[發明專利]雙降壓變換器

有效

• 申請號: 201710286393.0
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN108832814B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 高鵬;聶單根;丁玉松
• 申請（專利權）人: 伊頓制造（格拉斯哥）有限合伙莫爾日分支機構
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

本發明提供一種雙降壓變換器，包括依次串聯在所述雙降壓變換器的輸入端正極和輸出端正極之間的第一開關管和第一電感、依次串聯在所述雙降壓變換器的輸入端負極和輸出端負極之間的第二開關管和第二電感、連接在所述第一開關管與所述第一電感之間的節點和所述第二開關管與所述第二電感之間的節點之間的彼此串聯的第一單向導通單元和第二單向導通單元、以及連接在所述雙降壓變換器的輸出端的正負極之間的彼此串聯的第三單向導通單元和第四單向導通單元，其中，所述第一單向導通單元和所述第二單向導通單元之間的節點以及所述第三單向導通單元和所述第四單向導通單元之間的節點都連接至所述雙降壓變換器的輸入端中性線。

技術領域

本發明屬于開關電源領域，尤其涉及一種雙降壓變換器。

背景技術

降壓變換器用于把輸入端的較高電壓轉換為輸出端相對偏低的理想電壓，從而達到降壓的目的。顧名思義，雙降壓變換器就是用于將雙輸入電壓轉換為理想的單輸出電壓。常見地，降壓變換器可以用作不間斷電源（UPS）中的充電器。

UPS是一種向負載提供不間斷、優質、可靠的交流電能，并具有實時保護和監測監控供電狀態功能的供電設備，對改善供電質量、保證設備正常運行有著重要的作用。

如圖1所示的常規UPS的結構示意圖，UPS包括整流器、逆變器和充電器。當市電輸入正常時，充電器給諸如電池的存儲設備存儲電能，而當市電中斷時，UPS立即切換至電池模式繼續運行，從而實現不間斷供電。因此，充電器是UPS的重要組件。在一些應用中，充電器容量非常大，充電器的輸入直接連接至DC母線（如圖1所示，該DC母線是整流器的輸出，同時也是逆變器的輸入）。在圖1所示的UPS中，DC母線具有正DC電壓和負DC電壓，充電器將其轉換成用于電池的單個DC電壓，此時，UPS的充電器就是雙降壓變換器。下文給出現有技術中的幾種降壓變換器的拓撲。

現有拓撲1：

圖2示出現有技術中最基本的單降壓變換器拓撲。在該拓撲中，Q1為開關管，D1為續流二極管，L1為儲能電感，以及C1為儲能電容。本領域技術人員很容易理解，在該拓撲中，將正DC母線DC+和負DC母線DC-之間的電壓降壓變換為電池電壓，很顯然，輸入電壓與輸出電壓之間的壓差較大，例如，在市電輸入的情況下，DC+的電壓通常為+360V，DC-的電壓通常為-360V，DC+和DC-之間的電壓為720V，而電池電壓通常為240V，因此該拓撲的變換效率非常低。此外，在這種情況下的UPS系統中，整流器以市電頻率（例如50Hz或60Hz）交替地給正DC母線和負DC母線提供電能，因此，該拓撲還會引起DC母線電壓的非常大的波紋電壓。

現有拓撲2：

圖3示出現有技術的一個雙降壓變換器拓撲。該拓撲在現有拓撲1的基礎上增加與續流二極管D1串聯的另一個續流二極管D2，D1和D2之間的節點連接至中性線（也稱為零線）N。在該拓撲中，開關管Q1可以以高脈寬調制（PWM）頻率將正DC母線電壓變換成電池電壓；開關管Q2可以以高PWM頻率將負DC母線電壓變換成電池電壓，該拓撲的輸入電壓與輸出電壓之間的壓差相對較小，因此這種拓撲的變換效率相對較高。

圖4示意性地示出該拓撲的一種工作模式，其中，縱軸表示電壓，橫軸表示時間。當從DC+取電時，開關管Q1工作而開關管Q2被禁止，此時，無論開關管Q1導通還是斷開，電池負極BAT-都連接至中性線N，電壓為中性線N的電壓。當從DC-取電時，開關管Q2工作而開關管Q1被禁止，當開關管Q2導通時，電池負極BAT-連接至負DC母線，因此，BAT-的電壓等于負DC母線DC-的電壓；當開關管Q2斷開時，電池負極BAT-通過續流二極管D2連接至中性線，因此BAT-的電壓等于中性線N的電壓。

可以看出，當開關管Q2工作時，電池負極BAT-的電壓以較高的頻率（開關管Q2導通和斷開的頻率）變化，并且在開關管Q2導通或斷開的瞬間，電池負極BAT-的電壓隨時間的變化dv/dt很大。因此，該拓撲具有非常差的電磁兼容（EMC）特性，因而需要更多其他的EMC部件，從而提高了成本。另外，該拓撲也會產生較大的干擾噪聲并使得系統不穩定。