开关耦合电感型双自举三电平zeta变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高增益DC-DC变换器。
【背景技术】
[0002] 目前在各个领域中所应用的DC-DC变换器多为两电平的电路结构，相比之下，三 电平的DC-DC变换器的电路拓扑显现出其特有的优势和特点。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比原两电 平电路中也可以大大减小。
[0003] 由于三电平DC-DC变换器电路结构所展现出的优势，越来越多的学者已经对其电 路拓扑、工作性能等的各个方面展开了 一系列的研宄。其中，传统结构的两电平DC-DC变换 器已经全部由学者根据三电平变换器的变换原理转换为三电平DC-DC变换器用于来降低 在开关管和二极管等功率开关器件两端的电压应力以及减小电感电容等滤波器件的大小。 然而，由于三电平DC-DC变换器与两电平电路具有相同的电压转换比，所以，经由普通的两 电平电路变换得到的三电平DC-DC变换器并不能够达到很高的一个电压转换比。
[0004] 现如今，具有高增益电压转换功能的DC-DC变换器已经普遍被应用于电动汽车、 清洁车以及可再生能源和不间断电源中的电池备份系统中，因此也逐渐的成为了国内外学 者们竞相研宄的热点。为了实现DC-DC变换器的高电压转换比，通常在传统的DC-DC变换 器中，我们不得不将占空比选取为一个相对极值的情况，通常我们选择占空比小于〇. 1或 者大于0.9。而当占空比的取值在这样极端的情况下，对电路中的电能转换的效率将是非 常不利的。另外，通过正激和反激来提升电路中电压增益的方法在不要求隔离的工业设备 中，变压器的使用无疑会增加体积、加大费用，同时也将降低电能转换的效率。文章提出通 过级联转换器的形式，来得到所期望的电压转换比。级联电路是将多个相同的DC-DC变换 器进行连接，所以级联后的电路中的总的效率和每个单独的电路的效率是相同的，虽然通 过这种方式电路实现了较高的电压转换比，但是级联变换器的使用无疑只是增加了费用和 损耗。学者们普遍注意到，若想高效的改变电路中的电压增益，在原有电路的拓扑结构上进 行改变，进而实现其电压增益的提升是非常必要和可取的，因此，开关电感和开关电容结构 单元近期也被学者们提出应用在非隔离型的高增益DC-DC变换器中。
[0005] 电路拓扑结构的改变无疑是实现升高DC-DC变换器电压增益的一种好的方法，可 以使变换器电压增益得到提升，但仅仅是通过这种方式仍然无法解决在直流变换器中电压 增益对电路占空比取值的依赖。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决传统的DC-DC变换器，其电压增益的大小受电路占空比 限制的问题，提供一种开关耦合电感型双自举三电平zeta变换器。
[0007] 本发明所述的开关耦合电感型双自举三电平zeta变换器，包括电容C。、电容C1、电 容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、 二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管Dltl、电感U、耦合电感L1、耦合电感L2、电 阻Rtl、主开关S1、主开关S2和辅助开关S^，所述的主开关S1、主开关S2和辅助开关S^均采用 MOS管实现；
[0008] 电容C1与电容C2串联，构成串联支路，该串联支路的一端连接主开关S:的正极， 串联支路的另一端连接主开关S2的负极，第一串联支路的两端作为所述变换器的输入端；
[0009] 构成耦合电感1^的两个电感反接，耦合电感Li的同名端分别连接二极管D7的两 端，二极管D7的阳极还同时连接主开关Si的负极，耦合电感Li原端的另一个接线端连接二 极管D8的阳极，耦合电感L1副端的另一个接线端连接二极管D1的阳极，二极管D:的阴极连 接主开关&的正极；
[0010] 二极管08的阴极连接电容C3的一端，电容C3的另一端同时连接二极管D3的阴极 和辅助开关Stl的正极，二极管D3的阳极连接主开关S:的负极；
[0011] 辅助开关Stl的负极同时连接电容C4的一端和二极管D4的阳极，C4的另一端连接 二极管D9的阳极，二极管D4的阴极连接主开关S2的正极；
