CN111211688A - Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源 - Google Patents

Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源 Download PDF

Info

Publication number
CN111211688A
CN111211688A CN201811391458.9A CN201811391458A CN111211688A CN 111211688 A CN111211688 A CN 111211688A CN 201811391458 A CN201811391458 A CN 201811391458A CN 111211688 A CN111211688 A CN 111211688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switching tube
diode
converter
switched
inductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811391458.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李化良
欧阳华奋
郑大为
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Corp
Original Assignee
Eaton Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eaton Corp filed Critical Eaton Corp
Priority to CN201811391458.9A priority Critical patent/CN111211688A/zh
Priority to PCT/EP2019/025409 priority patent/WO2020104064A1/en
Publication of CN111211688A publication Critical patent/CN111211688A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供了一种DC‑DC变换器和双向DC‑DC变换器及包括其的不间断电源，所述DC‑DC变换器包括依次连接的第一开关管、电感和第二开关管；第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极和第二二极管的阳极分别连接至所述电感的两端。本发明的DC‑DC变换器能够对可充电电池进行降压或升压充电，或使得可充电电池降压或升压放电，且能够应用于不间断电源并联。

Description

DC-DC变换器和双向DC-DC变换器及包括其的不间断电源
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种DC-DC变换器和双向DC-DC变换器及包括其的不间断电源。
背景技术
DC-DC变换器是一种广泛应用于不间断电源中的电气装置。DC-DC变换器的输入端连接至可充电电池，其输出端连接至不间断电源中的正、负直流母线上。当市电出现故障时，DC-DC变换器将可充电电池中的直流电升压后输出至正、负直流母线上。
图1是现有技术的第一种升压-降压变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于充电模式下的电路图。如图1所示，升压-降压(Boost-Buck)变换器1包括绝缘栅双极型晶体管T11、二极管D13和电感L1，其中绝缘栅双极型晶体管T11的发射极连接至电感L1的一端和二极管D13的阴极，绝缘栅双极型晶体管T11的集电极和电感L1的另一端分别连接至正直流母线11和负直流母线12，二极管D13的阳极和电感L1的另一端分别连接至可充电电池B的负极和正极。控制装置(图1未示出)给绝缘栅双极型晶体管T11的门极(即控制端)提供脉宽调制信号，以利用正直流母线11和负直流母线12之间的电容上的电能(即直流母线上的电能)对可充电电池B进行充电。
图1所示的升压-降压变换器1只能被控制为将直流母线上的电能传输至可充电电池B中，并不能实现将可充电电池B中的电能传输至正、负直流母线之间的电容上，因此无法实现能量的双向传输。为了实现能量的双向传输，将增加不间断电源的电路模块的成本。
在不间断电源的实际应用中，为了提高功率密度，常常需要将多个不间断电源功率模块并联连接，其中多个不间断电源功率模块共用可充电电池。
图2是将两个包含图1所示升压-降压变换器的不间断电源进行并联的电路图，如图2所示，可充电电池B的正极同时连接至两个不间断电源的负直流母线，因此每一个控制装置(图2未示出)无法独立地控制对应的不间断电源的负直流母线上的电压。由此可知，Boost-Buck变换器1无法应用于多个不间断电源并联。
图3是现有技术的第二种升压-降压变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于放电模式下的电路图，如图3所示，升压-降压(Boost-Buck)变换器2包括绝缘栅双极型晶体管T23、二极管D21和电感L2，二极管D21的阳极连接至电感L2的一端和绝缘栅双极型晶体管T23的集电极，二极管D21的阴极和电感L2的另一端分别连接至正直流母线21和负直流母线22，绝缘栅双极型晶体管T23的发射极和电感L2的另一端分别连接至可充电电池B的负极和正极。控制装置(图3未示出)给绝缘栅双极型晶体管T23的门极提供脉宽调制信号以使得可充电电池B放电并储存至正直流母线21和负直流母线22之间的电容中。
