：U2侧向U1侧传输反向功率时，传输功率随占空比的增大而增大，且成平方关系。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年11月07日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：对比文件1中主要公开了电路的拓扑结构，以及该结构的基本控制方式。虽然其控制方法与本申请不同，但该半桥拓扑结构，作为一种基本的拓扑结构，其客观上也存在功率回流的问题。而对比文件2则完全公开了本申请的发明点，虽然其应用的拓扑结构不同，但其也是利用电感电流的检测，在电流过零点时进行相关的开关操作，从而防止功率回流。因而本领域技术人员容易想到将对比文件2中的控制方法，应用于对比文件1中的这种基本拓扑结构中，从而解决其客观存在的功率回流的技术问题。因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年03月28日向复审请求人发出复审通知书，指出权利要求1-5不具备专利法第22条第3款规定的创造性。具体理由在于：权利要求1与对比文件1的区别特征在于：（1）本申请采用脉宽调制PWM控制；（2）还包括电感电流过零检测，通过检测电感电流过零时刻，切断半桥中一开关管的电流传输路径，来阻止功率回流现象的发生；半桥双向变换器在一个工作周期内的工作过程和工作状态，以及传输正向功率和反向功率的计算公式，U1侧电压大于U2侧电压。上述区别特征（1）被对比文件2公开，上述区别特征（2）一部分被对比文件2公开，其余部分是本领域技术人员基于对比文件2很容易想到的。因此，权利要求1不具备创造性。从属权利要求2、4-5的附加技术特征被对比文件2公开，从属权利要求3的附加技术特征被对比文件1公开，因此，从属权利要求2-5也不具备创造性。针对复审请求人的意见，合议组认为：（1）权利要求1中请求保护的脉宽调制PWM控制方式已经被对比文件2公开，并且其在对比文件2中所解决的技术问题与本申请中相同，都是实现变换器输出功率的控制。因此，对比文件2存在将上述公开的特征应用于对比文件1，以解决相同技术问题的启示。（2）对比文件1公开了双向全桥DC-DC变换器可以实现能量在输入端和输出端之间双向传输，其中存在发生功率回流现象的过程，基于对比文件2已经公开了通过检测电感电流过零时刻，切断全桥两侧的功率传输路径，来阻止功率回流现象的发生，本领域技术人员有动机将该对比文件2公开的检测电感电流过零时刻阻止功率回流现象的技术手段应用于对比文件1中，从而解决对比文件1的双向DC-DC变换器在工作过程中也会发生功率回流现象的技术问题。（3）基于对比文件2中公开的计算功率与占空比关系的方法和公式，结合本申请和对比文件2中变换器结构的不同，本领域技术人员容易想到基于这种区别，根据对比文件2中的计算公式，重新计算半桥变换器占空比（D）与传输功率（P）之间的关系，从而得到正向传输和反向传输时功率的计算公式，这不需要付出创造性的劳动，且技术效果可以预料。
复审请求人于2019年04月30日提交了意见陈述书，未对申请文件进行修改。复审请求人认为：（1）对比文件1考虑双向半桥DC-DC变换器的功率传输原理，公开的现有半桥DC-DC变换器的功率传输控制方式与本申请的工作原理完全不同，并且所利用的电路控制参量也不相同，不具有可比性。（2）对比文件2研究的是全桥双向变换器的功率传输问题，全桥电路回流功率产生的原因是输入输出不匹配的问题，若要对全桥双向变换器进行功率回流控制，需要使全桥两侧的功率传输路径协同配合，并不是任意选通两侧的通路就能够解决的，因此其与本申请的控制方式不同。（3）本领域技术人员根据对比文件1容易想到的技术方案是移相控制，如何通过选择不同的运行点来进行电压调节，保证较小的回流功率。在现有技术指导的基础上，本领域技术人员也并没有动机将对比文件2应用于对比文件1的改进上，即便将对比文件2应用于对比文件1，仍存在结合的障碍。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人在答复复审通知书时未对申请文件进行修改。因此，本复审决定所针对的审查文本是：2018年10月28日提交的权利要求第1-5项，申请日2016年04月10日提交的说明书第1-23段、说明书附图图1-5、说明书摘要。
2、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别特征，但该区别特征部分被其他对比文件公开，部分属于是本领域技术人员容易想到的，也未产生任何预料不到的技术效果，则该项权利要求请求保护的技术方案相对于该对比文件不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
本复审决定中使用的对比文件与复审通知书和驳回决定中使用的对比文件相同，即：
对比文件1：CN105356752A，公开日为2016年02月24日；
对比文件2：CN105356759A，公开日为2016年02月24日。
其中，对比文件1为最接近的现有技术。
2.1关于权利要求1
