一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，世界各國(guó)都在大力開發(fā)新型可再 生清潔能源。而可再生能源發(fā)電系統(tǒng)通常需要具有較強(qiáng)升壓能力的直流功率變換器，將從 可再生能源中獲得的低壓直流電（18~50V)轉(zhuǎn)換為足夠高的直流電壓(200~400V)，然后進(jìn) 行逆變W并網(wǎng)發(fā)電，或供給獨(dú)立交流負(fù)載。但許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損 耗的限制，無(wú)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，但 由于寄生參數(shù)的影響，其增益受到限制;又如雙開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器，其電壓增益為（1+ D)/(1 -3D )，較Boos t變換器有了很大的提高，但仍有提升的空間。
【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，提出一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源 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、第二二極管、第 二電感、第Ξ二極管、第二電容、第四二極管、第一電容、第Ξ電感、第Ξ電容、第五二極管、 第四電容、第四電感、開關(guān)管、第六二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本發(fā)明電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與第一二極管的陽(yáng) 極和第一電感的一端連接。所述的第一二極管的陰極與第二二極管的陰極和第二電感的一 端連接。所述的第二二極管的陽(yáng)極與第一電感的另外一端和第Ξ二極管的陽(yáng)極連接。所述 的第二電感的另外一端與第Ξ二極管的陰極、第二電容的一端和第四二極管的陽(yáng)極連接。 所述的第四二極管的陰極與第一電容的一端、第Ξ電感的一端和第Ξ電容的一端連接。所 述的第Ξ電感的另外一端與第五二極管的陽(yáng)極和第四電容的一端連接。所述的第五二極管 的陰極與第Ξ電容的另外一端和第四電感的一端連接。所述的第四電容的另外一端與第四 電感的另外一端、第二電容的另外一端、開關(guān)管的漏極和第六二極管的陽(yáng)極連接。所述的第 六二極管的陰極與輸出電容的一端和負(fù)載的一端連接。所述的輸出電容與負(fù)載并聯(lián)。所述 的直流輸入電源Vin的負(fù)極與第一電容的另外一端、開關(guān)管的源極、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(shì)為:相比于傳統(tǒng)的Boost變換器(其輸出 電壓關(guān)
和雙開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器(其輸出電壓關(guān)
穿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
生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W將低等級(jí)電壓升至高等級(jí)的電壓，而且輸入輸出共地等，因此本發(fā)明電路具有 很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器結(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3曰、圖3b為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為提出的電路、Boost和雙開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的增益Vcmt/Vin隨占空比D變 化的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為W下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。需指出的是，W下若有未特別詳細(xì)說(shuō)明之過(guò)程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可 參照現(xiàn)有技術(shù)理解或?qū)崿F(xiàn)的。
[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。為了驗(yàn)證方 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(hào)VGS、第一二極管化電流iDl、第二 二極管化電流iD2、第Ξ二極管化電流iD3、第四二極管〇4電流iD4、第五二極管化電流iD5、第六 二極管化電流iD6、第一電感^電流U1、第二電感L2電流iL2、第Ξ電感L3電流iL3、第四電感L4 電流iL4、第一電容Cl電壓Vci、第二電容C2電壓VC2、第Ξ電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓VC4的 波形圖如圖2所示。
[OOU]在to~ti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(hào)VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管S導(dǎo)通，第一二極管化和第Ξ二極管化承受正向電壓導(dǎo)通，第二二極 管化、第四二極管〇4、第五二極管化和第六二極管化承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與 第二電容C2通過(guò)第一二極管化和開關(guān)管S同時(shí)給第二電感L2充電，直流輸入電源Vin與第二電 容C2通過(guò)第Ξ二極管化和開關(guān)管S同時(shí)給第一電感^充電，第一電容Cl和第四電容C4通過(guò)開 關(guān)管S同時(shí)給第Ξ電感L3充電，第一電容Cl和第Ξ電容C3通過(guò)開關(guān)管S同時(shí)給第四電感L4充 電。此外，輸出電容CDUt給負(fù)載供電。
