一種開關(guān)準(zhǔn)z源型升壓變換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器。所述變換器包括直流輸入電源、第一電感（L1）、第一電容（C1）、第一二極管（D1）、第二電感（L2）、第二電容（C2）、第三二極管（D3）、第四二極管（D4）、第三電感（L3）、第三電容（C3）、第二二極管（D2）、第四電容（C4）、第四電感（L4）、第五二極管（D5）、開關(guān)管（S）、第六二極管（D6）、輸出電容（Cout）和負(fù)載。本實(shí)用新型相比于開關(guān)電感Boost變換器、Z源升壓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。
【專利說明】
一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在能源枯竭與環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，太陽能作為清潔的可再生能源，日益受 到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，以太陽能發(fā)電為基礎(chǔ)的供電系統(tǒng)和電氣裝置得到了深入的研究和 開發(fā)。太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為當(dāng)今利用太陽能最主要的方式之一。光伏陣列電池的輸出 電壓等級(jí)較低，不能滿足用電設(shè)備和并網(wǎng)的要求，因此光伏陣列電池的輸出電壓必須經(jīng)過 DC/DC變換器升壓后才能使用。但許多升壓DC/DC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，如開關(guān)電感Boost變換器，其電壓增益為（1+D)/(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Z源升壓變換器，其電壓增益為（1-D)/(1-2D)， 較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變 換器。
[0004] 本實(shí)用新型電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感、第一電容、第一二極管、 第二電感、第二電容、第三二極管、第四二極管、第三電感、第三電容、第二二極管、第四電 容、第四電感、第五二極管、開關(guān)管、第六二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本實(shí)用新型電路具體的連接方式為:所述直流輸入電源Vin的正極與第一電感的一 端、第一電容的一端和第三二極管的陽極連接。所述第一電感的另外一端與第一二極管的 陽極和第二電容的一端連接。所述第一二極管的陰極與第一電容的另外一端和第二電感的 一端連接。所述第二電容的另外一端與第二電感的另外一端、第四二極管的陽極和第五二 極管的陽極連接。所述第四二極管的陰極與第三二極管的陰極、第三電感的一端和第三電 容的一端連接。所述第三電感的另外一端與第二二極管的陽極和第四電容的一端連接。所 述第二二極管的陰極與第三電容的另外一端和第四電感的一端連接。所述第四電容的另外 一端與第四電感的另外一端、第五二極管的陰極、開關(guān)管的漏極和第六二極管的陽極連接。 所述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。所述輸出電容與負(fù)載并聯(lián)。 所述直流輸入電源V i n的負(fù)極與開關(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，本實(shí)用新型電路具有的優(yōu)勢(shì)為：相比于開關(guān)電感Boost變換器 (其輸出電壓為
）和Z源升壓變換器(其輸出電壓為
事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，本實(shí)用新型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 實(shí)用新型電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器結(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、開關(guān)電感Boost變換器和Z源升壓變換器的增益Vcmt/Vin隨占空 比D變化的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本實(shí)用新型的 實(shí)施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(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] 本實(shí)用新型的基本拓?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Di電流iDi、 第二二極管D 2電流iD2、第三二極管D3電流iD3、第四二極管D4電流iD4、第五二極管D 5電流iD5、 第六二極管D6電流iD6、第一電感1^電流i L1、第二電感L2電流iL2、第三電感L3電流i L3、第四電 感L4電流iw、第一電容Cl電壓Vci、第二電容C2電壓VC2、第三電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓 VC4的波形圖如圖2所示。
[0013]在階段，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、第四二極管D4和第六二極管 D6承受反向電壓截止，第三二極管D3和第五二極管D5承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源V in與 第一電容Ci通過開關(guān)管S和第五二極管05同時(shí)給第二電感L2充電，直流輸入電源V in與第二電 容&通過開關(guān)管S和第五二極管D5同時(shí)給第一電感1^充電，直流輸入電源V in與第三電容C3通 過開關(guān)管S和第三二極管D3同時(shí)給第四電感L4充電，直流輸入電源V in與第四電容C4通過開關(guān) 管S和第三二極管D3同時(shí)給第三電感L3充電，第一電容&、第二電容C 2、第三電容C3和第四電 容C4通過第三二極管D3和第五二極管D 5同時(shí)給第一電感1^、第二電感L2、第三電感L3和第四 電感L4充電。此外，輸出電容Ccmt給負(fù)載供電。
[0014] 在以~丨2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D 2、第四二極管D4和第六二極管 D6承受正向電壓導(dǎo)通，第三二極管D3和第五二極管D5承受反向電壓截止。第一電感U和第二 電感L 2通過第一二極管0:同時(shí)給第一電容&和第二電容C2充電，第三電感L3和第四電感L4通 過第二二極管D 2同時(shí)給第三電容C3和第四電容C4充電。此外，直流輸入電源Vin、第一電感U、 第二電感1^ 2、第三電感L3和第四電感L4通過第一二極管0:、第四二極管D4、第二二極管D2和第 六二極管D 6同時(shí)給第一電容&、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、輸出電容(：_和負(fù)載供 電。
[0015] 本實(shí)用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下：
[0016] 由于第一電感U與第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4的電感值相同，第一電容& 與第二電容c2、第三電容C3、第四電容C4的電容值相同，則第一電感U與第二電感L2、第三電 感L3、第四電感L4的電壓、電流相等，第一電容α與第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4的電 壓、電流相等。
[0017] 由第一電感Li與第二電感L2、第三電感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。
[0018] (Vin+Vci)t〇n-Vcit〇ff = 0 (1)
[0019] 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。
[0020] V〇ut = Vin+Vci+Vc2+Vc3+Vc4 (2)
[0021] 聯(lián)立求解式(1)、（2)可得到輸出電壓￥^與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0022]
(4)
[0023]開關(guān)電感Boost變換器與Z源升壓變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為（1+D)/(1_D)和（1-D)/ (1-2D)(D為占空比），本實(shí)用新型所提電路與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10V時(shí)，本實(shí)用新型提出的電路只需占空比為0.4就 可以升至90V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感(LD、第一電 容(CD、第一二極管(DD、第二電感(L2)、第二電容(C2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、 第三電感(L3)、第三電容(C3)、第二二極管(D2)、第四電容(C4)、第四電感(L4)、第五二極管 (D5)、開關(guān)管(S)、第六二極管(D6)、輸出電容(Cout)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端、第一電容(Cl)的一端和第三二極管 (D3)的陽極連接;所述第一電感(LD的另外一端與第一二極管(DD的陽極和第二電容(C2) 的一端連接;所述第一二極管(Di)的陰極與第一電容(Ci)的另外一端和第二電感(L2)的一 端連接;所述第二電容(C 2)的另外一端與第二電感(L2)的另外一端、第四二極管(D4)的陽極 和第五二極管(D 5)的陽極連接;所述第四二極管(D4)的陰極與第三二極管(D3)的陰極、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)的另外一端與第二二極管 (D2)的陽極和第四電容(C4)的一端連接;所述第二二極管(D2)的陰極與第三電容(C 3)的另 外一端和第四電感(U)的一端連接;所述第四電容(C4)的另外一端與第四電感(U)的另外 一端、第五二極管(D 5)的陰極、開關(guān)管(S)的漏極和第六二極管(D6)的陽極連接;所述第六二 極管(D6)的陰極與輸出電容(Cout)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(Cout)與負(fù)載并 聯(lián);所述直流輸入電源V in的負(fù)極與開關(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。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK205622503SQ201521117297
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年12月27日
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)