权利要求1请求保护一种半桥双向变换器结构及控制方法，对比文件1公开了一种双向DC-DC系统及控制方法，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第0024-0026段，附图1-2）：包括双向DC-DC变换器，该变换器为双向变换器半桥拓扑结构，包括电感、第一开关和第二开关，电感串联连接在半桥的中点。在负载变动的情况下，双向DC-DC变换器的输出电压会因此发生变动，这时通过采集电感电流信号与输出电压信号作为控制参量，输入到控制器中产生控制信号，控制双向DC-DC变换器，使输出电压趋于平稳，在该控制过程中，第一开关和第二开关互补导通。
该双向DC-DC变换器可以实现能量在输入端和输出端之间双向传输。当负载电流为负方向时，控制器使双向DC-DC变换器工作在降压模式，电能存储装置将吸收能量，工作在充电状态，实现能量从负载侧到电能存储装置转移；当负载电流为正方向时，控制器控制双向DC-DC变换器工作在升压模式，电能存储装置将释放能量，通过双向DC-DC变换器，将能量传输给负载侧（相当于公开了“传输功率方向由导通时序控制，可随时控制改变”）。
权利要求1与对比文件1相比，其区别在于：（1）本申请采用脉宽调制PWM控制；（2）还包括电感电流过零检测，通过检测电感电流过零时刻，切断半桥中一开关管的电流传输路径，来阻止功率回流现象的发生；半桥双向变换器在一个工作周期内的工作过程和工作状态，以及传输正向功率和反向功率的计算公式，U1侧电压大于U2侧电压。
基于上述区别，可以确定权利要求1相对于对比文件1实际要解决的技术问题是：（1）如何实现变换器输出功率的控制；（2）如何消除功率回流，以及如何获得传输的正向功率及反向功率。
对于上述区别（1），对比文件2公开了一种双向全桥DC-DC变换器的PWM控制方法，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第0005-0012段，附图1-3）：该双向全桥DC-DC变换器采用PWM控制方法。并且该公开的内容在对比文件2中所解决的技术问题与区别技术特征在本申请中相同，都是实现变换器输出功率的控制。因此，对比文件2存在将上述公开的特征应用于对比文件1，以解决相同技术问题的启示。
对于上述区别（2），对比文件2公开了以下技术特征（参见说明书第0005-0012段，附图1-3）：使用电感电流过零的PWM控制方法，电感电流过零时切换开关状态；通过检测电感电流过零时刻，切断全桥两侧的功率传输路径，来阻止功率回流现象的发生。具体的电感电流过零控制工作原理和其工作状态如下，该过程中满足U1>nU2。
正向U1侧到U2侧，变换器工作状态分析:
状态1：t0-t1阶段。如图1和图2所示，在t0时刻，Q1和Q4导通，Q5和Q8也导通，此时的电感电流iL为0，电感的端电压为U1-nU2，那么导致电感中的电流iL从0开始逐渐增加。在此状态下，U1侧向U2侧正向传输功率，同时U1侧向电感L1中储能。
状态2：t1-t2阶段。如图1和图2所示，在t1时刻，Q3和Q4导通，Q5和Q8也导通，此时的电感电流iL为(U1-nU2)Ton/L。电感的端电压为nU2，那么Q3和Q4导通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量继续正向送到U2侧。在t1-t2阶段中检测电感电流是否过零，若过零则说明，储存在电感中的能量以完全的送入U2侧，此刻Q5和Q8关断，以防止U2向L1储能，即防止功率回流现象的发生。正向传送的总功率为
P1=
其中D为占空比D=Ton/T，且0≤D<>
反向U2侧到U1侧，变换器工作状态分析：
状态1：t0-t1阶段。如图1和图3所示，在t0时刻，Q3和Q4导通，Q5和Q8也导通，此时的电感电流iL为0，电感的端电压为-nU2，那么导致电感中的电流iL从0开始逐渐向负方向增加。在此状态下，U2侧向电感L1中储能。状态2：t1-t2阶段。 如图1和图3所示，在t1时刻，Q1和Q4导通，Q5和Q8也导通，此时的电感电流iL为(-nU2)Toff/L。电感的端电压为U1-nU2，那么Q1和Q4导通，给电感电流的续流提供了通路，使得电感中存储的能量继续反向送到U1侧。在t1-t2阶段中检测电感电流是否过零。若过零则说明，储存在电感中的能量以完全送入U1侧，此刻Q5和Q8关断，以防止U1向L1储能，即防止功率回流现象的发生。反向的传送功率为
P2=
==
其中D为占空比D=Ton/T，且nU2/2U1<>
由此可见，对比文件2公开了上述区别中的一部分内容，且其解决的技术问题与在本申请中相同，都是根据电感电流的过零检测，控制桥式变换电路中开关的状态，从而防止电流和功率倒灌回流，因此，对比文件2存在将上述公开的特征应用于对比文件1，以解决相同技术问题的启示。
对于未公开的部分区别，在本技术领域中，由于双向全桥和半桥两种变换电路中开关结构的不同，计算传输功率与占空比的关系也存在不同，这属于本领域技术人员的公知常识。在对比文件1公开了双向半桥DC-DC变换器拓扑结构，结合对比文件2中公开的计算功率与占空比关系的方法，本领域技术人员容易想到根据对比文件2中的计算公式，结合半桥变换器中具体的控制方式，半桥变换器占空比（D）与传输功率（P）之间的关系，从而计算得到正向传输和反向传输时功率的计算公式，这不需要付出创造性的劳动，且技术效果可以预料。
由此可见，在对比文件1的基础上结合对比文件2和本领域技术人员的公知常识得到权利要求1所要求保护的技术方案，对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，权利要求1不具备突出的实质性特点和显著的进步，不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定。
2.2关于权利要求2
权利要求2是权利要求1的从属权利要求，对权利要求1进行了进一步的限定。其附加技术特征未被对比文件1公开，构成了权利要求2相对于对比文件1的又一区别技术特征。
基于该区别技术特征，可以确定权利要求2实际要解决的技术问题是：如何防止功率回流，提高工作效率。
对比文件2公开了一种双向全桥DC-DC变换器的PWM控制方法，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第0005-0012段，附图1-3）：使用电感电流过零PWM控制方法，电感电流过零时切换开关状态。由此可见，对比文件2公开了上述区别技术特征，且其解决的技术问题与在本申请中相同，都是根据电感电流的过零检测，控制桥式变换电路中开关的状态，从而防止电流和功率倒灌回流。
因此，当引用的权利要求不具有创造性时，权利要求2要求保护的技术方案也不具备突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.3关于权利要求3
权利要求3是权利要求1的从属权利要求，对权利要求1进行了进一步的限定。对比文件1公开了以下技术特征（参见说明书第0024-0026段，附图1-2）：双向DC-DC变换器可以实现双向的功率传输，且本领域技术人员可以直接、毫无疑义地确定双向传输分别采用不同的控制方式。
因此，当引用的权利要求不具有创造性时，权利要求3要求保护的技术方案也不具备突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.4关于权利要求4-5
权利要求4-5是权利要求1的从属权利要求，对权利要求1进行了进一步的限定。其附加技术特征均未被对比文件1公开，分别构成了权利要求4-5相对于对比文件1的又一区别技术特征。基于该区别技术特征，可以确定权利要求4-5实际要解决的技术问题是：确定正向和反向传输功率与占空比的关系。
然而，对比文件2中公开了（参见说明书第0005-0012段，附图1-3）正向传送的总功率P1和反向传输的总功率P2的计算公式，由公式可以看出，该正向传送的总功率P1和反向传输的总功率P2均随占空比的增大而增大，并且与平方关系，即对比文件2公开了上述权利要求4-5的附加技术特征。
因此，当引用的权利要求不具有创造性时，权利要求4-5要求保护的技术方案也不具备突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、关于复审请求人意见陈述的答复
对于复审请求人的意见，合议组认为：
（1）对比文件1公开了（参见说明书第0025段）双向全桥DC-DC变换器可以实现能量在输入端和输出端之间双向传输。当负载电流为负方向时，控制器使双向DC-DC变换器工作在降压模式，电能存储装置将吸收能量，工作在充电状态，实现能量从负载侧到电能存储装置转移；当负载电流为正方向时，控制器控制双向DC-DC变换器工作在升压模式，电能存储装置将释放能量，通过双向DC-DC变换器，将能量传输给负载侧。在这一工作过程中，存在发生功率回流现象的过程，即对比文件1公开的双向半桥DC-DC变换器在工作中也存在功率回流现象，而这一现象的存在，客观上会引起功率器件损耗增大，降低变换器的工作效率，这也是本领域技术人员公知的内容，如何能够解决这一技术问题，从而消除双向变换器的功率回流现象，也是本领域技术人员普遍面临的技术问题。
（2）在本技术领域中，由于双向全桥和双向半桥两种变换电路中开关结构的不同，计算传输功率与占空比的关系也存在不同，这属于本领域技术人员的公知常识。基于对比文件2中公开的计算功率与占空比关系的方法和公式，结合本申请和对比文件2中变换器结构的不同，本领域技术人员容易知晓，在这两种变换器结构中，由于开关组成不同，而导致进行功率回流控制时，对于功率传输路径的选择存在区别，这是本领域技术人员基于技术常识能够预料到的，在对比文件2已经公开了通过检测电感电流过零时刻阻止全桥变换器功率回流现象的基础上，如何选择半桥变换器的功率传输路径，以同样实现阻止全桥变换器功率回流现象的发生，这不需要付出创造性的劳动，且技术效果可以预料。
（3）对比文件2已经公开了通过检测电感电流过零时刻，切断全桥两侧的功率传输路径，来阻止功率回流现象的发生，其解决的技术问题与本申请同对比文件1所存在的区别技术特征所解决的技术问题是相同的，因此本领域技术人员有动机将该对比文件2公开的检测电感电流过零时刻阻止功率回流现象的技术手段应用于对比文件1中，从而解决对比文件1的双向DC-DC变换器在工作过程中也会发生功率回流现象的技术问题，在结合到对比文件1的技术方案中时，面对对比文件1的双向变换器结构，如何基于对比文件3公开的控制方法来控制其开关动作，是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可以实现的。
综上，复审请求人的意见陈述不具备说服力，合议组不予接受。
在上述工作的基础上，合议组依法作出如下审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年08月16日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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