轨道交通自动接地系统的准z源升降压电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种变换器电路，属于电力设备领域，具体涉及一种轨道交通自 动接地系统的准Z源升降压电路电路。
【背景技术】
[0002] 非隔离型升降压直流-直流变换器在当今工业生产中应用非常广泛，然而传统的 升降压电路不但输入输出电流具有较大脉动，二极管反向恢复会造成短路环问题，而且较 强的电磁干扰易导致开关错误动作而损害电路。在一些要求较高的场合，如轨道交通自动 接地系统，传统的开关升降压拓扑无法满足应用要求。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型主要是解决现有技术所存在的输入输出电流脉动大，存在短路环，以 及电磁干扰导致开关错误动作而损害电路等技术问题，提供了一种轨道交通自动接地系统 的准Z源升降压电路。该电路能够减小输入输出电流脉动及输出波形畸变，还能抑制二极 管反向恢复会造成短路环问题，提高电路的抗干扰能力。
[0004] 本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0005] 一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，包括：依次串联的电压源Vin、 二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1、第二MOS管S2,在所述第二MOS管S2的两端接 有输出电路。
[0006] 优化的，上述的一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，所述准Z源阻抗 网络包括：依次串联的第一电感LI、Z源二极管VD1、第二电感L2，其中：所述第二电感L2的 负极与第一MOS管Sl的漏极连接；第一电感Ll的正极与二极管VD的阴极连接；所述第一 电感Ll的负极还通过一个第二电容C2与第二电感L2的负极连接，所述Z源二极管VDl的 阴极通过一个第一电容Cl与电压源Vin的负极相连，
[0007] 优化的，上述的一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，所述输出电路 包括：输出电感L3、输出电容C3、负载R，其中：输出电感L3和输出电容C3串联后再连接至 第二MOS管S2的两端，所述负载R并联于输出电容C3的两端。
[0008] 优化的，上述的一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，所述第一MOS管 Sl的漏极和栅极之间接有二极管；所述第二MOS管S2的漏极和栅极之间接有二极管。
[0009] 因此，本实用新型具有如下优点：输入电流连续工作，输入输出电流纹波较小，能 有效地抑制启动冲击电流和电压，防止二极管反向恢复造成的短路环问题，提高了变流器 的抗干扰性与可靠性。
【附图说明】
[0010] 图1显示了本实用新型的电路结构图。
[0011] 图2 (a)显示了本实用新型第一MOS管Sl和第二MOS管S2同时导通时的等效电 路图。
[0012] 图2(b)显示了本实用新型第一MOS管导通，第二MOS管关断时的等效电路图。
[0013] 图2(c)显示了本实用新型第一MOS管、第二MOS管均关断时的等效电路图。
[0014] 图3显示了本实用新型升压工作模式的主要波形图。
[0015] 图4显示了本实用新型降压工作模式的主要波形图。
【具体实施方式】
[0016] 下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0017] 实施例：
[0018] 参照图1，本实用新型所述的一种准Z源直流-直流升降压变换器电路，其包括电 压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管Sl、第二MOS管S2、输出电感L3、输出电 容C3和负载R。
[0019] 其中：电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管Sl和第二MOS管S2依 次连接构成升降压电路；输出电感L3、输出电容C3和负载R构成输出电路；第一电感Ll、第 二电感L2、第一电容Cl、第二电容C2和Z源二极管VDl构成Z源阻抗网络；电压源Vindt Z源网络，第一MOS管S1、第二MOS管S2以及输出电路结合构成降压电路。
[0020] 本实用新型中，二极管VD用以防止准Z网络升压时电流倒灌入电压源Vin。第一 MOS管Sl和第二MOS管S2同时导通时，电压源Vin与第二电容C2串联对第一电感Ll充电 储能，第一电容Cl与第二电感串联，对第二电感L2充电储能，输出电感L3和输出电容C3 为负载R供电；当第一MOS管导通，第二MOS管关断，电压源Vin、第一电感LUZ源二极管 VDl、第二电感L2、输出电感L3串联连接，为负载R供电，同时第一电容Cl、第二电容C2储 能；当第一MOS管、第二MOS管同时关断时，电压源Vin与第一电感LUZ源二极管VD1、第 一电容Cl串联，第一电容Cl储能，第二电感L2与第二电容C2串联，第二电容C2储能，输 出电感L3为负载R供电。本实用新型，输入输出电流纹波较小，准Z源阻抗电容电压应力 低，电路不存在启动冲击问题，抑制了二极管反向恢复时的短路环问题，抗干扰性能提高。
[0021] 本实用新型电路具体连接如下：所述电压源Vin的正极与二极管VD的阳极相连； 二极管VD的阴极连接第一电感Ll的一端；第一电感Ll的另一端分别连接第二电容C2的 负极和Z源二极管VDl的阳极；Z源二极管VDl的阴极分别连接第二电感L2的一端和第一 电容Cl的正极；第二电感L2的另一端分别连接第二电容C2的正极和第一MOS管Sl的漏 极；第一MOS管Sl的源极分别连接输出电感L3的一端和第二MOS管S2的漏极；输出电感 L3的另一端分别连接输出电容C3的一端和负载R的一端；电压源Vin的负极分别与第一 电容Cl的负极、第二MOS管S2的源极、输出电容C3的另一端和负载R的另一端相连。
