CN105790429A - 基于双向dcdc变换器的小功率不间断电源及控制方法 - Google Patents

基于双向dcdc变换器的小功率不间断电源及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源及控制方法，不间断电源包括市电电网电源、蓄电池、负载，还包括双向DC‑DC变换器，用于实现直流母线的电压和蓄电池电压的双向转换；主控模块，包括主控制器、第一驱动装置、第二驱动装置，用于完成电压电流的采样和处理，并将主控制器产生的PWM信号经第一驱动装置、第二驱动装置输出至双向DC‑DC变换器及双向变换器AC/DC模块；双向变换器AC/DC模块，在主控模块的控制下，在市电正常时将市电转换为稳定的直流母线电压，市电不正常时将来自双向DC‑DC变换器的直流母线电压转换为稳定的市电输出给负载，本发明实现了蓄电池的充放电管理，可加大蓄电池的寿命。

Description

基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源及控制方法
技术领域
本发明涉及小功率不间断电源设计领域，特别是涉及一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源及控制方法。
背景技术
UPS(Uninterrupted Power Supply，不间断电源)通常被置于市电和用电负载之间，目的是改善对负载的供电质量，并在市电故障时，保证负载设备能够正常运行。
随着现代工业的发展，供电网络的负载越来越复杂，自然界的雷电，电网的接地不良等因素都会影响到电网的供电质量。上述因素可能会导致接在电网上的计算机设备、通信设备等仪器发生故障，导致仪器设备发生丢失数据、停机、损坏等严重后果，直接影响用户的正常工作。据IDC统计，电脑的故障45％是由电源问题引起的，在中国，大城市停电的次数平均为0.5次/月，中等城市为2次/月，小城市或村镇为4次/月，而电脑等仪器设备使用三个月以后数据文件等软件价值远超其硬件价值，因此为防止数据丢失而配备UPS也是十分必要的。
图1为传统的小功率UPS的系统结构图，该传统的在线式UPS电源搭配的蓄电池组数少，直流母线电压低，需要工频变压器与市电匹配，这就加大了整个系统的体积，并且使得蓄电池的寿命降低。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源及控制方法，其不仅具有体积小，省去了工频变压器，且利用直流母线直接与蓄电池电压匹配，实现了蓄电池的充放电管理，可以加大蓄电池的寿命。
为达上述及其它目的，本发明提出一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，包括市电电网电源、蓄电池、负载，该不间断电源还包括：
双向DC-DC变换器，用于实现直流母线的电压和蓄电池电压的双向转换，以实现能量的双向流动；
主控模块，包括主控制器、第一驱动装置、第二驱动装置，用于完成电压电流的采样和处理，并将该主控制器产生的PWM信号经该第一驱动装置、第二驱动装置输出至该双向DC-DC变换器及双向变换器AC/DC模块；
双向变换器AC/DC模块，用于在该主控模块的控制和驱动下，在市电正常时将市电转换为稳定的直流母线电压，在市电不正常时将来自该双向DC-DC变换器的直流母线电压转换为稳定的市电输出给负载。
进一步地，该双向变换器AC/DC模块包括双向变换器AC/DC及其由第三滤波电感、第三滤波电容组成的滤波电路。
进一步地，市电零线连接该负载的零线端、该第三滤波电容的一端和该双向变换器AC/DC的零线端，该双向变换器AC/DC的火线端经该第三滤波电感连接至该第三滤波电容的另一端和市电火线以及该负载的火线端；该双向变换器AC/DC的驱动端连接该第二驱动装置的输出端，该双向变换器AC/DC的输出端连接该直流母线正端和负端，直流母线正端和负端连接该双向DC-DC变换器输出正/负端，该双向DC-DC变换器的驱动端连接该第一驱动装置的输出端，该双向DC-DC变换器的输入正端连接该蓄电池正端，该双向DC-DC变换器的输入负端连接该蓄电池负端。
进一步地，当电网出现故障的时候或者电网供电不足时，所述双向DC-DC变换器相当于一个boost升压电路，维持负载的正常供电；当电网恢复正常时，所述双向DC-DC变换器相当于一个buck降压电路，电网的电一方面正常给负载供电，另一方面为蓄电池进行充电。
