CN102868198A - Ups备用电源升压和充电复用电路 - Google Patents

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胡高宏
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Abstract

UPS备用电源升压和充电复用电路，属于UPS领域，其特征是：包括内置有开关管控制单向通断的推挽电路和全桥电路；包括变压器，其低压绕组经推挽电路接到后备电源，其高压绕组经全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全桥电路的开关管，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全桥电路的开关管，实现后备电源被直流母线电容降压充电。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。

Description

UPS备用电源升压和充电复用电路
技术领域
本申请属于UPS领域，尤其涉及UPS备用电源升压和充电复用电路。
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，导致结构复杂，成本高。
发明内容
本申请的目的是给出能够实现能量双向传输且结构简单，实现成本低的UPS备用电源升压和充电复用电路。
发明人发现，在UPS备用电源升压和充电复用电路中，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备用电源升压和充电复用电路，其特征是：
包括内置有开关管控制单向通断的推挽电路和全桥电路；
包括变压器，其低压绕组经推挽电路接到后备电源，其高压绕组经全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全桥电路的开关管，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全桥电路的开关管，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/或全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/或全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备用电源升压和充电复用电路的电路图。
图2显示图1的升压开关周期工作状态一。
图3显示图1的升压开关周期工作状态二。
图4显示图1的升压开关周期工作状态三。
图5显示图1的升压开关周期工作状态四。
图6显示图1的降压开关周期工作状态一。
图7显示图1的降压开关周期工作状态二。
图8显示图1的降压开关周期工作状态三。
图9显示图1的降压开关周期工作状态四。
具体实施方式
UPS备用电源升压和充电复用电路如图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，其经全桥电路接到直流母线电容C1，全桥电路内置有开关管Q3、Q4、Q5和Q6控制单向通断。
通过轮流导通推挽电路的开关管Q1和Q2，并且关断全桥电路的开关管Q3、Q4、Q5和Q6，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2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、D5和续流电感L向直流母线电容C1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3，副边绕组L3通过寄生二极管D4、D5和续流电感L向直流母线电容C1放电。
然后开关管Q2导通Q1关断，电流流向如图4所示，电流从电池正极流出，经原边绕组L2和开关管Q2回到电池负极；由于变压器原边绕组L2的3脚连电池正极，根据变压器绕组的同名端关系，变压器3脚和5脚是同名端，故变压器副边绕组L3的5脚电压为正极，故副边绕组L3通过续流电感L和寄生二极管D3、D6向直流母线电容C1放电。
然后开关管Q1关断Q2关断，此时续流电感L上的电流仍为7脚流向8脚，电流流向如图5所示，副边绕组L3通过续流电感L和寄生二极管D3、D6向直流母线电容C1放电。
上文为正极向的升压部分，后备电源向直流母线电容升压放电，构成一个完整的开关周期。下文为降压部分，后备电源被直流母线电容降压充电。
通过轮流导通全桥电路的开关管Q3、Q4、Q5和Q6，并且关断推挽电路的开关管Q1和Q2，实现后备电源被直流母线电容降压充电。首先开关管Q3、Q6导通Q4、Q5关断，电流流向如图6所示，电流从直流母线电容C1的正极经过开关管Q3、续流电感L、副边绕组L3和开关管Q6流回直流母线电容C1的负极，形成回路，此时直流母线电容C1释放能量。由于变压器副边绕组L3的5脚电压为正极，根据变压器绕组的同名端关系，变压器5脚和3脚是同名端，故变压器原边绕组L2的3脚为电压正极，因此变压器原边绕组L2通过开关管Q2内部的寄生二极管对电池充电。
然后开关管Q3、Q4、Q5和Q6关断，由于续流电感L电流方向不变，电流流向如图7所示，电流还是从续流电感L经过副边绕组L3，连同直流母线电容C1和寄生二极管D4、D5形成回路，从而让直流母线电容C1补充能量。
然后开关管Q4、Q5导通Q3、Q6关断，电流流向如图8所示，电流由直流母线电容C1的正极经过开关管Q5、续流电感L、变压器副边绕组L3和开关管Q4流回直流母线电容C1的负极，形成回路，此时直流母线电容C1释放能量。由于变压器副边绕组L3的6脚电压为正极，根据变压器绕组的同名端关系，变压器6脚和2脚为同名端，故变压器原边绕组L1的2脚为电压正极，因此变压器原边绕组L1通过开关管Q1内部的寄生二极管对电池充电。
然后开关管Q3、Q4、Q5和Q6关断，由于续流电感L电流方向不变，电流流向如图9所示，电流还是从续流电感L经过副边绕组L3，连同直流母线电容C1和寄生二极管D3、D6形成回路，同时实现对直流母线电容C1补充能量。至此构成后备电源被直流母线电容降压充电的一个完整的开关周期。
对于推挽电路和/或全桥电路的开关管，如果开关管内部的寄生二极管让充电电流/放电电流通过的效果不好，则可以用反向二极管并联开关管以使充电电流/放电电流通过。

Claims (6)

1.UPS备用电源升压和充电复用电路，其特征是：
包括内置有开关管控制单向通断的推挽电路和全桥电路；
包括变压器，其低压绕组经推挽电路接到后备电源，其高压绕组经全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全桥电路的开关管，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全桥电路的开关管，实现后备电源被直流母线电容降压充电。
2.根据权利要求1所述的UPS备用电源升压和充电复用电路，其特征是，推挽电路的开关管处仅利用开关管自身的寄生二极管让充电电流通过。
3.根据权利要求1所述的UPS备用电源升压和充电复用电路，其特征是，有反向二极管并联推挽电路的开关管以使充电电流通过。
4.根据权利要求1所述的UPS备用电源升压和充电复用电路，其特征是，全桥电路的开关管处仅利用开关管自身的寄生二极管让充电电流通过。
5.根据权利要求1所述的UPS备用电源升压和充电复用电路，其特征是，有反向二极管并联全桥电路的开关管以使放电电流通过。
6.根据权利要求1所述的UPS备用电源升压和充电复用电路，其特征是，在变压器高压侧串接有续流电感。
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