一种混合型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，具体设及一种混合型Z源变换器。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于化石能源的日益枯竭，世界各国都在大力开发新型可再生清洁能源， 因此诸如太阳能光伏、燃料电池等可再生能源并网发电及其相关技术得到了迅猛发展。由 于燃料电池和光伏电池的输出电压远低于并网逆变器所需的直流电压，因此需要具有较强 升压能力的直流变换器将光伏电池和燃料电池的输出电压进行升高。有许多升压DC/DC变 换器可W进行升压，但相当一部分受到占空比、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源直流变换器，其电压增益为1/Q-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，提出一种混合型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、第一二极管、第一电感、第一电容、 第二二极管、第二电容、第二电感、第五电容、第六电容、第Ξ电容、第Ξ电感、第Ξ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的正极与第一二极管 的阳极连接。所述的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五电容的 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二电容的一端连接。所述 的第二二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。所述的第二电感的另 外一端与第二电容的另外一端、第六电容的一端、开关管的漏极和第四二极管的阳极连接。 所述的第六电容的另外一端与直流输入电源Vin的负极、第四电感的一端和第四电容的一端 连接。所述的第四电感的另外一端与第Ξ二极管的阴极和第Ξ电容的一端连接。所述的第 Ξ二极管的阳极与第四电容的另外一端和第Ξ电感的一端连接。所述的第Ξ电感的另外一 端与第Ξ电容的另外一端、第五电容的另外一端、开关管的源极、输出电容的一端和负载的 一端连接。所述的第四二极管的阴极与输出电容的另外一端和负载的另外一端连接。所述 的输出电容与负载并联。
[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源直流变换器(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为一种混合型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源直流变换器的增益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] 本实施例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iLl、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。第五电容C5与第二电容C2通过开关管S同时给第一电感^充电，第五 电容C5与第一电容Cl通过开关管S同时给第二电感L2充电，第六电容C6与第Ξ电容C3通过开 关管S同时给第四电感L4充电，第六电容C6与第四电容C4通过开关管S同时给第Ξ电感L3充 电。此外，输出电容CDUt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、第一电感^和第二电感L2通过第一二极管化和第二 二极管化同时给第一电容Cl、第二电容C2和第六电容C6充电，直流输入电源Vin、第Ξ电感L3 和第四电感L4通过第一二极管化和第Ξ二极管化同时给第Ξ电容C3、第四电容C4和第五电容 C流电。此外，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Ccmt和负载供电。
[0015] 本实施例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+3Vci)t0n-Vcit0ff = 0 (1)
[0019] V 巧= Vin+2Vci (2)
[0020] 又当开关管(S)关断时，输出电压满足下列关系式。
[0021] V〇ut = Vc5+Vc6-Vin (3)
[0022] 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。
[0023]
(4)：
[0024] 传统Boost变换器与Z源直流变换器的稳态增益分别为1/(1-D)和1/(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. 一种混合型Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、第一二极管(DD、第一电感 (LD、第一电容(CD、第二二极管(D2)、第二电容(C2)、第二电感(L2)、第五电容(C 5)、第六电 容(C6)、第三电容(C3)、第三电感(L3)、第三二极管(D 3)、第四电容(C4)、第四电感(L4)、开关 管(S)、第四二极管(D4)、输出电容(Ccmt)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一二极管(DD的阳极连接;所述第一二极管(DD的阴极 与第一电感(Li)的一端、第一电容(Ci)的一端和第五电容(C5)的一端连接;所述第一电感 (LD的另外一端与第二二极管（D 2)的阳极和第二电容（C2)的一端连接;所述第二二极管 (D2)的阴极与第一电容(CD的另外一端和第二电感(L 2)的一端连接;所述第二电感(L2)的 另外一端与第二电容(C2)的另外一端、第六电容(C6)的一端、开关管(S)的漏极和第四二极 管(D4)的阳极连接;所述第六电容(C 6)的另外一端与直流输入电源Vin的负极、第四电感(L4) 的一端和第四电容(c4)的一端连接;所述第四电感(U)的另外一端与第三二极管(D 3)的阴 极和第三电容(C3)的一端连接;所述第三二极管(D3)的阳极与第四电容(C4)的另外一端和 第三电感(L 3)的一端连接;所述第三电感(L3)的另外一端与第三电容(C3)的另外一端、第五 电容(C5 )的另外一端、开关管(S)的源极、输出电容(Cmjt)的一端和负载的一端连接;所述第 四二极管(D4)的阴极与输出电容(Cout)的另外一端和负载的另外一端连接;所述输出电容 (c?t)与负载并联。
【专利摘要】本实用新型提供一种混合型Z源变换器。所述变换器具体包括直流输入电源<i>Vin</i>、第一二极管、第一电感、第一电容、第二二极管、第二电容、第二电感、第五电容、第六电容、第三电容、第三电感、第三二极管、第四电容、第四电感、开关管、第四二极管、输出电容和负载。本实用新型相比于Boost变换器、Z源直流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】CN205336108
【申请号】CN201521118532
【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