图3所示的升压-降压变换器2只能被控制为将可充电电池B中的电能传输至正、负直流母线之间的电容上，而不能实现将正、负直流母线之间的电容上的电能传输至可充电电池B中，因此无法实现能量的双向传输。为了实现能量的双向传输，将增加不间断电源的电路模块的成本。
图4是将两个包含图3所示升压-降压变换器的不间断电源进行并联的电路图，如图4所示，可充电电池B的正极同时连接至两个不间断电源的负直流母线，因此每一个控制装置(图4未示出)同样无法独立地控制对应的不间断电源的负直流母线上的电压。由此可知，Boost-Buck变换器2无法应用于多个不间断电源并联。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种DC-DC变换器，包括：
依次连接的第一开关管、电感和第二开关管；
第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极和第二二极管的阳极分别连接至所述电感的两端。
优选的，当所述第一开关管和第二开关管均导通时，所述第一开关管、电感和第二开关管形成第一电流路径，当所述第一开关管和第二开关管均截止时，所述第一二极管、电感和第二二极管形成第二电流路径。
优选的，所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接至所述第一二极管的阴极；所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接至所述第二二极管的阳极；其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极分别用于连接至第一直流供电装置的正极和负极；所述第二二极管的阴极和第一二极管的阳极分别用于连接至第二直流供电装置的正极和负极。
优选的，所述DC-DC变换器还包括：
与所述第一开关管反向并联的二极管；
与所述第二开关管反向并联的二极管；
与所述第一二极管反向并联的第三开关管；以及
与所述第二二极管反向并联的第四开关管。
优选的，还包括控制装置，其用于给所述第一开关管和第二开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第一开关管交替导通和截止且使所述第二开关管交替导通和截止。
优选的，还包括控制装置，其用于
控制所述第三开关管和第四开关管均截止，且给所述第一开关管和第二开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第一开关管交替导通和截止且使所述第二开关管交替导通和截止；或
控制所述第一开关管和第二开关管均截止，且给所述第三开关管和第四开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第三开关管交替导通和截止且使所述第四开关管交替导通和截止。
本发明还提供了一种双向DC-DC变换器，包括：
具有反向并联的第一二极管的第一开关管；
具有反向并联的第二二极管的第二开关管；以及
电感，所述电感的一端连接至所述第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，其另一端作为公共端。
优选的，所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管，所述电感的一端连接至所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极；其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述电感的另一端分别用于连接至第一直流供电装置的正极和负极，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述电感的另一端分别用于连接至第二直流供电装置的负极和正极。
优选的，所述双向DC-DC变换器还包括：
具有反向并联的第三二极管的第三开关管；
具有反向并联的第四二极管的第四开关管；
其中所述第三二极管的阴极和第四二极管的阳极连接至所述电感的另一端。
优选的，所述第一二极管的阴极和第三二极管的阳极分别用于连接至第一直流供电装置的正极和负极，所述第二二极管的阳极和第四二极管的阴极分别用于连接至第二直流供电装置的负极和正极。
优选的，还包括控制装置，其用于
控制所述第二开关管截止，且给所述第一开关管提供脉宽调制信号使其交替地导通和截止；或
控制所述第一开关管截止，且给所述第二开关管提供脉宽调制信号使其交替地导通和截止。
优选的，还包括控制装置，其用于
控制所述第二开关管和第四开关管截止，且给所述第一开关管和第三开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第一开关管交替导通和截止且使所述第三开关管交替导通和截止；或
控制所述第一开关管和第三开关管截止，且给所述第二开关管和第四开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第二开关管交替导通和截止且使所述第四开关管交替导通和截止。
