[发明专利]双降压变换器

说明书

本发明提供一种双降压变换器，包括依次串联在所述双降压变换器的输入端正极和输出端正极之间的第一开关管和第一电感、依次串联在所述双降压变换器的输入端负极和输出端负极之间的第二开关管和第二电感、连接在所述第一开关管与所述第一电感之间的节点和所述第二开关管与所述第二电感之间的节点之间的彼此串联的第一单向导通单元和第二单向导通单元、以及连接在所述双降压变换器的输出端的正负极之间的彼此串联的第三单向导通单元和第四单向导通单元，其中，所述第一单向导通单元和所述第二单向导通单元之间的节点以及所述第三单向导通单元和所述第四单向导通单元之间的节点都连接至所述双降压变换器的输入端中性线。

技术领域

本发明属于开关电源领域，尤其涉及一种双降压变换器。

背景技术

降压变换器用于把输入端的较高电压转换为输出端相对偏低的理想电压，从而达到降压的目的。顾名思义，双降压变换器就是用于将双输入电压转换为理想的单输出电压。常见地，降压变换器可以用作不间断电源（UPS）中的充电器。

UPS是一种向负载提供不间断、优质、可靠的交流电能，并具有实时保护和监测监控供电状态功能的供电设备，对改善供电质量、保证设备正常运行有着重要的作用。

如图1所示的常规UPS的结构示意图，UPS包括整流器、逆变器和充电器。当市电输入正常时，充电器给诸如电池的存储设备存储电能，而当市电中断时，UPS立即切换至电池模式继续运行，从而实现不间断供电。因此，充电器是UPS的重要组件。在一些应用中，充电器容量非常大，充电器的输入直接连接至DC母线（如图1所示，该DC母线是整流器的输出，同时也是逆变器的输入）。在图1所示的UPS中，DC母线具有正DC电压和负DC电压，充电器将其转换成用于电池的单个DC电压，此时，UPS的充电器就是双降压变换器。下文给出现有技术中的几种降压变换器的拓扑。

现有拓扑1：

图2示出现有技术中最基本的单降压变换器拓扑。在该拓扑中，Q1为开关管，D1为续流二极管，L1为储能电感，以及C1为储能电容。本领域技术人员很容易理解，在该拓扑中，将正DC母线DC+和负DC母线DC-之间的电压降压变换为电池电压，很显然，输入电压与输出电压之间的压差较大，例如，在市电输入的情况下，DC+的电压通常为+360V，DC-的电压通常为-360V，DC+和DC-之间的电压为720V，而电池电压通常为240V，因此该拓扑的变换效率非常低。此外，在这种情况下的UPS系统中，整流器以市电频率（例如50Hz或60Hz）交替地给正DC母线和负DC母线提供电能，因此，该拓扑还会引起DC母线电压的非常大的波纹电压。

现有拓扑2：

图3示出现有技术的一个双降压变换器拓扑。该拓扑在现有拓扑1的基础上增加与续流二极管D1串联的另一个续流二极管D2，D1和D2之间的节点连接至中性线（也称为零线）N。在该拓扑中，开关管Q1可以以高脉宽调制（PWM）频率将正DC母线电压变换成电池电压；开关管Q2可以以高PWM频率将负DC母线电压变换成电池电压，该拓扑的输入电压与输出电压之间的压差相对较小，因此这种拓扑的变换效率相对较高。

图4示意性地示出该拓扑的一种工作模式，其中，纵轴表示电压，横轴表示时间。当从DC+取电时，开关管Q1工作而开关管Q2被禁止，此时，无论开关管Q1导通还是断开，电池负极BAT-都连接至中性线N，电压为中性线N的电压。当从DC-取电时，开关管Q2工作而开关管Q1被禁止，当开关管Q2导通时，电池负极BAT-连接至负DC母线，因此，BAT-的电压等于负DC母线DC-的电压；当开关管Q2断开时，电池负极BAT-通过续流二极管D2连接至中性线，因此BAT-的电压等于中性线N的电压。

可以看出，当开关管Q2工作时，电池负极BAT-的电压以较高的频率（开关管Q2导通和断开的频率）变化，并且在开关管Q2导通或断开的瞬间，电池负极BAT-的电压随时间的变化dv/dt很大。因此，该拓扑具有非常差的电磁兼容（EMC）特性，因而需要更多其他的EMC部件，从而提高了成本。另外，该拓扑也会产生较大的干扰噪声并使得系统不稳定。