[发明专利]UPS隔离型双向直流变换器

说明书

技术领域

本申请属于UPS领域，尤其涉及UPS隔离型双向直流变换器。

背景技术

在以往的后备或者在线小功率（3KW以下）的UPS中，直流变换器都是以推挽单向升压拓扑为主，此拓扑是将较低的电池(作为后备电源)电压升到所需要的直流母线电压，然后再转为后级的逆变输入。在以往的推挽电路中，只是能量单向传输，反过来却无法对电池有效地充电，从而此拓扑需要增加外置的充电器，而外置的充电器一般采用FLYBACK电路，导致充电功率做不大，充电电流也偏小，如果需要更大的充电电流，就必须并联几块同样充电器，成本高，体积大，稳定性也不好，因此，使用原有的带推挽电路的直流变换器，缺点是元件多，总体成本高。由于推挽电路只用于把直流转换成交流，并不用作把交流转换成直流，故如果以不接外置的充电器的方式实现能量双向传输，就需要在变压器两侧均采用全桥电路，或者变压器低压侧采用全桥电路且高压侧采用半桥电路，导致结构复杂，成本高。

发明内容

本申请的目的是给出结构简单，实现成本低的UPS隔离型双向直流变换器。

发明人发现，在UPS隔离型双向直流变换器中，一直只被用于把后备电源的直流电转换成交流电的推挽电路其实也可以用于让后备电源接受变压器低压绕组的交流充电。

在此思路下，给出UPS隔离型双向直流变换器，其特征是：

包括内置有开关管控制单向通断的推挽电路和半桥电路；

包括变压器，其低压绕组经推挽电路接到后备电源，其高压绕组经半桥电路接到直流母线电容；

通过导通推挽电路的开关管并关断半桥电路的开关管，实现后备电源向直流母线电容升压放电；

通过关断推挽电路的开关管并导通半桥电路的开关管，实现后备电源被直流母线电容降压充电。

推挽电路作双向使用，这就不仅能把较低的电池电压升到所需的直流母线电压，再转为后级的逆变输入，反过来，还可以把变压器高压侧的能量传递给后备电源，从而实现对后备电源充电，达成能量双向变换的功能，而且两个方向的能量转换可为同样的功率。在变压器的低压侧，推挽电路作双向使用，此处无须均采用全桥电路，结构简单，实现成本低。

推挽电路和/或半桥电路的开关管处可以仅利用开关管自身的寄生二极管让充电电流/放电电流通过，也可以用反向二极管并联推挽电路和/或半桥电路的开关管以使充电电流/放电电流通过。

进一步地，在变压器高压侧串接有续流电感以保持电流平稳。

附图说明

图1是UPS隔离型双向直流变换器的电路图。

图2是另一UPS隔离型双向直流变换器的电路图。

图3显示图1的升压开关周期工作状态一。

图4显示图1的升压开关周期工作状态二。

图5显示图1的升压开关周期工作状态三。

图6显示图1的升压开关周期工作状态四。

图7显示图1的降压开关周期工作状态一。

图8显示图1的降压开关周期工作状态二。

图9显示图1的降压开关周期工作状态三。

图10显示图1的降压开关周期工作状态四。

具体实施方式

UPS隔离型双向直流变换器如图1。变压器的原边绕组L1和L2是低压绕组，其经推挽电路接到作为后备电源的电池，推挽电路内置有开关管Q1和Q2控制单向通断；变压器的副边绕组L3是高压绕组，其经半桥电路接到直流母线电容C1和C2，半桥电路内置有开关管Q3和Q4控制单向通断。

通过轮流导通推挽电路的开关管Q1和Q2，并且关断半桥电路的开关管Q3和Q4，实现后备电源向直流母线电容升压放电。首先开关管Q1导通Q2关断，电流流向如图3所示，电流从电池正极流出，经原边绕组L1和开关管Q1回到电池负极，形成回路。由于变压器原边绕组L1的2脚连电池正极，根据变压器绕组的同名端关系，变压器2脚和6脚是同名端，故变压器副边绕组L3的6脚电压为正极，副边绕组L3通过寄生二极管D4和续流电感L向直流母线电容C2放电。

然后开关管Q1关断Q2关断，此时续流电感L的电流还是8脚流向7脚，电流流向如图4所示，副边绕组L3通过寄生二极管D4和续流电感L向直流母线电容C2放电。