本发明还提供了一种不间断电源，包括：
如上所述的DC-DC变换器或如上所述的双向DC-DC变换器，所述DC-DC变换器或双向DC-DC变换器连接在正、负直流母线和可充电电池之间；
功率因数校正电路，其输入端用于连接至交流电源，其输出端连接至所述正负直流母线；以及
逆变器，其输入端连接至所述正、负直流母线，其输出端用于提供交流电。
本发明的DC-DC变换器能够对可充电电池进行降压或升压充电，或使得可充电电池降压或升压放电，且能够应用于不间断电源并联。本发明的双向DC-DC变换器还能够实现能量的双向传输。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术的第一种升压-降压变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于充电模式下的电路图。
图2是将两个包含图1所示升压-降压变换器的不间断电源进行并联的电路图。
图3是现有技术的第二种升压-降压变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于放电模式下的电路图。
图4是将两个包含图3所示升压-降压变换器的不间断电源进行并联的电路图。
图5是根据本发明第一个实施例的DC-DC变换器的电路图。
图6是图5所示的DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于充电模式下的电路图。
图7是图5所示的DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于放电模式下的电路图。
图8是将两个包含图6所示的DC-DC变换器的不间断电源进行并联的电路图。
图9是将两个包含图7所示的DC-DC变换器的不间断电源进行并联的电路图。
图10是根据本发明第二个实施例的DC-DC变换器的电路图。
图11是图10所示的DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间的电路图。
图12是图11所示的DC-DC变换器在充电模式下的等效电路图。
图13是图11所示的DC-DC变换器在放电模式下的等效电路图。
图14是将两个包含图10所示的DC-DC变换器的不间断电源进行并联的电路图。
图15是根据本发明第三个实施例的双向DC-DC变换器的电路图。
图16是图15所示的双向DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间的电路图。
图17是图16所示的双向DC-DC变换器在充电模式下的等效电路图。
图18是图16所示的双向DC-DC变换器在放电模式下的等效电路图。
图19是根据本发明第四个实施例的双向DC-DC变换器的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图5是根据本发明第一个实施例的DC-DC变换器的电路图，如图5所示，DC-DC变换器3包括依次连接的绝缘栅双极型晶体管T31、电感L3和绝缘栅双极型晶体管T32，以及与电感L3的两端分别连接的二极管D33和二极管D34，其中电感L3的一端连接至绝缘栅双极型晶体管T31的发射极和二极管D33的阴极相连接形成的节点，其另一端连接至绝缘栅双极型晶体管T32的集电极和二极管D34的阳极相连接形成的节点。
其中绝缘栅双极型晶体管T31的集电极和绝缘栅双极型晶体管T32的发射极分别用于连接至直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极，且二极管D34的阴极和二极管D33的阳极分别作为DC-DC变换器3的正极输出端子和负极输出端子，用于连接至另一个直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极。
以下将结合DC-DC变换器3在充电模式和放电模式下的电路图来说明其工作原理。
图6是图5所示的DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于充电模式下的电路图。如图6所示，可充电电池B的正极和负极分别连接至二极管D34的阴极和二极管D33的阳极，且绝缘栅双极型晶体管T31的集电极和绝缘栅双极型晶体管T32的发射极分别连接至正直流母线31和负直流母线32。
在充电模式下，控制装置(图6未示出)给绝缘栅双极型晶体管T31、T32的门极提供相同的脉宽调制信号，使绝缘栅双极型晶体管T31交替导通和截止且使绝缘栅双极型晶体管T32交替导通和截止。
当绝缘栅双极型晶体管T31、T32导通时，正直流母线31、绝缘栅双极型晶体管T31、电感L3、绝缘栅双极型晶体管T32和负直流母线32形成一个电流路径，其电流方向如图6中的虚线单箭头所示，此时电感L3中的电流上升，电感L3储能。当绝缘栅双极型晶体管T31、T32截止时，可充电电池B的负极、二极管D33、电感L3、二极管D34和可充电电池B的正极形成另一个电流路径，其电流方向如图6中的虚线双箭头所示。此时电感L3中的电流减小，电感L3释能并储存至可充电电池B中，由此实现对可充电电池B进行充电。
假定电感L3的电感值为L，电感L3中的电流值为iL，电感L3的电压值为UL，正、负直流母线之间的电压值为Udc，可充电电池B的电压值为Uo，脉宽调制信号的周期为T，脉宽调制信号的占空比为d，绝缘栅双极型晶体管T31或T32在一个脉宽调制信号周期内的导通时间和截止时间分别为Ton和Toff。
