一种采用变压器和电压举升技术的准z源变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及DC/DC变换器领域，具体设及一种采用变压器和电压举升技术的准Z源 变换器。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于化石燃料的日益减少，可再生能源发电系统得到了快速发展。燃料电 池因其极高的发电效率和功率密度、低噪声等优点而受到许多研究人员的关注。但燃料电 池的输出为低压大电流的直流电，故往往需要经过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为变压器应比，D为占空比，但由于寄生参数的影响， 其增益受到限制;又如电压举升型准Z源变换器，其电压增益为2/(1-30),较Z源变换器有了 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和电压举升技 术的准Z源变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、应比为l:n的变压器、第一二极管、第一 电容、第二电容、第二二极管、第一电感、第二电感、第=电容、第=二极管、开关管、第四二 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二二极管的阳极连接。所述的第二二极管的阴极与第=电容 的一端和第二电感的一端连接。所述的第=电容的另外一端与第一电感的另外一端和第= 二极管的阳极连接。所述的第=二极管的阴极与第二电感的另外一端、第二电容的另外一 端、开关管的漏极和第四二极管的阳极连接。所述的第四二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 压为
）和电压举升型准Z源变换器(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W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为一种采用变压器和电压举升技术的准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3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010] 图4为提出的电路、反激变换器和开关电感型准Z源变换器的增益Vnut/Vin随占空比 D变化的波形图。
【具体实施方式】
[0011] 为W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，W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、第一二极管化电流iDl、第二 二极管化电流iD2、第S二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第一电感^电流iLl、第二电 感L2电流iL2、变压器T的励磁电感Lm电流iLm、第一电容Cl电压Vci、第二电容C2电压VC2、第S电 容C3电压VC3的波形图如图2所示。
[OOU]在to~ti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，第二二极管化和第=二极管化承受正向电压导通，第一二极 管化和第四二极管D4承受反向电压截止。直流输入电源Vin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通过第二二极管化和开关管S同时给第二电感L2充 电，第一电容Cl通过第=二极管化和开关管S同时给第一电感^充电，第一电容Cl通过第二 二极管化、第=二极管化和开关管S同时给第=电容C3充电。此外，输出电容Cout给负载供电。
[0014] 在tl~t2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，第二二极管化和第=二极管化承受反向电压截止，第一二极 管化和第四二极管D4承受正向电压导通。直流输入电源Vin和变压器T的励磁电感Lm通过第一 二极管化同时给第一电容Cl充电，直流输入电源Vin和变压器T的励磁电感Lm通过第四二极管 〇4同时给第二电容C2、输出电容Ccmt和负载充电，第一电感^、第二电感L2和第=电容C3通过 第一二极管化同时给第二电容C2充电，第一电感b、第二电感L2和第=电容C3通过第四二极 管〇4同时给第一电容Cl、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Lm、第一电感^、第二电感L2和第=电容C3通过第一二极管化和第四二极管〇4同时给输 出电容Cout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^与第二电感L2的电感值相等，则第一电感^与第二电感L2的电压、 电流相等。
[0017] 由第一电感Li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。 (1) (2)
[0020] Vci = Vc3 (3)
[0021] 又当开关管S关断时，输出电压Vout满足下列关系式。
(4)
[0023]联立求解式(1)、（2)、（3)和(4)可得到输出电压Vout与直流输入电压Vin的关系。
(5)
[0025]传统反激变换器与电压举升型准Z源变换器的稳态增益分别为nD/(l-D)和2/(1-3DKD为占空比，n为变压器应比），当应比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IOV时，本发明提出 的电路只需占空比为0.18就可W升至200V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种采用变压器和电压举升技术的准z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、应 比为l:n的变压器(T)、第一二极管(Di)、第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第二二极管(〇2)、第 一电感山）、第二电感化2)、第立电容惦）、第立二极管(〇3)、开关管(S)、第四二极管(〇4)、输 出电容(Cnut)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(C2)的一端连接;所述变压器(T)副边的异名端与 第一二极管(Di)的阳极连接;所述第一二极管(Di)的阴极与第一电容(Cl)的一端、第一电感 (Ll)的一端和第二二极管(D2)的阳极连接;所述第二二极管(〇2)的阴极与第Ξ电容(C3)的 一端和第二电感化2)的一端连接;所述第Ξ电容(C3)的另外一端与第一电感化1)的另外一 端和第Ξ二极管(〇3)的阳极连接;所述第Ξ二极管(〇3)的阴极与第二电感化2)的另外一端、 第二电容(C2)的另外一端、开关管(S)的漏极和第四二极管(D4)的阳极连接;所述第四二极 管(〇4)的阴极与输出电容(Cout)的一端和负载的一端连接;所述输出电容（Cout)与负载并 联;所述直流输入电源的负极与第一电容（Cl)的另外一端、开关管（S)的源极、输出电容 (Cnut)的另外一端和负载的另外一端连接。2. 根据权利要求1所述的一种采用变压器和电压举升技术的准Z源变换器，其特征在于 输出电压V?t与直流输入电压Vin的关系为D为占至比。
【专利摘要】本发明提供一种采用变压器和电压举升技术的准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）、第二二极管（<i>D</i>2）、第一电感（<i>L</i>1）、第二电感（<i>L</i>2）、第三电容（<i>C</i>3）、第三二极管（<i>D</i>3）、开关管（<i>S</i>）、第四二极管（<i>D</i>4）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。本发明相比于反激变换器、电压举升型准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】H02M3/07, H02M3/156
【公开号】CN105553257
【申请号】CN201511034572
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月31日