一种嵌入式准z源变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及DC/DC变换器领域，具体设及一种嵌入式准Z源变换器。
【背景技术】
[0002] 高增益升压变换器在工业领域中得到广泛的应用。例如，汽车利用高强度气体放 电等需要将12V电压升高到100V稳定值;在UPS后备电源中，需要将48V蓄电池电压升高到 380V甚至更高;在新能源发电领域，太阳能光伏电池(33~43V)，燃料电池(22~48V)等输出 电压都很低，需要通过一级高增益升压变换器与并网逆变器的输入电压(380V、760V)匹配。 但许多升压DC/DC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，但由于寄生参数的影响，其增益受到限制;又如 Z源升压变换器，其电压增益为（1-D)/(1-2D)，较Boost变换器有了一定的提高，但仍有提升 的空间，此外还存在启动冲击电流的问题。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种输入电流断续的混合 型准Z源变换器。
[0004] 本实用新型电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第一二极管、第一电容、 第二电容、第二电感、第五电容、第Ξ二极管、第六电容、第Ξ电感、第Ξ电容、第二二极管、 第四电容、第四电感、开关管、第四二极管、输出电容和负载。
[0005] 本实用新型电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感的 一端、第一电容的一端和第五电容的一端连接。所述的第一电感的另外一端与第一二极管 的阳极和第二电容的一端连接。所述的第一二极管的阴极与第一电容的另外一端和第二电 感的一端连接。所述的第二电容的另外一端与第二电感的另外一端、第Ξ二极管的阳极和 第六电容的一端连接。所述的第Ξ二极管的阴极与第五电容的一端、第Ξ电感的一端和第 Ξ电容的一端连接。所述的第Ξ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Ξ电容的另外一端和第四电感的一端连接。所述的第四 电容的另外一端与第四电感的另外一端、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，本实用新型电路具有的优势为：相比于传统的Boost变换器(其 输出电压巧
和Z源升压变换器(其输出电压天
害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，本实用新型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，而且输入输出共地等，因此本实用新型电路 具有很广泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种输入嵌入式准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、Boost和Z源升压变换器的增益Vout/Vin随占空比D变化的波形 图。
【具体实施方式】
[0011] W下结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述说明，但本实用新型的 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] 本实用新型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Ξ二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第一电感^电流U1、第 二电感L2电流iL2、第Ξ电感L3电流iL3、第四电感L4电流iL4、第一电容Cl电压Vci、第二电容C2 电压VC2、第Ξ电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4、第五电容C5电压VC5、第六电容C6电压VC6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，第一二极管化、第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管 〇4承受反向电压截止。直流输入电源Vin与第二电容C2和第六电容C6通过开关管S同时给第一 电感b充电，直流输入电源Vin与第一电容Cl和第六电容C6通过开关管洞时给第二电感L2充 电，直流输入电源Vin与第五电容C5和第四电容C4通过开关管S同时给第Ξ电感L3充电，直流 输入电源Vin与第五电容C5和第Ξ电容C3通过开关管S同时给第四电感L4充电。此外，输出电 容C?t给负载供电。
[0014] 在ti~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，第一二极管化、第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管 〇4承受正向电压导通。直流输入电源Vin与第一电感b、第二电感L2和第Ξ电感L3通过第一二 极管化、第二二极管化和第Ξ二极管化同时给第一电容Cl、第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电 容C4、第五电容C5和第六电容C6充电。此夕h直流输入电源Vin、第一电感Ll、第二电感1^2、第； 电感L3和第四电感L4通过第一二极管化、第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管〇4同时 给输出电容Cnut和负载供电。
[0015] 本实用新型电路的稳态增益推导如下。
[0016] 由于第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电感值相等，第一电容Cl 与第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电容C4的电容值相等，则第一电感b与第二电感L2、第Ξ电 感L3、第四电感L4的电压、电流相等，第一电容Cl与第二电容〔2、第立电容C3、第四电容C4的电 压、电流相等。
[0017]由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4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。
[001 引（Vin+Vci+Vc5)t0n-Vcit0ff = 0 (1)
[0019] 又
[0020] V巧= 2Vci (2)
[0021] 当开关管(S)关断时，输出电压满足下列关系式。
[0022] V〇ut = Vin+Vc5+Vc6 (3)
[0023] 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压与直流输入电压Vin的关系。
[0024]
(4)
[0025] 传统Boost变换器与Z源升压变换器的稳态增益分别为1/Q-D)和（1-D)/(1-2D)(D 为占空比），本实用新型所提电路与Boost变换器、Z源直流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，本实用新型提出的电路只需占空比为0.225就可W 升至100V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种嵌入式准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源Vin、第一电感(Ll)、第一二 极管(DD、第一电容(&)、第二电容(C2)、第二电感α2)、第五电容(C 5)、第三二极管(D3)、第 六电容(C6)、第三电感(L3)、第三电容(C 3)、第二二极管(D2)、第四电容(C4)、第四电感(L4)、 开关管(S)、第四二极管(D 4)、输出电容(Ccmt)和负载； 所述直流输入电源Vin的正极与第一电感(Ll)的一端、第一电容(Cl)的一端和第五电容 (C5)的一端连接;所述第一电感(Ll)的另外一端与第一二极管(Di)的阳极和第二电容(C2) 的一端连接;所述第一二极管(Di)的阴极与第一电容(Cl)的另外一端和第二电感(L2)的一 端连接;所述第二电容(C 2)的另外一端与第二电感(L2)的另外一端、第三二极管(D3)的阳极 和第六电容(C 6)的一端连接;所述第三二极管(D3)的阴极与第五电容(C5)的一端、第三电感 (L 3)的一端和第三电容(C3)的一端连接;所述第三电感(L3)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 端和第四电感(U)的一端连接;所述第四电容(C4)的另外一端与第四电感(U)的另外一端、 开关管（S)的漏极和第四二极管(D 4)的阳极连接;所述第四二极管(D4)的阴极与输出电容 (Cmjt)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cmjt)与负载并联;所述直流输入电源Vin的 负极与开关管(S)的源极、输出电容(C?t)的另外一端和负载的另外一端连接。
【专利摘要】本实用新型提供一种嵌入式准Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源<i>Vin</i>、第一电感（<i>L</i>1）、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）、第二电感（<i>L</i>2）、第五电容（<i>C</i>5）、第三二极管（<i>D</i>3）、第六电容（<i>C</i>6）、第三电感（<i>L</i>3）、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）、第四电感（<i>L</i>4）、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。本实用新型相比于Boost变换器、Z源升压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
【公开号】CN205336102
【申请号】CN201521118535
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月27日