CN214544121U - 一种双向升降压转换电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种双向升降压转换电路,其包括电压输入模块、电压输出模块、输入端稳压元件、输出端稳压元件、第一储能模块、第二储能模块以及开关模块,所述输入端稳压元件并联在电压输入模块上,所述输出端稳压元件并联在电压输出模块上,所述第一储能模块与第二储能模块相串联、且同时串联在电压输入模块与电压输出模块之间,所述开关模块包括第一开关组与第二开关组,所述第一开关组串联在电压输入模块、第一储能模块、第二储能模块以及电压输出模块所形成的串联回路上,所述第二开关组包括对称设置的开关件,所述开关模块工作于PWM驱动。本申请具有满足恒压输出宽压输入或恒压输入宽压输出的效果。
Description
技术领域
本申请涉及UPS电源柜技术领域,尤其涉及一种双向升降压转换电路。
背景技术
直流-直流(DC-DC)变换器通过对电力电子器件的通断控制,将直流电压断续地加到负载上,通过改变占空比D改变输出电压平均值。DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压,降压公式:Vo=Vi*D。BOOST型DC-DC只能升压,升压公式:Vo= Vi/(1-D)。BUCK-BOOST型DC-DC,即可升压也可降压,公式:Vo=(-Vi)* D/(1-D)D为充电占空比,既MOSFET导通时间。
现有的,一些直流-直流(DC-DC)转换电路只能同时完成一种转换,即要么工作在升压状态,要么工作在降压状态,对于更宽输入输出的电压范围就起不到作用。
针对上述中的相关技术,存在有输入输出的电压范围较为局限的缺陷。
实用新型内容
为了提高输入输出的电压范围,本申请提供一种双向升降压转换电路。
本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种双向升降压转换电路,包括电压输入模块、电压输出模块、输入端稳压元件、输出端稳压元件、第一储能模块、第二储能模块以及开关模块,所述输入端稳压元件并联在电压输入模块上,所述输出端稳压元件并联在电压输出模块上,所述第一储能模块与第二储能模块相串联、且同时串联在电压输入模块与电压输出模块之间,所述开关模块包括第一开关组与第二开关组,所述第一开关组串联在电压输入模块、第一储能模块、第二储能模块以及电压输出模块所形成的串联回路上,所述第二开关组包括对称设置的开关件,其中一所述开关件并联在、串联的输入端稳压元件与第一储能模块的两端,另一所述开关件并联在、串联的第二储能模块与输出端稳压元件的两端,所述开关模块工作于PWM驱动。
通过采用上述技术方案,当工作在降压模式下时,使第一开关组工作,此时,第一开关组导通,电压输入模块给第一储能模块以及电压输出模块充电;在第一开关组不工作第二开关组工作时,第二储能模块对电压输出模块放电,此时,电压输出模块的电压逐渐变小、并低于电压输入模块的电压,即电路处于降压模式。同理,由于电路自身的对称性,可将电压输出模块作为电压输入方,电压输入模块作为电压输出方,此时,再次使得第一开关组导通,以使电压输出模块的电压加载到电压输入模块上,通过此方式,便能使输入、输出的电压范围值变大,从而能提高适用性。
另外,当需要实现升压模式时,使得第二开关组工作,此时,电压输入模块对第一储能模块充电,当第二开关组不工作第一开关组工作时,电压输入模块、第一储能模块、第二储能模块对电压输出模块充电,此时,电压输出模块的电压高于电压输入模块的电压,即电路处于升压模式。同理,由于电路自身的对称性,可将电压输出模块作为电压输入方,电压输入模块作为电压输出方,达到升压模式的目的。
通过此方式,便能通过改变驱动方式实现BUCK/BOOST任意切换从而实现双向电压的升压降压功能,解决多个储能装置之间能量的相互转换、流动。
可选的,所述电压输入模块、电压输出模块均为直流电源,所述电压输入模块与电压输出模块的正极端相对设置。
通过采用上述技术方案,电压输入模块、电压输出模块均采用直流电源,便于实现直流电源之间的能量转换与流动,间接便于实现双向电压的降压模式与升压模式。
可选的,所述第一开关组包括并联有反向二极管的第一MOSQ1以及并联有反向二极管的第二MOS管Q2,所述第一MOSQ1串联在第一储能模块与第二储能模块之间、并处于电压输入模块与电压输出模块的正极之间,所述第二MOS管Q2串联在电压输入模块与电压输出模块之间、并处于电压输入模块与电压输出模块的负极之间,所述反向二极管用于在电压反向时,电流可以在反向二极管流过。
通过采用上述技术方案,第一MOSQ1与第二MOS管Q2的存在,受控于PWM驱动,即控制方式比较方便。另外,MOS管具备低功耗、性能稳定的特点,能够有效延长电路的使用寿命。
可选的,所述第一开关组包括含有体二极管的第一IGBTQ1与含有体二极管的第二IGBTQ2,所述第一IGBTQ1串联在第一储能模块与第二储能模块之间、并处于电压输入模块与电压输出模块的正极之间,所述第二IGBTQ2串联在电压输入模块与电压输出模块之间、并处于电压输入模块与电压输出模块的负极之间,所述体二极管用于在电压反向时,电流可以在体二极管流过。
通过采用上述技术方案,第一IGBTQ1与第二IGBTQ2的设置,具有噪声小、功耗低、动态范围大、安全工作区域宽等优点,能够有效提高电路的稳定程度。
可选的,所述开关件包括并联有反向二极管的MOS管或含有体二极管的IGBT,所述反向二极管与体二极管用于在电压反向时,电流可以在反向二极管或体二极管流过。
通过采用上述技术方案,开关件的存在,也便于PWM进行驱动,其次,能够根据需要进行选择所需要的开关件。
可选的,所述开关件包括第三MOS管Q3与第四MOS管Q4,所述第三MOS管Q3并联在、串联的输入端稳压元件与第一储能模块的两端,所述第四MOS管Q4并联在、串联的第二储能模块与输出端稳压元件的两端。
通过采用上述技术方案,设置的第三MOS管Q3与第四MOS管Q4配合其余元件,能够使电路形成对称构造,针对此,便于通过改变驱动方式实现BUCK/BOOST任意切换,从而实现双向电压的升压降压功能。
可选的,所述输入端稳压元件、输出端稳压元件分别为第一电容器C1与第二电容器C2,所述第一电容器C1并联在电压输入模块上,所述第二电容器C2并联在电压输出模块上。
通过采用上述技术方案,当第一储能模块对第一电容器C1充电,或者第二储能模块给第二电容器C2充电,第一电容器C1或第二电容器C2两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了,针对此,便于达到升压模式。另外,升压过程中,电容要足够大,这样在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流,从而能在输出两端就得到高于输入电压的电压。
可选的,所述第一储能模块、第二储能模块分别为第一电感L1与第二电感L2,所述第一电感L1串联在电压输入模块与第一MOSQ1之间,所述第二电感L2串联在第一MOSQ1与电压输出模块之间。
通过采用上述技术方案,第一电感L1与第二电感L2能够存储电能。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。升压过程就是一个电感的能量传递过程。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1. 本申请专利通过对称结构设计,通过改变驱动方式实现BUCK/BOOST任意切换,从而实现双向电压的升压降压功能,解决多个储能装置之间能量的相互转换、流动;
2.通过4种工作模式,可以实现电压输入模块、电压输出模块的电压任意升降,能量相互转换;
3. 第一MOSQ1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第四MOS管Q4的存在,受控于PWM驱动,即控制方式比较方便。另外,MOS管具备低功耗、性能稳定的特点,能够有效延长电路的使用寿命。同时,能提高电路的稳定性。
附图说明
图1是其中一个实施例中双向升降压转换电路的电路原理图;
图2是其中一个实施例中降压模式下第一开关组工作的电路原理图;
图3是其中一个实施例中降压模式下第二储能模块放电的电路原理图;
图4是其中一个实施例中升压模式下第一储能模块被充电的电路原理图;
图5是其中一个实施例中升压模式下电压输出模块被充电的电路原理图。
附图标记:1、电压输入模块;2、电压输出模块;3、输入端稳压元件;4、输出端稳压元件;5、第一开关组;6、第二开关组;7、第一储能模块;8、第二储能模块。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种双向升降压转换电路,参照图1,其包括电压输入模块1、电压输出模块2、输入端稳压元件3、输出端稳压元件4、第一储能模块7、第二储能模块8以及开关模块。输入端稳压元件3并联在电压输入模块1上,输出端稳压元件4并联在电压输出模块2上。第一储能模块7与第二储能模块8相串联,且第一储能模块7串联在电压输入模块1与电压输出模块2的正极之间,第二储能模块8串联在电压输入模块1与电压输出模块2的负极之间。开关模块对称设置在电压输入模块1以及电压输出模块2之间,并与电压输入模块1以及电压输出模块2电连接,开关模块受控于PWM驱动,用于实现BUCK/BOOST任意切换,且能实现双向电压的升压降压功能,解决多个储能装置之间能量的相互转换、流动。
参照图1,电压输入模块1与电压输出模块2均为直流电源,电压输入模块1与电压输出模块2的正极端相对设置。设定电压输入模块1为DC1,电压输出模块2为DC2。通过对开关模块的通断控制,能将电压输入模块1的直流电压断续地加到电压输出模块2上。或者将电压输出模块2的直流电压断续地加载到电压输入模块1上。通过改变占空比能改变输出电压的平均值。
参照图1,输入端稳压元件3、输出端稳压元件4分别为第一电容器C1与第二电容器C2,第一电容器C1并联在电压输入模块1上,第二电容器C2并联在电压输出模块2上。
参照图1,开关模块工作于PWM驱动,开关模块包括并联有反向二极管的第一开关组5与并联有反向二极管的第二开关组6,第一开关组5串联在电压输入模块1、第一储能模块7、第二储能模块8以及电压输出模块2所形成的串联回路上。具体的,参照图2,第一开关组5包括第一MOSQ1与第二MOS管Q2,第一MOSQ1串联在第一储能模块7与第二储能模块8之间,并处于电压输入模块1与电压输出模块2的正极之间,与第一MOS管Q1并联的反向二极管的阴极连接于电压输出模块2的正极,反向二极管的阳极连接于电压输出模块2的正极。第二MOS管Q2串联在电压输入模块1与电压输出模块2之间,并处于电压输入模块1与电压输出模块2的负极之间,与第二MOSQ2并联的反向二极管的阴极与电压输入模块1的负极相连接,反向二极管的阳极与电压输出模块2的负极相连接。
参照图1,第二开关组6包括对称设置的开关件,开关件包括并联有反向二极管的MOS管或含有体二极管的IGBT,反向二极管与体二极管用于在电压反向时,电流可以在反向二极管或体二极管流过。
在本实施例中,开关件包括并联有反向二极管的第三MOS管Q3与并联有反向二极管的第四MOS管Q4,第三MOS管Q3并联在串联的第一电容器C1与第一储能模块7的两端,与第三MOS管Q3并联的反向二极管的阴极连接于电压输入模块1的正极,反向二极管的阳极连接于电压输入模块1的负极。第四MOS管Q4并联在串联的第二储能模块8与第二电容器C2的两端,与第四MOS管Q4并联的反向二极管的阴极连接于电压输出模块2的正极,反向二极管的阳极连接于电压输出模块2的负极。另外,在本实施例中,对开关件的类型不做限制,但凡所设置的开关件类型能够达到通过PWM驱动工作的效果即可。同时,第一MOSQ1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第四MOS管Q4均为N沟道MOS管。
参照图1,第一储能模块7、第二储能模块8分别为第一电感L1与第二电感L2,第一电感L1串联在电压输入模块1与第一MOSQ1之间,第二电感L2串联在第一MOSQ1与电压输出模块2之间。
本实施例1的实施原理为:参照图2,设定DC1为输入,DC2为输出,则当工作在降压模式时,使PWM驱动第一MOSQ1与相对应的反向二极管工作,此时,第二MOS管Q2、第三MOS管Q3与第四MOS管Q4驱动电压为零。电压输入模块1通过第一MOSQ1的体二极管以及第二MOS管Q2的体二极管与电压输出模块2形成回路,此时,电压输入模块1给第二储能模块8以及电压输出模块2充电。
参照图3,当第一MOSQ1关断时,第二储能模块8对电压输出模块2放电,此时,电压输出模块2的电压逐渐变小、并低于电压输入模块1的电压,即电路处于降压模式。
参照图3,由于电路自身的对称性,可将电压输出模块2作为电压输入方,电压输入模块1作为电压输出方,即,设定DC2为输入,DC1为输出。当DC2为输入、且电路处于降压模式下时,第二MOS管Q2与相对应的反向二极管工作于PWM驱动,此时,第一MOSQ1、第三MOS管Q3与第四MOS管Q4的驱动为零,电压输出模块2给第一储能模块7以及电压输入模块1充电。当第二MOS管Q2关断时,第一储能模块7对电压输入模块1放电。
参照图4,设定DC1为输入,DC2为输出,当需要实现升压模式时,第三MOS管Q3与相对应的反向二极管工作于PWM驱动。并使第一MOSQ1导通,使第二MOS管Q2与第四MOS管Q4处于截止状态时,此时,电压输入模块1对第一储能模块7充电,第二储能模块8也在储能。
参照图5,当第三MOS管Q3关断时,电压输入模块1、第一储能模块7、第二储能模块8对电压输出模块2充电,此时,电压输出模块2的电压高于电压输入模块1的电压,即电路处于升压模式。
同理,由于电路自身的对称性,可将电压输出模块2作为电压输入方,电压输入模块1作为电压输出方,达到升压模式的目的。
通过此方式,便能通过改变驱动方式实现BUCK/BOOST任意切换,并实现双向电压的升压降压功能,解决多个储能装置之间能量的相互转换、流动。
实施例2,与实施例1中的不同之处在于第一开关组5,在本实施例中,第一开关组5(图中未标记)包括含有体二极管的第一IGBTQ1与含有体二极管的第二IGBTQ2,第一IGBTQ1串联在第一储能模块7与第二储能模块8之间,并处于电压输入模块1与电压输出模块2的正极之间,第二IGBTQ2串联在电压输入模块1与电压输出模块2之间,并处于电压输入模块1与电压输出模块2的负极之间。当电压反向,电流可以通过第一IGBTQ1以及第二IGBTQ2的体二极管流过。
本实施例2的实施原理为:可以按照实际情况选择控制第一IGBTQ1或第二IGBTQ2导通或截止,此驱动方式简单,便于操作。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双向升降压转换电路,其特征在于:包括电压输入模块(1)、电压输出模块(2)、输入端稳压元件(3)、输出端稳压元件(4)、第一储能模块(7)、第二储能模块(8)以及开关模块,所述输入端稳压元件(3)并联在电压输入模块(1)上,所述输出端稳压元件(4)并联在电压输出模块(2)上,所述第一储能模块(7)与第二储能模块(8)相串联、且同时串联在电压输入模块(1)与电压输出模块(2)之间,所述开关模块包括第一开关组(5)与第二开关组(6),所述第一开关组(5)串联在电压输入模块(1)、第一储能模块(7)、第二储能模块(8)以及电压输出模块(2)所形成的串联回路上,所述第二开关组(6)包括对称设置的开关件,其中一所述开关件并联在、串联的输入端稳压元件(3)与第一储能模块(7)的两端,另一所述开关件并联在、串联的第二储能模块(8)与输出端稳压元件(4)的两端,所述开关模块工作于PWM驱动。
2.根据权利要求1所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述电压输入模块(1)、电压输出模块(2)均为直流电源,所述电压输入模块(1)与电压输出模块(2)的正极端相对设置。
3.根据权利要求1所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述第一开关组(5)包括并联有反向二极管的第一MOSQ1以及并联有反向二极管的第二MOS管Q2,所述第一MOSQ1串联在第一储能模块(7)与第二储能模块(8)之间、并处于电压输入模块(1)与电压输出模块(2)的正极之间,所述第二MOS管Q2串联在电压输入模块(1)与电压输出模块(2)之间、并处于电压输入模块(1)与电压输出模块(2)的负极之间,所述反向二极管用于在电压反向时,电流可以在反向二极管流过。
4.根据权利要求1或2所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述第一开关组(5)包括含有体二极管的第一IGBTQ1与含有体二极管的第二IGBTQ2,所述第一IGBTQ1串联在第一储能模块(7)与第二储能模块(8)之间、并处于电压输入模块(1)与电压输出模块(2)的正极之间,所述第二IGBTQ2串联在电压输入模块(1)与电压输出模块(2)之间、并处于电压输入模块(1)与电压输出模块(2)的负极之间,所述体二极管用于在电压反向时,电流可以在体二极管流过。
5.根据权利要求1所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述开关件包括并联有反向二极管的MOS管或含有体二极管的IGBT,所述反向二极管与体二极管用于在电压反向时,电流可以在反向二极管或体二极管流过。
6.根据权利要求1或5所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述开关件包括第三MOS管Q3与第四MOS管Q4,所述第三MOS管Q3并联在、串联的输入端稳压元件(3)与第一储能模块(7)的两端,所述第四MOS管Q4并联在、串联的第二储能模块(8)与输出端稳压元件(4)的两端。
7.根据权利要求1所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述输入端稳压元件(3)、输出端稳压元件(4)分别为第一电容器C1与第二电容器C2,所述第一电容器C1并联在电压输入模块(1)上,所述第二电容器C2并联在电压输出模块(2)上。
8.根据权利要求3所述的一种双向升降压转换电路,其特征在于:所述第一储能模块(7)、第二储能模块(8)分别为第一电感L1与第二电感L2,所述第一电感L1串联在电压输入模块(1)与第一MOSQ1之间,所述第二电感L2串联在第一MOSQ1与电压输出模块(2)之间。
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CN202120894308.0U CN214544121U (zh) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 一种双向升降压转换电路 |
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CN202120894308.0U Active CN214544121U (zh) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 一种双向升降压转换电路 |
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