一种耦合电感型三电平Zeta变换器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力电子变换器技术领域。
【背景技术】
[0002] 高增益DC-DC变换器被广泛应用于绿色能源系统之中，但目前在各领域所应用的 DC-DC变换器多为两电平变换器。三电平DC-DC变换器与两电平电路结构在具有的相同的 电压增益的情况下，位于开关管和二极管等功率开关器件两端的电压应力却仅为两电平变 换电路中的一半。与此同时，在驱动信号的开关频率相同时，电感电流脉动和电容电压的脉 动也相同的情况下，电感和电容等的储能元件的取值仅为原两电平电路中的一半。
[0003] 但由于传统的三电平DC-DC变换器的电压增益与两电平电路中相同，并不能实现 较高的电压转换比。为实现较高的电压增益该电路不得不工作在占空比取的极值的情况 下，通常要大于0. 9或者小于0. 1。而在开关的占空比选取极值情况的电路，其效率往往会 很低。为此，有人提出多个电路级联的方式来实现高电压转换比。但是，由于级联电路中每 个小的电路单元的电压转换比都并未得到提升，所以，这种方法在提升电路增益的同时，极 大地增加了电路的体积和损耗。
[0004] 进而，学者们考虑通过对电路拓扑结构的改变来提升电路的电压增益。开关电感、 开关电容结构单元相继被提出并应用于DC-DC变换器中。在这种新型拓扑结构的电路中， 电路的电压增益得到了较大的提升，但是，该电路的电压增益严格的受到了占空比取值的 限制，使得电路的电压转换比对于开关占空比的选取过分的依赖。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有的采用开关电感、开关电容结构单元的DC-DC变换器在电路 的电压增益得到较大提升的同时，由于电压增益受到占空比取值的限制，使得电路的电压 转换比对于开关占空比的选取过分依赖的问题，提出了一种耦合电感型三电平Zeta变换 器。
[0006] -种耦合电感型三电平Zeta变换器，它包括：电源Vi、电容Ctl、电容C1、电容C2、电 容C3、电容C4、电容C5、电容C6、开关管Sp开关管S1、开关管S2、二极管D1、二极管D2、二极管 D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电阻Rtl、电感U、耦合电感L1、耦合电感L2、耦合电感LjP 耦合电感L4;親合电感Li和耦合电感L2相互耦合；親合电感L3和耦合电感L4相互耦合；
[0007] 电源Vi的正极同时连接开关管Si的源极和电容C:的一端；电源Vi的负极同时连 接开关管S2的源极和电容C2的一端；电容C:的另一端同时连接电容C2的另一端、二极管 〇5的阳极和二极管D6的阴极；
[0008] 开关管S1的漏极同时连接耦合电感1^的同名端、二极管03的阳极、二极管0 2的阳 极和电容仏的一端；电容C5的另一端同时连接电感LC1的一端和二极管D5的阴极；电感LQ 的另一端同时连接电容Q1的一端和电阻Rtl的一端；
[0009] 开关管SJi极同时连接二极管D1的阴极、二极管04的阴极、耦合电感1^4的异名端 和电容(；的一端；电容C6的另一端同时连接二极管D6的阳极、电容CC1的另一端和电阻R0 的另一端；
[0010] 耦合电感L1的异名端同时连接耦合电感L2的同名端和二极管D:的阳极；親合电 感L2的异名端连接电容C3的一端；电容C3的另一端同时连接二极管D3的阴极和开关管％ 的源极；开关管Stl的漏极同时连接电容C4的一端和二极管D4的阳极；电容C4的另一端连 接耦合电感L3的同名端；耦合电感L3的异名端同时连接耦合电感L4的同名端和二极管D2 的阴极。
[0011] 耦合电感L1和耦合电感L4的线圈匝数均为N1;親合电感L2和耦合电感L3的线圈 匝数均为N2;其中，NjPN2均为正整数。
[0012] 电源仏的电压为10V。
[0013] 开关管SjP开关管S2的驱动信号的频率均为50kHz。
[0014] 开关管SJP开关管S2的导通相位相差180°。
[0015] 开关管Stl的驱动信号的频率为IOOkHz。
[0016] 为了解决现有的采用开关电感、开关电容结构单元的DC-DC变换器中，电路的电 压转换比对于开关占空比的选取过分依赖的问题，将耦合电感元件应用于高增益DC-DC变 换器中。在DC-DC变换器中耦合电感匝数比这一变量的引入，充分的解决了在DC-DC变换 器中占空比取值对电路中电压增益的限制，同时，更好的满足了可再生能源设备等对直流 变换器中更高性能的要求。
[0017] 本发明是在三电平zeta变换器主电路拓扑结构的基础上经过改进，得到了新型 的自耦合型三电平Zeta变换器的主电路拓扑结构。该电路的电压增益得到了较大提升的 同时，充分的降低了电压增益对电路占空比取值的依赖。同时，三电平电路在同两电平电路 输出电压相同的情况下，开关管和二极管的电压应力均为两电平电路的开关管和二极管电 压应力的一半；同时，在开关频率相同，电感电流脉动和电容电压脉动也相同的情况下，储 能元件比其原型电路大大减小。
【附图说明】
[0018] 图1为一种耦合电感型三电平Zeta变换器的拓扑结构示意图；
[0019] 图2为一种耦合电感型三电平Zeta变换器在工作模态1和工作模态3时电路中 电流的流通路径图；
[0020] 图3为一种耦合电感型三电平Zeta变换器在工作模态2时电路中电流的流通路 径图；
[0021] 图4为一种耦合电感型三电平Zeta变换器在工作模态4时电路中电流的流通路 径图；
[0022] 图5为本发明进行Matlab仿真获得的耦合电感原端和副端的部分电流波形图；
[0023] 图6为本发明进行Matlab仿真获得的开关管S1和二极管D5两端电压应力的部分 波形图；
[0024] 图7为本发明进行Matlab仿真获得的输出电压及电容C5两端电压的部分波形 图；
[0025] 图8为本发明进行Matlab仿真后得到的耦合电感原副端电流波形图；
[0026] 图9为本发明进行Matlab仿真后得到的开关管SJP二极管D5两端的电压应力 图；
[0027] 图10为本发明进行Matlab仿真后得到的输出电压以及电容C5两端电压波形图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0028] 一、参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种耦合电 感型三电平Zeta变换器，它包括：电源Vi、电容Ctl、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、 电容C6、开关管Sp开关管S1、开关管S2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管 D5、二极管D6、电阻Rtl、电感U、耦合电感L1、耦合电感L2、耦合电感L3和耦合电感L4;耦合电 感L1和耦合电感L2相互耦合；親合电感L3和耦合电感L4相互耦合；
[0029] 电源Vi的正极同时连接开关管Si的源极和电容C:的一端；电源Vi的负极同时连 接开关管S2的源极和电容C2的一端；电容C:的另一端同时连接电容C2的另一端、二极管 〇5的阳极和二极管D6的阴极；
[0030] 开关管S1的漏极同时连接耦合电感1^的同名端、二极管03的阳极、二极管0 2的阳 极和电容仏的一端；电容C5的另一端同时连接电感LC1的一端和二极管D5的阴极；电感LQ 的另一端同时连接电容Q1的一端和电阻Rtl的一端；
[0031] 开关管SJi极同时连接二极管D1的阴极、二极管04的阴极、耦合电感1^4的异名端 和电容(；的一端；电容C6的另一端同时连接二极管D6的阳极、电容CC1的另一端和电阻R0 的另一端；
[0032] 耦合电感L1的异名端同时连接耦合电感L2的同名端和二极管D满阳极；親合电 感L2的异名端连接电容C3的一端；电容C3的另一端同时连接二极管D3的阴极和开关管％ 的源极；开关管Stl的漏极同时连接电容C4的一端和二极管D4的阳极；电容C4的另一端连 接耦合电感L3的同名端；耦合电感L3的异名端同时连接耦合电感L4的同名端和二极管D2 的阴极。
[0033] 本发明所述的一种耦合电感型三电平Zeta变换器，在该电路中耦合电感的原端 ㈨和L4)在两个主开关管SjPS2导通时与电源Vi并联并由电源V其充电，相应的在 耦合电感的副端（LjPL3)产生了n倍的电压，从而将自举电容CjPC6两端的电压提升到 (n+1)倍的电源