[发明专利]DC-DC转换器，包括DC-DC转换器的供电系统以及用于控制DC-DC转换器的方法

说明书

本发明涉及一种DC‑DC转换器(10)，包括与DC源(B)可连接的第一DC端口(10A)、具有与DC母线(4)可连接的正端子(PT)、中点端子(MT)和负端子(NT)的第二DC端口(10B)、连接在正端子(PT)和中点端子(MT)之间的第一电容器(C1)、以及连接在中点端子(MT)和负端子(NT)之间的第二电容器(C2)。DC‑DC转换器(10)包括第一开关电路(20)、第二开关电路(40)和连接在第一开关电路(20)和第二开关电路(40)之间的谐振电路(30)。第二开关电路(40)包括连接在第二DC端口(10B)的正端子(PT)和第一节点(41)之间的第一开关(Q1)、连接在第一节点(41)和第二DC端口(10B)的中点端子(MT)之间的第二开关(Q2)、连接在所述第二DC端口(10B)的中点端子(MT)和第二节点(42)之间的第三开关(Q3)、以及连接在第二节点(42)和第二DC端口(10B)的负端子(NT)之间的第四开关(Q4)。

技术领域

本发明涉及一种用于将电力从两端子DC母线传输至三端子DC母线的DC-DC转换器。本发明还涉及一种具有这种DC-DC转换器的供电系统。本发明还涉及一种用于控制这种DC-DC转换器的方法。

背景技术

图1中的虚线框示出了现有技术的AC-UPS转换器1(交流-不间断电源)，包括AC-DC转换器2、逆变器3(DC-AC转换器)和DC-DC转换器10。当需要向诸如电信无线电基站或者数据/电信网络中支持数据存储和数据传输的服务器等关键负载提供可靠的AC供应时，会用到AC-UPS。

AC-UPS转换器1需要至少三个端口2A、3A、10A，用于将能量路由到关键负载L。一个端口2A包括到AC市电(图1中三相400Vac)的连接，第二个端口3A包括到AC负载L(图1中一相230Vac)的连接，第三个端口10A包括到DC电池B(图1中-48Vdc，即正端子接地的48V电池)的连接。

通常，AC-UPS包括AC-UPS转换器1和一个电池B以及其他设备(机架、机柜、冷却风扇等)。因此，如图1所示，电池B未被定义为AC-UPS转换器1的一部分。

期望的是在市电故障的情况下，实现从AC电网到DC电池(或者相反)的无缝转换，而不影响对关键AC负载的供电。

图1中，所有三个转换器皆与具有三个端子的中间DC母线4连接，正端子PT为+400V，中点端子为0V，负端子NT为-400V。此设计可被配置来实现AC-UPS转换器1的市电端子和电池端子之间的电力流的无缝转变。

现在将更详细地描述UPS如何在正常运行中的工作。在正常运行中，AC市电是能量的来源S，能量流可描述如下。从AC市电汲取的电流经由输入AC-DC转换器2调节，以遵循AC市电电压的正弦形状和相位，并因此提供了所谓的功率因数校正，该输入级通常被称为功率因数转换器PFC。PFC的输出是提供给中间DC母线4的中间且已调节的DC电压。就本发明感兴趣的情况而言，该中间DC电压被分成三个电平。DC-AC转换器3将该中间DC电压转换成关键负载L可以连接的已调节的正弦AC电压。在图1的示例中，DC-AC转换器是三电平DC到单相AC的逆变器。DC-DC转换器10连接在中间DC母线4与电池B之间。

现在描述在AC市电出现故障的情况下，换言之，当AC市电的质量由于干扰、频率变化而变差，或者严重变形时，UPS如何工作。在这种情况下，电池B成为负载的能量来源。电池B提供DC电压，DC-DC转换器10提供从DC电池电压到中间DC母线电压的转换。DC-DC转换器10将来自电池的电流调节为平坦的DC电流，AC波纹尽可能小。DC-DC转换器10还提供中间DC母线的调节。如上所述，中间DC电压被分成三个电平。这意味着DC-DC应具有调节两个独立电压即正电压电平和负电压电平的能力。由于中间DC母线电压被输入至逆变器3，中间DC母线电压的质量将影响关键负载连接的已调节的正弦AC电压的质量。