CN103187876B - 一种不间断电源的dc/dc电路 - Google Patents

Abstract

一种不间断电源的DC/DC电路，为双向DC/DC电路与电池和母线相连；在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边或者副边的抽头进行匝比切换，用于充电和放电电压调节。本发明提供一种用于不间断电源的DC/DC电路，使得UPS系统更为简化，同时降低系统成本。

Description

一种不间断电源的DC/DC电路

技术领域

本发明涉及不间断电源技术领域，特别涉及一种不间断电源的DC/DC电路。

背景技术

传统的UPS(UninterruptiblePowerSystem，不间断电源)电源中，UPS电源充电器的设计一般包括以下两种：

第一种，隔离型，一般都采用反激式变换，有些也采用双正激式变换等；

第二种，非隔离型，其采用BUCK电路降压、BUCK-BOOST电路的升降压变换等。

上述传统的UPS电源的充电器的设计思路都是充电器独立设置，在UPS电源中，不管充电器如何与UPS电源挂接，充电器都是UPS电源的一个独立组件。

如图1所示，是传统的UPS电源的第一系统框图。该UPS电源包括输入滤波电路1、整流电路2、逆变电路3、静态切换开关4、输出滤波电路5、控制电路6、辅助电路7、DC/DC电路A、充电电池B和充电电路C。其中，输入滤波电路1、整流电路2、逆变电路3、静态切换开关4和输出滤波电路5依次相连，且输入滤波电路1的输出端与静态切换开关4的输入端相连。充电电路C连接在充电电池B与输入滤波电路1的输出端之间，DC/DC电路A连接在充电电池B与整流电路2的输出端之间。所述DC/DC电路A、整流电路2、逆变电路3、静态切换开关4均受控制电路6控制。同时，充电电池为B为辅助电路7供电。该UPS电源中，在市电供电模式时，充电电池B充电，即市电依次通过输入滤波电路1和充电电路C为充电电池B充电，在电池供电模式时，充电电池B放电，即充电电池B经DC/DC电路A为逆变电路3提供输入电压。

如图2所示，是传统的UPS电源的第二系统框图。所述第二系统与图1所示的第一系统框图的区别在于：充电电路C连接在充电电池为B与整流电路2的输出端之间。同样地，在市电供电模式时，充电电池B充电，即市电依次通过输入滤波电路1、整流电路2和充电电路C为充电电池B充电，在电池供电模式时，充电电池B放电，即充电电池B经DC/DC电路A为逆变电路3提供输入电压。

可见，在传统的UPS电源中，充电器须采用独立的充电电路C对充电电池B充电，电路复杂，成本较高。

如图1和2，UPS(不间断电源)基本结构，该结构包含两个DC/DC电路，分别是充电器电路和电池放电器电路。现有UPS设计，充电器和电池放电器为独立设计。

充电器设计一般可以分为两种：隔离型和非隔离型，根据其拓扑的耦合方式来确定采用隔离型或非隔离型。隔离型的充电器在小功率段一般都采用反激式变换器，有些厂家也采用双正激形式。充电器设计基本思路都是充电器独立工作，充电器作为UPS硬件系统中独立的一个部分。

如图1和2所示，不管充电器如何挂接(耦合)，传统的充电器设计思路都是充电器是系统的一个独立的部分。这样，不间断电源成本较高。

因此，如何提供一种用于不间断电源的DC/DC电路，使得UPS系统更为简化，同时降低系统成本，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于不间断电源的DC/DC电路，使得UPS系统更为简化，同时降低系统成本。

本发明提供一种不间断电源的DC/DC电路，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连；

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边和/或副边的可控抽头进行匝比切换。

优选地，所述隔离变压器的副边连接整流电路，所述整流电路的两端同时并联第一、第二开关管，并联有电容。

优选地，所述可控抽头具体为所述隔离变压器副边的两个选通抽头；

第一选通抽头与整流电路或第一、二开关管的公共端相连；

第二选通抽头与第一、二开关管的公共端或整流电路相连。

优选地，所述第一、第二开关管为半桥结构；第一开关管的一端和正母线正端相连，第二开关管的一端和负母线相连，第一开关管和第二开关管一端相连，第一开关管和第二开关管的公共端与所述隔离变压器的副边第一抽头的同名端即第一选通抽头之间设置第一选通开关；