以脉宽调制信号的一个周期为例进行说明，在开关周期的初始时刻(即0)和开关周期的结束时刻(即T)，电感L3中的电流相等。由此满足如下方程式：
iL(0)＝iL(T)
Figure BDA0001874152310000071
Figure BDA0001874152310000072
Figure BDA0001874152310000073
Figure BDA0001874152310000074
Figure BDA0001874152310000075
由此可知Uo/Udc＝d/(1-d)。当占空比d＜0.5时，对可充电电池B实现降压充电。当占空比d＞0.5时，对可充电电池B实现升压充电。
图7是图5所示的DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间且处于放电模式下的电路图。如图7所示，可充电电池B的正极和负极分别连接至绝缘栅双极型晶体管T31的集电极和绝缘栅双极型晶体管T32的发射极，二极管D34的阴极连接至正直流母线31，二极管D33的阳极连接至负直流母线32。
在充电模式下，控制装置(图7未示出)给绝缘栅双极型晶体管T31、T32的门极提供相同的脉宽调制信号，使绝缘栅双极型晶体管T31交替导通和截止且使绝缘栅双极型晶体管T32交替导通和截止。
当绝缘栅双极型晶体管T31、T32导通时，可充电电池B的正极、绝缘栅双极型晶体管T31、电感L3、绝缘栅双极型晶体管T32和可充电电池B的负极形成一个电流路径，其电流方向如图7中的虚线单箭头所示，此时电感L3中的电流上升，电感L3储能。当绝缘栅双极型晶体管T31、T32截止时，负直流母线32、二极管D33、电感L3、二极管D34和正直流母线31形成另一个电流路径，其电流方向如图7中的虚线双箭头所示，此时电感L3中的电流减小，电感L3释能并储存至正、负直流母线之间的电容中。由此实现可充电电池B放电并储存至正、负直流母线之间的电容上。
假定电感L3的电感值为L，电感L3中的电流值为iL，电感L3的电压值为UL，正、负直流母线之间的电压值为Udc，可充电电池B的电压值为Uo，脉宽调制信号的周期为T，脉宽调制信号的占空比为d，绝缘栅双极型晶体管T31在一个脉宽调制信号周期内的导通时间和截止时间分别为Ton和Toff。
以脉宽调制信号的一个周期为例进行说明，在开关周期的初始时刻(即0)和开关周期的结束时刻(即T)，电感L3中的电流相等。由此满足如下方程式：
iL(0)＝iL(T)
Figure BDA0001874152310000081
Figure BDA0001874152310000082
Figure BDA0001874152310000083
Figure BDA0001874152310000084
Figure BDA0001874152310000085
由此可知Udc/Uo＝d/(1-d)。当占空比d＜0.5时，对可充电电池B实现降压放电，当占空比d＞0.5时，对可充电电池B实现升压放电。
图8是将两个包含图6所示的DC-DC变换器的不间断电源进行并联的电路图，如图8所示，每一个不间断电源的负直流母线依次通过绝缘栅双极型晶体管和二极管连接至可充电电池B的正极，多个不间断电源的负直流母线之间相互隔离，每一个控制装置(图8未示出)都能独立地控制相应的不间断电源的负直流母线上的电压，由此实现利用不间断电源的正、负直流母线之间的电容上的电能对可充电电池B进行充电。
图9是将两个包含图7所示的DC-DC变换器的不间断电源进行并联的电路图，如图9所示，每一个不间断电源的负直流母线依次通过二极管和绝缘栅双极型晶体管连接至可充电电池B的正极，多个不间断电源的负直流母线之间相互隔离，每一个控制装置(图9未示出)都能独立地控制相应的不间断电源的负直流母线上的电压，由此实现使得可充电电池B放电并储存至对应的不间断电源的正、负直流母线之间的电容上。
图10是根据本发明第二个实施例的DC-DC变换器的电路图。如图10所示，DC-DC变换器4与图5所示的DC-DC变换器3的区别在于，其还包括与绝缘栅双极型晶体管T41、T42分别反向并联的二极管D41、D42，与二极管D43、D44分别反向并联的绝缘栅双极型晶体管T43、T44。
其中，二极管D41的阴极和二极管D42的阳极分别用于连接至直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极，且二极管D44的阴极和二极管D43的阳极分别作为DC-DC变换器4的正极输出端子和负极输出端子，用于连接至另一个直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极。或二极管D44的阴极和二极管D43的阳极分别用于连接至直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极，且二极管D41的阴极和二极管D42的阳极分别作为DC-DC变换器4的正极输出端子和负极输出端子，用于连接至另一个直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极。
图11是图10所示的DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间的电路图。如图11所示，绝缘栅双极型晶体管T41的集电极和二极管D41的阴极连接至正直流母线41，绝缘栅双极型晶体管T42的发射极和二极管D42的阳极连接至负直流母线42，绝缘栅双极型晶体管T43的发射极和二极管D43的阳极连接至可充电电池B的负极，绝缘栅双极型晶体管T44的集电极和二极管D44的阴极连接至可充电电池B的正极。
