[发明专利]一种不间断电源和DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及不间断电源技术领域，特别涉及一种不间断电源(UPS，Uninterrupted Power Supply)和直流转直流(DC-DC，Direct Current-Direct Current)变换器。 

背景技术

在线式UPS已经广泛应用于各种供电场合，这种UPS电路一般包括三部分： 

第一部分，是交流转直流的交直流转换电路，即整流电路； 

第二部分，是直流转交流的逆变电路； 

第三部分，是将电池电压转换成第二部分逆变电路所需直流电压的直流转直流电路； 

UPS充电器是为第三部份中的UPS挂接的电池充电的一种充电装置。 

目前UPS充电器的设计上，一般采用两种方式： 

一种是采用隔离方式，如常用的反激、正激或其它隔离电路作为充电电路，这种方式隔离变换体积较大，成本相对较高。 

另一种是采用非隔离方式，如常用的单BUCK电路、双BUCK电路或BUCK三电平电路。 

UPS挂接的电池是与主电路拓扑密切相关的，为了提高效率，降低成本，挂接的电池与主电路融合在一起，因此UPS充电器常采用非隔离方式。 

下面结合附图介绍现有技术中的非隔离方式的UPS充电器。其中图1、图2、图3中的正母线BUS+、负母线BUS-、N线为整流电路的输出端。 

参见图1，该图为现有技术中单BUCK拓扑的UPS充电器电路图。 

如图1所示，该拓扑的输入为BUS+和BUS-。 

该拓扑的工作原理为：当开关管Q1导通时，电流流向为(BUS+)-Q1-L1-BAT-(BUS-)，BUS+和BUS-经过L1给BAT充电，L1同时储能；当Q1截止时，电流流向为L1-BAT-(BUS-)-D1，L1释放能量给BAT充电。 

这种拓扑的缺点是：输入连接BUS+和BUS-，输入电压较高，造成BUCK 拓扑中的器件选型耐压较高，这样造成成本较高，损耗较大，效率低。 

参见图2，该图为现有技术中双BUCK拓扑的UPS充电器电路图。 

双BUCK拓扑是两个单BUCK拓扑叠加在一起。该UPS充电器包括两个电池BAT1和BAT2。 

如图2所示，该拓扑的输入为BUS+、BUS-和N线。 

该拓扑的工作原理为： 

1)在电网电压的正半周，第二开关管Q2断开，第一开关管Q1工作； 

Q1导通时，电流流向为(BUS+)-Q1-L1-BAT1-N，BUS+经过L1给BAT1充电，L1同时储能； 

Q1截止时，电流流向为L1-BAT1-N-D1，L1释放能量给BAT1充电。 

2)在电网电压的负半周，Q1断开，Q2工作； 

Q2导通时，电流流向为N-BAT2-L2-Q2-(BUS-)，BUS-经过L1给BAT2充电，L2同时储能； 

Q2截止时，电流流向为N-BAT2-L2-D2，L2释放能量给BAT2充电。 

这种拓扑的相比单BUCK的优点是：输入连接BUS+、BUS-和N线，输入电压低，BUCK拓扑中的器件可以选择耐压低的器件；但是这种拓扑的缺点是：需要两套BUCK电路，器件多，电池也需要两组(BAT1和BAT2)，成本较高；此外，BUS电压较低时，无法满足给电池充电的需求，例如，当单边BUS(BUS+与N线之间，或BUS-与N线之间)的电压低于电池的电压时，便无法给电池充电。 

参见图3，该图为现有技术中BUCK三电平拓扑的UPS充电器电路图。 

如图3所示，该拓扑的输入为BUS+、BUS-和N线。 

该拓扑的工作原理为： 

1)在电网电压的正半周，第二开关管Q2断开，第一开关管Q1工作。 

Q1导通时，电流流向为(BUS+)-Q1-L1-BAT-D2-N，BUS+经过L1给BAT充电，L1同时储能； 

Q1截止时，电流流向为L1-BAT-D2-D1，L1释放能量给BAT充电。 

2)在电网电压的负半周，Q1断开，Q2工作。 

Q2导通时，电流流向为N-D1-L1-BAT-Q2-(BUS-)，BUS-经过L1给 BAT充电，L1同时储能； 

Q2截止时，电流流向为L1-BAT-D2-D1，L1释放能量给BAT充电。 

该拓扑的缺点是：BAT的负端连接Q2，这样易受到Q2高频开关波的干扰，N线也存在高频开关波的干扰。这样将影响电池的性能和整个电路的电磁兼容性能。