进一步地，该双向DC-DC变换器包括第一至第六功率开关管(S1-S6)、第一至第六二极管(D1-D6)、高频变压器(T)、第一滤波电感(L1)、第二滤波电感(L2)、第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)，该第三功率开关管(S3)与第四功率开关管(S4)的衬底和源极分别连接该第三二极管(D3)与第四二极管(D4)的阳极及第二滤波电容(C2)的一端构成直流母线的负端，该第一功率开关管(S1)与第二功率开关管(S2)的漏极连接该第一二极管(D1)与第二二极管(D2)的阴极、该第二滤波电感(L2)的一端，该第二滤波电感(L2)的另一端和该第二滤波电容(C2)的另一端相连构成直流母线的正端，直流母线的正端和直流母线的负端间电压(Uo)为直流母线电压，该第二功率开关管(S2)的衬底和源极连接该第二二极管(D2)的阳极、该第四二极管(D4)的阴极、该第四功率开关管(S4)的漏极以及该高频变压器(T)的次级测同名端，该第一功率开关管(S1)的衬底和源极连接该第一二极管(D1)的阳极、该第三二极管(D3)的阴极、该第三功率开关管(S3)的漏极以及该高频变压器(T)的次级测异名端；该第五功率开关管(S5)与该第六功率开关管(S6)的衬底和源极分别连接该第五二极管(D5)与该第六二极管(D6)的阳极、该第一滤波电容(C1)的一端以及蓄电池负端，该第六功率开关管(S6)的漏极连接该第六二极管(D6)的阴极连接该高频变压器(T)的初级测同名端，该第五功率开关管(S5)的漏极连接该第五二极管(D5)的阴极连接该高频变压器(T)的初级测异名端，该高频变压器(T)的中间抽头同名端和初级测异名端经第一滤波电感(L1)后连接至该第一滤波电容(C1)的另一端和该蓄电池正端，该第一至第六功率开关管(S1-S6)的栅极连接该主控模块的该第一驱动装置。
进一步地，该双向DC-DC变换器采用基于推挽全桥拓扑结构的双向DC-DC变换器。
进一步地，该功率开关管为MOS管。
进一步地，该MOS管的占空比为45％。
进一步地，该主控制器包括DSP/MCU电路、电源模块、信号检测及转换电路、PWM输出电路、键盘LCD模块及其驱动电路所组成，该信号检测及转换电路输入连接市电、该蓄电池，其输出连接该DSP/MCU电路，该电源模块输入连接该蓄电池，其输出连接该DSP/MCU电路、该信号检测及转换电路、该PWM输出电路、该驱动电路，该PWM输出电路输入端连接该DSP/MCU电路，其输出端连接该第一驱动装置、第二驱动装置，该驱动电路连接该DSP/MCU电路的IO端、中断输入端和该键盘LCD模块。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，将输入输出电压、电流和蓄电池的电压检测信号送入主控模块的主控制器，利用主控制器对该些信号进行处理，输出PWM波至主控模块的第一驱动装置与第二驱动装置；
步骤二，利用该第一驱动装置、第二驱动装置控制该双向DC-DC变换器及双向变换器AC/DC模块，控制该双向DC-DC变换器的功率开关管的开通与关断，以实现该双向DC-DC变换器的放电和恒流充电，并输出电源切换信号来控制该双向变换器AC/DC模块的电源切换。
与现有技术相比，本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源及控制方法，在电网出现故障的时候，或者电网供电不足时，其所采用的双向DC-DC变换器相当于一个boost升压电路，维持负载的正常供电，在电网恢复正常时，其所采用的双向DC-DC变换器相当于一个buck降压电路，电网的电一方面正常给负载供电，另一方面为蓄电池进行充电，通过直流母线，实现高压直流与低压蓄电池电压的匹配，从而实现不间断电源的效果。
附图说明
图1为传统的小功率UPS的系统结构图；
图2为本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例中双向DC-DC变换器的电路示意图；
图4为本发明较佳实施例中主控模块30的主控制器的结构示意图；
