[发明专利]多级Boost级联升压电源装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源领域，更特别地，涉及多级Boost级联升压电源装置及其控制方法。

背景技术

目前，电源装置通常用于保障各种用电设备停电之后继续工作一段时间，以使用户能够进行紧急处理，例如在计算机领域中，用户能够及时的保存数据，使用户不会因为停电而影响工作或丢失数据。电源装置在计算机系统、网络和通信系统等各种实际应用中，可以作为应急电源来使用，防止突然断电而影响正常工作，给系统造成损害。

为了提升产品的竞争力，降低体积和增加功率密度已经成为UPS的发展趋势。而在目前的1至3KVA功率段的在线式UPS产品中，电池的DC/DC升压模块通常使用的是推挽拓扑，转换效率普遍较低；另一方面在电池模式时，它需要一个充电器来为电池充电，而这充电器模块就大大增加了产品的体积。为了改进目前的情况，我们设计了一种新的拓扑一多级Boost级联升压电路，即采用多个Boost电路进行级联来完成升压，可用它来取代推挽拓扑。同时使用新的拓扑，我们不在需要额外的充电器模块，因为此电路具备双向DC/DC的转换功能，可实现对电池充电。

对于1至3KVA功率段的在线式UPS电源产品，电池串联使用的节数较少，导致直流母线电压比电池总电压高处许多，于是需要较高的升压比来完成DC/DC的转换，若采用单级Boost电路来完成升压是很难满足要求的，所以我们考虑应用两级甚至多级升压电路来解决此问题。此电路在电池模式中可以起到DC/DC的正常升压作用，而在在线模式中可以实现充电器的功能对电池进行充电，因此它省掉了额外的充电器，这样为我们降低体积提供了可能；另外，新拓扑所用的器件对比推挽拓扑来说相对较少，同时具备更高的系统效率和更低的设计成本。

发明内容

为实现前述目的，本发明提供了一种多级Boost级联升压电源装置的控制方法，所述电源装置包括：交流/直流转换单元，输入端连接交流输入电源，将交流电源转换为直流电源；直流/直流转换单元，其输入连接所述交流/直流转换单元的输出，将直流输入电源转换成特定的直流电源；直流/交流转换单元，其输入连接所述直流/直流转换单元的输出，将直流电源转换成所需的交流输出电源；直流母线电容，连接于所述直流/直流转换单元与直流/交流转换单元之间，用于储存直流/直流转换单元所输出的直流电能；充电升压单元，通过开关元件连接到所述电源装置，用于对电池充电以及对电池提供的电能进行升压，其特征在于，所述方法包括：当处于在线模式中时，控制开关元件将充电升压单元经由第三升压电感L5连接在直流母线电容的两端，利用直流母线电容的能量通过充电升压单元对电池充电，或者连接到交流/直流转换单元的输出端，利用交流/直流转换单元的输出能量通过充电升压单元对电池充电；以及当处于电池模式中时，控制开关元件将充电升压单元连接在直流/直流转换单元的输入端，对电池提供的能量进行多级升压，从而为直流母线电容提供能量。

优选地，当处于在线模式中时，利用直流母线电容的能量通过充电升压单元对电池充电包括：充电升压单元工作在降压工作模式，由直流母线电容储存的直流电能降压后对电池充电。

优选地，当处于在线模式中时，利用交流/直流转换单元的输出能量通过充电升压单元对电池充电，包括：充电升压单元工作在降压工作模式，由交流/直流转换单元的输出整流电容降压后对电池充电。

优选地，当处于电池模式中时，对电池提供的能量进行多级升压包括：由充电升压单元对电池提供的能量进行初次升压，然后由直流/直流转换单元进行二次升压。

优选地，充电升压单元包括第二升压电感，第三功率开关管和升压电容，对电池提供的能量进行初次升压包括：该功率开关管导通使电池将能量提供给该第二升压电感，而后关闭该功率开关管使电池和该第二升压电感为该升压电容提供能量。

优选地，所述直流/直流转换单元包括：第一升压电感和第一功率开关管，由直流/直流转换单元进行二次升压包括：该功率开关管导通使前述升压电容通过开关元件为第一升压电感提供能量，然后关闭该功率开关管，由该升压电容和第一升压电感为直流母线电容提供能量。