一種高增益Trans-Z源升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011 本發(fā)明涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種高增益Trans-Z源升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏、燃料電池等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展已成為解決化石燃料短缺和保護(hù)環(huán) 境的重要手段之一。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要DC/DC變換器升壓。然而 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;又如準(zhǔn) Z源變換器，其電壓增益為1/(1_2D)，較Boost變換器有了一定的提高，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，提出一種高增益Trans-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、第一電感所述、第一二極管所述、第一電 容所述、第二電容所述、第三電容所述、第二二極管所述、匝比為l:n(n 2 2)所述的變壓器所 述、開關(guān)管所述、第三二極管所述、輸出電容所述和負(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的正極與第一電感所述的 一端連接。所述的第一電感所述的另外一端與第一二極管所述的陽(yáng)極和第二電容所述的一 端連接。所述的第一二極管所述的陰極與第一電容所述的一端、第三電容所述的一端和第 二二極管所述的陽(yáng)極連接。所述的第二二極管所述的陰極與變壓器所述副邊的同名端連 接。所述的變壓器所述副邊的異名端與第三電容所述的另外一端和變壓器所述原邊的同名 端連接。所述的變壓器所述原邊的異名端與第二電容所述的另外一端、開關(guān)管所述的漏極 和第三二極管所述的陽(yáng)極連接。所述的第三二極管所述的陰極與輸出電容所述的一端和負(fù) 載的一端連接。所述的輸出電容所述與負(fù)載并聯(lián)。所述的直流輸入電源V in的負(fù)極與第一電 容所述的另外一端、開關(guān)管所述的源極、輸出電容所述的另外一端和負(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 電壓為1 = 7^匕,）和準(zhǔn)Z源變換器(其輸出電壓為匕》^DC/DC變換器，在 I - L) \ - 1L) 相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的輸出電壓，輸出電壓為匕。 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(jí)電 壓升至高等級(jí)的電壓，而且輸入輸出共地、輸入電流連續(xù)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為一種高增益Trans-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為提出的電路、Boost和準(zhǔn)Z源變換器的增益Vout/Vir^占空比D變化的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為以下結(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，以下若有未特別詳細(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(hào)VGS、第一二極管Di電流iDi、第二 二極管D2電流i D2、第三二極管D3電流iD3、第一電感1^電流iL1、變壓器T的勵(lì)磁電感L m電流iLm、 第一電容&電壓VC1、第二電容&電壓V C2、第三電容C3電壓VC3的波形圖如圖2所示。
[0013]在如~。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Di、第二二極管D2和第三二極管D3承受反向電壓 截止。直流輸入電源V in與第二電容C2通過(guò)開關(guān)管S同時(shí)給第一電感1^充電，第一電容Q和第 三電容C3通過(guò)開關(guān)管S同時(shí)給變壓器T的勵(lì)磁電感Lm充電。此外，輸出電容Ccmt給負(fù)載供電。 [00M]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(hào) VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管Di、第二二極管D2和第三二極管D 3承受正向電壓 導(dǎo)通。直流輸入電源Vin和第一電感U通過(guò)第一二極管0:和第三二極管D 3同時(shí)給第一電容&、 第二電容(：2、第三電容C3、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電，變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第一二極管 Di和第二二極管D2同時(shí)給第一電容&、第二電容C2、第三電容C3、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此 外，直流輸入電源V in、第一電感LdP變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第一二極管0:、第二二極管D2 和第三二極管D3同時(shí)給輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。
[0015]本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016]由第一電感1^與變壓器T的勵(lì)磁電感Lm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。
[0017] ( Vin+Vc2 ) t〇n+ ( Vin-Vci ) toff = 0 (1)
[0018] (vci+vc.^on-V-^toff=0 (2) n
[0019] = Vc，-VC1 (3) n
[0020] 又當(dāng)開關(guān)管s關(guān)斷時(shí)，輸出電壓V?t滿足下列關(guān)系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (4)
[0022] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)、（4)可得到輸出電壓￥_與直流輸入電壓￥1"的關(guān)系。
[。。23]:匕(5)
[0024] 傳統(tǒng)Boost變換器與準(zhǔn)Ζ源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/(1-D)和（1-D)/(1_2D)(D為 占空比），當(dāng)匝比n = 2時(shí)，本發(fā)明所提電路與Boost變換器、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0.24就可以 升至250V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高增益Trans-Z源升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感(L1)、第 一二極管(DD、第一電容(C 1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第二二極管(D2)、匝比為l:n的 變壓器(T)、開關(guān)管(S)、第三二極管(D 3)、輸出電容(Cciut)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端連接;所述第一電感(Li)的另外一端 與第一二極管(D1)的陽(yáng)極和第二電容(C2)的一端連接;所述第一二極管(D1)的陰極與第一 電容(C 1)的一端、第三電容(C3)的一端和第二二極管(D2)的陽(yáng)極連接;所述第二二極管(D 2) 的陰極與變壓器(T)副邊的同名端連接;所述變壓器(T)副邊的異名端與第三電容(C3)的另 外一端和變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名端與第二電容(C 2)的另 外一端、開關(guān)管(S)的漏極和第三二極管(D3)的陽(yáng)極連接;所述第三二極管(D 3)的陰極與輸 出電容(Cmjt)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(Cmjt)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(Cout)的另外一端和 負(fù)載的另外一端連接。2. 如權(quán)利要求1所述的一種高增益Trans-Z源升壓變換器，其特征在于輸出電壓￥_與 直流輸入電壓關(guān)系為，D為占空比。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高增益Trans-Z源升壓變換器。所述變換器包括直流輸入電源<i>Vin</i>、第一電感（<i>L</i>1）、第一二極管（<i>D</i>1）、第一電容（<i>C</i>1）、第二電容（<i>C</i>2）、第三電容（<i>C</i>3）、第二二極管（<i>D</i>2）、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第三二極管（<i>D</i>3）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。其主要特征在于：所述的直流輸入電源<i>Vin</i>的正極與第一電感（<i>L</i>1）的一端連接。本發(fā)明相比于Boost變換器、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】H02M3/155
【公開號(hào)】CN105529918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511034574
【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27日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日