以下结合DC-DC变换器4在充电模式和放电模式下的等效电路图来说明其工作原理。
在充电模式下，控制装置(图11未示出)控制绝缘栅双极型晶体管T43、T44截止，给绝缘栅双极型晶体管T41、T42的门极提供相同的脉宽调制信号，使绝缘栅双极型晶体管T41交替导通和截止且使绝缘栅双极型晶体管T42交替导通和截止。图12是图11所示的DC-DC变换器在充电模式下的等效电路图，其与图6所示的电路相同，其具体充放电过程在此不再赘述，同样可以实现对可充电电池B进行降压充电或升压充电。
在放电模式下，控制装置(图11未示出)控制绝缘栅双极型晶体管T41、T42截止，给绝缘栅双极型晶体管T43、T44的门极提供相同的脉宽调制信号，使绝缘栅双极型晶体管T43交替导通和截止且使绝缘栅双极型晶体管T44交替导通和截止。图13是图11所示的DC-DC变换器在放电模式下的等效电路图，其与图7所示的电路相同，其具体充放电过程在此不再赘述，同样可以实现可充电电池B升压放电或降压放电。
结合图12和图13可知，DC-DC变换器4是一种双向DC-DC变换器，无需再额外连接充电器或直流变换器，节省了成本。能够使得可充电电池B实现升压放电或降压放电，还能实现对可充电电池B进行降压充电或升压充电。在对可充电电池B进行充电过程中，通过改变脉宽调制信号的占空比，正、负直流母线之间的电容可以深度放电，从其电压接近0伏给可充电电池B进行充电而不会产生冲击电流。
图14是将两个包含图10所示的DC-DC变换器的不间断电源进行并联的电路图。每一个控制装置(图14未示出)同样能单独地控制对应的不间断电源中的DC-DC变换器，由此独立地控制每一个不间断电源的负直流母线上的电压。
图15是根据本发明第三个实施例的双向DC-DC变换器的电路图。如图15所示，双向DC-DC变换器5包括具有反向并联的二极管D51的绝缘栅双极型晶体管T51，具有反向并联的二极管D53的绝缘栅双极型晶体管T53，以及电感L5，其中电感L5的端子55连接至二极管D51的阳极和二极管D53的阴极相连接形成的节点，电感L5的端子56作为公共端。
其中，二极管D51的阴极(即绝缘栅双极型晶体管T51的集电极)和电感L5的端子56分别用于连接至直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极，且电感L5的端子56和二极管D53的阳极(即绝缘栅双极型晶体管T53的发射极)分别作为双向DC-DC变换器5的正极输出端子和负极输出端子，用于连接至另一个直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极。或电感L5的端子56和二极管D53的阳极分别用于连接至直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极，且二极管D51的阴极和电感L5的端子56分别作为双向DC-DC变换器5的正极输出端子和负极输出端子，用于连接至另一个直流供电装置(例如电容或可充电电池)的正极和负极。
图16是图15所示的双向DC-DC变换器连接在不间断电源的直流母线和可充电电池之间的电路图。其中绝缘栅双极型晶体管T51的集电极和二极管D51的阴极连接至正直流母线51，绝缘栅双极型晶体管T53的发射极和二极管D53的阳极连接至可充电电池B的负极，可充电电池B的正极、电感L5的端子56都连接至负直流母线52。
以下将结合双向DC-DC变换器5在充电模式和放电模式下的等效电路图来说明其工作原理。
在充电模式下，控制装置(图16未示出)控制绝缘栅双极型晶体管T53截止，且给绝缘栅双极型晶体管T51的门极提供脉宽调制信号，使其交替地导通和截止。图17是图16所示的双向DC-DC变换器在充电模式下的等效电路图。如图17所示，当绝缘栅双极型晶体管T51导通时，正直流母线51、绝缘栅双极型晶体管T51、电感L5和负直流母线52形成了一个电流路径，其中的电流方向如图17中的虚线单箭头所示，此时电感L5储能。当绝缘栅双极型晶体管T51截止时，电感L5、可充电电池B和二极管D53形成了一个电流路径，其中的电流方向如图17中的虚线双箭头所示。此时电感L5释放能量，并对可充电电池B进行充电。
假定电感L5的电感值为L，电感L5中的电流值为iL，电感L5的电压值为UL，正、负直流母线之间的电压值为Udc，可充电电池B的电压值为Uo，脉宽调制信号的周期为T，脉宽调制信号的占空比为d，绝缘栅双极型晶体管T51在一个脉宽调制信号周期内的导通时间和截止时间分别为Ton和Toff。
以脉宽调制信号的一个周期为例进行说明，在开关周期的初始时刻(即0)和开关周期的结束时刻(即T)，电感L5中的电流相等。由此满足如下方程式：
iL(0)＝iL(T)
Figure BDA0001874152310000111
Figure BDA0001874152310000121
Figure BDA0001874152310000122
Figure BDA0001874152310000123
Figure BDA0001874152310000124
由此可知Uo/Udc＝d/(1-d)。当占空比d＜0.5时，实现对可充电电池B降压充电。当占空比d＞0.5时，实现对可充电电池B升压充电。
