一种共地的高增益z源升压变换器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种共地的高增益Z源升压变换器。
【背景技术】
[0002] 在可再生能源发电系统中，大多数的可再生能源如太阳能、风能和燃料电池等输 出一般都是低等级的直流电压，若要并网的话，需要使用高增益的变换器将低压直流电转 换为高压直流电，然后再经过逆变器的作用输出交流电以并网。然而传统的DC/DC升压变换 器受到占空比、生热和损耗的限制，无法实现大幅度的升压，如Boost变换器，其电压增益为 1/(1_D)，D为占空比，当占空比接近于1时才能获得较高的电压增益，但与此同时会遇到上 述的问题;而许多Z源DC/DC变换器，虽利用Z源网络实现了升压，但电压增益仍有提升的空 间，如Z源升压变换器的电压增益为（1-D)/(1-2D)，此外还存在不共地、开关管应力较大等 问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种共地的高增益Z源升压变 换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一二极管、第一电感、第二电感、第一 电容、第二电容、开关管、第二二极管、输出电容和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:直流输入电源Vin的一端与第一二极管的阳极连 接。第一二极管的阴极与第一电感的一端、第一电容的一端和第二二极管的阳极连接。第一 电感的另外一端与第二电容的一端和开关管的漏极连接。第一电容的另外一端与开关管的 源极和第二电感的一端连接。第二二极管与输出电容的一端和负载的一端连接。输出电容 与负载并联。直流输入电源Vin的另外一端与第二电容的另外一端、第二电感的另外一端、输 出电容的另外一端和负载的另外一端连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有的优势为：相比于传统的Boost变换器(其输出
和Z源升压变换器(其输出电压为
）等DC/DC变换 器，在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占空 比就可以将低等级电压升至高等级的电压，而且输入输出共地、开关管应力较低、结构简单 以及效率高，因此本发明电路具有很广泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种共地的高增益Z源升压变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009]图3a~图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010] 图4为本发明的电路、Boost和Z源升压变换器的增益￥。八化随占空比D变化的波形 图。
【具体实施方式】
[0011] 为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行 具体说明，但本发明的实施不限于此。
[0012] 本发明的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了分析方 便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号Vgs、第一二极管Di电流iDi、第二 二极管D2电流iD2、第一电感1^电流iu、第二电感L2电流k2、第一电容&电压VC1、第二电容C2 电压Vc2的波形图如图2所示。
[0013] (1)在（to~阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号 Vcs从低电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管Di承受反向电压截止，第二二极管02承 受正向电压导通。第一电容Cl与第二电容C2通过开关管S分别给第一电感Li与第二电感L2充 电，此外，第一电容Cl与第二电容C2通过开关管S同时给输出电容Cmjt充电和负载供电。
[0014] (2)在（以~^)阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号 Vcs从高电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管Di承受正向电压导通，第二二极管02承 受反向电压截止。直流输入电源Vin和第一电感U通过第一二极管0:同时给第二电容&充电， 直流输入电源Vin和第二电感L2通过第二二极管02同时给第一电容&充电。输出电容Ccmt给负 载供电，以维持输出电压V?t不变。
[0015] (3)本发明电路的稳态增益
[0016] 由于第一电感U与第二电感L2的电感值相同，第一电容Ci与第二电容C2的电容值 相同，且是一个对称结构，故第一电感Li、第一电容Ci分别与第二电感L2、第二电容C2的电 压、电流相等。
[0017] 由式⑴得到输入电压Vin与第一电容Ci电压Vci的关系式(2)。
[0018] VciD=(Vci-Vin)(l-D) (1)
[0020]由于第一电容&与第二电容C2的电压相等，因此得到式(3)。
[0022]由于输出电压￥咖等于第一电容(：^1与第二电容(：是2之和，所以由式(2)、（3)得到 输出电压Vout与直流输入电压Vin的关系式(4)。
[0024] 传统Boost变换器与Z源升压变换器的稳态增益分别为1/(1-D)和（1-D)/(1_2D)(D为占空比），本文所提电路与Boost变换器、Z源升压变换器的稳态增益比较图如图4所示，从 图4可知，当输入电压为24V时，本文提出的电路只需占空比为0.4就可以升至144V左右，而 另两种变换器需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种共地的高增益Z源升压变换器，其特征在于包括直流输入电源(νιη)、第一二极管 (〇1)、第一电感(1^)、第二电感(1^)、第一电容(&)、第二电容((： 2)、开关管(5)、第二二极管 (〇2)、输出电容((^)和负载。2. 根据权利1要求所述的一种共地的高增益Z源升压变换器，其主要特征在于:所述的 直流输入电源(Vin)的一端与第一二极管(DJ的阳极连接;所述的第一二极管(DO的阴极与 第一电感(Li)的一端、第一电容(Ci)的一端和第二二极管(D2)的阳极连接;所述的第一电感 (U)的另外一端与第二电容(C2)的一端和开关管(S)的漏极连接;所述的第一电容(&)的另 外一端与开关管(S)的源极和第二电感(L2)的一端连接;所述的第二二极管(D2)与输出电容 (C。ut)的一端和负载的一端连接;所述的输出电容(C。ut)与负载并联;所述的直流输入电源 Vin的另外一端与第二电容(c2)的另外一端、第二电感(L2)的另外一端、输出电容((：_)的另 外一端和负载的另外一端连接。
【专利摘要】本发明提供一种共地的高增益Z源升压变换器，包括直流输入电源、第一二极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、开关管、第二二极管、输出电容和负载。直流输入电源的一端与第一二极管的阳极连接。第一二极管的阴极与第一电感的一端、第一电容的一端和第二二极管的阳极连接。第一电感的另外一端与第二电容的一端和开关管的漏极连接。第一电容的另外一端与开关管的源极和第二电感的一端连接。第二二极管与输出电容的一端和负载的一端连接。直流输入电源的另外一端与第二电容的另外一端、第二电感的另外一端、输出电容的另外一端和负载的另外一端连接。本发明相比于Boost变换器、传统Z源升压变换器等具有较高的电压增益。
【IPC分类】H02M3/156
【公开号】CN105450020
【申请号】CN201510224460
【发明人】张波, 沈瀚云, 丘东元, 周丽萍, 肖文勋
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年5月1日