一种采用开关电感的Trans-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，具体设及一种采用开关电感的化ans-z源变换 器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着石油、煤炭等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，如太阳能、燃料电池和风能等。但光伏、燃料电池等输出的电压很低，一般需要 经过DC/DC变换器升压，再经过逆变器并网。然而许多升压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，但由于变压器等的寄生参数的影响，其增益受到限制；又如开关电感型准Z 源变换器，其电压增益为(1+D)/(1-3D)，较Z源变换器有了一定的提高，但仍有提升的空间。 【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，提出一种采用开关电感的 Trans-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、第二二极 管、第二电感、第Ξ二极管、第二电容、第四二极管、第一电容、应比为l:n的变压器、开关管、 第五二极管、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 的阳极和第一电感的一端连接。所述的第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和第二电感 的一端连接。所述的第二二极管的阳极与第一电感的另外一端和第Ξ二极管的阳极连接。 所述的第二电感的另外一端与第Ξ二极管的阴极、第二电容的一端和第四二极管的阳极连 接。所述的第四二极管的阴极与变压器副边的同名端连接。所述的变压器副边的异名端与 第一电容的一端和变压器原边的同名端连接。所述的变压器原边的异名端与第二电容的另 外一端、开关管的漏极和第五二极管的阳极连接。所述的第五二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，本实用新型电路具有的优势为:相比于传统的反激变换器(其输 出电压为
和开关电感型准Z源变换器(其输出电压关
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为一种采用开关电感的Trans-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、第五二极管化电流iD5、 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 和第二电容C2电压VC2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，第一二极管化和第Ξ二极管化承受正向电压导通，第二二极 管化、第四二极管D4和第五二极管化承受反向电压截止。直流输入电源Vin与第二电容C2通过 开关管S、第一二极管化和第Ξ二极管化同时给第一电感b和第二电感L2充电，第一电容Cl通 过开关管S给变压器T的励磁电感Lm充电。此外，输出电容Ccmt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，第一二极管化和第Ξ二极管化承受反向电压截止，第二二极 管化、第四二极管D4和第五二极管化承受正向电压导通。直流输入电源Vin、第一电感^和第 二电感L2通过第二二极管化和第五二极管化同时给第二电容C2、输出电容Ccmt和负载充电， 直流输入电源Vin、第一电感^和第二电感L2通过第二二极管化和第四二极管〇4同时给第一 电容Cl充电，变压器T的励磁电感Lm通过第四二极管〇4给第二电容C2充电，变压器T的励磁电 感Lm通过第五二极管化给第一电容Cl、输出电容Ccmt和负载充电。此外，直流输入电源Vin、第 一电感b、第二电感L2和变压器T的励磁电感Lm通过第二二极管化、第四二极管〇4和第五二极 管化同时给输出电容Ccmt和负载充电。
[0015] 本实用新型电路的稳态增益推导如下。
[0016] 由于第一电感^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b、第二电感L2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。
[001引
（丄)
[0024] 传统反激变换器与开关电感型准Z源变换器的稳态增益分别为nD/(l-D)和（1+D)/ (1-3D)(D为占空比，η为变压器应比），当应比n = 2时，本实用新型所提电路与反激变换器、 开关电感型准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 实用新型提出的电路只需占空比为0.2就可W升至150V左右，而另两种变换器则需要较大 的占空比D
【主权项】
1. 一种采用开关电感的Trans-z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、第一电感 (LD、第一二极管(DD、第二二极管(D2)、第二电感(L2)、第三二极管(D3)、第二电容(C 2)、第 四二极管(D4)、第一电容(&)、匝比为l:n的变压器(T)、开关管(S)、第五二极管(D 5)、输出电 容(C?t)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一二极管(DD的阳极和第一电感(LD的一端连接;所述 第一二极管(DD的阴极与第二二极管(D2)的阴极和第二电感(L2)的一端连接;所述第二二 极管(D 2)的阳极与第一电感(LD的另外一端和第三二极管(D3)的阳极连接;所述第二电感 α2)的另外一端与第三二极管(D3)的阴极、第二电容(c2)的一端和第四二极管(D 4)的阳极 连接;所述第四二极管(D4)的阴极与变压器(T)副边的同名端连接;所述变压器(T)副边的 异名端与第一电容(&)的一端和变压器(T)原边的同名端连接;所述变压器(T)原边的异名 端与第二电容(c 2)的另外一端、开关管(S)的漏极和第五二极管(D5)的阳极连接;所述第五 二极管(D5)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(c 1)的另外一端、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采用开关电感的Trans-Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源、第一电感（<i>L</i>1）、第一二极管（<i>D</i>1）、第二二极管（<i>D</i>2）、第二电感（<i>L</i>2）、第三二极管（<i>D</i>3）、第二电容（<i>C</i>2）、第四二极管（<i>D</i>4）、第一电容（<i>C</i>1）、匝比为1:<i>n</i>的变压器（<i>T</i>）、开关管（<i>S</i>）、第五二极管（<i>D</i>5）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。本实用新型相比于反激变换器、开关电感型准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】H02M3/155
【公开号】CN205336111
【申请号】CN201521143869
【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31日