在放电模式下，控制装置(图16未示出)控制绝缘栅双极型晶体管T51截止，给绝缘栅双极型晶体管T53的门极提供脉宽调制信号，使其交替地导通和截止。图18是图16所示的双向DC-DC变换器在放电模式下的等效电路图。如图18所示，当绝缘栅双极型晶体管T53导通时，可充电电池B、电感L5和绝缘栅双极型晶体管T53形成了一个电流路径，其中的电流方向如图18中的虚线单箭头所示，此时电感L5储能。当绝缘栅双极型晶体管T53截止时，负直流母线52、电感L5、二极管D51和正直流母线51形成了另一个电流路径，其中的电流方向如图18中的虚线双箭头所示，此时电感L5释放能量，并存储至正直流母线51和负直流母线52之间的电容上。
假定电感L5的电感值为L，电感L5中的电流值为iL，电感L5的电压值为UL，正、负直流母线之间的电压值为Udc，可充电电池B的电压值为Uo，脉宽调制信号的周期为T，脉宽调制信号的占空比为d，绝缘栅双极型晶体管T53在一个脉宽调制信号周期内的导通时间和截止时间分别为Ton和Toff。
以脉宽调制信号的一个周期为例进行说明，在开关周期的初始时刻(即0)和开关周期的结束时刻(即T)，电感L5中的电流相等。由此满足如下方程式：
iL(0)＝iL(T)
Figure BDA0001874152310000125
Figure BDA0001874152310000131
Figure BDA0001874152310000132
Figure BDA0001874152310000133
Figure BDA0001874152310000134
由此可知Udc/Uo＝d/(1-d)。当占空比d＜0.5时，可充电电池B实现降压放电，当占空比d＞0.5时，可充电电池B实现升压放电。
结合图17和图18可知，双向DC-DC变换器5能够可控地实现将正、负直流母线之间的电容上的电能传输至可充电电池B中，也能够将可充电电池B中的电能传输至正、负直流母线之间的电容上，实现能量的双向传输。
图19是根据本发明第四个实施例的双向DC-DC变换器的电路图。如图19所示，双向DC-DC变换器6与图15所示的双向DC-DC变换器5的区别在于，其还包括具有反向并联的二极管D62的绝缘栅双极型晶体管T62，以及具有反向并联的二极管D64的绝缘栅双极型晶体管T64，其中二极管D62的阴极和二极管D64的阳极连接至电感L6的端子66。
结合图10的DC-DC变换器4可知，本实施例的双向DC-DC变换器6与图10所示的DC-DC变换器4具有相同的拓扑结构，其工作原理在此不再赘述，由此可知双向DC-DC变换器6同样可以应用于多个不间断电源并联。
在本发明的其他实施例中，采用金氧半场效应晶体管(MOSFET)等开关管代替上述实施例中的绝缘栅双极型晶体管。
本发明还提供了一种不间断电源，其包括本发明的上述实施例的DC-DC变换器或双向DC-DC变换器，以及功率因数校正电路(PFC)和逆变器；其中DC-DC变换器或双向DC-DC变换器连接在正、负直流母线和可充电电池之间，PFC的输入端连接至交流电源(例如市电)，其输出端连接至正、负直流母线，逆变器的输入端连接至正、负直流母线，其输出端用于给负载提供交流电。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (13)

1.一种DC-DC变换器，其特征在于，包括：
依次连接的第一开关管、电感和第二开关管；
第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阴极和第二二极管的阳极分别连接至所述电感的两端。
2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，当所述第一开关管和第二开关管均导通时，所述第一开关管、电感和第二开关管形成第一电流路径，当所述第一开关管和第二开关管均截止时，所述第一二极管、电感和第二二极管形成第二电流路径。
3.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，
所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接至所述第一二极管的阴极；
所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接至所述第二二极管的阳极；
其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极分别用于连接至第一直流供电装置的正极和负极；所述第二二极管的阴极和第一二极管的阳极分别用于连接至第二直流供电装置的正极和负极。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述DC-DC变换器还包括：
与所述第一开关管反向并联的二极管；
与所述第二开关管反向并联的二极管；
与所述第一二极管反向并联的第三开关管；以及
与所述第二二极管反向并联的第四开关管。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括控制装置，其用于给所述第一开关管和第二开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第一开关管交替导通和截止且使所述第二开关管交替导通和截止。
6.根据权利要求4所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括控制装置，其用于