所述隔离变压器的副边第二抽头的同名端即第二选通抽头与所述整流电路之间设置第二选通开关。

优选地，所述可控抽头具体为所述隔离变压器副边的第一、第二切换抽头；

所述第一开关管和第二开关管的公共端与所述同隔离变压器的副边同名端即第一切换抽头和所述第二切换抽头之间设置第一切换开关；

所述第一切换开关用于切换所述第一切换抽头或第二切换抽头导通。

优选地，所述第一切换抽头与所述第一切换开关之间设置第一电感。

优选地，在电池侧增加第三滤波电感和第三开关，在所述电池放电时，第三开关闭合，将所述第三滤波电感短路，所述电池通过放电器向母线供电；给所述电池充电时，所述第三开关断开，所述滤波电感起滤波作用。

优选地，所述隔离变压器的副边固定抽头的同名端与两个所述电容的公共端增加滤波电感和开关。

优选地，所述可控抽头具体为所述隔离变压器副边的两套切换抽头；

第一套切换抽头包括第一切换抽头、第二切换抽头；第一切换抽头、第二切换抽头与第二开关管Q2之间设置有第一切换开关SWITCH1；所述第一、第二切换抽头通过第一切换开关选择导通第一切换抽头或第二切换抽头；

第二套切换抽头包括第三切换抽头、第四切换抽头；第三切换抽头、第四切换抽头与第一开关管Q1之间设置有第二切换开关；所述第三、第四切换抽头通过第二切换开关选择导通第三切换抽头或第四切换抽头；

所述母线侧为全波整流电路，通过第一、第二切换开关切换匝比改变充电和放电时的变压器的匝比；

在所述同隔离变压器的副边固定抽头的同名端与所述电容之间设置有第一电感，以及并联在所述第一电感之间的第三开关。

优选地，在所述同隔离变压器的副边第一切换抽头与所述第二开关管之间设置有第一电感，在所述同隔离变压器的副边第四切换抽头与所述第一开关管之间设置有第二电感。

优选地，所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

由于本发明所述UPS电源控制电路中，通过在整流电路的输出端与充电电池之间连接了双向DC/DC电路，且控制电路与所述双向DC/DC电路相连且受控制电路控制；如果在电池供电模式下，市电依次通过输入滤波电路、整流电路和双向DC/DC电路为充电电池充电；如果在市电供电模式下，充电电池经双向DC/DC电路为逆变电路提供输入电压。双向DC/DC电路集充电和放电功能为一体，因此，充电电池不需要采用独立的充电电路对其充电，使所述UPS电源控制电路的整体电路简单，成本较低，为客户带来更大的价值。

在现有无可控抽头的隔离变压器中，非反激类(推挽、全桥、半桥电路)原、副边的电压比例约等于变压器原副边的匝比。在UPS电源中，电池模式下需要电池持续一段时间进行放电，这段时间电池放电需要满足电池低压下还能够维持母线电压。而市电模式下需要对电池进行充电，电池的均充和浮充电压均高于电池输入的最低电压，此时要求抬高母线电压对电池进行充电。而抬高母线电压的倍数等于给电池充电的最高电压同电池最低放电电压的比例平方除以占空比平方(参见如下公式)。

$\frac{V\_\mathrm{BUS}\_\mathrm{CHG}}{V\_\mathrm{BUS}\_\mathrm{BAT}}=\frac{V\_\mathrm{BAT}\_H}{D\_\max *{D\_}_{\max }*V\_\mathrm{BAT}\_L}$

$=\frac{n1*n1}{{D\_}_{\max }*D\_\max }$

注：最低电池放电电压为V_BAT_L；电池最高充电电压为V_BAT_H；市电模式即充电模式的母线电压为：V_BUS_CHG；电池模式母线电压为：V_BUS_BAT；设该双向DC/DC的最大占空比为D_max；n1为电池最高充电电压与最低电池放电电压的比值。

因此在占空比D_max一定的情况下，如果要满足电池低压给母线提供能量、市电模式下母线给电池充电，必须提高市电模式下的母线电压。

本发明所述具有多个可控抽头的隔离变压器在市电模式和充电模式下，逆变电路(开关器件和母线电容)选型保持一致，不需要在电池充电模式下，提高母线电压，即选择高级别的母线电容。