图5为本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的结构示意图。如图2所示，本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，包括：蓄电池组10、双向DC-DC变换器20、主控模块30、双向变换器AC/DC模块40、负载50、市电电网电源60；
其中，所述双向DC-DC变换器20采用推挽全桥变换电路拓扑，用于实现直流母线的电压和蓄电池电压的双向转换，实现能量的双向流动，提高系统效率。主控模块30由主控制器、驱动装置1/2(双向DC-DC变换器20及双向变换器AC/DC的MOSFET控制电路)组成，用于完成电压电流采样和处理，并将主控制器产生的PWM信号经驱动装置1/2输出至双向DC-DC变换器20及双向变换器AC/DC模块40
双向变换器AC/DC模块40包括双向变换器AC/DC及其滤波电路L3、C3，用于在主控模块30的控制和驱动下，在市电正常时将市电转换为稳定的直流母线电压，在市电不正常时将来自双向DC-DC变换器20的直流母线电压转换为稳定的市电输出给负载50。
具体地说，市电零线连接负载50的零线端、滤波电容C3的一端和双向变换器AC/DC的零线端，双向变换器AC/DC的火线端经滤波电感L3连接至滤波电容C3的另一端和市电火线以及负载50的火线端；双向变换器AC/DC的驱动端(功率开关MOS管栅极)连接驱动装置2的输出端，双向变换器AC/DC的输出端连接直流母线正端和负端；直流母线正端和负端连接双向DC-DC变换器输出正/负端，双向DC-DC变换器的驱动端(功率开关MOS管S1-S6栅极)连接驱动装置1的输出端，双向DC-DC变换器的输入正端连接蓄电池正端，双向DC-DC输入负端连接蓄电池负端。
图3为本发明较佳实施例中双向DC-DC变换器的电路示意图。在本发明中，双向DC-DC变换器20包括功率开关管(MOS管)S1-S6、二极管D1-D6、高频变压器T、滤波电感L1-L2、滤波电容C1-C2。
其中，功率开关管(MOS管)S3-S4的衬底和源极连接二极管D3-D4的阳极及滤波电容C2的一端(双向DC-DC输出负端)构成直流母线的负端，功率开关管(MOS管)S1-S2的漏极连接二极管D1-2的阴极、滤波电感L2的一端，滤波电感L2的另一端和滤波电容C2的另一端相连构成直流母线的正端(双向DC-DC输出正端)，直流母线的正端和直流母线的负端间电压Uo为直流母线电压，功率开关管(MOS管)S2的衬底和源极连接二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、功率开关管(MOS管)S4的漏极以及高频变压器T的次级测(N3绕组)同名端，功率开关管(MOS管)S1的衬底和源极连接二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、功率开关管(MOS管)S3的漏极以及高频变压器T的次级测(N3绕组)异名端；功率开关管(MOS管)S5-S6的衬底和源极连接二极管D5-D6的阳极、滤波电容C1的一端(双向DC-DC输入负端)以及蓄电池负端，功率开关管(MOS管)S6的漏极连接二极管D6的阴极连接高频变压器T的初级测(N2绕组)同名端，功率开关管(MOS管)S5的漏极连接二极管D5的阴极连接高频变压器T的初级测(N1绕组)异名端，高频变压器T的中间抽头即初级测(N1绕组)同名端和初级测(N2绕组)异名端经滤波电感L1后连接至滤波电容C1的另一端(双向DC-DC输入正端)和蓄电池正端；功率开关管(MOS管)S1-S6的栅极连接主控模块30的驱动装置1。
图4为本发明较佳实施例中主控模块30的主控制器的结构示意图。如图3所示，主控制器由DSP/MCU电路、电源模块、信号检测及转换电路(电流电压采样电路)、PWM输出电路(PWM波信号产生电路)和键盘LCD模块及其驱动电路所组成，信号检测及转换电路输入连接市电、蓄电池(未示出)，其输出连接DSP/MCU，电源模块输入连接蓄电池(未示出)，其输出连接DSP/MCU电路、信号检测及转换电路、PWM输出电路、驱动电路，PWM输出电路输入端连接DSP/MCU电路，其输出端连接驱动装置1/2，驱动电路连接DSP/MCU电路的IO端、中断输入端PDPINT和键盘LCD模块。
本发明的工作原理如下：