[0012] 构成耦合电感1^2的两个电感反接，耦合电感L2的同名端分别连接二极管D9的两 端，二极管D9的阳极还同时连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接主开关S:的负极， 耦合电感L2原端的另一个接线端连接二极管D1(|的阳极，耦合电感L2副端的另一个接线端 连接二极管Dltl的阳极，二极管D1(|的阴极还同时连接主开关S2的正极；
[0013] 二极管D2的阳极还同时连接电容C5的一端，二极管D1(|的阴极还同时连接电容C6 的一端，电容C5的另一端同时连接二极管D5的阴极和电感Ltl的一端，二极管D5的阳极连接 二极管D6的阴极，二极管D6的阳极同时连接电容C6的另一端和电容CC1的一端，电容CC1的 另一端连接电感Ltl的另一端，电容C^的两端作为所述变换器的输出端；
[0014] 二极管05与二极管D6的公共端连接电容Ci与电容C2的公共端。
[0015] 本发明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，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。
【附图说明】
[0016] 图1为实施方式一所述的开关親合电感型双自举三电平zeta变换器的电路拓扑 图；
[0017] 图2为实施方式一中变换器处于模态1或模态3时，电路的电流流通路径；
[0018] 图3为实施方式一中变换器处于模态2时，电路的电流流通路径；
[0019] 图4为实施方式一中变换器处于模态4时，电路的电流流通路径；
[0020] 图5为实施方式二中Matlab仿真得到的两个耦合电感原端和副端的电流波形图， 其中ii表示原端的电流，i2表示副端的电流；
[0021] 图6为实施方式二中Matlab仿真得到的电容C5两端的电压波形图；
[0022] 图7为实施方式二中Matlab仿真得到的变换器输出端的电压波形图；
[0023] 图8为实施方式二中实际测得的两个耦合电感原端和副端的电流波形图；
[0024] 图9为实施方式二中实际测得的变换器输出端的电压波形图和电容(：5两端的电 压波形。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0025] 一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的开关耦合电 感型双自举三电平zeta变换器，包括电容Ctl、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容 C6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二 极管D9、二极管Dltl、电感U、耦合电感L1、耦合电感L2、电阻％、主开关S1、主开关S2和辅助 开关Stl，所述的主开关S1、主开关S2和辅助开关S^均采用MOS管实现；
[0026] 电容C1与电容C2串联，构成串联支路，该串联支路的一端连接主开关S:的正极， 串联支路的另一端连接主开关S2的负极，第一串联支路的两端作为所述变换器的输入端；
[0027] 构成耦合电感1^的两个电感反接，耦合电感Li的同名端分别连接二极管D7的两 端，二极管D7的阳极还同时连接主开关Si的负极，耦合电感Li原端的另一个接线端连接二 极管D8的阳极，耦合电感L1副端的另一个接线端连接二极管D1的阳极，二极管D:的阴极连 接主开关&的正极；
[0028] 二极管08的阴极连接电容C3的一端，电容C3的另一端同时连接二极管D3的阴极 和辅助开关Stl的正极，二极管D3的阳极连接主开关S:的负极；
[0029] 辅助开关Stl的负极同时连接电容C4的一端和二极管D4的阳极，C4的另一端连接 二极管D9的阳极，二极管D4的阴极连接主开关S2的正极；
[0030] 构成耦合电感1^2的两个电感反接，耦合电感L2的同名端分别连接二极管D9的两 端，二极管D9的阳极还同时连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接主开关S:的负极， 耦合电感L2原端的另一个接线端连接二极管D1(|的阳极，耦合电感L2副端的另一个接线端 连接二极管Dltl的阳极，二极管D1(|的阴极还同时连接主开关S2的正极；
[0031] 二极管D2的阳极还同时连接电容C5的一端，二极管D1(|的阴极还同时连接电容C6