因此，在维持逆变电路(开关器件和母线电容)选型一定的条件下，本发明所述具有多个可控抽头的隔离变压器具有的较宽的电池放电范围。

综上所述，所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路可以通过选择所述隔离变压器原边或者副边的可控抽头进行匝比切换，可以更好的利用双向DC/DC的变压器，使得电池放电电压更宽，增加UPS的电池放电范围，提高电池模式下的UPS放电时间。

附图说明

图1是传统的UPS电源的第一系统框图；

图2是传统的UPS电源的第二系统框图；

图3是本发明的UPS电源的系统框图；

图4是本发明所述DC/DC双向电路的第一实施例的电路图；

图5是本发明所述DC/DC双向电路的第二实施例的电路图；

图6是本发明所述DC/DC双向电路的第三实施例的电路图；

图7是本发明所述DC/DC双向电路的第四实施例的电路图；

图8是本发明所述DC/DC双向电路的第五实施例的电路图；

图9是本发明所述DC/DC双向电路的第六实施例的电路图；

图10是本发明所述DC/DC双向电路的第七实施例的电路图；

图11是本发明所述DC/DC双向电路的第八实施例的电路图；

图12是本发明所述DC/DC双向电路的第九实施例的电路图；

图13是本发明所述DC/DC双向电路的第十实施例的电路图；

图14是本发明所述DC/DC双向电路的第十一实施例的电路图；

图15是本发明所述DC/DC双向电路的第十二实施例的电路图。

具体实施方式

本发明提供一种用于不间断电源的DC/DC电路，使得UPS系统更为简化，同时降低系统成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图3所示，该图是本发明的UPS电源的系统框图。

本发明实施例所述UPS电源包括充电电池B和与其相连的UPS电源控制电路。所述UPS电源控制电路包括输入滤波电路1、整流电路2、逆变电路3、静态切换开关4、输出滤波电路5、控制电路6和双向DC/DC电路8。

输入滤波电路1、整流电路2、逆变电路3、静态切换开关4和输出滤波电路5依次相连，且输入滤波电路1的输出端与静态切换开关4的输入端相连。整流电路2、逆变电路3、静态切换开关4和双向DC/DC电路8均与控制电路6相连且受控制电路6控制。

双向DC/DC电路8连接在整流电路2的输出端与充电电池B之间。在电池供电模式时，充电电池B经双向DC/DC电路8为逆变电路3提供输入电压；在市电供电模式时，整流电路2的输出电压经双向DC/DC电路8为充电电池B充电。

由于本发明所述UPS电源控制电路中，通过在整流电路2的输出端与充电电池B之间连接了双向DC/DC电路8，且控制电路与所述双向DC/DC电路8相连且受控制电路6控制；如果在电池供电模式下，市电依次通过输入滤波电路1、整流电路2和双向DC/DC电路8为充电电池B充电；如果在市电供电模式下，充电电池B经双向DC/DC电路8为逆变电路3提供输入电压。双向DC/DC电路8集充电和放电功能为一体，因此，充电电池B不需要采用独立的充电电路对其充电，使所述UPS电源控制电路的整体电路简单，成本较低，为客户带来更大的价值。

在现有无可控抽头的隔离变压器中，非反激类(推挽、全桥、半桥电路)原、副边的电压比例约等于变压器原副边的匝比。在UPS电源中，电池模式下需要电池持续一段时间进行放电，这段时间电池放电需要满足电池低压下还能够维持母线电压。而市电模式下需要对电池进行充电，电池的均充和浮充电压均高于电池输入的最低电压，此时要求抬高母线电压对电池进行充电。而抬高母线电压的倍数等于给电池充电的最高电压同电池最低放电电压的比例平方除以占空比平方(参见如下公式)。

$\frac{V\_\mathrm{BUS}\_\mathrm{CHG}}{V\_\mathrm{BUS}\_\mathrm{BAT}}=\frac{V\_\mathrm{BAT}\_H}{D\_\max *{D\_}_{\max }*V\_\mathrm{BAT}\_L}$

