一種共地的高增益z源升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種共地的高增益Z源升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，大多數(shù)的可再生能源如太陽能、風(fēng)能和燃料電池等輸 出一般都是低等級的直流電壓，若要并網(wǎng)的話，需要使用高增益的變換器將低壓直流電轉(zhuǎn) 換為高壓直流電，然后再經(jīng)過逆變器的作用輸出交流電以并網(wǎng)。然而傳統(tǒng)的DC/DC升壓變換 器受到占空比、生熱和損耗的限制，無法實(shí)現(xiàn)大幅度的升壓，如Boost變換器，其電壓增益為 1/(1_D)，D為占空比，當(dāng)占空比接近于1時(shí)才能獲得較高的電壓增益，但與此同時(shí)會(huì)遇到上 述的問題;而許多Z源DC/DC變換器，雖利用Z源網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了升壓，但電壓增益仍有提升的空 間，如Z源升壓變換器的電壓增益為（1-D)/(1-2D)，此外還存在不共地、開關(guān)管應(yīng)力較大等 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種共地的高增益Z源升壓變 換器。
[0004] 本發(fā)明電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一二極管、第一電感、第二電感、第一 電容、第二電容、開關(guān)管、第二二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本發(fā)明電路具體的連接方式為:直流輸入電源Vin的一端與第一二極管的陽極連 接。第一二極管的陰極與第一電感的一端、第一電容的一端和第二二極管的陽極連接。第一 電感的另外一端與第二電容的一端和開關(guān)管的漏極連接。第一電容的另外一端與開關(guān)管的 源極和第二電感的一端連接。第二二極管與輸出電容的一端和負(fù)載的一端連接。輸出電容 與負(fù)載并聯(lián)。直流輸入電源Vin的另外一端與第二電容的另外一端、第二電感的另外一端、輸 出電容的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢為：相比于傳統(tǒng)的Boost變換器(其輸出
和Z源升壓變換器(其輸出電壓為
）等DC/DC變換 器，在相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的輸出電壓，輸出電壓為
在相同的輸入電壓和輸出電壓條件下，本發(fā)明電路只需要較小的占空 比就可以將低等級電壓升至高等級的電壓，而且輸入輸出共地、開關(guān)管應(yīng)力較低、結(jié)構(gòu)簡單 以及效率高，因此本發(fā)明電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種共地的高增益Z源升壓變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個(gè)開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009]圖3a~圖3b為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為本發(fā)明的電路、Boost和Z源升壓變換器的增益￥。八化隨占空比D變化的波形 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行 具體說明，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
[0012] 本發(fā)明的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了分析方 便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號Vgs、第一二極管Di電流iDi、第二 二極管D2電流iD2、第一電感1^電流iu、第二電感L2電流k2、第一電容&電壓VC1、第二電容C2 電壓Vc2的波形圖如圖2所示。
[0013] (1)在（to~階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號 Vcs從低電平變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管S導(dǎo)通，第一二極管Di承受反向電壓截止，第二二極管02承 受正向電壓導(dǎo)通。第一電容Cl與第二電容C2通過開關(guān)管S分別給第一電感Li與第二電感L2充 電，此外，第一電容Cl與第二電容C2通過開關(guān)管S同時(shí)給輸出電容Cmjt充電和負(fù)載供電。
[0014] (2)在（以~^)階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號 Vcs從高電平變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管Di承受正向電壓導(dǎo)通，第二二極管02承 受反向電壓截止。直流輸入電源Vin和第一電感U通過第一二極管0:同時(shí)給第二電容&充電， 直流輸入電源Vin和第二電感L2通過第二二極管02同時(shí)給第一電容&充電。輸出電容Ccmt給負(fù) 載供電，以維持輸出電壓V?t不變。
[0015] (3)本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益
[0016] 由于第一電感U與第二電感L2的電感值相同，第一電容Ci與第二電容C2的電容值 相同，且是一個(gè)對稱結(jié)構(gòu)，故第一電感Li、第一電容Ci分別與第二電感L2、第二電容C2的電 壓、電流相等。
[0017] 由式⑴得到輸入電壓Vin與第一電容Ci電壓Vci的關(guān)系式(2)。
[0018] VciD=(Vci-Vin)(l-D) (1)
[0020]由于第一電容&與第二電容C2的電壓相等，因此得到式(3)。
[0022]由于輸出電壓￥咖等于第一電容(：^1與第二電容(：是2之和，所以由式(2)、（3)得到 輸出電壓Vout與直流輸入電壓Vin的關(guān)系式(4)。
[0024] 傳統(tǒng)Boost變換器與Z源升壓變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/(1-D)和（1-D)/(1_2D)(D為占空比），本文所提電路與Boost變換器、Z源升壓變換器的穩(wěn)態(tài)增益比較圖如圖4所示，從 圖4可知，當(dāng)輸入電壓為24V時(shí)，本文提出的電路只需占空比為0.4就可以升至144V左右，而 另兩種變換器需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種共地的高增益Z源升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源(νιη)、第一二極管 (〇1)、第一電感(1^)、第二電感(1^)、第一電容(&)、第二電容((： 2)、開關(guān)管(5)、第二二極管 (〇2)、輸出電容((^)和負(fù)載。2. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種共地的高增益Z源升壓變換器，其主要特征在于:所述的 直流輸入電源(Vin)的一端與第一二極管(DJ的陽極連接;所述的第一二極管(DO的陰極與 第一電感(Li)的一端、第一電容(Ci)的一端和第二二極管(D2)的陽極連接;所述的第一電感 (U)的另外一端與第二電容(C2)的一端和開關(guān)管(S)的漏極連接;所述的第一電容(&)的另 外一端與開關(guān)管(S)的源極和第二電感(L2)的一端連接;所述的第二二極管(D2)與輸出電容 (C。ut)的一端和負(fù)載的一端連接;所述的輸出電容(C。ut)與負(fù)載并聯(lián);所述的直流輸入電源 Vin的另外一端與第二電容(c2)的另外一端、第二電感(L2)的另外一端、輸出電容((：_)的另 外一端和負(fù)載的另外一端連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種共地的高增益Z源升壓變換器，包括直流輸入電源、第一二極管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、開關(guān)管、第二二極管、輸出電容和負(fù)載。直流輸入電源的一端與第一二極管的陽極連接。第一二極管的陰極與第一電感的一端、第一電容的一端和第二二極管的陽極連接。第一電感的另外一端與第二電容的一端和開關(guān)管的漏極連接。第一電容的另外一端與開關(guān)管的源極和第二電感的一端連接。第二二極管與輸出電容的一端和負(fù)載的一端連接。直流輸入電源的另外一端與第二電容的另外一端、第二電感的另外一端、輸出電容的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。本發(fā)明相比于Boost變換器、傳統(tǒng)Z源升壓變換器等具有較高的電壓增益。
【IPC分類】H02M3/156
【公開號】CN105450020
【申請?zhí)枴緾N201510224460
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 丘東元, 周麗萍, 肖文勛
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年5月1日