DC-DC转换器，包括DC-DC转换器的供电系统以及用于控制DC-DC转换器的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种DC‑DC转换器(10)，包括与DC源(B)可连接的第一DC端口(10A)、具有与DC母线(4)可连接的正端子(PT)、中点端子(MT)和负端子(NT)的第二DC端口(10B)。第一电容器(C1)连接在所述正端子(PT)和所述中点端子(MT)之间，第二电容器(C2)连接在所述中点端子(MT)和所述负端子(NT)之间。所述DC‑DC转换器(10)包括第一开关电路(20)、第二开关电路(40)和连接在所述第一开关电路(20)和所述第二开关电路(40)之间的谐振电路(30)。所述第二开关电路(40)包括连接在所述第二端口(10B)的正端子(PT)和所述第一节点(41)之间的第一开关(Q1)、连接在所述第一节点(41)和所述第二端口(10B)的中点端子(MT)之间的第二开关(Q2)、连接在所述第二端口(10B)的中点端子(MT)和所述第二节点(42)之间的第三开关(Q3)、连接在所述第二节点(42)和所述第二端口(10B)的负端子(NT)之间的第四开关(Q4)。

DC-DC converter, including power supply system of DC-DC converter and method for controlling DC-DC converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC-DC转换器，包括DC-DC转换器的供电系统以及用于控制DC-DC转换器的方法
本专利技术涉及一种用于将电力从两端子DC母线传输至三端子DC母线的DC-DC转换器。本专利技术还涉及一种具有这种DC-DC转换器的供电系统。本专利技术还涉及一种用于控制这种DC-DC转换器的方法。
技术介绍
图1中的虚线框示出了现有技术的AC-UPS转换器1(交流-不间断电源)，包括AC-DC转换器2、逆变器3(DC-AC转换器)和DC-DC转换器10。当需要向诸如电信无线电基站或者数据/电信网络中支持数据存储和数据传输的服务器等关键负载提供可靠的AC供应时，会用到AC-UPS。AC-UPS转换器1需要至少三个端口2A、3A、10A，用于将能量路由到关键负载L。一个端口2A包括到AC市电(图1中三相400Vac)的连接，第二个端口3A包括到AC负载L(图1中一相230Vac)的连接，第三个端口10A包括到DC电池B(图1中-48Vdc，即正端子接地的48V电池)的连接。通常，AC-UPS包括AC-UPS转换器1和一个电池B以及其他设备(机架、机柜、冷却风扇等)。因此，如图1所示，电池B未被定义为AC-UPS转换器1的一部分。期望的是在市电故障的情况下，实现从AC电网到DC电池(或者相反)的无缝转换，而不影响对关键AC负载的供电。图1中，所有三个转换器皆与具有三个端子的中间DC母线4连接，正端子PT为+400V，中点端子为0V，负端子NT为-400V。此设计可被配置来实现AC-UPS转换器1的市电端子和电池端子之间的电力流的无缝转变。现在将更详细地描述UPS如何在正常运行中的工作。在正常运行中，AC市电是能量的来源S，能量流可描述如下。从AC市电汲取的电流经由输入AC-DC转换器2调节，以遵循AC市电电压的正弦形状和相位，并因此提供了所谓的功率因数校正，该输入级通常被称为功率因数转换器PFC。PFC的输出是提供给中间DC母线4的中间且已调节的DC电压。就本专利技术感兴趣的情况而言，该中间DC电压被分成三个电平。DC-AC转换器3将该中间DC电压转换成关键负载L可以连接的已调节的正弦AC电压。在图1的示例中，DC-AC转换器是三电平DC到单相AC的逆变器。DC-DC转换器10连接在中间DC母线4与电池B之间。现在描述在AC市电出现故障的情况下，换言之，当AC市电的质量由于干扰、频率变化而变差，或者严重变形时，UPS如何工作。在这种情况下，电池B成为负载的能量来源。电池B提供DC电压，DC-DC转换器10提供从DC电池电压到中间DC母线电压的转换。DC/DC转换器10将来自电池的电流调节为平坦的DC电流，AC波纹尽可能小。DC/DC转换器10还提供中间DC母线的调节。如上所述，中间DC电压被分成三个电平。这意味着DC/DC应具有调节两个独立电压即正电压电平和负电压电平的能力。由于中间DC母线电压被输入至逆变器3，中间DC母线电压的质量将影响关键负载连接的已调节的正弦AC电压的质量。图2a显示第一电容器C1连接在中间DC母线4的正端子PT和中点端子MT之间，第二电容器C2连接在中间DC母线4的中点端子MT和负端子NT之间。这些电容器C1和C2通常被认为是逆变器的一部分，如图2a中虚线框3所示。但是，在AC-UPS转换器1中，这仅仅是定义的问题-这些电容器可以视为AC-DC转换器2的一部分、DC-DC转换器的一部分或中间DC母线4本身的一部分。图2b中，如虚线框10所示，这些电容器C1和C2被视为DC-DC转换器的一部分。一种已知的AC-UPS转换器是EltekASA的该转换器是具有AC输入端口、AC输出端口和双向DC端口的三端口转换器。本专利技术的一个目的是提供一种改进的DC-DC转换器及一种用于将电力从连接电池的第一DC端口传输到连接具有三个端子的DC母线的第二DC端口的方法。特别地，目的是提供一种用于AC-UPS转换器的改进的DC-DC转换器。因此，本专利技术的目的还在于提供一种改进的AC-UPS转换器。本专利技术的再一个目的是通过使用较少的电子组件或通过使用较低额定的电子组件来降低成本。另一目的是通过转换器获得尽可能高的功率效率，即减少转换器中的损耗。本专利技术的又一个目的是提供一种改进的AC-UPS转换器，该转换器具有以下优点：使用更少的组件用于多种目的，具有更低的额定电压和高效率。
技术实现思路