$=\frac{n1*n1}{{D\_}_{\max }*D\_\max }$

注：最低电池放电电压为V_BAT_L；电池最高充电电压为V_BAT_H；市电模式即充电模式的母线电压为：V_BUS_CHG；电池模式母线电压为：V_BUS_BAT；设该双向DC/DC的最大占空比为D_max。

$n1=\frac{V\_\mathrm{BAT}\_H}{V\_\mathrm{BAT}\_L}$

注：n1为电池最高充电电压与最低电池放电电压的比值。

因此在占空比D_max一定的情况下，如果要满足电池低压给母线提供能量、市电模式下母线给电池充电，必须提高市电模式下的母线电压。

例如：占空比为0.9；电池充电电压和最低放电电压比例为：1.4；那么需要市电模式下的母线电压为电池模式母线电压的：1.4*1.4/0.9*0.9＝2.4倍，这么高的电压范围，将导致母线电容和开关管选择的困难，也会增加系统成本。

如果要减少这个倍数，只能牺牲电池的放电电压范围，比如将高、低压电压比例修改为1.1，此时市电模式下的母线电压为电池模式母线电压的1.49倍。

但采用高、低压电压比例1.1时，会减少电池模式下电池的放电时间，配置相同的放电时间时，电池的容量将会明显增加。

本发明所述具有多个可控抽头的隔离变压器在市电模式和充电模式下，逆变电路(开关器件和母线电容)选型可以保持一致，不需要在电池充电模式下，提高母线电压，即选择高级别的母线电容。

因此，在维持逆变电路(开关器件和母线电容)选型一定的条件下，本发明所述具有多个可控抽头的隔离变压器具有的较宽的电池放电范围。

综上所述，所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路可以通过选择所述隔离变压器原边或者副边的可控抽头进行匝比切换，可以更好的利用双向DC/DC的变压器，使得电池放电电压更宽，增加UPS的电池放电范围，提高电池模式下的UPS放电时间。

可控抽头可以根据控制信号实现导通(选通或切换)。根据选通的导通方式，对应的抽头具体可以被称为选通抽头。根据切换的导通方式，对应的抽头具体可以被称为切换抽头。

本发明实施例所述UPS电源还可以包括设置在双向DC/DC电路8和充电电池B之间的辅助电路7。

参见图4，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第一实施例的电路图。

本发明所述不间断电源的DC/DC电路用于不间断电源，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连。

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态。

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边可以是全桥电路或半桥电路或推挽电路等各种常规的电路结构。

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边或者副边的抽头进行匝比切换，用于充电和放电电压调节。

参见图4，所述隔离变压器的副边具体连接整流电路，所述整流电路的两端同时并联第一、第二开关管Q1、Q2，并联有电容C1、C2。

图4所示第一实施例的隔离变压器包括2个选通抽头，所述选通抽头通过选通开关SWITCH1、SWITCH2的导通与否，控制2个选通抽头对应的线路是否导通。

选通抽头：通过控制选通开关的导通与否，实现对应抽头的线路导通与断开。

本发明所述DC/DC双向电路的第一优选实施例中，电池侧的整流电路2包括第三开关管Q3和第四开关管Q4，第三开关管Q3的体二极管和第四开关管Q4的体二极管构成的半波整流电路。

充电电池B(图4中未示出)的正极可以通过电池/市电选择开关连接到隔离变压器原边的中间抽头，充电电池B的负极通过第三开关管Q3连接到隔离变压器101原边的同名端，且充电电池B的负极通过第四开关管Q4连接到隔离变压器101原边的异名端。第三电容C3连接在隔离变压器原边的中间抽头与充电电池B的负极之间。

进一步地(图4中未示出)，在隔离变压器原边的中间抽头与充电电池B的正极之间设有二极管，二极管正极与隔离变压器原边的中间抽头相连，二极管负极与充电电池B的正极相连。在电池/市电选择开关选择市电供电模式时，该电池/市电选择开关为断开状态，充电电流经二极管为充电电池B充电，从而防止纹波对充电电池B的影响。