控制所述第三开关管和第四开关管均截止，且给所述第一开关管和第二开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第一开关管交替导通和截止且使所述第二开关管交替导通和截止；或
控制所述第一开关管和第二开关管均截止，且给所述第三开关管和第四开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第三开关管交替导通和截止且使所述第四开关管交替导通和截止。
7.一种双向DC-DC变换器，其特征在于，包括：
具有反向并联的第一二极管的第一开关管；
具有反向并联的第二二极管的第二开关管；以及
电感，所述电感的一端连接至所述第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，其另一端作为公共端。
8.根据权利要求7所述的双向DC-DC变换器，其特征在于，
所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管，所述电感的一端连接至所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极；
其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极和所述电感的另一端分别用于连接至第一直流供电装置的正极和负极，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极和所述电感的另一端分别用于连接至第二直流供电装置的负极和正极。
9.根据权利要求7所述的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述双向DC-DC变换器还包括：
具有反向并联的第三二极管的第三开关管；
具有反向并联的第四二极管的第四开关管；
其中所述第三二极管的阴极和第四二极管的阳极连接至所述电感的另一端。
10.根据权利要求9所述的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述第一二极管的阴极和第三二极管的阳极分别用于连接至第一直流供电装置的正极和负极，所述第二二极管的阳极和第四二极管的阴极分别用于连接至第二直流供电装置的负极和正极。
11.根据权利要求7至8中任一项所述的双向DC-DC变换器，其特征在于，还包括控制装置，其用于
控制所述第二开关管截止，且给所述第一开关管提供脉宽调制信号使其交替地导通和截止；或
控制所述第一开关管截止，且给所述第二开关管提供脉宽调制信号使其交替地导通和截止。
12.根据权利要求9至10中任一项所述的双向DC-DC变换器，其特征在于，还包括控制装置，其用于
控制所述第二开关管和第四开关管截止，且给所述第一开关管和第三开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第一开关管交替导通和截止且使所述第三开关管交替导通和截止；或
控制所述第一开关管和第三开关管截止，且给所述第二开关管和第四开关管提供相同的脉宽调制信号，使所述第二开关管交替导通和截止且使所述第四开关管交替导通和截止。
13.一种不间断电源，其特征在于，包括：
如权利要求1-6中任一项所述的DC-DC变换器或如权利要求7-12中任一项所述的双向DC-DC变换器，所述DC-DC变换器或双向DC-DC变换器连接在正、负直流母线和可充电电池之间；
功率因数校正电路，其输入端用于连接至交流电源，其输出端连接至所述正负直流母线；以及
逆变器，其输入端连接至所述正、负直流母线，其输出端用于提供交流电。
CN201811391458.9A 2018-11-21 2018-11-21 Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源 Pending CN111211688A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811391458.9A CN111211688A (zh) 2018-11-21 2018-11-21 Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源
PCT/EP2019/025409 WO2020104064A1 (en) 2018-11-21 2019-11-21 Dc-dc converter, bi-directional dc-dc converter, and uninterrupted power supply comprising same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811391458.9A CN111211688A (zh) 2018-11-21 2018-11-21 Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111211688A true CN111211688A (zh) 2020-05-29

Family

ID=68835138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811391458.9A Pending CN111211688A (zh) 2018-11-21 2018-11-21 Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111211688A (zh)
