CN116613981A - 功率因数修正与dc-dc复用变换器及包括其的不间断电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率因数修正与DC‑DC复用变换器以及包括其的不间断电源，复用变换器包括复用桥臂和电池挂接桥臂。电池供电时，变换器控制所述电池的正极或负极中的一个电极交替连接到所述中性点和所述正、负直流母线之中与所述电极同极性的一个，从而使得所述电池的所述电极的电平跟随所述正、负直流母线交替供电而同步交替升降；或者控制所述电池的正极或负极中的一个电极恒定连接所述中性点。本发明的电流变换器的电池充放电电位跳变更少，集成度更高，成本更低，电磁兼容特性更好，更适用于单电池不间断电源***。

Description

功率因数修正与DC-DC复用变换器及包括其的不间断电源
技术领域
本发明涉及电子电力领域，具体涉及一种功率因数修正与DC-DC复用变换器及包括其的不间断电源。
背景技术
不间断电源用于在市电供电非正常状态下瞬时地切换到由电池对负载提供持续电力，以保护负载免受市电供电中断的损害，因此被广泛地应用于工业、商业及消费领域。目前不间断电源一个具有较高关注度的发展方向是使得电池数量减少(例如设计为单电池)、电池电压降低并且在电池电路中避免引入中线。这类不间断电源中一般包括将交流输入端输入的交流电转换为直流电的AC-DC功率因数控制(PFC)电路，对电池进行充电的电路以及从电池放电的DC-DC电路。针对单电池的不间断电源，目前行业内存在两种设计方向，第一种为单独设计上述AC-DC功率因数控制电路和用于电池放电的DC-DC电路，显而易见的是，这样设计的不间断电源体积庞大，成本增加；第二种设计方案将AC-DC功率因数控制(PFC)电路与电池放电DC-DC电路复用以减少功率器件数量并减小体积。
图1是现有技术中常用的一种针对单电池的不间断电源的AC-DC功率因数控制(PFC)电路与电池放电DC-DC电路复用电路11的示意图。如图1所示，其采用双升压(BOOST)电路拓扑，当处于市电模式时，直流开关K11和K12断开以将电池B与市电隔离，交流市电通过对正边开关管Q11和负边开关管Q12的脉宽调制执行功率因数控制，因此将直流电输出到正直流母线101和负直流母线102。当市电失效并处于电池模式时，直流开关K11和K12闭合以由电池B供电到正直流母线101和负直流母线102。在将直流电提供到正负直流母线的过程中，该电路拓扑的正负半边交替工作，例如当对正直流母线101充电时，正边开关管Q11受控进行脉宽调制，负边开关管Q12一直处于导通状态；当对负直流母线102充电时，负边开关管Q12受控进行脉宽调制，正边开关管Q11一直处于导通状态。这样的拓扑设计存在以下缺陷：针对该单电池B，当处于电池模式时，连接到电池B的正负极的线路均存在电位高频跳变，因此电磁兼容性(EMC)较差，因此需要使用两个钳位二极管D13和D14。增加该二极管后，在电池模式下，两个电感L11和L12在所述正负半边交替工作状态下一直会有电流流过。
图2示例性地示出了图1所示电路在正负半边充电时的脉宽调制控制信号以及对应器件的电流波形。虚线范围示出了正半边的工作情形，其中正边开关管Q11受控进行脉宽调制，负边开关管Q12被控制为导通状态，电感L11上的电流为三角波电流，电感L12上的电流为基本恒定的直流续流电流。可见在该电池模式下两个电感的发热会非常严重，只能被迫增大电感体积，缺陷十分严重。另外，这样的双BOOST电路拓扑包括一个整流桥和两个电感，在市电模式下的转换效率也并不高。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种功率因数修正与DC-DC复用变换器，其包括复用桥臂和电池挂接桥臂，其中所述复用桥臂包括：
第一电感，其中所述第一电感的第一端选择性地连接到市电或电池；
连接在所述第一电感的第二端和中性点之间的反向串联的第一开关管和第二开关管；
用于输出直流电力的正、负直流母线，以及分别连接在所述正、负直流母线和所述中性点之间的第一电容和第二电容；
第一二极管和第三开关管，所述第一二极管的阳极和所述第三开关管的第一端连接到所述第一电感的第二端，所述第一二极管的阴极和所述第三开关管的第二端分别连接到所述正、负直流母线；
所述电池挂接桥臂连接在所述电池和所述复用桥臂之间以控制所述电池交替供电到所述正、负直流母线；以及
其中，所述功率因数修正与DC-DC复用变换器控制所述电池的正极或负极中的一个电极交替连接到所述中性点和所述正、负直流母线之中与所述电极同极性的一个，从而使得所述电池的所述电极的电平跟随所述正、负直流母线交替供电而同步交替升降；或者控制所述电池的正极或负极中的一个电极恒定连接所述中性点。
优选地，当电池挂接桥臂连接到所述电池的负极且由所述电池供电时，所述电池挂接桥臂将所述电池的负极交替连接到所述中性点和所述负直流母线；当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的正极且由所述电池供电时，所述电池的负极直接连接所述中性点；以及
所述功率因数修正与DC-DC复用变换器被设置为，在所述电池供电的正半周：
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂与所述电池形成直接回路时，所述第一电感储能，
当所述第一电感通过所述第一电容和所述电池挂接桥臂与所述电池形成回路时，所述电感和所述电池对所述第一电容充电；以及
在所述电池供电的负半周：
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂与所述电池形成直接回路时，所述第一电感储能，
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂与所述第二电容和所述电池形成回路时所述电感和所述电池对所述第二电容充电，或者当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂仅与所述第二电容形成回路时，所述电感对所述第二电容充电。
优选地，所述电池挂接桥臂包括：
第二二极管与第四开关管，其中，所述第二二极管的阳极连接到所述负直流母线，其阴极连接到所述电池的负极；所述第四开关管的第一端连接到中性点，其第二端连接到所述第二二极管的阴极与所述电池的负极之间形成的节点。
优选地，所述变换器被设置为：
在所述电池供电的正半周，由所述第一开关管和第二开关管中的所述电流导通方向与所述复用桥臂中的电流方向相同的开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第一电容充电，由所述第四开关管将所述电池的负极和所述中性点连接；
在所述电池供电的负半周，由所述第三开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第二电容充电，由所述第二二极管将所述电池的负极和所述负直流母线连接。
优选地，所述第一开关管的第一端连接到所述二开关管的第一端，所述第一开关管的第二端连接到所述第一电感的第二端，所述第二开关管的第二端连接到所述中性点，其中，在所述电池供电的正半周由所述第二开关管执行所述脉宽调制。
优选地，在所述复用桥臂中，所述第一开关管的第二端连接到所述第二开关管的第二端，所述第一开关管的第一端连接到所述第一电感的第二端，所述第二开关管的第一端连接到所述中性点；以及
由第三二极管替代所述第三开关管，使得所述第三二极管的阴极连接到所述第一二极管的阳极，所述第三二极管的阳极连接到所述负直流母线。
优选地，所述电池挂接桥臂包括：
第五开关管与第六开关管，其中所述第五开关管的第一端连接到所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第二端之间形成的节点，其第二端连接到所述电池负极；
所述第六开关管的第一端连接到所述电池负极和所述第五开关管的第二端之间的节点，其第二端连接到所述负直流母线。
优选地，所述变换器被设置为
在所述电池供电的正半周，由所述第一开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第一电容充电，由所述第二和第五开关管将所述电池的负极和所述中性点连接；
在所述电池供电的负半周，由所述第五开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第二电容充电，由所述第六开关管将所述电池的负极和所述负直流母线连接。
优选地，在所述复用桥臂中，由第四二极管替代所述第三开关管，使得所述第四二极管的阴极连接到所述第一二极管的阳极，所述第四二极管的阳极连接到所述负直流母线；以及
所述电池挂接桥臂包括：第七开关管和第五二极管，其中
所述第七开关管的第一端连接到所述电池的正极，其第二端连接到所述第一电感，所述第七开关管受其控制端控制以使得电流能够由其第一端流向第二端或者截止；以及所述第七开关管由所述第一端到所述第二端反向并联有二极管；
所述第五二极管的阴极连接到所述第七开关管的第二端与所述第一电感之间形成的节点，其阳极连接到所述负直流母线；以及
所述电池负极连接到所述中性点。
优选地，所述变换器被设置为
在所述电池供电的正半周，由所述第一开关管和第二开关管中的所述电流导通方向与所述复用桥臂中的电流方向相同的开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第一电容充电；
在所述电池供电的负半周，由所述第七开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第二电容充电。
优选地，所述第一开关管至第七开关管中的每一个受其控制端控制以使得电流导通方向由其第一端流向第二端或者截止；以及所述第一开关管至第七开关管中的每一个由所述第一端到所述第二端反向并联有二极管。
优选地，所述第一至第七开关管为绝缘栅双极型晶体管，其中所述开关管的第一端为集电极，所述开关管的第二端为发射极。
优选地，所述电池挂接桥臂由权利要求1-10中任一项所述的电池挂接桥臂镜像地从所述负直流母线替换连接到所述正直流母线，其中
当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的正极且由所述电池供电时，所述电池挂接桥臂将所述电池的正极交替连接所述中性点和所述正直流母线；当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的负极且由所述电池供电时，所述电池的正极直接连接所述中性点。
优选地，所述第一开关管至第七开关管中的至少一个为金氧半场效晶体管或可控硅。
本发明的第二方面提供一种不间断电源，其包括：
如本发明的第一方面任一项所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其中所述电池为单个可充电电池，以及
控制模块，所述控制模块用于控制所述第一至第七开关管的通断状态。
优选地，所述不间断电源被设置为：在市电供电第一极性半周，所述复用桥臂对市电输入的交流电进行功率因数修正、整流并充电到第一极性直流母线；在市电供电第二极性半周，所述复用桥臂对市电输入的交流电进行功率因数修正、整流并充电到第二极性直流母线；
在所述可充电单电池供电的第一极性半周，所述复用桥臂将所述可充电单电池输入的直流电升压充电到第一极性直流母线，所述可充电单电池的第二极性端和所述中性点连通；在所述可充电单电池供电的第二极性半周，所述复用桥臂将所述可充电单电池输入的直流电升压以充电到所述第二极性直流母线，所述电池的第二极性端和所述第二极性直流母线连通；或者，所述电池的第二极性端在所述第一极性半周和第二极性半周均与所述中性点连通。
本发明的电流变换器及包括其的不间断电源采用电池充放电电位跳变更少的复用电路设计，集成度更高，成本更低，电磁兼容特性更好，更适用于单电池不间断电源***。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是现有技术中常用的一种针对单电池的不间断电源的AC-DC功率因数控制(PFC)电路与电池放电DC-DC电路复用电路的示意图。
图2示出了图1所示电路在正负半边充电时的脉宽调制控制信号以及对应器件的电流波形。
图3示出了根据本申请一个优选实施例的不间断电源的PFC与DC-DC复用电路连接到单相交流电源AC或者电池的示意图。
图4a和图4b分别示出了图3所示实施例的电池模式正半周期的电池对电感储能(图4a)以及电感对正直流母线充电过程(图4b)对应的等效电路示意图。
图5a和图5b分别示出了图3所示实施例的电池模式负半周期的电池对电感储能(图5a)以及电感对负直流母线充电过程(图5b)对应的等效电路示意图。
图6示出了根据本申请另一个优选实施例的不间断电源的PFC与DC-DC复用电路连接到单相交流电源AC或者电池的示意图。
图7a和图7b分别示出了图6所示实施例的上述电池模式的正半周期的电池对电感储能(图7a)以及电感对正直流母线充电过程(图7b)对应的等效电路示意图。
图8a和图8b分别示出了图6所示实施例的上述电池模式负半周期的电池对电感储能(图8a)以及电感对负直流母线充电过程(图8b)对应的等效电路示意图。
图9示出了根据本申请另一个优选实施例的不间断电源的PFC与DC-DC复用电路连接到单相交流电源AC或者电池的示意图。
图10a和图10b分别示出了图6所示实施例的电池模式的正半周期的电池对电感储能(图10a)以及电感对正直流母线充电过程(图10b)对应的等效电路示意图。
图11a和图11b分别示出了图6所示实施例的上述电池模式负半周期的电池对电感储能(图11a)以及电感对负直流母线充电过程(图11b)对应的等效电路示意图。
图12至图14分别示出了图3、图6和图9所示实施例的变形。
图15是根据本发明的另一个优选实施例的具有单电池的不间断电源的电流变换电路的示意性电路图。
图16a和图16b示出了市电模式下的图15所示电流变换电路正半周电流方向示意图。
图17a和图17b示出了市电模式下的图15所示电流变换电路负半周电流方向示意图。
图18a和图18b分别示出了图15所述电流变换电路40在电池模式正半周内电感储能过程(图18a)以及电感与电池对正直流母线供电过程(图18b)对应的等效电路示意图。
图19a和图19b分别示出了图15所述电流变换电路40在电池模式负半周内电感储能过程(图19a)以及电感与电池对正直流母线供电过程(图19b)对应的等效电路示意图。
图20至图22示出了图15所示的电流变换电路40的其他变形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。下文中举例示出了各种AC-DC功率因数控制(PFC)电路与电池放电DC-DC电路的复用变换器电路(以下简称为PFC与DC-DC复用电路)，以及包括该复用变换器电路的单电池不间断电源电路的各种优选实施例。
需要说明的是，为了突出叙述重点，在本发明各个实施例中均未详细说明对开关管的栅极施加控制信号以执行脉宽调制的控制模块。基于本文的教导，本领域技术人员将容易明白如何实现该控制模块。
实施例1
图3示出了根据本申请一个优选实施例的不间断电源的功率因数修正(PFC)与DC-DC复用电路(复用变换器)连接到单相交流电源AC或者电池B21的示意图。功率因数修正与DC-DC复用电路21主要包括复用桥臂单元BU210和电池挂接桥臂单元BU211。
复用桥臂单元BU210用于在市电模式中对市电输出的交流电整流并且进行功率因数修正，或在电池模式中对电池输出的直流电进行转换，其包括依次串联的电感L21，开关管Q211和与其反向串联的开关管Q212，以及二极管D211、开关管Q213、直流母线电容C211和C212。在本申请所述的各个实施例中，开关管均以反并联有二极管的绝缘栅双极型晶体管示出，但其也可以替换为反并联有二极管的其他适合的晶体管。
其中，电感L21的一端连接到开关管Q211的发射极，电感L21的另一端通过交流开关RLY211连接到单相交流电AC，以及通过直流开关RLY212连接到电池B21的正极。
以及其中，开关管Q211的集电极连接开关管Q212的集电极，开关管Q212的发射极连接到直流母线电容C211的一端和直流母线电容C212的一端之间形成的节点213并连接到中性点N，电容C211的另一端连接到作为输出的正直流母线211，电容C212的另一端连接到另一作为输出的负直流母线212。
以及其中，二极管D211的阳极连接到开关管Q211的发射极，其阴极连接到正直流母线211；开关管Q213的集电极连接到二极管D211的阳极，发射极连接到负直流母线212。
复用电路21还包括电池挂接桥臂单元BU211，其包括开关管Q214和二极管D212。其中，开关管Q214的集电极连接到节点213并连接到中性点N，发射极连接到电池B21的负极。二极管D212串联在开关管Q214的发射极和负直流母线212之间，其正极连接到负直流母线212，负极连接到开关管Q214的发射极与所述电池负极连接形成的节点。当复用电路21输出端对应的充电电路功率较小时可如本实施例所示的使用该二极管D212，而在其他实施例中如果充电电路功率较大，该二极管D212可以移除。
以下详细说明该PFC与DC-DC复用电路21的工作状态。
在市电模式下，交流开关RLY211闭合(导通)，直流开关RLY212打开(断开)。开关管Q212和开关管Q211分别在正、负半周受控脉宽调制并在非脉宽调制时保持导通状态，开关管Q213和Q214保持为关断状态。在交流电正半周，开关管Q211保持为导通状态，当开关管Q212被脉宽调制导通，电流方向为AC电源→电感L21→开关管Q211→开关管Q212→中性点N，其中电感L21储能；当开关管Q212被脉宽调制关断，电流方向为AC电源→电感L21→二极管D211→电容C211→中性点N，AC电源与电感L21串联对正直流母线211升压供电。在交流电负半周，开关管Q212保持为导通状态，当开关管Q211被脉宽调制导通，电流方向为中性点N→开关管Q212→开关管Q211→电感L21→AC电源，其中电感L21储能；当开关管Q211被脉宽调制关断，电流方向为中性点N→电容C212→开关管Q213→电感L21→AC电源，AC电源与电感L21串联对负直流母线211升压供电。
当市电失效，***切换为电池模式。此时，交流开关RLY211打开(断开)，直流开关RLY212闭合(导通)。
图4a和图4b分别示出了图3所示实施例的上述电池模式正半周期的电池对电感储能(图4a)以及电感对正直流母线充电过程(图4b)对应的等效电路示意图。在电池B21对正半边直流母线211充电过程(正半周期)中，开关管Q211和开关管Q214保持导通，开关管Q213保持关断，开关管Q212受控进行PFC脉宽调制，其中，当开关管Q212导通，电流方向为电池B21正极→电感L21→开关管Q211→开关管Q212→开关管Q214→电池B21负极，电池B21对电感L21储能；
当开关管Q212关断，电流方向为电池B21正极→电感L21→二极管D211→电容C211→开关管Q214→电池B21负极，电池B21串联电感L21对正直流母线211升压充电。
可见，在该对正半边的正直流母线211充电过程中，电池B21负极是中通过导通的开关管Q214连接到中性点N，因此其电位始终为中性点N的电位。
图5a和图5b分别示出了图3所示实施例的上述电池模式负半周期的电池对电感储能(图5a)以及电感对负直流母线充电过程(图5b)对应的等效电路示意图。在电池B21对负半边直流母线212充电过程(负半周期)中，开关管Q212保持导通，开关管Q211和开关管Q214保持关断，开关管Q213进行PFC脉宽调制。
其中，当开关管Q213导通，电流方向为电池B21正极→电感L21→开关管Q213→二极管D212→电池B21负极，电池B21对电感L21充电；当开关管Q213关断，电流方向为电池B21正极→电感L21→开关管Q211→开关管Q212→电容C212→二极管D212→电池B21负极。
可见在该对负半边的负直流母线212充电过程中，电池B21负极电位始终与负直流母线212的电位保持一致。
综上可知，由于电池B21对正负半边直流母线交替充电频率为较低的工频频率，例如与交流电频率一致或在同一量级，因此电池负极在中性点N的电平与负直流母线212的电平之间的跳变频率也非常低，例如相对于对开关管Q212或开关管Q213的脉宽调制开关频率大大降低。由于正负直流母线之间电压差恒定，电池正极也以类似的电平差值和频率跳变。该PFC与DC-DC复用电路21的电磁兼容特性更好。
实施例2
图6示出了根据本申请另一个优选实施例的不间断电源的功率因数修正与DC-DC复用电路连接到单相交流电源AC或者电池B22的示意图。
功率因数修正与DC-DC复用电路22主要包括复用桥臂单元BU220和电池挂接桥臂单元BU221。复用桥臂单元BU220包括依次串联的电感L22，开关管Q221和与其反向串联的开关管Q222，以及二极管D221、二极管D222、直流母线电容C221和C222。复用桥臂单元BU220与复用桥臂单元BU210的区别在于，由二极管D222代替了开关管Q213。
其中，电感L22的一端连接到开关管Q221的集电极，电感L22的另一端通过交流开关RLY221连接到单相交流电AC，以及通过直流开关RLY222连接到电池B22的正极。
以及其中，开关管Q221的发射极连接开关管Q222的发射极，开关管Q222的集电极连接到直流母线电容C221的一端和直流母线电容C222的一端之间形成的节点223并连接到中性点N，电容C221的另一端连接到正直流母线221，电容C222的另一端连接到负直流母线222。
以及其中，二极管D221的阳极连接到开关管Q221的集电极，其阴极连接到正直流母线221；二极管D222的阴极连接到二极管D221的阳极，其阳极连接到负直流母线222。
复用电路22的电池挂接桥臂单元BU221包括开关管Q223和开关管Q224。开关管Q223集电极连接到开关管Q221和开关管Q222各自的发射极，其发射极通过直流开关RLY223连接到电池B22的负极；开关管Q224的发射极连接到负直流母线222，其集电极连接到开关管Q223的发射极与直流开关RLY223之间的节点。开关管Q221、开关管Q222、开关管Q223和开关管Q224均为反并联有二极管的绝缘栅双极型晶体管。
下面详细说明该PFC与DC-DC复用电路22的工作状态。
在市电模式下，交流开关RLY221闭合(导通)，直流开关RLY222打开(断开)，开关管Q223和开关管Q224保持关断。此时，其工作状态与前述实施例1中复用电路21的市电模式类似。在AC电源的交流电正半周，开关管Q222保持导通，开关管Q221执行脉宽调制，当开关管Q221导通，电流方向为AC电源→电感L22→开关管Q221→开关管Q222→中性点N，其中电感L22储能；当开关管Q221关断，电流方向为AC电源→电感L22→二极管D221→电容C221→中性点N，AC电源与电感L22串联对正直流母线221升压供电。在AC电源的交流电负半周，开关管Q221保持导通，开关管Q222执行脉宽调制，当开关管Q222导通，电流方向为中性点N→开关管Q222→开关管Q221→电感L22→AC电源，其中电感L22储能；当开关管Q222关断，电流方向为中性点N→电容C222→二极管D222→电感L22→AC电源，AC电源与电感L22串联对负直流母线221升压供电。
当市电失效，***切换为电池模式。此时，交流开关RLY221打开(断开)，直流开关RLY222和RLY223闭合(导通)。
图7a和图7b分别示出了图6所示实施例的上述电池模式的正半周期的电池对电感储能(图7a)以及电感对正直流母线充电过程(图7b)对应的等效电路示意图。在电池B22对正半边直流母线221充电过程(正半周期)中，开关管Q222和开关管Q223保持导通，开关管Q224保持关断，开关管Q221受控进行脉宽调制，其中，当开关管Q221导通，电流方向为电池B22正极→电感L22→开关管Q221→开关管Q223→电池B22负极，电池B22对电感L22储能；当开关管Q221关断，电流方向为电池B22正极→电感L22→二极管D221→电容C221→开关管Q222→开关管Q223→电池B22负极，电池B22与电感L22串联对正直流母线221升压充电。
可见，在该对正半边的正直流母线221充电过程中，电池B22负极是通过导通的开关管Q223和开关管Q222连接到中性点N，因此其电位始终为中性点N的电位。
图8a和图8b分别示出了图6所示实施例的上述电池模式负半周期的电池对电感储能(图8a)以及电感对负直流母线充电过程(图8b)对应的等效电路示意图。类似的，在电池B22对负半边直流母线222充电过程(负半周期)中，开关管Q221和开关管Q224保持导通，开关管Q222保持关断，开关管Q223进行脉宽调制。
其中，当开关管Q223导通，电流方向为电池B22正极→电感L22→开关管Q221→开关管Q223→电池B22负极，电池B22对电感L22充电；当开关管Q223关断，电流方向为电池B22正极→电感L22→开关管Q221→开关管Q222→电容C222→开关管Q224→电池B21负极。
在该对负半边的负直流母线222充电过程中，电池B22负极始终通过导通的开关管Q224连接到负直流母线222，因此电池B22负极电位始终与负直流母线222的电位保持一致。
综上可知，由于电池B22对正负半边直流母线交替充电频率为较低的工频频率，例如与交流电频率一致或在同一数量级，因此电池负极在中性点N的电平与负直流母线222的电平之间的跳变频率为该工频频率，相对于对开关管Q221或开关管Q223的脉宽调制开关频率大大降低。
实施例3
图9示出了根据本申请另一个优选实施例的不间断电源的功率因数修正与DC-DC复用电路连接到单相交流电源AC或者电池B23的示意图。
功率因数修正与DC-DC复用电路23包括复用桥臂单元BU230和电池挂接桥臂单元BU231。
复用桥臂单元BU230包括依次串联的电感L23，开关管Q231和与其反向串联的开关管Q232，以及二极管D231、二极管D232、直流母线电容C231和C232。复用桥臂单元BU230与复用桥臂单元BU220的结构类似。
其中，电感L23的一端连接到开关管Q231的集电极，电感L23的另一端通过交流开关RLY231连接到单相交流电AC，以及通过直流开关RLY232连接到电池B23的正极。
以及其中，开关管Q231的发射极连接开关管Q232的发射极，开关管Q232的集电极连接到直流母线电容C231的一端和直流母线电容C232的一端之间形成的节点233并连接到中性点N，电容C231的另一端连接到正直流母线231，电容C232的另一端连接到负直流母线232。
以及其中，二极管D231的阳极连接到开关管Q231的集电极，其阴极连接到正直流母线231；二极管D232的阴极连接到二极管D231的阳极，其阳极连接到负直流母线232。
复用电路23的电池挂接桥臂单元BU231包括开关管Q233、二极管D233。。开关管Q233集电极连接到电池B23的正极，其发射极连接到直流开关RLY232；二极管D233的阴极连接到开关管Q233的发射极与直流开关RLY232之间形成的节点，二极管D233的阳极连接到负直流母线232。电池负极通过导线234连接到中性点N。开关管Q231、开关管Q232和开关管Q233均为反并联有二极管的绝缘栅双极型晶体管。
下面详细说明该PFC与DC-DC复用电路23的工作状态。
在市电模式下，交流开关RLY231闭合(导通)，开关管Q233保持关断，此时，其工作状态与前述实施例2中复用电路22的市电模式类似，在此不再赘述。
当市电失效，***切换为电池模式。此时，交流开关RLY231打开(断开)，直流开关RLY232闭合(导通)。
图10a和图10b分别示出了根据本实施例3的图6所示实施例的上述电池模式的正半周期的电池对电感储能(图10a)以及电感对正直流母线充电过程(图10b)对应的等效电路示意图。在电池B23对正半边直流母线231充电过程(正半周期)中，开关管Q232和开关管Q233保持导通，开关管Q231受控进行脉宽调制，对正直流母线231进行BOOST升压供电。
其中，当开关管Q231导通，电流方向为电池B23正极→电感L23→开关管Q231→开关管Q232→电池B23负极，电池B23对电感L23储能；当开关管Q231关断，电流方向为电池B23正极→电感L23→二极管D231→电容C231→电池B23负极，电池B23与电感L23串联对正直流母线231升压充电。
可见，在该对正半边的正直流母线231充电过程中，由于电池挂接桥臂单元BU231的导线234将电池B23负极直接连接到中性点N，因此其电位始终为中性点N的电位。
图11a和图11b分别示出了图6所示实施例的上述电池模式负半周期的电池对电感储能(图11a)以及电感对负直流母线充电过程(图11b)对应的等效电路示意图。在电池B23对负半边直流母线232充电过程(负半周期)中，开关管Q231和开关管Q232保持导通，开关管Q233进行脉宽调制，对负直流母线232充电。
其中，当开关管Q233导通，电流方向为电池B23正极→开关管Q233→电感L23→开关管Q231→开关管Q232→电池B23负极，电池B23对电感L23充电；当开关管Q233关断，电流方向为电感L23→开关管Q231→开关管Q232→电容C232→二极管233→电感L23。在该对负半边的负直流母线232充电过程中，电池B23负极同样通过导线234直接连接到中性点N，电池负极的电平等于中性点N的电平。
综上可知，在整个对正负直流母线的半边交替BUCK-BOOST升压过程中，电池负极的电平始终等于中性点N的电平，由于正负直流母线之间的电压恒定，电池正极电平也始终恒定。
此外，该实施例1、2和3的复用电路均采用了具有多个可控开关管的可控整流桥单元，相比于图1所示的双BOOST电路，整流桥可控性更佳，且仅存在一个电感，对电感利用率高，在市电模式下电流转换效率更高。在电池模式下，由于将针对单电池的电池放电与AC-DC功率因数控制(PFC)电路布置为复用电路，显著节省了成本和体积。更重要的是，在电池模式中，电池正负两端输出线路的电平不存在高频跳变，解决了现有技术中双BOOST电路应用于单电池后电池两端电平高频跳变引发的电磁兼容性问题，以及其被迫增加钳位二极管后带来的电感持续导通带来的发热过量问题。
图12至图14分别示出了图3、图6和图9所示实施例的变形。例如，图12所示的实施例将实施例1中的复用电路21中的电池挂接桥臂单元BU211镜像布置到正直流母线211，其工作原理与实施例1类似，所产生的技术效果相同。同理，图13和图14所示的实施例分别将实施例2和3中的复用电路中的电池挂接桥臂单元镜像布置到正直流母线，所产生的技术效果相同。由于电路结构类似，图12至图14沿用了与图3、图6和图9中一致的符号标记。
实施例4
图15是根据本发明的另一个优选实施例的具有单电池的不间断电源的复用电流变换电路(电流变换器)的示意性电路图。
图15示出实施例4的复用电流变换电路40，其包括PFC与DC-DC复用电路41和充电电路，PFC与DC-DC复用电路41和充电电路的部分电路也存在复用部分。
图15所示的PFC与DC-DC复用电路41与实施例1中所介绍的PFC与DC-DC复用电路21具有相似的结构及工作模式。PFC与DC-DC复用电路41包括依次串联的电感L411，开关管Q411和与其反向串联的开关管Q412，以及二极管D411、开关管Q413、直流母线电容C411和C412。
其中，电感L411的一端连接到开关管Q411的发射极，电感L411的另一端通过交流开关RLY41连接到单相交流电AC，以及通过直流开关RLY42连接到电池B40的正极。直流母线电容C411和C412之间连接形成的节点连接到中性点N。
以及其中，开关管Q411的集电极连接开关管Q412的集电极，开关管Q412的发射极连接到由直流母线电容C411的一端和直流母线电容C412的一端之间相连形成的节点并连接到中性点N，直流母线电容C411的另一端连接到作为输出的正直流母线411，直流母线电容C412的另一端连接到另一作为输出的负直流母线412。
以及其中，二极管D411的阴极连接到正直流母线411；二极管D411的阳极与开关管Q413的集电极相连形成节点，电感L411与开关管Q411的发射极通过该节点相连；开关管Q413的发射极连接到负直流母线412。
PFC与DC-DC复用电路还包括开关管Q422，其集电极连接到中性点N，发射极连接到电池B40的负极。
充电电路包括开关管Q421、开关管Q422(如前文所述，开关管Q422还作为PFC与DC-DC复用电路额的元件)、开关管Q423、二极管D421、二极管D422和电感L421。
其中开关管Q421与电感L421串联以作为正边臂，其中开关管Q421的发射极连接到电感L421的一端，开关管Q421的的集电极连接到正直流母线411，电感L421的另一端连接到正输出端423并连接到直流开关RLY44，正输出端423用于通过直流开关RLY44连接到电池B40正极以对其充电。开关管Q423串联在负直流母线412和负输出端424之间以作为负边臂，其中开关管Q423的发射极连接到负直流母线412，其集电极连接到负输出端424并连接到直流开关RLY45，负输出端424用于通过直流开关RLY45连接到电池B40负极以对其充电。开关管Q422不仅在PFC与DC-DC复用电路中被使用，还在充电电路42中作为中间桥臂的一部分。开关管Q422的集电极如上文所述连接到中性点N，其发射极还连接到两个同向串联的二极管D421和D422之间形成的节点，其中二极管D421的阳极连接到二极管D422的阴极，二极管D421的阴极连接到开关管Q421的发射极与电感L311一端之间连接形成的节点，二极管D422的阳极连接到开关管Q423的集电极与直流开关RLY45之间的节点。尽管未示出，但正输出端423和负输出端424之间还可以串联有至少一个电容。
本实施例中的开关管均以反并联有二极管的绝缘栅双极型晶体管举例示出，但其也可以替换为反并联有二极管的其他适合的晶体管。
下面详细描述该复用电流变换电路40的工作模式。
市电模式
对于实施例4，当市电输入的单相交流电电源AC正常时，由市电对负载供电。此时交流开关RLY41、直流开关RLY44和直流开关RLY45关断，直流开关RLY42、RLY43打开。
在市电模式下，PFC与DC-DC复用电路41将交流电整流为直流电，提供到正负直流母线，并能够通过充电电路42使用正负直流母线的直流电力对单电池B40充电。充电电路42的正输出端423通过直流开关RLY44连接到电池B40的正极，充电电路42的负输出端424通过直流开关RLY45连接到电池B40的负极。
图16a和图16b示出了市电模式下电流变换电路40正半周电流方向示意图。在图16a中，两个带有箭头的虚线框用来示意其中电流的流经方向。类似地，以下图16b至图19b各图中的带有箭头的虚线框均用于表示电路中的电流方向。
在市电正半周内，电路41的开关管Q413保持关断，开关管Q411保持导通，开关管Q412进行脉宽调制。电路42的开关管Q423保持关断，开关管Q422保持导通，开关管Q421进行脉宽调制。
如图16a所示，当开关管Q412导通，电路41中的电流方向为AC电源→电感L411→开关管Q411→开关管Q412→中性点N,电感L411储能。
当开关管Q421导通，电路42中的正直流母线411对充电电路42供电，电流方向为正直流母线411→开关管Q421→电感L421→正输出端423→电池B40正极→电池B40负极→二极管D422→开关管Q422→中性点N，电感L421储能。
如图16b所示，当开关管Q412关断，电路41中电流方向为AC电源→电感L411→二极管D411→电容C411→中性点N，AC电源与电感L411串联对正直流母线411升压供电。
当开关管Q421关断，电路42中的电感L421对充电电路42续流供电，电流方向为电感L421→正输出端423→电池B40正极→电池B40负极→二极管D422→二极管D421→电感L421。
在该正半周，负输出端423电位(电池B40负极电位)始终为中性点N电位，不存在高频跳变，电磁兼容特性优异。
图17a和图17b示出了市电模式下图15所示复用电流变换电路负半周电流方向示意图。对于实施例4，在市电负半周内，电路41的开关管Q413保持关断，开关管Q412保持导通，开关管Q411进行脉宽调制。电路42的开关管Q421保持关断，开关管Q423保持导通，开关管Q422进行脉宽调制。
如图17a所示，当开关管Q411导通，电路41中电流方向为中性点N→开关管Q412→开关管Q411→电感L411→AC电源→中性点N，电感L411储能。
当开关管Q422导通，电路42中的负直流母线412对充电电路42供电，电流方向为中性点N→开关管Q422→二极管D421→电感L421→正输出端423→电池B40正极→电池B40负极→开关管Q423→负直流母线412，电感L421储能。
如图17b所示，当开关管Q411关断，电路41中电流方向为中性点N→电容C412→负直流母线412→开关管Q413→电感L411→AC电源→中性点N，AC电源与电感L411串联对负直流母线412升压供电。
当开关管Q422关断，电路42中的电感L421对充电电路42续流供电，电流方向为电感L421→正输出端423→电池B40正极→电池B40负极→二极管D422→二极管D421→电感L421。
与正半周的技术效果类似地，在该负半周，负输出端423电位(电池B40负极电位)始终为负直流母线412的电位，不存在高频跳变，电磁兼容特性优异。
电池模式
对于如图15所示的实施例4的电流变换电路40，当市电输入失效时，该不间断电源的控制模块控制其从市电切换到由单电池对负载供电。此时交流开关RLY41、直流开关RLY44和直流开关RLY45打开(断开)，直流开关RLY42、RLY43闭合(导通)。
在电池模式下，PFC与DC-DC复用电路41将电池B40提供的直流电升压并提供到正负直流母线以对外(如DC-AC模块)输出电力。
在正半周，开关管Q413保持关断，开关管Q411、开关管Q422保持导通，开关管Q412执行脉宽调制；开关管Q421、开关管Q423保持关断。
图18a和图18b分别示出了图15所述电流变换电路40在电池模式正半周内电感储能过程(图18a)以及电感与电池对正直流母线供电过程(图18b)对应的等效电路示意图。
图18a示出了电池模式下电流变换电路40正半周电感储能过程的电流方向示意图。其中，当开关管Q412导通，电流方向为电池B40正极→电感L411→开关管Q411→开关管Q412→开关管Q422→电池B40负极，电感L411充电。
图18b示出了电池模式下电流变换电路40正半周电感与电池对正直流母线BOOST升压供电的电流方向示意图。当开关管Q412关断，电流方向为电池B40正极→电感L411→二极管D411→正直流母线411→电容C411→开关管Q422→电池B40负极，电感L411与电池B40串联对正直流母线411升压供电。在该正半周，电池B40负极电位始终为中性点N电位，不存在高频跳变，电磁兼容特性优异。
图19a和图19b分别示出了图15所述电流变换电路40在电池模式负半周内电感储能过程(图19a)以及电感与电池对正直流母线供电过程(图19b)对应的等效电路示意图。
在负半周，开关管Q411和开关管Q422保持关断，开关管Q412保持导通，开关管Q413执行脉宽调制；开关管Q421保持关断,开关管Q423保持导通。
图19a示出了电池模式下电流变换电路40负半周电感储能过程的电流方向示意图。其中，当开关管Q413导通，电流方向为电池B40正极→电感L411→开关管Q413→负直流母线412→开关管Q423→二极管D422→电池B40负极，电感L411储能。
图19b示出了电池模式下电流变换电路40负半周电感与电池对负直流母线BOOST升压供电的电流方向示意图。其中，当开关管Q413关断，电流方向为电池B40正极→电感L411→开关管Q411→开关管Q412→电容C412→负直流母线412→开关管Q423→二极管D422→电池B40负极，电感L411与电池B40串联对负直流母线412升压供电。在整个负半周过程中，电池B40负极电位始终为负直流母线412的电位，不存在高频跳变。
因此在单电池B40的充电过程(市电模式)和放电过程(电池模式)中，电池B40正极和负极的电位均不存在高频跳变(电池B40正极和负极之间的电压恒定)，解决了现有技术双BOOST电路挂接单电池后显著的电磁兼容特性低的缺陷，技术效果优良。
此外，由上述描述可知，开关管Q422既是PFC与DC-DC复用电路41的电池挂接桥臂单元中的功率器件，又作为充电电路42的中间臂中的功率器件(例如，类似图17中的开关管Q312)；同样，串联的开关管Q423与二极管D422既作为复用电路41电池模式中负直流母线与电池负极之间的电池挂接桥臂单元中的功率器件，也作为充电电路42的功率器件，例如开关管Q423作为充电电路42的负边臂的功率器件。因此电流变换电路40形成PFC与DC-DC复用电路41和充电电路42的高度复用电路，其功率开关元件更少，集成度更高，成本更低。
图20至图22示出了图15所示的电流变换电路40的其他变形。
其中，图20示出了电池挂接位置由负直流母线镜像到正直流母线一侧的电流变换电路50，其中电池B50正极连接到开关管Q522发射极，电池B50负极连接到电感L511与交流开关RLY51之间；电感L511与正直流母线511之间布置有开关管，电感L511与正直流母线511之间布置有二极管。其控制逻辑与技术效果与电流变换电路40类似。
图21示出了电流变换电路40另一变形的电流变换电路60，其中在负直流母线612和电池负极之间增加了二极管D623，可以更好地应用于充电电路所需设计功率较小的场景。
图22所示出了电流变换电路40另一变形，其可认为是电流变换电路50的正直流母线511和电池正极之间增加了二极管D523，可以更好地应用于充电电路所需设计功率较小的场景。
尽管图15、图20至图22未示出，但电流变换电路的正输出端和负输出端之间还可以串联有至少一个电容，例如在图15的正输出端423和负输出端424之间还可以串联有一个电容。
在根据电流变换电路的其他变形实施例中，功率因数修正与DC-DC复用变换器具有如下结构：当电池挂接桥臂连接到所述电池的正极且由所述电池供电时，所述电池挂接桥臂将所述电池的正极交替连接到所述中性点和所述正直流母线；当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的正极且由所述电池供电时，所述电池的正极直接连接所述中性点。
本发明还提供了一种单电池不间断电源，其包括本发明的上述实施例的电流变换电路。
虽然本申请的各个实施例中以单相交流电输出作为示例，但是本领域技术人员可以将各个实施例的电流变换电路应用于三相交流电输入而不脱离本发明的保护范围。
虽然在本申请的各个实施例中开关管均以在集电极和发射极之间反并联有二极管的绝缘栅双极型晶体管示出，其可以根据需要替换为反并联有二极管的金氧半场效晶体管(MOSFET)、可控硅或者其他适合的反并联有二极管的晶体管或其它可控电子开关。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (16)

1.一种功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于包括复用桥臂和电池挂接桥臂，其中所述复用桥臂包括：
第一电感，其中所述第一电感的第一端选择性地连接到市电或电池；
连接在所述第一电感的第二端和中性点之间的反向串联的第一开关管和第二开关管；
用于输出直流电力的正、负直流母线，以及分别连接在所述正、负直流母线和所述中性点之间的第一电容和第二电容；
第一二极管和第三开关管，所述第一二极管的阳极和所述第三开关管的第一端连接到所述第一电感的第二端，所述第一二极管的阴极和所述第三开关管的第二端分别连接到所述正、负直流母线；
所述电池挂接桥臂连接在所述电池和所述复用桥臂之间以控制所述电池交替供电到所述正、负直流母线；以及
其中，所述功率因数修正与DC-DC复用变换器控制所述电池的正极或负极中的一个电极交替连接到所述中性点和所述正、负直流母线之中与所述电极同极性的一个，从而使得所述电池的所述电极的电平跟随所述正、负直流母线交替供电而同步交替升降；或者控制所述电池的正极或负极中的一个电极恒定连接所述中性点。
2.根据权利要求1所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，当电池挂接桥臂连接到所述电池的负极且由所述电池供电时，所述电池挂接桥臂将所述电池的负极交替连接到所述中性点和所述负直流母线；当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的正极且由所述电池供电时，所述电池的负极直接连接所述中性点；以及
所述功率因数修正与DC-DC复用变换器被设置为，在所述电池供电的正半周：
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂与所述电池形成直接回路时，所述第一电感储能，
当所述第一电感通过所述第一电容和所述电池挂接桥臂与所述电池形成回路时，所述电感和所述电池对所述第一电容充电；以及
在所述电池供电的负半周：
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂与所述电池形成直接回路时，所述第一电感储能，
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂与所述第二电容和所述电池形成回路时所述电感和所述电池对所述第二电容充电，或者
当所述第一电感通过所述电池挂接桥臂仅与所述第二电容形成回路时，所述电感对所述第二电容充电。
3.根据权利要求2所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述电池挂接桥臂包括：
第二二极管与第四开关管，其中，所述第二二极管的阳极连接到所述负直流母线，其阴极连接到所述电池的负极；所述第四开关管的第一端连接到中性点，其第二端连接到所述第二二极管的阴极与所述电池的负极之间形成的节点。
4.根据权利要求3所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述变换器被设置为：
在所述电池供电的正半周，由所述第一开关管和第二开关管中的所述电流导通方向与所述复用桥臂中的电流方向相同的开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第一电容充电，由所述第四开关管将所述电池的负极和所述中性点连接；
在所述电池供电的负半周，由所述第三开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第二电容充电，由所述第二二极管将所述电池的负极和所述负直流母线连接。
5.根据权利要求4所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述第一开关管的第一端连接到所述二开关管的第一端，所述第一开关管的第二端连接到所述第一电感的第二端，所述第二开关管的第二端连接到所述中性点，其中，在所述电池供电的正半周由所述第二开关管执行所述脉宽调制。
6.根据权利要求2所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，
在所述复用桥臂中，所述第一开关管的第二端连接到所述第二开关管的第二端，所述第一开关管的第一端连接到所述第一电感的第二端，所述第二开关管的第一端连接到所述中性点；以及
由第三二极管替代所述第三开关管，使得所述第三二极管的阴极连接到所述第一二极管的阳极，所述第三二极管的阳极连接到所述负直流母线。
7.根据权利要求6所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述电池挂接桥臂包括：
第五开关管与第六开关管，其中所述第五开关管的第一端连接到所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第二端之间形成的节点，其第二端连接到所述电池负极；
所述第六开关管的第一端连接到所述电池负极和所述第五开关管的第二端之间的节点，其第二端连接到所述负直流母线。
8.根据权利要求7所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述变换器被设置为
在所述电池供电的正半周，由所述第一开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第一电容充电，由所述第二和第五开关管将所述电池的负极和所述中性点连接；
在所述电池供电的负半周，由所述第五开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第二电容充电，由所述第六开关管将所述电池的负极和所述负直流母线连接。
9.根据权利要求2所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，
在所述复用桥臂中，由第四二极管替代所述第三开关管，使得所述第四二极管的阴极连接到所述第一二极管的阳极，所述第四二极管的阳极连接到所述负直流母线；以及
所述电池挂接桥臂包括：第七开关管和第五二极管，其中
所述第七开关管的第一端连接到所述电池的正极，其第二端连接到所述第一电感，所述第七开关管受其控制端控制以使得电流能够由其第一端流向第二端或者截止；以及所述第七开关管由所述第一端到所述第二端反向并联有二极管；
所述第五二极管的阴极连接到所述第七开关管的第二端与所述第一电感之间形成的节点，其阳极连接到所述负直流母线；以及
所述电池负极连接到所述中性点。
10.根据权利要求9所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述变换器被设置为
在所述电池供电的正半周，由所述第一开关管和第二开关管中的所述电流导通方向与所述复用桥臂中的电流方向相同的开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第一电容充电；
在所述电池供电的负半周，由所述第七开关管执行脉宽调制以对所述第一电感储能或对所述第二电容充电。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述第一开关管至第七开关管中的每一个受其控制端控制以使得电流导通方向由其第一端流向第二端或者截止；以及所述第一开关管至第七开关管中的每一个由所述第一端到所述第二端反向并联有二极管。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述第一至第七开关管为绝缘栅双极型晶体管，其中所述开关管的第一端为集电极，所述开关管的第二端为发射极。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其特征在于，所述电池挂接桥臂由权利要求1-10中任一项所述的电池挂接桥臂镜像地从所述负直流母线替换连接到所述正直流母线，其中
当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的正极且由所述电池供电时，所述电池挂接桥臂将所述电池的正极交替连接所述中性点和所述正直流母线；或者当所述电池挂接桥臂连接到所述电池的负极且由所述电池供电时，所述电池的正极直接连接所述中性点。
14.根据权利要求1-11中任一项所述的复用电流变换电路，其特征在于，所述第一开关管至第七开关管中的至少一个为金氧半场效晶体管或可控硅。
15.一种不间断电源，其特征在于，包括：
如权利要求1-14中任一项所述的功率因数修正与DC-DC复用变换器，其中所述电池为单个可充电电池，以及
控制模块，所述控制模块用于控制所述第一至第七开关管的通断状态。
16.根据权利要求15所述的不间断电源，其特征在于，所述不间断电源被设置为：在市电供电第一极性半周，所述复用桥臂对市电输入的交流电进行功率因数修正、整流并充电到第一极性直流母线；在市电供电第二极性半周，所述复用桥臂对市电输入的交流电进行功率因数修正、整流并充电到第二极性直流母线；
在所述可充电单电池供电的第一极性半周，所述复用桥臂将所述可充电单电池输入的直流电升压充电到第一极性直流母线，所述可充电单电池的第二极性端和所述中性点连通；在所述可充电单电池供电的第二极性半周，所述复用桥臂将所述可充电单电池输入的直流电升压以充电到所述第二极性直流母线，所述电池的第二极性端和所述第二极性直流母线连通；
或者，所述电池的第二极性端在所述第一极性半周和第二极性半周均与所述中性点连通。
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