本专利技术涉及一种DC-DC转换器，包括：-与DC源可连接的第一DC端口；-具有与DC母线可连接的正端子、中点端子和负端子的第二DC端口；-连接在所述正端子和所述中点端子之间的第一电容器，以及-连接在所述中点端子和所述负端子之间的第二电容器；其中，所述DC-DC转换器包括：-第一开关电路，包括连接在所述第一DC端口、第一节点和第二节点之间的有源开关；-第二开关电路，包括连接在所述第二DC端口、第一节点和第二节点之间的有源开关；-谐振电路，连接在所述第一开关电路的节点和所述第二开关电路的节点之间；-控制电路，用于通过控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的有源开关来控制从所述第一DC端口到所述第二DC端口的电力传输；其中，所述第二开关电路包括：-第一开关，连接在所述第二端口的正端子和所述第一节点之间；-第二开关，连接在所述第一节点和所述第二端口的中点端子之间；-第三开关，连接在所述第二端口的中点端子和所述第二节点之间；-第四开关，连接在所述第二节点和所述第二端口的负端子之间。一方面，上述谐振电路是LLC谐振电路。一方面，所述DC-DC转换器被提供用于将电力从所述第一DC端口传输到所述第二DC端口。一方面，所述控制电路被配置为个别地控制所述第一电容器上的第一电容器电压和所述第二电容器上的第二电容器电压。一方面，所述DC-DC转换器包括：第一传感器，用于测量表示所述第一电容器上的第一电容器电压的参数；以及第二传感器，用于测量表示所述第二电容器上的第二电容器电压的参数；其中，所述第一传感器和所述第二传感器与所述控制电路连接。一方面，所述控制电路被配置为在电力从所述第一电容器中汲取的第一间隔期间向所述第一电容器供电，并且所述控制电路被配置为在电力从所述第二电容器中汲取的第二间隔期间向所述第二电容器供电。一方面，所述控制电路在所述第一间隔期间被配置为在初始充电状态和第一充电状态之间交替，在所述初始充电状态中，所述谐振电路由所述DC源充电，在所述第一充电状态中，所述第一电容器由所述谐振电路充电，并且所述控制电路在第二间隔期间被配置为在所述初始充电状态和第二充电状态之间交替，在所述第二充电状态中，所述第二电容器由所述谐振电路充电。一方面，在所述初始切换状态期间，所述第二开关和所述第三开关导通，所述第一开关和所述第四开关断开；在所述第一充电状态期间，所述第一开关和所述第三开关导通，所述第二开关和所述第四开关断开；在所述第二充电状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.DC-DC转换器(10)，包括：/n-与DC源(B)可连接的第一DC端口(10A)；/n-具有与DC母线(4)可连接的正端子(PT)、中点端子(MT)和负端子(NT)的第二DC端口(10B)；/n-连接在所述正端子(PT)和所述中点端子(MT)之间的第一电容器(C1)以及/n-连接在所述中点端子(MT)和所述负端子(NT)之间的第二电容器(C2)；/n其中，所述DC-DC转换器(10)包括：/n-第一开关电路(20)，包括连接在所述第一DC端口(10A)、第一节点(21)和第二节点(22)之间的有源开关；/n-第二开关电路(40)，包括连接在所述第二DC端口(10B)、第一节点(41)和第二节点(41)之间的有源开关；/n-谐振电路(30)，连接在所述第一开关电路(20)的节点(21、22)和所述第二开关电路(40)的节点(41、42)之间；/n-控制电路(50)，用于通过控制所述第一开关电路和所述第二开关电路(20、40)的有源开关来控制从所述第一DC端口(10A)到所述第二DC端口(10B)的所述电力传输；/n其中，所述第二开关电路(40)包括：/n-第一开关(Q1)，连接在所述第二端口(10B)的正端子(PT)和所述第一节点(41)之间；/n-第二开关(Q2)，连接在所述第一节点(41)和所述第二端口(10B)的中点端子(MT)之间；/n-第三开关(Q3)，连接在所述第二端口(10B)的中点端子(MT)和所述第二节点(42)之间；/n-第四开关(Q4)，连接在所述第二节点(42)和所述第二端口(10B)的负端子(NT)之间。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170914 GB 1714806.51.DC-DC转换器(10)，包括：
-与DC源(B)可连接的第一DC端口(10A)；
-具有与DC母线(4)可连接的正端子(PT)、中点端子(MT)和负端子(NT)的第二DC端口(10B)；
-连接在所述正端子(PT)和所述中点端子(MT)之间的第一电容器(C1)以及
-连接在所述中点端子(MT)和所述负端子(NT)之间的第二电容器(C2)；
其中，所述DC-DC转换器(10)包括：
-第一开关电路(20)，包括连接在所述第一DC端口(10A)、第一节点(21)和第二节点(22)之间的有源开关；
-第二开关电路(40)，包括连接在所述第二DC端口(10B)、第一节点(41)和第二节点(41)之间的有源开关；
-谐振电路(30)，连接在所述第一开关电路(20)的节点(21、22)和所述第二开关电路(40)的节点(41、42)之间；
-控制电路(50)，用于通过控制所述第一开关电路和所述第二开关电路(20、40)的有源开关来控制从所述第一DC端口(10A)到所述第二DC端口(10B)的所述电力传输；
其中，所述第二开关电路(40)包括：
-第一开关(Q1)，连接在所述第二端口(10B)的正端子(PT)和所述第一节点(41)之间；
-第二开关(Q2)，连接在所述第一节点(41)和所述第二端口(10B)的中点端子(MT)之间；
-第三开关(Q3)，连接在所述第二端口(10B)的中点端子(MT)和所述第二节点(42)之间；
-第四开关(Q4)，连接在所述第二节点(42)和所述第二端口(10B)的负端子(NT)之间。