[0022] 图2(a)、2(b)、2 (c)分别对应MOS管SUMOS管S2不同开关状态时本实用新型电 路的等效电路。
[0023] 本实用新型电路的工作过程如下：
[0024] 开关模式1，如图2 (a)所示：第一MOS管Sl和第二MOS管S2同时导通，此时Z源 二极管VDl处于关断状态。电路形成三个回路，分别是：电压源Vin与开关管VD、第一电感 Ll、第二电容C2形成回路，第一电感Ll储能；第一电容Cl与第二电感L2形成回路，第二电 感L2储能；输出电感L3与输出电容C3、负载R形成回路。
[0025] 开关模式2,如图2 (b)所示：第一MOS管导通，第二MOS管关断，此时Z源二极管 VDl导通。电路形成三个回路，分别为：电压源Vin与二极管VD、第一电感Ll、第一电容Cl 构成回路，第一电容Cl储能；电压源Vin与二极管VD、第一电感L1、Z源二极管VD1、第二电 感L2、输出电感L3以及输出电容、负载R形成回路，为负载R供电；Z源二极管VDl与第二 电感L2、第二电容C2相连形成回路，第二电容C2储能。
[0026] 开关模式3,如图2(c)所示：第一MOS管、第二MOS管均关断，此时Z源二极管VDl 导通。电路形成三个回路，分别为：电压源Vin与二极管VD、第一电感LUZ源二极管VD1、 第一电容Cl形成的回路，第一电容Cl储能；Z源二极管VDl与第二电感L2、第二电容C2构 成的回路，第二电容C2储能；输出电感L3与输出电容C3、负载R，以及第二MOS管的反并联 二极管形成回路。
[0027] 综合上述情况，设MOS管的开关周期为Ts，开关模式1的占空比为dl，开关模式2 的占空比为d2,开关模式3对应的占空比为（l-dl-d2)。vLl、vL2、vL3分别为电感L1、电 感L2、电感L3的电压。VCl、VC2分别为电容CU电容C2的电压。Vin为电压源输入电压， Vout为负载输出电压。当开关管进入稳态工作后，分析电感电流连续模式（CCM，Current ContinuousMode)，得到以下的电压关系推导过程。
[0028] 开关模式1，占空比为dl，对应第一MOS管、第二MOS管同时导通工作情形，有如下 公式：
[0029] Vli=Vin+VC2 (I)
[0030] vL2=Vcl (2)
[0031]vL3=-Vout (3)
[0032] 开关模式2,占空比为d2,对应第一MOS管导通，第二MOS管关断的工作情形，有如 下公式：
[0033] Vli=Vin-VC1 (4)
[0034] vL2=-VC2 (5)
[0035] Vl3=Vcl-VL2-Vout (6)
[0036] 开关模式3,占空比为（l-dl-d2)，对应第一MOS管、第二MOS管均关断的工作情 形，有如下公司：
[0037] Vli=Vin-VC1 7)
[0038] vL2=-VC2 (8)
[0039] Vl3=-Vout (9)
[0040] 由以上分析，根据电感伏秒平衡原理，联立以上各式有：
[0041] (Vin+VC2)Cl1+(Vin-Vci)d2+(Vin-Vci) (I-Cl1-Cl2) =0 (10)
[0042] VciCl1+(~VC2) d2+(~VC2) (l-d「d2) = 0 (11)
[0043] (-Vout) (I1+(Vci-Vl2-Vout)d2+(-Vout) (I-Cl1-(I2) =0 (12)
[0044]由式（10)、（11)、（12)可得：
【主权项】
1. 一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，其特征在于，包括：依次串联的电 压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一 MOS管Sl、第二MOS管S2,在所述第二MOS管S2 的两端接有输出电路。
2. 根据权利要求1所述的一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，其特征在 于，所述准Z源阻抗网络包括：依次串联的第一电感L1、Z源二极管VD1、第二电感L2,其中： 所述第二电感L2的负极与第一 MOS管Sl的漏极连接；第一电感Ll的正极与二极管VD的 阴极连接；所述第一电感Ll的负极还通过一个第二电容C2与第二电感L2的负极连接，所 述Z源二极管VDl的阴极通过一个第一电容Cl与电压源Vin的负极相连。
3. 根据权利要求1所述的一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，其特征在 于，所述输出电路包括：输出电感L3、输出电容C3、负载R，其中：输出电感L3和输出电容C3 串联后再连接至第二MOS管S2的两端，所述负载R并联于输出电容C3的两端。
4. 根据权利要求1所述的一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路，其特征在 于，所述第一 MOS管Sl的漏极和栅极之间接有二极管；所述第二MOS管S2的漏极和栅极之 间接有二极管。
【专利摘要】本实用新型涉及一种变换器电路，属于电力设备领域，具体涉及一种轨道交通自动接地系统的准Z源升降压电路。包括：依次串联的电压源Vin、二极管VD、准Z源阻抗网络、第一MOS管S1、第二MOS管S2，在所述第二MOS管S2的两端接有输出电路。因此，本实用新型具有如下优点：输入电流连续工作，输入输出电流纹波较小，能有效地抑制启动冲击电流和电压，防止二极管反向恢复造成的短路环问题，提高了变流器的抗干扰性与可靠性。
【IPC分类】H02M3-155, H02M1-32
【公开号】CN204316331
【申请号】CN201520029918
【发明人】高美玲, 庄圣贤, 赵涛, 田江华, 郭允丰
【申请人】四川瑞新轨道交通科技发展有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月16日