專利名稱：Ups備用電源升壓和充電復用電路的制作方法
技術領域：
本申請屬于UPS領域，尤其涉及UPS備用電源升壓和充電復用電路。
背景技術：
在以往的后備或者在線小功率(3KW以下)的UPS中，直流變換器都是以推挽單向升壓拓撲為主，此拓撲是將較低的電池(作為后備電源)電壓升到所需要的直流母線電壓，然后再轉為后級的逆變輸入。在以往的推挽電路中，只是能量單向傳輸，反過來卻無法對電池有效地充電，從而此拓撲需要增加外置的充電器，而外置的充電器一般采用FLYBACK電路，導致充電功率做不大，充電電流也偏小，如果需要更大的充電電流，就必須并聯(lián)幾塊同樣充電器，成本高，體積大，穩(wěn)定性也不好，因此，使用原有的帶推挽電路的直流變換器，缺點是元件多，總體成本高。由于推挽電路只用于把直流轉換成交流，并不用作把交流轉換成直流，故如果以不接外置的充電器的方式實現(xiàn)能量雙向傳輸，就需要在變壓器兩側均采用全橋電路，導致結構復雜，成本高。
發(fā)明內(nèi)容本申請的目的是給出能夠實現(xiàn)能量雙向傳輸且結構簡單，實現(xiàn)成本低的UPS備用電源升壓和充電復用電路。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在UPS備用電源升壓和充電復用電路中，一直只被用于把后備電源的直流電轉換成交流電的推挽電路其實也可以用于讓后備電源接受變壓器低壓繞組的交流充電。在此思路下，給出UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是包括內(nèi)置有開關管控制單向通斷的推挽電路和全橋電路；包括變壓器，其低壓繞組經(jīng)推挽電路接到后備電源，其高壓繞組經(jīng)全橋電路接到直流母線電容；通過導通推挽電路的開關管并關斷全橋電路的開關管，實現(xiàn)后備電源向直流母線電容升壓放電；通過關斷推挽電路的開關管并導通全橋電路的開關管，實現(xiàn)后備電源被直流母線電容降壓充電。推挽電路作雙向使用，這就不僅能把較低的電池電壓升到所需的直流母線電壓，再轉為后級的逆變輸入，反過來，還可以把變壓器高壓側的能量傳遞給后備電源，從而實現(xiàn)對后備電源充電，達成能量雙向變換的功能，而且兩個方向的能量轉換可為同樣的功率。在變壓器的低壓側，推挽電路作雙向使用，此處無須均采用全橋電路，結構簡單，實現(xiàn)成本低。推挽電路和/或全橋電路的開關管處可以僅利用開關管自身的寄生二極管讓充電電流/放電電流通過，也可以用反向二極管并聯(lián)推挽電路和/或全橋電路的開關管以使充電電流/放電電流通過。進一步地，在變壓器高壓側串接有續(xù)流電感以保持電流平穩(wěn)。
圖1是UPS備用電源升壓和充電復用電路的電路圖。圖2顯示圖1的升壓開關周期工作狀態(tài)一。圖3顯示圖1的升壓開關周期工作狀態(tài)二。圖4顯示圖1的升壓開關周期工作狀態(tài)三。圖5顯示圖1的升壓開關周期工作狀態(tài)四。圖6顯示圖1的降壓開關周期工作狀態(tài)一。圖7顯示圖1的降壓開關周期工作狀態(tài)二。圖8顯示圖1的降壓開關周期工作狀態(tài)三。圖9顯示圖1的降壓開關周期工作狀態(tài)四。
具體實施方式
UPS備用電源升壓和充電復用電路如圖1。變壓器的原邊繞組LI和L2是低壓繞組，其經(jīng)推挽電路接到作為后備電源的電池，推挽電路內(nèi)置有開關管Ql和Q2控制單向通斷；變壓器的副邊繞組L3是高壓繞組，其經(jīng)全橋電路接到直流母線電容Cl，全橋電路內(nèi)置有開關管Q3、Q4、Q5和Q6控制單向通斷。通過輪流導通推挽電路的開關管Ql和Q2,并且關斷全橋電路的開關管Q3、Q4、Q5和Q6，實現(xiàn)后備電源向直流母線電容升壓放電。首先開關管Ql導通Q2關斷，電流流向如圖2所示，電流從電池正極流出，經(jīng)原邊繞組LI和開關管Ql回到電池負極，形成回路。由于變壓器原邊繞組LI的2腳連電池正極，根據(jù)變壓器繞組的同名端關系，變壓器2腳和6腳是同名端，故變壓器副邊繞組L3的6腳電壓為正極，副邊繞組L3通過寄生二極管D4、D5和續(xù)流電感L向直流母線電容Cl放電。然后開關管Ql關斷Q2關斷，此時續(xù)流電感L的電流還是8腳流向7腳，電流流向如圖3，副邊繞組L3通過寄生二極管D4、D5和續(xù)流電感L向直流母線電容Cl放電。然后開關管Q2導通Ql關斷，電流流向如圖4所示，電流從電池正極流出，經(jīng)原邊繞組L2和開關管Q2回到電池負極；由于變壓器原邊繞組L2的3腳連電池正極，根據(jù)變壓器繞組的同名端關系，變壓器3腳和5腳是同名端，故變壓器副邊繞組L3的5腳電壓為正極，故副邊繞組L3通過續(xù)流電感L和寄生二極管D3、D6向直流母線電容Cl放電。然后開關管Ql關斷Q2關斷，此時續(xù)流電感L上的電流仍為7腳流向8腳，電流流向如圖5所示，副邊繞組L3通過續(xù)流電感L和寄生二極管D3、D6向直流母線電容Cl放電。上文為正極向的升壓部分，后備電源向直流母線電容升壓放電，構成一個完整的開關周期。下文為降壓部分，后備電源被直流母線電容降壓充電。通過輪流導通全橋電路的開關管Q3、Q4、Q5和Q6,并且關斷推挽電路的開關管Ql和Q2，實現(xiàn)后備電源被直流母線電容降壓充電。首先開關管Q3、Q6導通Q4、Q5關斷，電流流向如圖6所示，電流從直流母線電容Cl的正極經(jīng)過開關管Q3、續(xù)流電感L、副邊繞組L3和開關管Q6流回直流母線電容Cl的負極，形成回路，此時直流母線電容Cl釋放能量。由于變壓器副邊繞組L3的5腳電壓為正極，根據(jù)變壓器繞組的同名端關系，變壓器5腳和3腳是同名端，故變壓器原邊繞組L2的3腳為電壓正極，因此變壓器原邊繞組L2通過開關管Q2內(nèi)部的寄生二極管對電池充電。然后開關管Q3、Q4、Q5和Q6關斷，由于續(xù)流電感L電流方向不變，電流流向如圖7所示，電流還是從續(xù)流電感L經(jīng)過副邊繞組L3，連同直流母線電容Cl和寄生二極管D4、D5形成回路，從而讓直流母線電容Cl補充能量。然后開關管Q4、Q5導通Q3、Q6關斷，電流流向如圖8所示，電流由直流母線電容Cl的正極經(jīng)過開關管Q5、續(xù)流電感L、變壓器副邊繞組L3和開關管Q4流回直流母線電容Cl的負極，形成回路，此時直流母線電容Cl釋放能量。由于變壓器副邊繞組L3的6腳電壓為正極，根據(jù)變壓器繞組的同名端關系，變壓器6腳和2腳為同名端，故變壓器原邊繞組LI的2腳為電壓正極，因此變壓器原邊繞組LI通過開關管Ql內(nèi)部的寄生二極管對電池充電。然后開關管Q3、Q4、Q5和Q6關斷，由于續(xù)流電感L電流方向不變，電流流向如圖9所示，電流還是從續(xù)流電感L經(jīng)過副邊繞組L3，連同直流母線電容Cl和寄生二極管D3、D6形成回路，同時實現(xiàn)對直流母線電容Cl補充能量。至此構成后備電源被直流母線電容降壓充電的一個完整的開關周期。對于推挽電路和/或全橋電路的開關管，如果開關管內(nèi)部的寄生二極管讓充電電流/放電電流通過的效果不好，則可以用反向二極管并聯(lián)開關管以使充電電流/放電電流通過。
權利要求1.UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是包括內(nèi)置有開關管控制單向通斷的推挽電路和全橋電路；包括變壓器，其低壓繞組經(jīng)推挽電路接到后備電源，其高壓繞組經(jīng)全橋電路接到直流母線電容；通過導通推挽電路的開關管并關斷全橋電路的開關管，實現(xiàn)后備電源向直流母線電容升壓放電；通過關斷推挽電路的開關管并導通全橋電路的開關管，實現(xiàn)后備電源被直流母線電容降壓充電。
2.根據(jù)權利要求1所述的UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是，推挽電路的開關管處僅利用開關管自身的寄生二極管讓充電電流通過。
3.根據(jù)權利要求1所述的UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是，有反向二極管并聯(lián)推挽電路的開關管以使充電電流通過。
4.根據(jù)權利要求1所述的UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是，全橋電路的開關管處僅利用開關管自身的寄生二極管讓充電電流通過。
5.根據(jù)權利要求1所述的UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是，有反向二極管并聯(lián)全橋電路的開關管以使放電電流通過。
6.根據(jù)權利要求1所述的UPS備用電源升壓和充電復用電路，其特征是，在變壓器高壓側串接有續(xù)流電感。
專利摘要UPS備用電源升壓和充電復用電路，屬于UPS領域，其特征是包括內(nèi)置有開關管控制單向通斷的推挽電路和全橋電路；包括變壓器，其低壓繞組經(jīng)推挽電路接到后備電源，其高壓繞組經(jīng)全橋電路接到直流母線電容；通過導通推挽電路的開關管并關斷全橋電路的開關管，實現(xiàn)后備電源向直流母線電容升壓放電；通過關斷推挽電路的開關管并導通全橋電路的開關管，實現(xiàn)后備電源被直流母線電容降壓充電。在變壓器的低壓側，推挽電路作雙向使用，此處無須均采用全橋電路，結構簡單，實現(xiàn)成本低。
文檔編號H02J7/00GK202840617SQ20122052255
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權日2012年10月12日
發(fā)明者曹海軍, 胡高宏 申請人:廣東易事特電源股份有限公司