WO (1) WO2020104064A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109995011B (zh) * 2017-12-29 2024-04-16 冯良桓 全直流升降压输送电系统及方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7759900B2 (en) * 2008-04-02 2010-07-20 American Power Conversion Corporation Non-isolated charger with bi-polar inputs
FR2947969B1 (fr) * 2009-07-10 2011-08-05 Thales Sa Nouvelle architecture de compensateur des facteurs de puissance et d'harmoniques pour reseau de distribution d'energie
US9711962B2 (en) * 2012-07-09 2017-07-18 Davide Andrea System and method for isolated DC to DC converter
WO2017125193A1 (en) * 2015-12-04 2017-07-27 Technische Universiteit Eindhoven Flexbattery
US10951126B2 (en) * 2016-09-22 2021-03-16 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg System and method for operating a system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020104064A1 (en) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101997323B (zh) 具有电隔离和多个工作模式的充电系统
EP2525491A1 (en) Switching loss reduction in converter modules
US20150131330A1 (en) Bidirectional dc-dc converter system and circuit thereof
EP3553928B1 (en) Snubber circuit and power conversion system using same
US20150097507A1 (en) Motor driving apparatus
CN108988634B (zh) 一种三相交错式双向大变比dcdc变换器及其控制方法
CN107785987B (zh) 在线式不间断电源
KR101734210B1 (ko) 양방향 직류-직류 컨버터
WO2011089483A1 (en) Dc to dc power converter
US20200052601A1 (en) Power conversion system
JP2018170930A (ja) 電力変換装置、電力変換システム
CN110739848A (zh) 用于电动化车辆的高增益dc-dc转换器
US10243455B2 (en) Bidirectional DC-DC converter
CN108832710B (zh) 用于不间断电源的充放电平衡变换器
US11205969B2 (en) Inverter device configured to operate in a CCM and sequentially operate in buck and boost phases
CN111211688A (zh) Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源
CN113285596B (zh) 一种升降压直流变换器及其控制方法
TWI451678B (zh) 升壓轉換裝置及升壓轉換電路
CN112583267B (zh) 双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源
CN111211685B (zh) Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源
CN111211686A (zh) Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源
RU2677629C1 (ru) Энергопреобразующая аппаратура для систем электропитания постоянного тока аэрокосмических аппаратов
CN111211685A (zh) Dc-dc变换器和双向dc-dc变换器及包括其的不间断电源
CN214544121U (zh) 一种双向升降压转换电路
CN110994993B (zh) 一种多通道双向升降压电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination