CN214544121U - 一种双向升降压转换电路 - Google Patents

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

一种双向升降压转换电路

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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