一种采用变压器的混合型准z源变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种采用变压器的混合型准Z源变换器。
【背景技术】
[0002] 在新能源发电系统中，燃料电池因其极高的发电效率和功率密度、低噪声、可连续 工作等优点而受到许多研究人员的关注。针对燃料电池输出电压低、范围宽、动态响应慢的 缺点，需要在燃料电池和负载之间加入一级DC/DC变换器输出稳定的高压直流电。然而许多 升压DC/DC变换器受到占空比、寄生参数和损耗的限制，无法实现大幅度的升压，如反激变 换器，其电压增益为nD/(l-D)，n为变压器匝比，D为占空比，但由于寄生参数的影响，其增益 受到限制；又如准Z源变换器，其电压增益为1/(1-2D)，较Boost变换器有了一定的提高，但 仍有提升的空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种采用变压器的混合型准Z 源变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、匝比为l:n的变压器、第一二极管、第一 电容、第二电容、第一电感、第三电容、第二二极管、第四电容、第二电感、开关管、第三二极 管、输出电容和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与变压器原边的同 名端连接。所述的变压器原边的异名端与变压器副边的同名端和第二电容的一端连接。所 述的变压器副边的异名端与第一二极管的阳极连接。所述的第一二极管的阴极与第一电容 的一端、第一电感的一端和第三电容的一端连接。所述的第一电感的另外一端与第二二极 管的阳极和第四电容的一端连接。所述的第二二极管的阴极与第三电容的另外一端和第二 电感的一端连接。所述的第二电感的另外一端与第四电容的另外一端、第二电容的另外一 端、开关管的漏极和第三二极管的阳极连接。所述的第三二极管的阴极与输出电容的一端 和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所述的直流输入电源Vin的负极与第一电 容的另外一端、开关管的源极、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:相比于传统的反激变换器(其输出电 μ /) 1 压为^ =__丨__/__丨匕,）和准Ζ源变换器(其输出电压为匕,,,匕）等DC/DC变换器，在相 I - L) 1 - AU 同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为匕,,。 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、输入电流连续等，因此本发明电路具有很广泛的 应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种采用变压器的混合型准Z源变换器结构图。
[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为提出的电路、反激变换器和准Z源变换器的增益占空比D变化的波 形图。
【具体实施方式】
[0011]为以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方 式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可 参照现有技术理解或实现的。
[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。为了验证方 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i D2、第三二极管D3电流iD3、变压器T的励磁电感Lm电流i Lm、第一电感1^电流iL1、 第二电感L2电流iL2、第一电容心电压Vci、第二电容C 2电压VC2、第三电容C3电压VC3、第四电容 C4电压VC4的波形图如图2所示。
[0013]在阶段，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VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管Di、第二二极管D2和第三二极管D3承受反向电压 截止。直流输入电源V in与第二电容C2通过开关管S同时给变压器T的励磁电感Lm充电，第一 电容 Cl和第四电容C4通过开关管S同时给第一电感1^充电，第一电容Q和第三电容C 3通过开 关管S同时给第二电感1^2充电。此外，输出电容Ccmt给负载供电。
[00M]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VGS从高 电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管Di、第二二极管D2和第三二极管D3承受正向电压 导通。直流输入电源Vir^P变压器T的励磁电感L m通过第一二极管0:同时给第一电容&充电， 直流输入电源Vir^P变压器T的励磁电感Lm通过第三二极管D 3同时给第二电容(：2、输出电容 Ccmt和负载充电，第一电感Ll和第二电感L2通过第一二极管Dl和第二二极管D2同时给第二电 容C2、第三电容C 3和第四电容C4充电，第一电感U和第二电感L2通过第二二极管D2和第三二 极管D 3同时给第一电容心、输出电容Ccmt和负载充电。此外，直流输入电源Vin、变压器T的励 磁电感L m、第一电感1^和第二电感L2通过第一二极管0!、第二二极管D2和第三二极管D 3同时 给输出电容c?t和负载充电。
[0015]本发明电路的稳态增益推导如下。
[0016]由于第一电感Li与第二电感L2的电感值相等，则第一电感Ll与第二电感L2的电压、 电流相等。
[0017] 由第一电感1^与变压器T的励磁电感Lm的电压在一个开关周期内的平均值为零，可 得到下列关系式。
[0018] + vC2)ion +-~?二(1.). η +1
[0019] iyci + Fc,)ton--^-+ + 1『)二 〇: (2)
[0020] VCi = ^- + ~(3：) c 2 2(v/? + l)
[0021] 又当开关管S关断时，输出电压V?t满足下列关系式。
[0022] Kut + 也-⑷ η +1
[0023] 联立求解式(1)、（2)、（3)和(4)可得到输出电压￥^与直流输入电压Vin的关系。
[0024] r°Bi - 1 - (Π + 3)/)匕 （5 )
[0025] 传统反激变换器与准Z源变换器的稳态增益分别为nD/(l-D)和1/(1_2D)(D为占空 比，η为变压器匝比），当匝比n=l时，本发明所提电路与反激变换器、电压举升型准Z源变换 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10V时，本发明提出的电路只需 占空比为0.23就可以升至125V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种采用变压器的混合型准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、匝比为I :n 的变压器(T)、第一二极管(DD、第一电容(&)、第二电容(C2)、第一电感(U)、第三电容(C 3)、 第二二极管（D2)、第四电容（C4)、第二电感（L2)、开关管（S)、第三二极管（D 3)、输出电容 (Cciut)和负载;所述直流输入电源的正极与变压器(T)原边的同名端连接;所述变压器(T)原 边的异名端与变压器(T)副边的同名端和第二电容(C 2)的一端连接;所述变压器(T)副边的 异名端与第一二极管(D1)的阳极连接;所述第一二极管(D 1)的阴极与第一电容(C1)的一端、 第一电感(Li)的一端和第三电容(C3)的一端连接;所述第一电感(Li)的另外一端与第二二 极管(D 2)的阳极和第四电容(C4)的一端连接;所述第二二极管(D2)的阴极与第三电容(C 3) 的另外一端和第二电感(L2)的一端连接;所述第二电感(L2)的另外一端与第四电容(C4)的 另外一端、第二电容(C 2)的另外一端、开关管(S)的漏极和第三二极管(D3)的阳极连接;所述 第三二极管(D 3)的阴极与输出电容(Cciut)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cciut)与 负载并联;所述直流输入电源的负极与第一电容(Ci)的另外一端、开关管（S )的源极、输出 电容(Cciut)的另外一端和负载的另外一端连接。2. 根据权利要求一种采用变压器的混合型准Z源变换器，其特征在于输出电压Vciut与直 流输入电压V in的关系为
【专利摘要】本发明提供一种采用变压器的混合型准Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源、匝比为1:<i>n</i>的变压器（<i>T</i>）、第一二极管（<i>D</i>1）、第一电容（<i>C</i>1）、第二电容（<i>C</i>2）、第一电感（<i>L</i>1）、第三电容（<i>C</i>3）、第二二极管（<i>D</i>2）、第四电容（<i>C</i>4）、第二电感（<i>L</i>2）、开关管（<i>S</i>）、第三二极管（<i>D</i>3）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。本发明相比于反激变换器、准Z源变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【IPC分类】H02M3/155
【公开号】CN105529920
【申请号】CN201511034893
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月31日