[发明专利]谐振式双向变换器及不间断电源装置、及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术，尤其涉及一种谐振式双向变换器及不间断电源装置、及控制方法。

背景技术

典型的不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）系统包括输入端转换器和输出端转换器，输入端转换器将市电或可再生能源（如太阳能电池板）输入的交流（Alternating Current，AC）或直流（Direct Current，DC）电压转换成稳定可控的直流母线电压即UPS高压电容两端的电压，再通过输出端转换器将直流母线电压转换成可控的DC或AC电压，提供给关键负载。其中，直流母线（即储藏能量容器，其实体为高压电容）一端连着UPS输入端转换器，另一端连着输出端转换器。

为提高供电可靠性，在直流母线上并有高电压电池，如果输入端转换器掉电，则由并在直流母线上的高压电池继续为输出端转换器提供能量，保证了关键负载的不间断供电。

当上述电池电压与直流母线电压不同时，需要在电池电压与直流母线电压之间增加变换器。例如，在通信领域等一些低电池电压的应用场合，直流母线电压较高，如几百伏，而通信机房的电池电压通常为48V，就需要在电池与母线之间增加一个双向变换器，当市电掉电时，双向变换器将48V电池的电压升到UPS直流母线需要的直流高压（如400V），继续保证为关键负载不间断供电；在市电输入正常时，通过双向变换器将市电降压，以给电池充电，同时通过输出端变换器给关键负载供电。

目前，单相串联谐振式变换器是一种常用的高效双向变换器。由于该双向转换器基于串联谐振变换器原理，因此存在电池侧的电容纹波电流大的缺点。为了消除电池侧的电容纹波电流，无论是从电池侧的电容到直流母线侧的电容的升压，还是从直流母线侧的电容到电池侧的电容的降压，这两个电容都需要并联较大容量的电容，导致滤波器体积变大，特别是在中大功率等级应用时，由于低压侧的纹波电流问题会变得更突出，因而，需要并联更大容量的电容，导致滤波器体积大得将不利于电源的高密度设计。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种谐振式双向变换器及不间断电源装置、及控制方法，以减小了低压侧的电容纹波电流。

本发明的第一个方面提供一种谐振式双向变换器，包括：滤波电容、三个原边桥臂、谐振腔、三个变压器、三个副边桥臂；

每个所述原边桥臂的两端分别与母线电容的两端相连，每个所述原边桥臂包括同向串联的两个半导体开关管，位于所述原边桥臂的同向串联的两个半导体开关管之间的任一连接点为第一连接点；

所述谐振腔包括三个电感电容电路，三个所述电感电容电路的一端分别一对一地与三个所述原边桥臂的所述第一连接点连接，三个所述电感电容电路的另一端分别一对一地与三个所述变压器的原边连接；

每个所述副边桥臂的两端分别与所述滤波电容的两端相连，每个所述副边桥臂包括同向串联的两个半导体开关管，位于所述副边桥臂的同向串联的两个半导体开关管之间的任一连接点为第二连接点；

三个所述变压器的副边分别一对一地连接三个所述副边桥臂的所述第二连接点，所述变压器的原边绕组同名端为星型连接且悬空，所述变压器的副边绕组同名端为星型连接且悬空。

根据本发明实施例的谐振式双向变换器，通过采用三相交错并联谐振技术的谐振腔，克服了谐振变换器纹波电流大的固有缺点，有效减小了低压侧的电容（即滤波电容）纹波电流，进而减少了滤波电容的体积，提升了电源的功率密度。

结合第一个方面，在第一种可能的实现方式中，所述半导体开关管为下列之一：

金属氧化物场效应晶体管、双向可控金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、可关断晶闸管、二极管。

结合第一个方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述每个所述原边桥臂的同向串联的两个半导体开关管的连接方式为：

若两个所述半导体开关管为金属氧化物场效应晶体MOSFET管，则一个所述金属氧化物场效应晶体MOSFET管的源极与另一个所述金属氧化物场效应晶体MOSFET管的漏极连接；或者，

若两个所述半导体开关管为绝缘栅双极晶体IGBT管，则一个所述绝缘栅双极晶体管IGBT的发射极与另一个所述绝缘栅双极晶体IGBT管的集电极连接。

结合第一个方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述每个所述副边桥臂的所述同向串联的两个半导体开关管的连接方式为：