專利名稱：一種不間斷電源和dc-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不間斷電源技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種不間斷電源(UPS,UninterruptedPower Supply)和直流轉(zhuǎn)直流(DC-DC, Direct Current-Direct Current)變換器。
背景技術(shù)：
在線式UPS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種供電場(chǎng)合，這種UPS電路一般包括三部分:第一部分，是交流轉(zhuǎn)直流的交直流轉(zhuǎn)換電路，即整流電路；第二部分，是直流轉(zhuǎn)交流的逆變電路；第三部分，是將電池電壓轉(zhuǎn)換成第二部分逆變電路所需直流電壓的直流轉(zhuǎn)直流電路；UPS充電器是為第三部份中的UPS掛接的電池充電的一種充電裝置。目前UPS充電器的設(shè)計(jì)上，一般采用兩種方式:一種是采用隔離方式，如常用的反激、正激或其它隔離電路作為充電電路，這種方式隔離變換體積較大，成本相對(duì)較高。另一種是采用非隔離方式，如常用的單BUCK電路、雙BUCK電路或BUCK三電平電路。UPS掛接的電池是與主電路拓?fù)涿芮邢嚓P(guān)的，為了提高效率，降低成本，掛接的電池與主電路融合在一起，因此UPS充電器常采用非隔離方式。下面結(jié)合附圖介紹現(xiàn)有技術(shù)中的非隔離方式的UPS充電器。其中圖1、圖2、圖3中的正母線BUS+、負(fù)母線BUS-、N線為整流電路的輸出端。參見(jiàn)圖1，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中單BUCK拓?fù)涞腢PS充電器電路圖。如圖1所示，該拓?fù)涞妮斎霝锽US+和BUS-。該拓?fù)涞墓ぷ髟頌?當(dāng)開(kāi)關(guān)管Ql導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?BUS+) -Ql-Ll-BAT-(BUS-)，BUS+ 和 BUS-經(jīng)過(guò) LI 給 BAT 充電，LI 同時(shí)儲(chǔ)能;當(dāng) Ql 截止時(shí)，電流流向?yàn)長(zhǎng)1-BAT-(BUS-)-DI，LI釋放能量給BAT充電。這種拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是:輸入連接BUS+和BUS-，輸入電壓較高，造成BUCK拓?fù)渲械钠骷x型耐壓較高,這樣造成成本較高,損耗較大,效率低。參見(jiàn)圖2，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中雙BUCK拓?fù)涞腢PS充電器電路圖。雙BUCK拓?fù)涫莾蓚€(gè)單BUCK拓?fù)浏B加在一起。該UPS充電器包括兩個(gè)電池BATl和 BAT2。如圖2所示，該拓?fù)涞妮斎霝锽US+、BUS-和N線。該拓?fù)涞墓ぷ髟頌?I)在電網(wǎng)電壓的正半周，第二開(kāi)關(guān)管Q2斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)管Ql工作；Ql導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?BUS+)-Ql-Ll-BATl-N，BUS+經(jīng)過(guò)LI給BATl充電，LI同時(shí)儲(chǔ)能；Ql截止時(shí)，電流流向?yàn)長(zhǎng)1-BAT1-N-D1，LI釋放能量給BATl充電。
2)在電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，Ql斷開(kāi)，Q2工作；Q2導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)镹-BAT2-L2-Q2-(BUS-)，BUS-經(jīng)過(guò)LI給BAT2充電，L2同時(shí)儲(chǔ)能；Q2截止時(shí)，電流流向?yàn)镹-BAT2-L2-D2，L2釋放能量給BAT2充電。這種拓?fù)涞南啾葐蜝UCK的優(yōu)點(diǎn)是:輸入連接BUS+、BUS_和N線，輸入電壓低，BUCK拓?fù)渲械钠骷梢赃x擇耐壓低的器件；但是這種拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是:需要兩套BUCK電路，器件多，電池也需要兩組(BAT1和BAT2)，成本較高；此外，BUS電壓較低時(shí)，無(wú)法滿足給電池充電的需求，例如，當(dāng)單邊BUS (BUS+與N線之間，或BUS-與N線之間)的電壓低于電池的電壓時(shí)，便無(wú)法給電池充電。參見(jiàn)圖3，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中BUCK三電平拓?fù)涞腢PS充電器電路圖。如圖3所示，該拓?fù)涞妮斎霝锽US+、BUS-和N線。該拓?fù)涞墓ぷ髟頌?I)在電網(wǎng)電壓的正半周，第二開(kāi)關(guān)管Q2斷開(kāi)，第一開(kāi)關(guān)管Ql工作。Ql 導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?BUS+)-Ql-Ll-BAT-D2-N，BUS+ 經(jīng)過(guò) LI 給 BAT 充電，LI 同時(shí)儲(chǔ)能；Ql截止時(shí)，電流流向?yàn)長(zhǎng)1-BAT-D2-D1，LI釋放能量給BAT充電。2)在電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，Ql斷開(kāi)，Q2工作。Q2 導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N-D1-L1-BAT-Q2-(BUS-)，BUS-經(jīng)過(guò) LI 給 BAT 充電，LI 同時(shí)儲(chǔ)能；Q2截止時(shí)，電流流向?yàn)長(zhǎng)1-BAT-D2-D1，LI釋放能量給BAT充電。該拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是:BAT的負(fù)端連接Q2，這樣易受到Q2高頻開(kāi)關(guān)波的干擾，N線也存在高頻開(kāi)關(guān)波的干擾。這樣將影響電池的性能和整個(gè)電路的電磁兼容性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種不間斷電源和DC-DC變換器，該DC-DC變換器能夠提高整個(gè)電路的電磁兼容性能，同時(shí)其中的器件可以選擇耐壓低的器件，并且器件較少，成本較低。本發(fā)明實(shí)施例提供一種UPS，包括:整流器、逆變器和直流轉(zhuǎn)直流DC-DC變換器；所述整流器的輸入端連接電網(wǎng)，輸出端連接所述逆變器和所述DC-DC變換器；所述整流器用于將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并將直流電輸出給所述逆變器或所述DC-DC變換器；所述逆變器的輸入端連接所述整流器的輸出端；所述逆變器用于將從所述整流器獲得的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡凰鯠C-DC變換器的輸入端連接所述整流器的輸出端，輸出端連接所述電池；所述DC-DC變換器用于將所述整流器輸出的電源為電池進(jìn)行充電；所述整流器的輸出端包括正母線BUS+、負(fù)母線BUS-和N線；所述電池的輸出端連接所述整流器，所述電池輸出的電壓經(jīng)過(guò)所述整流器升壓后為所述逆變器提供直流電；所述DC-DC變換器包括:第一電容、第二電容、第三電容、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管；
正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管連接第一節(jié)點(diǎn)，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管連接第二節(jié)點(diǎn)；第一電容的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容的兩端分別連接BUS-和N線之間；第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)和N線之間；第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)和N線之間；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次連接串聯(lián)的第一電感、電池和第二電感；第三電容的兩端分別連接第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)；或者，第三電容并聯(lián)在電池的兩端；或者，第三電容的一端連接第一節(jié)點(diǎn)，另一端連接電池和第二電感的公共端；或者，第三電容的一端連接第二節(jié)點(diǎn)，另一端連接電池和第一電感的公共端。本發(fā)明實(shí)施例提供一種DC-DC變換器，包括:第一電容、第二電容、第三電容、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管；正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管連接第一節(jié)點(diǎn)，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管連接第二節(jié)點(diǎn)；第一電容的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容的兩端分別連接BUS-和N線之間；第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)和N線之間；第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)和N線之間；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次連接串聯(lián)的第一電感、負(fù)載和第二電感；第三電容的兩端分別連接第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)；或者，第三電容并聯(lián)在負(fù)載的兩端；或者，第三電容的一端連接第一節(jié)點(diǎn)，另一端連接負(fù)載和第二電感的公共端；或者，第三電容的一端連接第二節(jié)點(diǎn)，另一端連接負(fù)載和第一電感的公共端?？梢?jiàn)本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)提供一種UPS電源以及一種DC-DC變換器，將DC-DC變換器的輸入端連接BUS+、BUS-和N線，這樣輸入電壓較低，其中的器件可以選擇耐壓低的器件；并且本本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器中的電池或負(fù)載不是直接連接第二開(kāi)關(guān)管，而是通過(guò)第二電感連接第二開(kāi)關(guān)管，因此，第二開(kāi)關(guān)管上的高頻開(kāi)關(guān)波不會(huì)影響負(fù)載，這樣將提高負(fù)載的性能和整個(gè)電路的抗電磁干擾能力。并且本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器也不像現(xiàn)有技術(shù)中的雙BUCK拓?fù)淠菢咏Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，本DC-DC變換器相對(duì)于雙BUCK拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，器件較少，成本較低。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中單BUCK拓?fù)涞腢PS充電器電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中雙BUCK拓?fù)涞腢PS充電器電路圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中BUCK三電平拓?fù)涞腢PS充電器電路圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的UPS實(shí)施例的功能模塊示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器實(shí)施例一示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器又一實(shí)施例示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器實(shí)施例二示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器實(shí)施例三示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器應(yīng)用實(shí)施例一示意圖；圖10是圖9對(duì)應(yīng)的工作模式一的時(shí)序圖；圖11是圖9對(duì)應(yīng)的工作模式二的時(shí)序圖；圖12是圖9對(duì)應(yīng)的工作模式三的時(shí)序圖；圖13是本發(fā)明提供的DC-DC變換器應(yīng)用實(shí)施例二示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見(jiàn)圖4，該圖為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種UPS的功能模塊示意圖。首先對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)現(xiàn)一種UPS進(jìn)行說(shuō)明，包括:整流器100、逆變器200和直流轉(zhuǎn)直流DC-DC變換器300 ；整流器100的輸入端連接電網(wǎng)，輸出端連接逆變器200和DC-DC變換器300 ;整流器100用于將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并將直流電輸出給逆變器200或DC-DC變換器300 ；逆變器200的輸入端連接整流器100的輸出端；逆變器200用于將從整流器100獲得的直流電逆變?yōu)榻涣麟?；DC-DC變換器300的輸入端連接整流器100的輸出端，輸出端連接電池BAT ;DC_DC變換器300用于將整流器100輸出的電源為BAT進(jìn)行充電；整流器100的輸出端包括正母線BUS+、負(fù)母線BUS-和N線；BAT的輸出端連接整流器100，BAT輸出的電壓經(jīng)過(guò)整流器100升壓后為逆變器200提供直流電；電池BAT的輸出端連接整流器100，電池BAT輸出的電壓經(jīng)過(guò)整流器100升壓后為逆變器200提供直流電；DC-DC變換器300包括:第一電容、第二電容、第三電容、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管；正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管連接第一節(jié)點(diǎn)，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管連接第二節(jié)點(diǎn)；第一電容的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容的兩端分別連接BUS-和N線之間；第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)和N線之間；第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)和N線之間；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次連接串聯(lián)的第一電感、電池和第二電感；第三電容的兩端分別連接第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)；或者，第三電容并聯(lián)在電池的兩端；或者，第三電容的一端連接第一節(jié)點(diǎn)，另一端連接電池和第二電感的公共端；或者，第三電容的一端連接第二節(jié)點(diǎn)，另一端連接電池和第一電感的公共端。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例中僅對(duì)UPS中的DC-DC變換器300進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)于整流器100和逆變器200可以采用已經(jīng)成熟的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在本發(fā)明實(shí)施例中不對(duì)整流器100和逆變器200的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行限定。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)一種DC-DC變換器進(jìn)行說(shuō)明，包括:第一電容、第二電容、第三電容、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管；正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管連接第一節(jié)點(diǎn)，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管連接第二節(jié)點(diǎn)；第一電容的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容的兩端分別連接BUS-和N線之間；第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)和N線之間；第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)和N線之間；第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次連接串聯(lián)的第一電感、負(fù)載和第二電感；第三電容的兩端分別連接第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)；或者，第三電容并聯(lián)在負(fù)載的兩端；或者，第三電容的一端連接第一節(jié)點(diǎn)，另一端連接負(fù)載和第二電感的公共端；或者，第三電容的一端連接第二節(jié)點(diǎn)，另一端連接負(fù)載和第一電感的公共端。需要說(shuō)明是，本發(fā)明實(shí)施例所說(shuō)的“第一”或“第二”或“第三”并無(wú)限制器件只有一個(gè)的意思，例如“第三電容”實(shí)現(xiàn)方式的電容并非限定只有一個(gè)，也可以是兩個(gè)或多個(gè)電容的串聯(lián)等。實(shí)施例一參見(jiàn)圖5，該圖為本發(fā)明提供的DC-DC變換器實(shí)施例一示意圖。本實(shí)施例提供的DC-DC變換器，包括:第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一開(kāi)關(guān)管Q7、第二開(kāi)關(guān)管Q8、第一電感L5、第二電感L6、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管；正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管Q7連接第一節(jié)點(diǎn)a，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管Q8連接第二節(jié)點(diǎn)b ；第一電容Cl的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容C2的兩端分別連接BUS-和N線之間；第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)a和N線之間；第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)b和N線之間；需要說(shuō)明的是，第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管可以為不可控管，也可以為可控管；當(dāng)?shù)谌_(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管為不可控管時(shí)，可以為二極管，如圖4所示，分別為第三二極管Dll和第四二極管D12。所述第三二極管Dll的陰極連接第一節(jié)點(diǎn)a，陽(yáng)極連接N線；所述第四二極管D12的陰極連接N線，陽(yáng)極連接第二節(jié)點(diǎn)b。第一節(jié)點(diǎn)a和第二節(jié)點(diǎn)b之間依次連接串聯(lián)的第一電感L5、負(fù)載和第二電感L6 ；需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器的負(fù)載可以為電池，如圖5所示，負(fù)載為電池BAT，該變換器可以應(yīng)用與UPS充電器中。可以理解的是，負(fù)載可以為其他普通的負(fù)載，本發(fā)明實(shí)施例中不局限于負(fù)載為電池。
本實(shí)施例中，第三電容C3的一端連接第二節(jié)點(diǎn)b，另一端連接電池BAT和第一電感L5的公共端。需要說(shuō)明的是，第三電容C3的兩端還可以分別連接第一節(jié)點(diǎn)a和第二節(jié)點(diǎn)b ;或者，第三電容C3并聯(lián)在負(fù)載的兩端；或者，第三電容C3的一端連接第一節(jié)點(diǎn)a，另一端連接負(fù)載和第二電感L6的公共端。本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器，輸入連接BUS+、BUS-和N線，這樣輸入電壓較低，DC-DC變換器中的器件可以選擇耐壓低的器件；并且本DC-DC變換器中的負(fù)載不是直接連接第二開(kāi)關(guān)管Q8，而是通過(guò)第二電感L6連接第二開(kāi)關(guān)管Q8，因此，Q8上的高頻開(kāi)關(guān)波不會(huì)影響負(fù)載，這樣將提高負(fù)載的性能和整個(gè)電路的抗電磁干擾能力。并且本實(shí)施例提供的DC-DC變換器也不像現(xiàn)有技術(shù)中的雙BUCK拓?fù)淠菢咏Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，本DC-DC變換器相對(duì)于雙BUCK拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，器件較少，成本較低。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明提供的DC-DC變換器的又一實(shí)施例中，還包括第三二極管D13。第三二極管D13串聯(lián)在所述第一電感L5和負(fù)載之間。如圖6所示，負(fù)載為BAT時(shí)，D13串聯(lián)在L5和BAT之間，作用是為了防止電流倒流。實(shí)施例二參見(jiàn)圖7，該圖為本發(fā)明提供的DC-DC變換器實(shí)施例二示意圖。本實(shí)施例提供的DC-DC變換器中，所述第一電感L5和第二電感L6集成在一起，如圖7所示的L5和L6。這樣可以減小電感的體積，降低成本。需要說(shuō)明的是，當(dāng)L5和L6集成在一起時(shí)，第三電容C3并聯(lián)于電池BAT的兩端。實(shí)施例三參見(jiàn)圖8，該圖為本發(fā)明提供的DC-DC變換器實(shí)施例三示意圖。本實(shí)施例與圖7提供的實(shí)施例二的區(qū)別是，第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管為可控管，如圖8中的Q9和QlO0圖8所示的實(shí)施例提供的DC-DC變換器，輸入和輸出可以雙向互相轉(zhuǎn)換，例如，BUS+、BUS-可以作為變換器的輸入端，BAT作為變換器的輸出端；另外，BAT可以作為變換器的輸入端，BUS+、BUS-可以作為變換器的輸出端。需要說(shuō)明的是，以上所有實(shí)施例中C3的作用是輸出濾波，當(dāng)電路工作于連續(xù)模式下，C3的作用僅是輸出濾波；當(dāng)電路工作于斷續(xù)模式下，C3的作用除了輸出濾波，還用于為負(fù)載提供電源。下面以負(fù)載為電池BAT，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器應(yīng)用于UPS充電器時(shí)的工作原理。參見(jiàn)圖9，該圖為本發(fā)明提供的DC-DC變換器應(yīng)用實(shí)施例一示意圖。圖9是本發(fā)明提供的DC-DC變換器應(yīng)用于功率因數(shù)校正(Power FactorCorrection, PFC)電路連接單相電網(wǎng)電壓的情況，PFC電路的輸出為BUS+、BUS-和N線。本實(shí)施例提供的DC-DC變換器通過(guò)不同的控制方式，可以實(shí)現(xiàn)以下三種工作模式。工作模式一:需要說(shuō)明的是，工作模式一中，DC-DC變換器的正母線BUS+、負(fù)母線BUS-和N線連接前級(jí)整流電路的輸出端；本實(shí)施例中，以前級(jí)整流電路為PFC電路為例進(jìn)行介紹。DC-DC變換器同步PFC的工作，所述第一開(kāi)關(guān)管Q7和第二開(kāi)關(guān)管Q8在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周交替工作；電網(wǎng)電壓的正半周，第一開(kāi)關(guān)管Q7工作，第二開(kāi)關(guān)管Q8斷開(kāi):第一開(kāi)關(guān)管Q7導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管Q7-第一電感L5-BAT-第二電感L6-第二二極管D12-N線；正母線BUS+通過(guò)電感給BAT充電，同時(shí)給電感儲(chǔ)能；第一開(kāi)關(guān)管Q7截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感Ll-BAT-第二電感L6-第二二極管D12-第一二極管Dll ;電感釋放能量給電池BAT充電。電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，第一開(kāi)關(guān)管Q7斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)管Q8工作:第二開(kāi)關(guān)管Q8導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N線-第一二極管Dll-第一電感L5-BAT-第二電感L6-第二開(kāi)關(guān)管Q8-負(fù)母線BUS-;負(fù)母線BUS-通過(guò)電感給電池BAT充電，同時(shí)給電感儲(chǔ)能；第二開(kāi)關(guān)管Q8截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感L5-BAT-第二電感L6-第二二極管D12-第一二極管Dll ;電感釋放能量給電池BAT充電。具體的時(shí)序圖可以參見(jiàn)圖10，該圖為圖9對(duì)應(yīng)的工作模式一的時(shí)序圖。Q5和Q6是PFC電路中的開(kāi)關(guān)管；Q7和Q8是本發(fā)明提供的DC-DC變換器中的開(kāi)關(guān)管。從圖10中可以看出，Q7和Q8的工作時(shí)序分別與Q5和Q6的工作時(shí)序相同。其中，TO-Tl為電網(wǎng)電壓正半周，T1-T2為電網(wǎng)電壓負(fù)半周。TO-Tl階段，BUS+為BAT進(jìn)行充電；T1-T2階段，BUS-為BAT進(jìn)行充電。工作模式二:DC-DC變換器在電網(wǎng)電壓的正負(fù)半周，Q7和Q8的工作模式相同，具體時(shí)序圖可以參見(jiàn)圖11，該圖為圖9對(duì)應(yīng)的工作模式二的時(shí)序圖。Q7和Q8的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)可以采用交錯(cuò)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其中，交錯(cuò)的兩個(gè)PWM具有相位差。優(yōu)選地，本實(shí)施例中Q7和Q8的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)可以采用相位相差180度的PWM。驅(qū)動(dòng)，Q7和Q8交錯(cuò)工作；第一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，第一開(kāi)關(guān)管Q7工作，第二開(kāi)關(guān)管Q8斷開(kāi):第一開(kāi)關(guān)管Q7導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線-第一開(kāi)關(guān)管Q7-第一電感L5-負(fù)載-第二電感L6-第二二極管D12-N線；第一開(kāi)關(guān)管Q7截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感L5-負(fù)載-第二電感L6-第二二極管D12-第一二極管Dll ；第二個(gè)開(kāi)關(guān)周期，第一開(kāi)關(guān)管Q7斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)管Q8工作:第二開(kāi)關(guān)管Q8導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N線-第一二極管Dll-第一電感L5-負(fù)載-第二電感L6-第二開(kāi)關(guān)管Q8-負(fù)母線；第二開(kāi)關(guān)管Q8截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感L5-負(fù)載-第二電感L6-第二二極管D12-第一二極管D11。其中，TO-Tl為電網(wǎng)電壓正半周，T1-T2為電網(wǎng)電壓負(fù)半周。
TO-Tl階段，BUS+為BAT進(jìn)行充電；T1-T2階段，BUS-為BAT進(jìn)行充電。從圖10中可以看出，Q7和Q8的時(shí)序波形相差180度，當(dāng)驅(qū)動(dòng)Q7的PWM為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)Q8的PWM為低電平。工作模式三:Q7和Q8在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周同時(shí)工作，且Q7和Q8的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)相同；具體時(shí)序圖可以參見(jiàn)圖12，該圖為圖9對(duì)應(yīng)的工作模式三的時(shí)序圖。Q7和Q8均導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管Q7-第一電感L5-BAT-第二電感L6-第二開(kāi)關(guān)管Q8-負(fù)母線BUS-;正母線BUS+和負(fù)母線BUS-通過(guò)電感L5給電池BAT充電，同時(shí)給電感儲(chǔ)能；Q7和Q8均截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感L5-BAT-第二電感L6-第二二極管D12-第一二極管Dll ;電感釋放能量給電池BAT充電。從圖12可以看出，驅(qū)動(dòng)Q7和Q8的PWM波形相同。圖9所示的DC-DC變換器作為UPS充電器進(jìn)行工作，BUS+、BUS-和N線為PFC電路的輸出端。(I)工作于市電模式:開(kāi)關(guān)RLYl打在上面，開(kāi)關(guān)RLY2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)RLY6閉合，開(kāi)關(guān)RLY5打在下面。PFC工作于市電模式，PFC輸出的電源給充電器供電,充電器可以工作于以上三種工作模式均可。(2)工作于電池模式:開(kāi)關(guān)RLYl打在下面，開(kāi)關(guān)RLY2閉合，開(kāi)關(guān)RLY6斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)RLY5打在上面。電池給PFC供電，PFC工作于電池模式，充電器不工作。需要說(shuō)明的是，圖9是本發(fā)明圖7所示實(shí)施例提供的DC-DC變換器與PFC電路結(jié)合的應(yīng)用場(chǎng)景，可以理解的是，本發(fā)明圖5、圖6和圖8所示實(shí)施例提供的DC-DC變換器與PFC電路結(jié)合的應(yīng)用場(chǎng)景的工作原理相同，在此不再一一舉例介紹。從以上工作模式可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的DC-DC變換器的控制方式靈活，既可以與PFC電路保持同步工作，又可以對(duì)Q7和Q8相差180度控制實(shí)現(xiàn)倍頻工作，還可以控制Q7和Q8同步工作，并且工作模式三還可以滿足電網(wǎng)電壓較低時(shí)為電池充電的要求。需要說(shuō)明的是，圖9所示的應(yīng)用實(shí)例是工作于單相市電的場(chǎng)合，同理該實(shí)例可以應(yīng)用于三相市電的場(chǎng)合，具體可以參見(jiàn)圖13，該圖為本發(fā)明提供的DC-DC變換器應(yīng)用實(shí)施例二示意圖。如圖13所示，三相市電Line R、Line S、Line T、分別通過(guò)三個(gè)電感L1、L2和L3連接由六個(gè)二極管(D1-D6)組成的整流橋的三個(gè)橋臂；整流橋的輸出端并聯(lián)由開(kāi)關(guān)管Q5和Q6組成的串聯(lián)橋臂，Q5和Q6的公共端連接N線。整流橋的正輸出端通過(guò)二極管D7連接正母線BUS+ ；整流橋的負(fù)輸出端通過(guò)二極管D8連接負(fù)母線BUS-。BUS+通過(guò)電容Cl連接N線，BUS-通過(guò)電容C2連接N線。BUS+和BUS-之間連接由四個(gè)開(kāi)關(guān)管(Q1-Q4)組成的逆變模塊。圖13提供的DC-DC變換器作為UPS充電器進(jìn)行工作，圖13所示是一個(gè)完整的三相UPS電路。(I)工作于市電模式:開(kāi)關(guān)RLYl、開(kāi)關(guān)RLY2和開(kāi)關(guān)RLY3均打在上面，開(kāi)關(guān)RLY4斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)RLY6閉合，開(kāi)關(guān)RLY5打在下面。PFC工作于市電模式,輸出給充電器供電,充電器三種模式均可工作。(2)工作于電池模式:開(kāi)關(guān)RLYl、開(kāi)關(guān)RLY2、開(kāi)關(guān)RLY3打在下面，開(kāi)關(guān)RLY4閉合，開(kāi)關(guān)RLY6斷開(kāi)，RLY5打在上面。電池給PFC供電，PFC工作于電池模式，充電器不工作。需要說(shuō)明的是，圖13所示的實(shí)施例中Q7和Q8在不同的控制方式下，也對(duì)應(yīng)三種工作模式，與圖9所示的實(shí)施例的工作模式相同，具體在此不再贅述。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種不間斷電源，其特征在于，包括:整流器、逆變器和直流轉(zhuǎn)直流DC-DC變換器； 所述整流器的輸入端連接電網(wǎng)，輸出端連接所述逆變器和所述DC-DC變換器；所述整流器用于將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并將直流電輸出給所述逆變器或所述DC-DC變換器； 所述逆變器的輸入端連接所述整流器的輸出端；所述逆變器用于將從所述整流器獲得的直流電逆變?yōu)榻涣麟姡? 所述DC-DC變換器的輸入端連接所述整流器的輸出端，輸出端連接所述電池；所述DC-DC變換器用于將所述整流器輸出的電源為電池進(jìn)行充電；所述整流器的輸出端包括正母線BUS+、負(fù)母線BUS-和N線；所述電池的輸出端連接所述整流器，所述電池輸出的電壓經(jīng)過(guò)所述整流器升壓后為所述逆變器提供直流電； 所述DC-DC變換器包括:第一電容、第二電容、第三電容、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管； 正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管連接第一節(jié)點(diǎn)，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管連接第二節(jié)占.第一電容的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容的兩端分別連接BUS-和N線之間； 第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)和N線之間； 第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)和N線之間； 第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次連接串聯(lián)的第一電感、電池和第二電感； 第三電容的兩端分別連接第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)；或者，第三電容并聯(lián)在電池的兩端；或者，第三電容的一端連接第一節(jié)點(diǎn)，另一端連接電池和第二電感的公共端；或者，第三電容的一端連接第二節(jié)點(diǎn)，另一端連接電池和第一電感的公共端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征在于，所述第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管均為不可控的二極管，分別為第三二極管和第四二極管； 所述第三二極管的陰極連接第一節(jié)點(diǎn)，陽(yáng)極連接N線； 所述第四二極管的陰極連接N線，陽(yáng)極連接第二節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征在于，所述第一電感和第二電感集成在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周交替工作； 電網(wǎng)電壓的正半周，第一開(kāi)關(guān)管工作，第二開(kāi)關(guān)管斷開(kāi): 第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-N線； 第一開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管； 電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，第一開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)管工作: 第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N線-第一二極管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二開(kāi)關(guān)管-負(fù)母線BUS-； 第二開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周工作模式相同； 第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)采用交錯(cuò)脈沖寬度調(diào)制PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的不間斷電源，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)采用相位相差180度的PWM驅(qū)動(dòng)，第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管交替工作； 第一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，第一開(kāi)關(guān)管工作，第二開(kāi)關(guān)管斷開(kāi): 第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-N線； 第一開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管; 第二個(gè)開(kāi)關(guān)周期，第一開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)管工作: 第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N線-第一二極管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二開(kāi)關(guān)管-負(fù)母線BUS-； 第二開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不間斷電源，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周 同時(shí)工作，且第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)相同； 第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管均導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管-第一電感_負(fù)載_第二電感_第二開(kāi)關(guān)管_負(fù)母線BUS-； 第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管均截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管。
8.一種直流轉(zhuǎn)直流DC-DC變換器，其特征在于，包括:第一電容、第二電容、第三電容、第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第一電感、第二電感、第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管； 正母線BUS+經(jīng)過(guò)第一開(kāi)關(guān)管連接第一節(jié)點(diǎn)，負(fù)母線BUS-經(jīng)過(guò)第二開(kāi)關(guān)管連接第二節(jié)占.第一電容的兩端分別連接BUS+和N線；第二電容的兩端分別連接BUS-和N線之間； 第三開(kāi)關(guān)管連接于第一節(jié)點(diǎn)和N線之間； 第四開(kāi)關(guān)管連接于第二節(jié)點(diǎn)和N線之間； 第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間依次連接串聯(lián)的第一電感、負(fù)載和第二電感； 第三電容的兩端分別連接第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)；或者，第三電容并聯(lián)在負(fù)載的兩端；或者，第三電容的一端連接第一節(jié)點(diǎn)，另一端連接負(fù)載和第二電感的公共端；或者，第三電容的一端連接第二節(jié)點(diǎn)，另一端連接負(fù)載和第一電感的公共端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管均為不可控的二極管，分別為第三二極管和第四二極管； 所述第三二極管的陰極連接第一節(jié)點(diǎn)，陽(yáng)極連接N線； 所述第四二極管的陰極連接N線，陽(yáng)極連接第二節(jié)點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管均為可控的開(kāi)關(guān)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第一電感和第二電感集成在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC-DC變換器，其特征在于，還包括第三二極管， 第三二極管串聯(lián)在所述第一電感和負(fù)載之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周交替工作； 電網(wǎng)電壓的正半周，第一開(kāi)關(guān)管工作，第二開(kāi)關(guān)管斷開(kāi): 第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-N線； 第一開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管； 電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，第一開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)管工作: 第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N線-第一二極管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二開(kāi)關(guān)管-負(fù)母線BUS-； 第二開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管在電網(wǎng)電壓的正半周 和負(fù)半周工作模式相同； 第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)采用交錯(cuò)脈沖寬度調(diào)制PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)采用相位相差180度的PWM驅(qū)動(dòng)，第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管交替工作； 第一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，第一開(kāi)關(guān)管工作，第二開(kāi)關(guān)管斷開(kāi): 第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-N線； 第一開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管; 第二個(gè)開(kāi)關(guān)周期，第一開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，第二開(kāi)關(guān)管工作: 第二開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?N線-第一二極管-第一電感-負(fù)載-第二電感-第二開(kāi)關(guān)管-負(fù)母線BUS-； 第二開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管在電網(wǎng)電壓的正半周和負(fù)半周同時(shí)工作，且第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)相同； 第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管均導(dǎo)通時(shí)，電流流向?yàn)?正母線BUS+-第一開(kāi)關(guān)管-第一電感_負(fù)載_第二電感_第二開(kāi)關(guān)管_負(fù)母線BUS-； 第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管均截止時(shí)，電流流向?yàn)?第一電感-負(fù)載-第二電感-第二二極管-第一二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述負(fù)載為電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種UPS和DC-DC變換器，其中，UPS包括整流器、逆變器和DC-DC變換器；DC-DC變換器的輸入端連接BUS+、BUS-和N線，這樣輸入電壓較低，DC-DC變換器中的器件可以選擇耐壓低的器件；并且本DC-DC變換器中的負(fù)載不是直接連接第二開(kāi)關(guān)管，而是通過(guò)第二電感連接第二開(kāi)關(guān)管，因此，第二開(kāi)關(guān)管上的高頻開(kāi)關(guān)波不會(huì)影響負(fù)載，這樣將提高負(fù)載的性能和整個(gè)電路的抗電磁干擾能力。并且本發(fā)明提供的DC-DC變換器也不像現(xiàn)有技術(shù)中的雙BUCK拓?fù)淠菢咏Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，本DC-DC變換器相對(duì)于雙BUCK拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，器件較少，成本較低。
文檔編號(hào)H02J9/04GK103208855SQ20121001389
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者劉培國(guó), 費(fèi)珍福, 周亞男 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司