[0014] 在ti~t2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(hào)VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管化和第Ξ二極管化承受反向電壓截止，第二二極 管化、第四二極管〇4、第五二極管化和第六二極管化承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin與 第一電感^和第二電感L2通過(guò)第二二極管化、第四二極管〇4、第五二極管化和第六二極管化 同時(shí)給第一電容Cl、第二電容C2、第Ξ電容C3、第四電容C4、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電，第Ξ電 感L3和第四電感L4通過(guò)第四二極管〇4和第五二極管化和第六二極管化同時(shí)給第一電容Cl、第 二電容〔2、第；電容C3、第四電容C4、輸出電容Cout和負(fù)載充電。此外，直流輸入電源Vin、第一 電感^、第二電感L2、第Ξ電感L3和第四電感L4通過(guò)第二二極管化、第四二極管〇4、第五二極 管化和第六二極管化同時(shí)給輸出電容Cmjt和負(fù)載供電。
[0015] 本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感^與第二電感L2的電感值相等，第Ξ電感L3與第四電感L4的電感值 相等，第立電容C3與第四電容C4的電容值相等，則第一電感b與第二電感L2的電壓、電流相 等，第Ξ電感L3與第四電感L4的電壓、電流相等，第Ξ電容C3與第四電容C4的電壓、電流相 等。
[0017]由第一電感b與第二電感L2、第Ξ電感L3、第四電感L4的電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的 平均值為零，可得到下列關(guān)系式。
[001 引
（1)
[0019] (Vci+Vc2)t〇n-Vc2t〇ff = 0 (2)
[0020] 又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，輸出電壓滿足下列關(guān)系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (3)
[0022] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)可得到輸出電壓與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0023]
(4)
[0024] 傳統(tǒng)Boost變換器與雙開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/Q-D)和（1 + D)/(1-3D)(D為占空比），本發(fā)明所提電路與Boost變換器、開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的穩(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10V時(shí)，本發(fā)明提出的電路只需占空比為 0.25就可W升至100V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一二極管 (DD、第一電感(1^)、第二二極管(D2)、第二電感(L2)、第三二極管(D3)、第二電容(C 2)、第四 二極管(D4)、第一電容(&)、第三電感(L3)、第三電容(C 3)、第五二極管(D5)、第四電容(C4)、 第四電感(L4)、開關(guān)管(S)、第六二極管(D6)、輸出電容(Cciut)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一二極管(D1)的陽(yáng)極和第一電感(L1)的一端連接;所述 第一二極管(D1)的陰極與第二二極管(D2)的陰極和第二電感(L2)的一端連接;所述第二二 極管(D 2)的陽(yáng)極與第一電感(L1)的另外一端和第三二極管(D3)的陽(yáng)極連接;所述第二電感 (L2)的另外一端與第三二極管(D3)的陰極、第二電容(C2)的一端和第四二極管(D 4)的陽(yáng)極 連接;所述第四二極管(D4)的陰極與第一電容(C1)的一端、第三電感(L 3)的一端和第三電容 (C3)的一端連接;所述第三電感(L3)的另外一端與第五二極管(D5)的陽(yáng)極和第四電容(C 4) 的一端連接;所述第五二極管(D5)的陰極與第三電容(C3)的另外一端和第四電感(L4)的一 端連接;所述第四電容(C 4)的另外一端與第四電感(L4)的另外一端、第二電容(C2)的另外一 端、開關(guān)管(S)的漏極和第六二極管(D 6)的陽(yáng)極連接;所述第六二極管(D6)的陰極與輸出電 容(Cciut)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(C ciut)與負(fù)載并聯(lián);所述直流輸入電源Vin 的負(fù)極與第一電容(Cl)的另外一端、開關(guān)管（S)的源極、輸出電容(Ccjut)的另外一端和負(fù)載 的另外一端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器，其特征在于輸出電壓 乂_與直流輸入電壓關(guān)系為：
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改進(jìn)的開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器，所述變換器包括直流輸入電源<i>Vin</i>、第一二極管（<i>D</i>1）、第一電感（<i>L</i>1）、第二二極管（<i>D</i>2）、第二電感（<i>L</i>2）、第三二極管（<i>D</i>3）、第二電容（<i>C</i>2）、第四二極管（<i>D</i>4）、第一電容（<i>C</i>1）、第三電感（<i>L</i>3）、第三電容（<i>C</i>3）、第五二極管（<i>D</i>5）、第四電容（<i>C</i>4）、第四電感（<i>L</i>4）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第六二極管（<i>D</i>6）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本發(fā)明相比于Boost變換器、雙開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器等具有較高的電壓增益，適用于非隔離型高增益直流電壓變換的場(chǎng)合。
【IPC分類】H02M3/156
【公開號(hào)】CN105490538
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511031141
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日