首先通过信号检测及转换电路的传感器把输入输出电压、电流和蓄电池的电压检测信号送到主控制器，经过主控制器之DSP/MCU处理后，输出PWM波给驱动1/2来控制双向DC-DC变换器20及双向变换器AC/DC模块40中的功率开关管的开通与关断，实现系统的双向DC-DC变换器的放电和恒流充电，并输出电源切换信号来控制双向变换器AC/DC的电源切换。
在本发明中，具有如下两个工作模式：
1、工作模式①：电网出现故障时(即电网不能正常供电时)，此时蓄电池处于放电模式，S5、S6、D1、D2、D3、D4组成一个boost升压电路，当S5导通，S6关断时，高频变压器的推挽侧可以感应出正电压，然后通过高频变压器的电压变换作用，在全桥侧可以感应得到相关的电压，由于同名端和异名端的作用，在N3可以感应出正的电压，于是全桥侧侧电路中D2和D3就作为一对二极管的整流管子，构成全波整流电路，通过调整占空比和耦合电感的作用，可将较低的蓄电池电压升压到UPS所需要的电压值；
2、工作模式②：当电网恢复正常时(即电网此时正常供电时)，此时蓄电池组处于充电模式，双向DC-DC变换器此时工作在buck模式下，S1、S4、D5和D6组成一个buck降压电路，在推挽侧的二极管就作为一对管子在工作，通过调整占空比，可以实现对蓄电池的充电。全桥侧的LC电路充当滤波器，储存能量的作用，即防止高频电压对负载的干扰，抑制电压尖峰的现象，以及把电压升至UPS所需电压。由于变压器变比为n＝N3/N1＝N3/N2＝2,通过高频变压器的副边，可以为负载提供一半的电压(假设变比是1:3或者更大)，就能够顺利地实现了降压的作用。
在双向DC-DC变换器的充放电过程，在DSP控制器的控制下，充电状态(即双向DC-DC变换器处于buck模式时)的初期是恒流充电，随着蓄电池电压的上升，差不多达到蓄电池的阀值电压时，双向DC-DC变换器工作在恒压状态，直到电池被充满。蓄电池放电时(即双向DC-DC变换器处于boost模式时)，此时保证直流母线电压的稳定。
本发明所采用的双向DC-DC变换器为整个系统的核心，双向DC-DC变换器所采用的拓扑结构为推挽全桥拓扑结构，其核心为高频变压器的设计，本发明所采用的高频电压器参数设计方法如下：
(1)用面积乘积法(AP法)的功率容量计算出本发明设计出来的高频变压器的容量：
A p = A w × A e = 2 T o n P T ΔBηk c k m j × 10 8
(2)开关管的驱动信号最大占空比Dmax
本发明采用的是基于推挽全桥拓扑结构的双向DC-DC变换器，为了防止变压器磁饱和以及滤波电感的饱和，取MOS管的占空比为45％。
(3)原副边绕组和变比的计算
(4)由于本发明的系统是UPS，取UPS的高压侧电压设定值为220V的交流电压(假设取一个负载作为电压值，实际可以多串联或并联几个负载，本发明不作限制)，取电压值为380V，留有一定的裕量，可以取电压值为400V，则可以计算出高频变压器全桥侧绕组的匝数N1：
N 1 = V I N m a x K f f s B m A e
式中Kf为波形系数，fk为开关频率，高频变压器全桥侧匝数N1为整数。推挽侧所需的最小电压值计算方法为：
V S M I N = V O + V D + V L O D M A X
由Vinmin、Vsmin比值可以确定变压器的变比：
n = V I N M I N V S M I N
则根据以下公式可得出高频变压器低压侧绕组的匝数为：
N s = N p n
图5为本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的控制方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的控制方法，包括如下步骤：
步骤501，将输入输出电压、电流和蓄电池的电压检测信号送入主控模块的主控制器，利用主控制器对该些信号进行处理，输出PWM波至主控模块的驱动装置1与驱动装置2，具体地说，利用信号检测及转换电路的传感器把输入输出电压、电流和蓄电池的电压检测信号送到主控制器，经过主控制器的DSP/MCU处理后，输出PWM波给驱动装置1/2。
步骤502，利用驱动装置1/2控制双向DC-DC变换器及双向变换器AC/DC模块，控制该功率开关管的开通与关断，以实现该双向DC-DC变换器的放电和恒流充电，并输出电源切换信号来控制该双向变换器AC/DC的电源切换。
本发明具有如下两个工作模式：
1、工作模式①：电网出现故障时(即电网不能正常供电时)，此时蓄电池处于放电模式，S5、S6、D1、D2、D3、D4组成一个boost升压电路，当S5导通，S6关断时，高频变压器的推挽侧可以感应出正电压，然后通过高频变压器的电压变换作用，在全桥侧可以感应得到相关的电压，由于同名端和异名端的作用，在N3可以感应出正的电压，于是全桥侧侧电路中D2和D3就作为一对二极管的整流管子，构成全波整流电路，通过调整占空比和耦合电感的作用，可将较低的蓄电池电压升压到UPS所需要的电压值；
2、工作模式②：当电网恢复正常时(即电网此时正常供电时)，此时蓄电池组处于充电模式，双向DC-DC变换器此时工作在buck模式下，S1、S4、D5和D6组成一个buck降压电路，在推挽侧的二极管就作为一对管子在工作，通过调整占空比，可以实现对蓄电池的充电。全桥侧的LC电路充当滤波器，储存能量的作用，即防止高频电压对负载的干扰，抑制电压尖峰的现象，以及把电压升至UPS所需电压。由于变压器变比为n＝N3/N1＝N3/N2＝2,通过高频变压器的副边，可以为负载提供一半的电压(假设变比是1:3或者更大)，就能够顺利地实现了降压的作用。
可见，本发明一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源及控制方法，在电网出现故障的时候，或者电网供电不足时，其所采用的双向DC-DC变换器相当于一个boost升压电路，维持负载的正常供电，在电网恢复正常时，其所采用的双向DC-DC变换器相当于一个buck降压电路，电网的电一方面正常给负载供电，另一方面为蓄电池进行充电，通过直流母线，实现高压直流与低压蓄电池电压的匹配，从而实现不间断电源的效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，包括市电电网电源、蓄电池、负载，其特征在于，该不间断电源还包括：
双向DC-DC变换器，用于实现直流母线的电压和蓄电池电压的双向转换，以实现能量的双向流动；
主控模块，包括主控制器、第一驱动装置、第二驱动装置，用于完成电压电流的采样和处理，并将该主控制器产生的PWM信号经该第一驱动装置、第二驱动装置输出至该双向DC-DC变换器及双向变换器AC/DC模块；
双向变换器AC/DC模块，用于在该主控模块的控制和驱动下，在市电正常时将市电转换为稳定的直流母线电压，在市电不正常时将来自该双向DC-DC变换器的直流母线电压转换为稳定的市电输出给负载。
2.如权利要求1所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：该双向变换器AC/DC模块包括双向变换器AC/DC及其由第三滤波电感、第三滤波电容组成的滤波电路。
3.如权利要求1所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：市电零线连接该负载的零线端、该第三滤波电容的一端和该双向变换器AC/DC的零线端，该双向变换器AC/DC的火线端经该第三滤波电感连接至该第三滤波电容的另一端和市电火线以及该负载的火线端；该双向变换器AC/DC的驱动端连接该第二驱动装置的输出端，该双向变换器AC/DC的输出端连接该直流母线正端和负端，直流母线正端和负端连接该双向DC-DC变换器输出正/负端，该双向DC-DC变换器的驱动端连接该第一驱动装置的输出端，该双向DC-DC变换器的输入正端连接该蓄电池正端，该双向DC-DC变换器的输入负端连接该蓄电池负端。
4.如权利要求3所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：当电网出现故障的时候或者电网供电不足时，所述双向DC-DC变换器相当于一个boost升压电路，维持负载的正常供电；当电网恢复正常时，所述双向DC-DC变换器相当于一个buck降压电路，电网的电一方面正常给负载供电，另一方面为蓄电池进行充电。
5.如权利要求4所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：该双向DC-DC变换器包括第一至第六功率开关管(S1-S6)、第一至第六二极管(D1-D6)、高频变压器(T)、第一滤波电感(L1)、第二滤波电感(L2)、第一滤波电容(C1)、第二滤波电容(C2)，该第三功率开关管(S3)与第四功率开关管(S4)的衬底和源极分别连接该第三二极管(D3)与第四二极管(D4)的阳极及第二滤波电容(C2)的一端构成直流母线的负端，该第一功率开关管(S1)与第二功率开关管(S2)的漏极连接该第一二极管(D1)与第二二极管(D2)的阴极、该第二滤波电感(L2)的一端，该第二滤波电感(L2)的另一端和该第二滤波电容(C2)的另一端相连构成直流母线的正端，直流母线的正端和直流母线的负端间电压(Uo)为直流母线电压，该第二功率开关管(S2)的衬底和源极连接该第二二极管(D2)的阳极、该第四二极管(D4)的阴极、该第四功率开关管(S4)的漏极以及该高频变压器(T)的次级测同名端，该第一功率开关管(S1)的衬底和源极连接该第一二极管(D1)的阳极、该第三二极管(D3)的阴极、该第三功率开关管(S3)的漏极以及该高频变压器(T)的次级测异名端；该第五功率开关管(S5)与该第六功率开关管(S6)的衬底和源极分别连接该第五二极管(D5)与该第六二极管(D6)的阳极、该第一滤波电容(C1)的一端以及蓄电池负端，该第六功率开关管(S6)的漏极连接该第六二极管(D6)的阴极连接该高频变压器(T)的初级测同名端，该第五功率开关管(S5)的漏极连接该第五二极管(D5)的阴极连接该高频变压器(T)的初级测异名端，该高频变压器(T)的中间抽头同名端和初级测异名端经第一滤波电感(L1)后连接至该第一滤波电容(C1)的另一端和该蓄电池正端，该第一至第六功率开关管(S1-S6)的栅极连接该主控模块的该第一驱动装置。
6.如权利要求5所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：该双向DC-DC变换器采用基于推挽全桥拓扑结构的双向DC-DC变换器。
7.如权利要求6所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：该功率开关管为MOS管。
8.如权利要求7所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：该MOS管的占空比为45％。
9.如权利要求5所述的一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源，其特征在于：该主控制器包括DSP/MCU电路、电源模块、信号检测及转换电路、PWM输出电路、键盘LCD模块及其驱动电路所组成，该信号检测及转换电路输入连接市电、该蓄电池，其输出连接该DSP/MCU电路，该电源模块输入连接该蓄电池，其输出连接该DSP/MCU电路、该信号检测及转换电路、该PWM输出电路、该驱动电路，该PWM输出电路输入端连接该DSP/MCU电路，其输出端连接该第一驱动装置、第二驱动装置，该驱动电路连接该DSP/MCU电路的IO端、中断输入端和该键盘LCD模块。
10.一种基于双向DCDC变换器的小功率不间断电源的控制方法，包括如下步骤：
步骤一，将输入输出电压、电流和蓄电池的电压检测信号送入主控模块的主控制器，利用主控制器对该些信号进行处理，输出PWM波至主控模块的第一驱动装置与第二驱动装置；
步骤二，利用该第一驱动装置、第二驱动装置控制该双向DC-DC变换器及双向变换器AC/DC模块，控制该双向DC-DC变换器的功率开关管的开通与关断，以实现该双向DC-DC变换器的放电和恒流充电，并输出电源切换信号来控制该双向变换器AC/DC模块的电源切换。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253264A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 广东华中科技大学工业技术研究院 一种非均流并联直流变换控制装置及方法
CN106740239A (zh) * 2017-02-24 2017-05-31 北京新能源汽车股份有限公司 一种充电电路、充电方法及电动汽车
CN107394852A (zh) * 2017-08-30 2017-11-24 西南交通大学 基于推挽变换器的模块化电池均衡电路及其控制方法
CN108199580A (zh) * 2018-02-11 2018-06-22 常州博能新能源有限公司 双向dcdc装置及其控制方法
CN108808833A (zh) * 2017-05-24 2018-11-13 伊顿制造（格拉斯哥）有限合伙莫尔日分支机构 一种ups电路
CN109193842A (zh) * 2018-09-25 2019-01-11 南京国臣信息自动化技术有限公司 一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法
WO2019019297A1 (zh) * 2017-07-27 2019-01-31 深圳市泰昂能源科技股份有限公司 直流ups电源装置、系统及控制方法
CN109950968A (zh) * 2019-03-15 2019-06-28 深圳市海浦蒙特科技有限公司 电梯应急供电装置
CN110336483A (zh) * 2019-07-23 2019-10-15 深圳市三瑞电源有限公司 一种双向逆变器
CN110832765A (zh) * 2017-04-25 2020-02-21 东芝三菱电机产业系统株式会社 电源装置
CN111106613A (zh) * 2019-12-19 2020-05-05 中国科学院广州能源研究所 具备储能调度功能的不间断电源系统及dc-dc模块的控制方法
CN111244961A (zh) * 2020-03-04 2020-06-05 上海钧功电子科技有限公司 一种高效率电源系统及方法
CN111490588A (zh) * 2020-04-02 2020-08-04 国网浙江省电力有限公司杭州供电公司 变电站通信电源与操作电源互为备份的实现方法
CN112039052A (zh) * 2020-07-30 2020-12-04 科华恒盛股份有限公司 电源装置及其控制方法
CN113013981A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 北京百度网讯科技有限公司 一种配电系统
CN114268145A (zh) * 2021-12-02 2022-04-01 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种基于下垂控制的充放电调节器和调节方法
CN115986880A (zh) * 2023-01-06 2023-04-18 中国铁塔股份有限公司 一种充电方法及充电电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203326697U (zh) * 2013-05-23 2013-12-04 安徽智瑞电气有限公司 一种小功率应急电源系统
CN103516213A (zh) * 2013-09-09 2014-01-15 深圳市佳华利道新技术开发有限公司 双向dc-dc变换器电路控制系统及混合动力机动车
CN103715746A (zh) * 2012-09-29 2014-04-09 艾默生网络能源有限公司 一种ups及其dc/dc电路
CN105576731A (zh) * 2014-10-17 2016-05-11 天宝电子（惠州）有限公司 一种车载充电与逆变双向变流电源系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103715746A (zh) * 2012-09-29 2014-04-09 艾默生网络能源有限公司 一种ups及其dc/dc电路
CN203326697U (zh) * 2013-05-23 2013-12-04 安徽智瑞电气有限公司 一种小功率应急电源系统
CN103516213A (zh) * 2013-09-09 2014-01-15 深圳市佳华利道新技术开发有限公司 双向dc-dc变换器电路控制系统及混合动力机动车
CN105576731A (zh) * 2014-10-17 2016-05-11 天宝电子（惠州）有限公司 一种车载充电与逆变双向变流电源系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钱荔: "推挽全桥双向DC-DC变换器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253264B (zh) * 2016-08-22 2018-08-21 广东华中科技大学工业技术研究院 一种非均流并联直流变换控制装置及方法
CN106253264A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 广东华中科技大学工业技术研究院 一种非均流并联直流变换控制装置及方法
CN106740239B (zh) * 2017-02-24 2019-08-27 北京新能源汽车股份有限公司 一种充电电路、充电方法及电动汽车
CN106740239A (zh) * 2017-02-24 2017-05-31 北京新能源汽车股份有限公司 一种充电电路、充电方法及电动汽车
CN110832765B (zh) * 2017-04-25 2021-04-20 东芝三菱电机产业系统株式会社 电源装置
CN110832765A (zh) * 2017-04-25 2020-02-21 东芝三菱电机产业系统株式会社 电源装置
CN108808833A (zh) * 2017-05-24 2018-11-13 伊顿制造（格拉斯哥）有限合伙莫尔日分支机构 一种ups电路
WO2019019297A1 (zh) * 2017-07-27 2019-01-31 深圳市泰昂能源科技股份有限公司 直流ups电源装置、系统及控制方法
CN107394852A (zh) * 2017-08-30 2017-11-24 西南交通大学 基于推挽变换器的模块化电池均衡电路及其控制方法
CN108199580A (zh) * 2018-02-11 2018-06-22 常州博能新能源有限公司 双向dcdc装置及其控制方法
CN109193842A (zh) * 2018-09-25 2019-01-11 南京国臣信息自动化技术有限公司 一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法
CN109950968A (zh) * 2019-03-15 2019-06-28 深圳市海浦蒙特科技有限公司 电梯应急供电装置
CN110336483A (zh) * 2019-07-23 2019-10-15 深圳市三瑞电源有限公司 一种双向逆变器
CN110336483B (zh) * 2019-07-23 2024-04-19 深圳市三瑞电源有限公司 一种双向逆变器
CN111106613A (zh) * 2019-12-19 2020-05-05 中国科学院广州能源研究所 具备储能调度功能的不间断电源系统及dc-dc模块的控制方法
CN111244961A (zh) * 2020-03-04 2020-06-05 上海钧功电子科技有限公司 一种高效率电源系统及方法
CN111490588A (zh) * 2020-04-02 2020-08-04 国网浙江省电力有限公司杭州供电公司 变电站通信电源与操作电源互为备份的实现方法
CN112039052A (zh) * 2020-07-30 2020-12-04 科华恒盛股份有限公司 电源装置及其控制方法
CN112039052B (zh) * 2020-07-30 2022-06-07 科华恒盛股份有限公司 电源装置及其控制方法
CN113013981A (zh) * 2021-02-26 2021-06-22 北京百度网讯科技有限公司 一种配电系统
CN113013981B (zh) * 2021-02-26 2022-08-02 北京百度网讯科技有限公司 一种配电系统
CN114268145A (zh) * 2021-12-02 2022-04-01 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种基于下垂控制的充放电调节器和调节方法
CN115986880A (zh) * 2023-01-06 2023-04-18 中国铁塔股份有限公司 一种充电方法及充电电路
CN115986880B (zh) * 2023-01-06 2024-05-10 铁塔能源有限公司 一种充电方法及充电电路

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