所述第一、第二开关管为半桥结构；第一开关管Q1的一端和正母线正端相连，第二开关管Q2的一端和负母线相连，第一开关管Q1和第二开关管Q2一端相连。

隔离变压器副边的同名端(第一选通抽头)经第一选通开关SWITCH1连接到整流电流(整流桥D)的输入正端I+(图4中未示出)，隔离变压器副边的异名端(固定端)连接到整流桥D的输入负端I-(图4中未示出)，整流桥D的输出正端O+(图4中未示出)依次通过第一开关管Q1和第二开关管Q2连接到整流桥D的输出负端O-(图4中未示出)，第一开关管Q1和第二开关管Q2的节点经第二开关SWITCH2连接到隔离变压器101副边的第二选通抽头(同名端)，并且，整流桥D的输出正端O+依次通过第一电容C1和第二电容C2连接到整流桥D的输出负端O-，第一电容C1和第二电容C2的节点连接到隔离变压器101副边的固定抽头同名端。

上述电池/市电选择开关闭合时，为电池供电模式，电池/市电选择开关断开时，为市电供电模式。

图4的电池侧为典型的推挽电路，当第一选通抽头导通时，实现从电池取电，经推挽升压后提供给母线，再由逆变器逆变输出正弦电压，实现UPS在电池模式供电。

在本发明中，第二选通抽头导通时实现从母线取电，通过半桥电路反向给电池充电。具体通过在副边电路中增加两个开关器件——第一开关管Q1和第二开关管Q2，通过变压器副边绕组实现反向的DC/DC变换，充分利用了变压器原边和副边的绕组。此处的开关器件——第一开关管Q1和第二开关管Q2可以是IGBT，也可以是MOSFET，也可以是其他的开关。增加的开关器件——第一开关管Q1和第二开关管Q2是用来利用副边的绕组，利用方式可以是半桥，也可以是全桥，也可以是推挽的方式。

参见图5，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第二实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第二实施例与第一实施例的区别在于：不同的抽头的位置变化。

所述第一、第二开关管Q1、Q2同样为半桥结构；第一开关管Q1的一端和正母线正端相连，第二开关管Q2的一端和负母线相连，第一开关管Q1和第二开关管Q2一端相连，第一开关管Q1和第二开关管Q2的公共端与所述隔离变压器的副边第一抽头的同名端即第一选通抽头之间设置第一选通开关SWITCH1；

所述隔离变压器的副边第二抽头的同名端即第二选通抽头与所述整流电路之间设置第二开关SWITCH2；

整流电路即整流桥D的输出正端O+与第一开关管Q1之间设置有第一电感L1；整流电路即整流桥D的输出正端O-与第二开关管Q2之间设置有第二电感L2。

当第二选通抽头导通时，实现从电池侧取电，为母线供电；第一选通抽头导通时实现从母线侧取电，为电池充电。

参见图6，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第三实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第三实施例与第一、二实施例的区别在于：在电池侧增加了滤波电感L3和第三开关SWITCH3。

在充电电池B放电时，第三开关SWITCH3闭合，将滤波电感L3短路，充电电池B通过放电器向右侧的母线供电。

在给充电电池B充电时，第三开关SWITCH3断开，滤波电感L3起到滤波的作用，使得电池充电电流纹波更小。

参见图7，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第四实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第四实施例与第一、二实施例的区别在于：母线侧为全桥电路变形。

母线侧的全桥电路变形增加第四开关SWITCH4和第三电感L3。具体在第一电容C1和第二电容C2的公共端与所述隔离变压器的副边固定抽头(第三抽头)的同名端之间设置有第三电感L3，在第三电感L3的两侧并联有第四开关SWITCH4。

第三电感L3的作用是滤波作用，使得母线侧电流纹波更小。

在母线侧为电池充电时，第四开关SWITCH4导通，将滤波电感L3短路，实现母线侧为充电电池B充电。

参见图8，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第五实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第五实施例与前面几个实施例的区别在于：母线侧为倍压整流方式。

所述第一开关管Q1和第二开关管Q2的公共端与所述同隔离变压器的副边第一抽头同名端(第一切换抽头)及第二切换抽头(即图8中的中间抽头——第二抽头)之间设置切换开关SWITCH2。

两个切换抽头可以通过一个切换开关选择导通。即切换开关在同一时刻只能且必须导通一个切换抽头——第一切换抽头或第二切换抽头。

第一切换抽头导通时，为电池侧为母线侧供电模式；具体通过控制原边的开关管进行推挽(PWM)发波控制实现电池向母线供电。

第二切换抽头导通时，为母线侧为电池充电模式；具体通过控制副边的第一、第二开关管Q1、Q2组成的半桥电路(PWM)发波控制实现母线侧为电池充电。

切换开关SWITCH2具体可以是继电器，固态开关等，继电器可以选择单刀双掷或者双刀双掷，也可以选择两个单刀双掷继电器。

第一电容C1和第二电容C2的公共端与所述隔离变压器的副边的异名端(第三抽头，也称固定抽头)相连。

参见图9，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第六实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第六实施例与第五实施例的区别在于：所述同隔离变压器的副边第一切换抽头与所述切换开关SWITCH2之间设置有第一电感L1。

第一电感起滤波的作用，使得母线侧电流纹波更小；同时实现副边第一、第二开关管Q1、Q2的体二极管自然换流。

参见图10，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第七实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第七实施例与第六实施例的区别在于：母线侧为全波整流方式的实施例。

本发明所述DC/DC双向电路的第七实施例，所述同隔离变压器的副边包括两套切换抽头——第一套切换抽头和第二套切换抽头。

第一套切换抽头：第一切换抽头和第二切换抽头，具体，在所述同隔离变压器的副边第一抽头同名端(第一切换抽头)、第二抽头(第二切换抽头)与第二开关管Q2之间设置有第一切换开关SWITCH1。通过第一切换开关SWITCH1选择导通第一切换抽头或第二切换抽头。

第二套切换抽头：第三切换抽头和第四切换抽头，在所述同隔离变压器的副边第五抽头异名端(第四切换抽头)、第四抽头(第三切换抽头)与第一开关管Q1之间设置有第二切换开关。通过第二切换开关SWITCH1选择导通第三切换抽头或第四切换抽头。

两个切换开关SWITCH1、SWITCH2也可以存在一定的不同步，具体可以存在mS级偏差(不同步)。

两个切换开关SWITCH1、SWITCH2优选采用同步控制方式或采用同一个控制信号实现相应控制。

母线侧为全波整流电路，通过两个切换开关SWITCH1、SWITCH2切换匝比，改变充电和放电时的变压器的匝比。

所述同隔离变压器的副边固定抽头的同名端即中间抽头(第三抽头)与第一电容C1(此实施例在母线侧可以仅包括第一电容C1)之间设置有第一电感L1，在第一电感L1的两侧设置有第三开关SWITCH3。

第一电感L1和第三开关SWITCH3为在充电和放电时分别使用。充电时，第三开关SWITCH3开关闭合，将第一电感L1短路，第一开关管Q1和第二开关管Q2启动，将母线侧能量通过变压器传递到电池侧。放电时，第三开关SWITCH3断开，第一电感L1为全波整流电路的滤波电感。

参见图11，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第八实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第八实施例与第七实施例的区别在于：去除所述同隔离变压器的副边固定抽头即中间抽头与第一电容C1之间的第一电感和第三开关SWITCH3。在所述同隔离变压器的副边同名端即第一切换抽头与所述第二开关管Q2之间设置有第一电感L1，在所述同隔离变压器的副边第四切换抽头异名端与所述第一开关管Q1之间设置有第二电感L2。

参见图12，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第九实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第九实施例与第八实施例的区别在于：电池侧拓扑结构，在所述同隔离变压器的原边为全桥设计。

参见图13，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第十实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第十实施例与第九实施例的区别在于：在电池侧进行匝比切换。

在所述同隔离变压器的原边同名端(第一切换抽头)、中间抽头(第二切换抽头)与全桥结构的整流电路之间设置有切换开关SWITCH1；在切换开关和所述同隔离变压器的原边同名端之间设置有第一电感L1。

第一切换抽头导通时，母线侧为电池充电；具体通过控制第一、二开关管Q1、Q2进行推挽(所述推挽电路还可以是全桥电路或半桥电路)，实现母线侧为电池充电。

第二切换抽头导通时，电池放电；具体通过原边的全桥电路(所述全桥电路还可以是推挽电路或半桥电路)，实现电池为母线侧供电。

参见图14，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第十一实施例的电路图。

本发明第十一实施例所述DC/DC双向电路与上述实施例的区别在于，所述隔离变压器的副边采用第一、第二、第三、第四开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成的全桥电路。

隔离变压器副边的第一抽头同名端(第一选通抽头)经第一选通开关switch1连接到第一开关管Q1和第三开关管Q3的公共端。

隔离变压器副边的第二抽头同名端(第二选通抽头)经第二选通开关switch2连接到第一开关管Q1和第三开关管Q3的公共端。

隔离变压器副边的异名端(固定抽头)连接到第二开关管Q2和第四开关管Q4的公共端。

所述全桥电路两端并联有电容，第一开关管Q1和第二开关管Q2的公共端与电容之间连接有电感L1，在电感L1两侧并联有第三开关switch3。

当隔离变压器原边的电池放电时，第一选通开关switch1闭合(控制第二选通开关switch2和第三开关switch3均为断开状态)，通过电池侧(隔离变压器原边)的推挽电路的两只推挽管(开关管)交替高频的开通和关断，将电池的直流能量转化为高频的交流能量，通过隔离变压器传递到隔离变压器副边母线侧。

电感L1的作用是对进入母线侧的电容的电流进行滤波。

当为电池充电状态时，第二选通开关switch2和第三开关switch3为闭合状态(控制第一选通开关switch1为断开状态)，通过第一至第四开关管Q1至Q4的全桥电路方式进行开通和关断，将母线侧的能量通过隔离变压器传递到电池侧，通过电池侧的开关管的体二极管整流后，对电池进行充电。

参见图15，该图为本发明所述DC/DC双向电路的第十二实施例的电路图。

本发明所述DC/DC双向电路的第十二实施例与第十一实施例的区别在于，所述隔离变压器的副边连接有整流电路，去除了电感L1两端的第三开关switch3。

隔离变压器副边的第一抽头同名端(第一选通抽头)经第一选通开关switch1连接到整流电路。

隔离变压器副边的第二抽头同名端(第二选通抽头)经第二选通开关switch2连接到第一开关管Q1和第三开关管Q3的公共端。

隔离变压器副边的异名端(固定抽头)连接到第二开关管Q2和第四开关管Q4的公共端。

所述全桥电路两端并联有电容，第一开关管Q1和第二开关管Q2的公共端与整流电路之间连接有电感L1。

当隔离变压器原边的电池放电时，第一选通开关switch1闭合(控制第二选通开关switch2为断开状态)，通过电池侧(隔离变压器原边)两只推挽管(开关管)交替高频的开通和关断，将电池的直流能量转化为高频的交流能量，通过隔离变压器传递到母线侧(隔离变压器副边)。

电感L1的作用是对进入母线侧的电容的电流进行滤波。

当为电池充电状态时，第二选通开关switch2吸合(第一选通开关switch1断开)通过第一至第四开关管Q1至Q4组成的全桥电路方式进行开通和关断，将母线侧的能量通过隔离变压器传递到电池侧，通过电池侧的开关管的体二极管整流后给电池充电。

本发明所述DC/DC双向电路任何一个所述实施例，在电池侧均可以进行匝比切换。

前文所述切换开关具体可以是继电器，固态开关等，继电器可以选择单刀双掷或者双刀双掷，也可以选择两个单刀双掷继电器。

所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (15)

1.一种不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连；

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边和/或副边的可控抽头进行匝比切换；

其中，所述隔离变压器的副边连接整流电路，所述整流电路的两端同时并联第一、第二开关管，并联有电容；

所述可控抽头具体为所述隔离变压器副边的两个选通抽头；第一选通抽头与整流电路或第一、二开关管的公共端相连；第二选通抽头与第一、二开关管的公共端或整流电路相连；所述第一、第二开关管为半桥结构；第一开关管的一端和正母线正端相连，第二开关管的一端和负母线相连，第一开关管和第二开关管一端相连，第一开关管和第二开关管的公共端与所述隔离变压器的副边第一抽头的同名端即第一选通抽头之间设置第一选通开关；

所述隔离变压器的副边第二抽头的同名端即第二选通抽头与所述整流电路之间设置第二选通开关。

2.根据权利要求1所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

在电池侧增加第三滤波电感和第三开关，在所述电池放电时，第三开关闭合，将所述第三滤波电感短路，所述电池通过放电器向母线供电；给所述电池充电时，所述第三开关断开，所述滤波电感起滤波作用。

3.根据权利要求1所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

所述隔离变压器的副边固定抽头的同名端与两个所述电容的公共端增加滤波电感和开关。

4.根据权利要求1所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。

5.一种不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连；

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边和/或副边的可控抽头进行匝比切换；

所述可控抽头具体为所述隔离变压器副边的第一、第二切换抽头；

第一开关管和第二开关管的公共端与所述隔离变压器的副边同名端即第一切换抽头和所述第二切换抽头之间设置第一切换开关；

所述第一切换开关用于切换所述第一切换抽头或第二切换抽头导通。

6.根据权利要求5所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，所述第一切换抽头与所述第一切换开关之间设置第一电感。

7.根据权利要求5或6所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

在电池侧增加第三滤波电感和第三开关，在所述电池放电时，第三开关闭合，将所述第三滤波电感短路，所述电池通过放电器向母线供电；给所述电池充电时，所述第三开关断开，所述滤波电感起滤波作用。

8.根据权利要求5所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。

9.一种不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连；

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边和/或副边的可控抽头进行匝比切换；

所述可控抽头具体为所述隔离变压器副边的两套切换抽头；

第一套切换抽头包括第一切换抽头、第二切换抽头；第一切换抽头、第二切换抽头与第二开关管Q2之间设置有第一切换开关SWITCH1；所述第一、第二切换抽头通过第一切换开关选择导通第一切换抽头或第二切换抽头；

第二套切换抽头包括第三切换抽头、第四切换抽头；第三切换抽头、第四切换抽头与第一开关管Q1之间设置有第二切换开关；所述第三、第四切换抽头通过第二切换开关选择导通第三切换抽头或第四切换抽头；

所述母线侧为全波整流电路，通过第一、第二切换开关切换匝比改变充电和放电时的变压器的匝比；

在所述隔离变压器的副边固定抽头的同名端与电容之间设置有第一电感，以及并联在所述第一电感之间的第三开关。

10.根据权利要求9所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

在所述隔离变压器的副边第一切换抽头与所述第二开关管之间设置有第一电感，在所述隔离变压器的副边第四切换抽头与所述第一开关管之间设置有第二电感。

11.根据权利要求9所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。

12.一种不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连；

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边和/或副边的可控抽头进行匝比切换；

在所述隔离变压器的原边同名端即第一切换抽头、中间抽头即第二切换抽头与全桥结构的整流电路之间设置有切换开关SWITCH1；在切换开关和所述隔离变压器的原边同名端之间设置有第一电感L1。

13.根据权利要求12所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。

14.一种不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，所述不间断电源的DC/DC电路为双向DC/DC电路，所述双向DC/DC电路与电池和母线相连；

在市电模式下，双向DC/DC电路由母线取电，给所述电池充电；在市电异常时，双向DC/DC电路工作在所述电池向母线供电状态；

所述双向DC/DC电路包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；在所述隔离变压器的副边连接推挽电路或半桥电路或全桥电路；

所述隔离变压器具有多个可控抽头；所述双向DC/DC电路通过选择所述隔离变压器原边和/或副边的可控抽头进行匝比切换；

所述隔离变压器的副边采用第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管组成的全桥电路；

隔离变压器副边的第一抽头同名端即第一选通抽头经第一选通开关switch1连接到第一开关管和第三开关管的公共端；

隔离变压器副边的第二抽头同名端即第二选通抽头经第二选通开关switch2连接到第一开关管和第三开关管的公共端；

隔离变压器副边的异名端即固定抽头连接到第二开关管和第四开关管的公共端；

所述全桥电路两端并联有电容，第一开关管和第二开关管的公共端与电容之间连接有电感L1，在电感L1两侧并联有第三开关switch3。

15.根据权利要求14所述的不间断电源的DC/DC电路，其特征在于，

所述隔离变压器的原边连接的推挽电路或半桥电路或全桥电路采用MOS管，所述MOS管的等效二极管作为所述双向DC/DC电路由母线取电给所述电池充电时的等效副边整流二极管。