一种对称型双输出Z源变换器的制作方法

本实用新型涉及电力电子变换器技术领域，特别是涉及一种对称型双输出Z源变换器。

背景技术：

半桥变换器根据控制策略的不同可实现逆变的功能或者整流的功能，即可做半桥逆变器，也可做半桥整流器。现有技术中常规的逆变桥臂直接与直流电压源并联，当逆变桥臂的上、下开关管因误触发而直通时，会流过非常大的电流而使开关管损毁。而且，这类半桥逆变器输出交流电压的幅值只有输入电压的一半，属于降压型逆变器，输出电压的范围比较窄。为了提高输出交流电压的幅值，传统的做法是在逆变器前级加入升压环节，或在输出端接变压器进行升压。在逆变器前级加入升压环节的方案中至少需要多用一个开关管，这增加了功率传递中的开关损耗，也增加了控制的复杂性。在逆变器输出端接变压器虽然可以提高输出电压的幅值，但是当变压器匝比固定时，输出交流电压的幅值是一定值。

目前Z源半桥变换器(如图1)已经可以解决上述问题。然而，随着新能源技术的市场需求，多电路输出的电路己经变得日益迫切。因此，当需要2路输出的时候，就需要2个Z源半桥变换器，而2个Z源半桥变换器需要2个电源，4个储能电容以及4个开关管。一方面，使用的器件多，造成成本以及控制难度的提高，另一方面，很多应用场合是不允许用两个电源的。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的双输出Z源变换器是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种对称型双输出Z源变换器，当有2路输出时，仅需要一个电源以及3个开关管，减少了很多器件，结构简单，降低了成本以及控制难度，效率高。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种对称型双输出Z源变换器，该变换器包括一个电源、一个二极管、Z源阻抗、第一开关管、第二开关管以及第三开关管，其中，所述Z源阻抗包括第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感；

所述电源的正极与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极分别与所述第一电感的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述电源的负极分别与所述第二电感的第一端以及所述第二电容的第一端连接，所述第一开关管的漏极分别与所述第一电感的第二端以及所述第二电容的第二端连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极与所述第三开关管的漏极连接，所述第三开关管的源极分别与所述第一电容的第二端以及所述第二电感的第二端连接；所述第一电感的第一端以及所述第一开关管的源极分别接在第一负载的两端，所述第二电感的第一端以及所述第三开关管的漏极分别接在第二负载的两端。

优选地，所述第一开关管、第二开关管以及第三开关管均为NMOS。

优选地，所述第一开关管、第二开关管以及第三开关管均为N型三极管。

优选地，所述第一开关管、第二开关管以及第三开关管均为IGBT。

本实用新型提供了一种对称型双输出Z源变换器，该变换器包括一个电源、一个二极管、Z源阻抗、第一开关管、第二开关管以及第三开关管，其中，Z源阻抗包括第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感；电源的正极与二极管的阳极连接，二极管的阴极分别与第一电感的第一端和第一电容的第一端连接，电源的负极分别与第二电感的第一端以及第二电容的第一端连接，第一开关管的漏极分别与第一电感的第二端以及第二电容的第二端连接，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第三开关管的源极分别与第一电容的第二端以及第二电感的第二端连接；第一电感的第一端以及第一开关管的源极分别接在第一负载的两端，第二电感的第一端以及第三开关管的漏极分别接在第二负载的两端。

可见，本实用新型提供的对称型双输出Z源变换器，与现有技术相比，当有2路输出时，仅需要一个电源以及3个开关管，减少了很多器件，结构简单，降低了成本以及控制难度，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种Z源变换器的电路原理图；

图2为本实用新型提供的一种对称型双输出Z源变换器的电路原理图；

图3为本实用新型提供的图2在工作模式1的电路原理图；

图4为本实用新型提供的图2在工作模式2的电路原理图；

图5为本实用新型提供的图2在工作模式3的电路原理图；

图6为本实用新型提供的图2在工作模式4的电路原理图；

图7为本实用新型提供的图2在工作模式5的电路原理图；

图8为本实用新型提供的图2在工作模式6的电路原理图；

图9为本实用新型提供的双输出Z源半桥变换器对应的波形图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种对称型双输出Z源变换器，当有2路输出时，仅需要一个电源以及3个开关管，减少了很多器件，结构简单，降低了成本以及控制难度，效率高。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图2，图2为本实用新型提供的一种对称型双输出Z源变换器的电路原理图。

该变换器包括一个电源V_d、一个二极管D、Z源阻抗、第一开关管S₁、第二开关管S₂以及第三开关管S₃，其中，Z源阻抗包括第一电容C₁、第二电容C₂、第一电感L₁以及第二电感L₂；

电源V_d的正极与二极管D的阳极连接，二极管D的阴极分别与第一电感L₁的第一端和第一电容C₁的第一端连接，电源V_d的负极分别与第二电感L₂的第一端以及第二电容C₂的第一端连接，第一开关管S₁的漏极分别与第一电感L₁的第二端以及第二电容C₂的第二端连接，第一开关管S₁的源极与第二开关管S₂的漏极连接，第二开关管S₂的源极与第三开关管S₃的漏极连接，第三开关管S₃的源极分别与第一电容C₁的第二端以及第二电感L₂的第二端连接；第一电感L₁的第一端以及第一开关管S₁的源极分别接在第一负载的两端，第二电感L₂的第一端以及第三开关管S₃的漏极分别接在第二负载的两端。

作为优选地，第一开关管S₁、第二开关管S₂以及第三开关管S₃均为NMOS。

作为优选地，第一开关管S₁、第二开关管S₂以及第三开关管S₃均为N型三极管。

作为优选地，第一开关管S₁、第二开关管S₂以及第三开关管S₃均为IGBT。

当然，这里的第一开关管S₁、第二开关管S₂以及第三开关管S₃具体选用哪种电力电子器件，本实用新型在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

下面对本实用新型提供的一种对称型双输出Z源变换器的工作原理作介绍：

具体地，请参照图3-图9，其中，图3为本实用新型提供的图2在工作模式1的电路原理图，图4为本实用新型提供的图2在工作模式2的电路原理图，图5为本实用新型提供的图2在工作模式3的电路原理图，图6为本实用新型提供的图2在工作模式4的电路原理图，图7为本实用新型提供的图2在工作模式5的电路原理图，图8为本实用新型提供的图2在工作模式6的电路原理图，图9为本实用新型提供的双输出Z源半桥变换器对应的波形图。

其中，每个开关管依次滞后D₁T时间段后开通，导通时间为D₂T，T为开关管开关周期。以顺时钟方向为电压的正参考方向。

工作模态1：

如图9时间段[t₀-t₁]所示，三个开关管都导通，二极管关断，此时的等效电路图如图3所示。此时第一电容C₁为第一电感L₁充电，电感L₁电流直线上升，第一负载R₁被第二开关管S₂和第三开关管S₃导通而短路，输出电压V_o1为0。同时，第二电容C₂分别为第二电感L₂与第二负载R₂传输能量，电感L₂电流直线上升。电感L₁电压为：V_L1＝V_C1＝V_L2＝V_C2，输出电压v_o1＝0，v_o2＝V_C2＝V_L2。此阶段时间为(D₁+D₂-1)T。

工作模态2：

如图9时间段[t₁-t₂]所示，第二开关管S₂关断，其余两个开关管都导通，二极管导通，此时的等效电路图如图4所示。电源V_d通过二极管D给电容C₁、C₂、L₁和L₂充电，同时电容C₁与电感L₁一起给R₁提供能量，L₁电感电流下降。电感L₂与第二负载R₂并联，给R₂传输能量，电感L₂电流下降。电感L₁电压为：V_L1＝V_d-V_C2，输出电压v_o1＝V_C1-V_L1，v_o2＝V_L2。此阶段时间为(1-D2)T。

工作模态3：

如图9时间段[t₂-t₃]所示，三个开关管都导通，二极管关断，此时的等效电路图如图5所示。此阶段的原理和工作模态1相同。此阶段时间为(D1+D2-1)T。

工作模态4：

如图9时间段[t₃-t₄]所示，第三开关管S₃关断，其余两个开关管都导通，二极管导通，此时的等效电路图如图6所示。电源V_d通过二极管D给电容C₁、C₂、L₁和L₂充电，同时电容C₁与电感L₁一起给R₁提供能量，电感电流下降。电容C₂与第二负载R₂并联，给R₂传输能量。电感L₁电压为：V_L1＝V_d-V_C2，输出电压v_o1＝V_C1-V_L1，v_o2＝V_C2。此阶段时间为(1-D2)T。

工作模态5：

如图9时间段[t₄-t₅]所示，三个开关管都导通，二极管关断，此时的等效电路图如图7所示。此阶段的原理和工作模态1相同。此阶段时间为(D1+D2-1)T。

工作模态6：

如图9时间段[t₅-t₆]所示，第一开关管S₁关断，其余两个开关管都导通，二极管导通，此时的等效电路图如图8所示。R₁被第二开关管和第三开关管导通而成短路，输出电压V_o1为0。电源V_d通过二极管D给电容C₁、C₂、L₁和L₂充电。电感L₂与第二负载R₂并联，给R₂传输能量，电感L₂电流下降。电感L₁电压为：V_L1＝V_d-V_C2，输出电压v_o1＝0，v_o2＝V_L2。此阶段时间为(1-D2)T。

综上所描述，根据电感的在一个开关周期中,根据电感L₁的伏-秒数守恒，得即由此得

由此可得到也由此得到输出表达式为

本实用新型提供了一种对称型双输出Z源变换器，该变换器包括一个电源、一个二极管、Z源阻抗、第一开关管、第二开关管以及第三开关管，其中，Z源阻抗包括第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感；电源的正极与二极管的阳极连接，二极管的阴极分别与第一电感的第一端和第一电容的第一端连接，电源的负极分别与第二电感的第一端以及第二电容的第一端连接，第一开关管的漏极分别与第一电感的第二端以及第二电容的第二端连接，第一开关管的源极与第二开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第三开关管的源极分别与第一电容的第二端以及第二电感的第二端连接；第一电感的第一端以及第一开关管的源极分别接在第一负载的两端，第二电感的第一端以及第三开关管的漏极分别接在第二负载的两端。

可见，本实用新型提供的对称型双输出Z源变换器，与现有技术相比，当有2路输出时，仅需要一个电源以及3个开关管，减少了很多器件，结构简单，降低了成本以及控制难度，效率高。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。