1.概述

4開關降壓升壓雙向DC-DC電源轉換器在很多應用中都有使用。作為一個同步降壓或同步升壓轉換器，其中只有兩個開關切換，開關損耗減少到一半。只有當直流母線和電池電壓彼此接近，然后轉換器作為一個同步降壓-升壓轉換器，其中所有四個開關切換。

典型應用：

1.本地儲能系統；

2.備用電池單元(BBU)；

3.DC-DC非隔離應用。

2.系統框圖

3.方案功能描述

1.多模式控制，降低開關損耗，實現高效率；

2.兼容鋰離子和鋰聚合物電池的內置電池充電CC-CV-Top算法；

3.從充電到備用電源模式的超快速切換，可在斷電時實現無縫電源傳輸；

4.直流母線電壓可以高于或低于蓄電池電壓；

5.蓄電池過壓、過流保護；

6.直流母線過電壓保護；

7.UCD3138數字電源控制器解決方案為未來更新提供可編程性和可配置性；

4.性能參數

5.系統描述

備用電池和電力存儲系統在不間斷電源系統(UPS)、服務器、電信整流器和電力線通信（PLC）系統等許多工業(yè)應用中發(fā)揮著重要作用。這些應用使用各種各樣的儲能元件，如超級電容器、鉛酸電池、鋰離子和鋰聚電池。

典型的備用電池儲能系統有以下模塊：

1.從電源為電池充電的電池充電器子系統。

2.電池放電子系統，用于從電池向負載供電。

3.電池管理解決方案)系統來監(jiān)控和保護電池。

典型電池備份系統的框圖如圖所示。

電池充電器子系統從直流總線獲取電力并對電池組進行充電。蓄電池放電子系統從蓄電池組獲取電能，并將其反饋到直流母線。

在正常工作條件下，電池備用系統從直流母線汲取能量，為電池組充電，而電池放電系統保持不活動狀態(tài)。當直流母線輸入電源故障時，蓄電池放電系統立即開始向直流母線供電。在此期間，電池充電器系統保持不活動狀態(tài)。

降低電池備用子系統的成本和尺寸的一種方法是使用單個雙向功率轉換器來進行電池充電和備用電源操作。當與使用兩個單獨的功率級的實施電池備份系統的傳統安排相比，一個單一的雙向功率級實施顯著減少了組件的數量。

使用單個雙向功率級的另一個好處是，可以非?？焖俚貙崿F從充電到放電的模式轉換，這可以減少DC總線處的大容量電容器(保持時間)要求。

有許多拓撲結構可用于蓄電池備用子系統。電池電壓從最低充電到完全充電的范圍很廣。為了獲得更好的效率，電池組的選擇應使電池額定電壓等于直流母線電壓。這意味著充電器的輸出電壓在電池最小充電時低于輸入電壓，在電池完全充電時高于輸入電壓。因此，充電器需要在電池最小充電時提供降壓功能，當電池完全充電時需要提供升壓功能。另一方面，當工作在備用模式時，轉換器需要在電池完全放電時提供升壓功能，在電池最小放電時提供降壓功能。

PMP 21529的設計是這樣一個雙向的DC-DC功率轉換器，專門為電池后備系統設計，電池電壓范圍超過直流母線電壓。

該設計可以從直流母線對鋰離子電池組進行充電。當主電源關閉時，設備將從鋰離子電池組無縫地將電源傳輸到DC母線。本設計是基于UCD3138數字控制器控制的4開關降壓升壓級。根據直流母線電壓和電池電壓的不同，變換器可以作為同步降壓變換器或同步升壓變換器工作，其中只有兩個開關管進行開關，開關損耗減少了一半。只有當直流母線和電池電壓非常接近，然后轉換器作為一個降壓-升壓轉換器，其中所有四個開關切換。

4開關橋功率級實現高驅動電流，快速開關柵極驅動器UCC27211A和IPB180N08S402ATMA1功率MOSFET。設計工作頻率在140kHz。

6.原理描述

6.1 充電模式：直流母線電壓>蓄電池電壓

當直流母線電壓高于電池電壓時，Q3完全打開，Q4完全關閉。Q1和Q2分別由在電池充電模式下，D和1-D控制，變換器成為同步降壓變換器，如圖所示。

6.2 充電模式：直流母線電壓<蓄電池電壓

在電池充電模式下，當直流母線電壓低于電池電壓時，Q1完全打開，Q2完全關閉。Q4和Q3分別由D和1-D控制，變換器成為同步升壓變換器，如圖所示。

6.3 充電模式：直流母線電壓=蓄電池電壓

在蓄電池充電模式下，當直流母線電壓接近蓄電池電壓時，Q1和Q4由D控制，Q2和Q3由1-D控制。轉換器成為同步降壓一升壓轉換器，如圖所示。

6.4 備用模式：直流母線電壓>蓄電池電壓

在備用模式下，當直流母線電壓高于蓄電池電壓時，Q3完全開啟，Q4完全關閉。Q2和Q1分別由D和1-D控制，變換器成為同步升壓變換器，如圖所示。

6.5 備用模式：直流母線電壓<蓄電池電壓

當直流母線電壓低于蓄電池電壓時，Q1被完全打開，Q2被完全關閉。Q3和Q4分別由在備用模式下，D和1-D控制，變換器成為同步降壓變換器，如圖所示。

6.6 備用模式：直流母線電壓=蓄電池電壓

在備用模式下，當直流母線電壓接近蓄電池電壓時，Q2和03由D控制，Q1和Q4由1-D控制。轉換器成為同步降壓一升壓轉換器，如圖所示：

6.7 運行模式與直流母線電壓和蓄電池電壓的關系

在電池充電和備用模式下，4開關功率級根據直流總線和電池電壓改變其工作模式，如圖所示。為了防止模式反彈，在降壓和降壓-升壓模式之間以及降壓-升壓和升壓模式之間添加了滯后。

6.8 電池放電原理

PMP21529是為使用鋰離子電池而設計的。鋰電池充電器必須在恒流(CC)或恒壓(CV)模式下工作。初始充電是在一個恒定的電流和電池端電壓穩(wěn)定地增加到幾乎全電壓。此時電池的電量約為85%。這部分周期約占總周期時間的40%。然后充電器改變到恒定電壓，以提供剩余的20%左右的電荷。當電流降低到額定電流的3%到5%之間時，就達到了完全充電。 這種電池沒有“浮動”充電階段，而是在端電壓下降時定期充電。過充會損壞電池。圖顯示了鋰離子電池通過恒流、恒壓和充電階段時的電壓和電流信號。