2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器(10)，其中，所述控制电路(50)被配置为个别地控制所述第一电容器(C1)上的第一电容器电压(VC1)和所述第二电容器(C2)上的第二电容器电压(VC2)。


3.根据权利要求1或2所述的DC-DC转换器(10)，其中，所述DC-DC转换器(10)包括：第一传感器(SA1)，用于测量表示所述第一电容器(C1)上的第一电容器电压(VC1)的参数；以及，第二传感器(SA2)，用于测量表示所述第二电容器(C2)上的第二电容器电压(VC2)的参数；其中所述第一传感器和所述第二传感器(SA1、SA2)与所述控制电路(50)连接。


4.根据以上任一项权利要求所述的DC-DC转换器(10)，其中，所述控制电路(50)被配置为在电力从所述第一电容器(C1)中汲取的第一间隔(T1ref)期间向所述第一电容器(C1)供电，并且所述控制电路(50)被配置为在电力从所述第二电容器(C2)中汲取的第二间隔(T2ref)期间向所述第二电容器(C2)供电。


5.根据权利要求4所述的DC-DC转换器(10)，其中，所述控制电路(50)在所述第一间隔(T1ref)期间被配置为在初始充电状态(CS0)和第一充电状态(CS1)之间交替，在所述初始充电状态(CS0)中，所述谐振电路(30)由所述DC源(B)充电，在所述第一充电状态(CS1)中，所述第一电容器(C1)由所述谐振电路(30)充电，并且其中，所述控制电路(50)在第二间隔(T2ref)期间被配置为在所述初始充电状态(CS0)和第二充电状态(CS2)之间交替，在所述第二充电状态(CS2)中，所述第二电容器(C2)由所述谐振电路(30)充电。


6.根据权利要求5所述的DC-DC转换器(10)，其中：
-在所述初始切换状态(CS0)期间，所述第二开关和所述第三开关(Q2、Q3)导通，所述第一开关和所述第四开关(Q1、Q4)断开；
-在所述第一充电状态(CS1)期间，所述第一开关和所述第三开关(Q1、Q3)导通，所述第二开关和所述第四开关(Q2、Q4)断开；
-在所述第二充电状态(CS2)期间，所述第二开关和所述第四开关(Q2、Q4)导通，所述第一开关和所述第三开关(Q1、Q3)断开。


7.根据权利要求3或4所述的DC-DC转换器(10)，其中：
在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：易达有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO