高增益3-Z型Boost电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种高增益3-Z型Boost电路，第一Z网络，第二Z网络，第三Z网络和输出电路。本发明以第一Z网络为第一级升压模块；以第三Z网络为第二级升压模块；以第二Z网络为开关切换模块；第九二极管、第二储能电容和负载为输出模块。开关管导通时，电源对第一Z网络中的两个感进行并联充电，第一储能电容对第二Z网络中的两个电感进行并联充电，第二储能电容对负载放电；开关管关断时，电源与第一电感串联后再与第二电感串联为第一储能电容充电，完成第一级升压；第一级升压模块与第三电感串联后再与第四电感串联给第二储能电容供电，完成第二级升压。整个电路只用一个开关管，且能获得较高的输出电压增益。
【专利说明】 高增益3-Z型Boost电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子电路【技术领域】，具体涉及高增益3-Z型Boost电路。
【背景技术】
[0002]随着生活和工业的发展，对电力电子电路的要求也日益苛刻。传统的Boost电路已经无法满足工业的需要，工业上需要更高增益的升压电路。传统的方法是通过多个Boost环节电路级联来升压，该方法成本较高，且由于开关管数目的增多，导致系统的稳定性和可靠性下降，若其中一个环节崩溃，整个系统将会崩溃。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高增益3-Z型Boost电路。本发明适用于需要高增益的电力电子电路。
[0004]高增益3-Z型Boost电路，主要包括顺次连接的第一 Z网络、第二 Z网络、第三Z网络和输出电路，其中第一 Z网络由第一电感、第二电感、第一二极管、第二二极管和第三二极管构成；第二 Z网络由开关管、第四二极管、第五二极管和第一储能电容构成；第三Z网络由第三电感、第四电感、第六二极管、第七二极管和第八二极管构成；输出电路由第九二极管、第二储能电容和负载构成。
[0005]上述的高增益3-Z型Boost电路，直流电源的正极分别与第一电感的一端和第一二极管的阳极连接；第一二极管的阴极分别与第二电感的一端和第二二极管的阴极连接；第二二极管的阳极分别与第三二极管的阳极和第一电感的另外一端连接；第二电感的另外一端分别与第三二极管的阴极、第四二极管的阳极和第五二极管的阳极连接；第五二极管的阴极分别与第一储能电容的一端、第三电感的一端和第六二极管的阳极连接；第六二极管的阴极分别与第四电感的一端和第七二极管的阴极连接；第七二极管的阳极分别与第八二极管的阳极和第三电感的另外一端连接；开关管的源极分别与第四二极管的阴极、第四电感的另外一端、第八二极管的阴极和第九二极管的阳极连接；第九二极管的阴极分别与第二储能电容的一端和负载的一端连接；第二储能电容的另外一端分别与负载的另外一端、开关管的漏极、第一储能电容的另外一端和电源的负极连接。
[0006]本发明所述的高增益Z网络结构Boost电路，以第一 Z网络为第一级升压模块；以第三Z网络为第二级升压模块；以第二 Z网络为开关切换模块；第九二极管、第二储能电容和负载为输出模块。开关管导通时，电源对第一Z网络中的两个电感进行并联充电，第一储能电容对第三Z网络中的两个电感进行并联充电，第二储能电容对负载放电；开关管关断时，电源与第一电感串联后再与第二电感串联为第一储能电容充电，完成第一级升压；第一级升压模块与第三电感串联后再与第四电感串联给第二储能电容供电，完成第二级升压，同时对负载R供电。整个电路只用一个开关管，且能获得较高的输出电压增益。
[0007]与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果:
[0008]相比传统的两个Boost电路级联所获得的电压增益，该电路所获得增益要更高，调压范围更宽，性能更好且该电路少用了一个开关管。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明【具体实施方式】中的高增益3-Z型Boost电路。
[0010]图2a、图2b分别是图1所不闻增￡fL 3-Z型Boost电路在其开关管Q导通和关断时段的等效电路图。
[0011]图3为高增益3-Z型Boost电路的主要波形图。
【具体实施方式】
[0012]以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述，但本发明的实施和保护范围不限于此。
[0013]参考图1，本发明所述的高增益3-Z型Boost电路主要包括第一 Z网络I，第二 Z网络2，第三Z网络3和输出电路。本发明所述的高增益Z网络结构Boost电路，以第一 Z网络I为第一级升压模块；以第三Z网络3为第二级升压模块；以第二 Z网络2为开关切换模块；第九二极管D9、第二储能电容C2和负载R为输出模块。开关管Q导通时，电源同时对第一 Z网络I中的第一电感L1和第二电感L2进行并联充电，第一储能电容C1同时也对第三Z网络3中的第三电感L3和第四电感L4进行并联充电，第二储能电容C2对负载R放电；开关管Q关断时，电源与第一电感L1串联后再与第二电感L2串联为第一储能电容C1充电，完成第一级升压；第一级升压模块与第三电感L3串联后再与第四电感L4串联给第二储能电容C2供电，完成第二级升压，同时给负载供电。整个电路只用一个开关管，且能获得较高的输出电压增益。
[0014]本发明所述的`高增益3-Z型Boost电路的具体连接如下:直流电源Vs的正极分别与第一电感L1的一端和第一二极管D1的阳极连接；第一二极管D1的阴极分别与第二电感L2的一端和第二二极管D2的阴极连接；第二二极管D2的阳极分别与第三二极管D3的阳极和第一电感L1的另外一端连接；第二电感1^2的另外一端分别与第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阳极和第五二极管D5的阳极连接；第五二极管D5的阴极分别与第一储能电容C1的一端、第三电感L3的一端和第六二极管D6的阳极连接；第六二极管D6的阴极分别与第四电感L4的一端和第七二极管D7的阴极连接；第七二极管D7的阳极分别与第八二极管D8的阳极和第三电感L3的另外一端连接；开关管Q的源极分别与第四二极管D4的阴极、第四电感匕的另外一端、第八二极管D8的阴极和第九二极管D9的阳极连接；第九二极管D9的阴极分别与第二储能电容(:2的一端和负载R的一端连接；第二储能电容C2的另外一端分别与负载R的另外一端、开关管Q的漏极、第一储能电容C1的另外一端和电源Vs的负极连接。
[0015]图2a、图2b给出了本发明电路的工作过程图。图2a、图2b分别是开关管Q导通和关断时段的等效电路图。
[0016]本发明的工作过程如下:
[0017]阶段I，如图2a:开关管Q导通，此时第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4、第六二极管D6和第八二极管D8导通，第二二极管D2、第五二极管D5、第七二极管D7和第九二极管队处于关断状态。电路形成单独的三个回路，分别是:电源对并联的第一电感1^和第二电感L2分别形成回路，进行充电；第一储能电容C1对并联的第三电感L3和第四电感L4分别形成回路，进行充电；第二储能电容C2与负载R形成回路，传递能量。
[0018]阶段2，如图2b:开关管Q关断，此时第二二极管D2、第五二极管D5、第七二极管D7和第九二极管D9导通，第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4、第六二极管D6和第八二极管D8处于关断状态。电路形成两个级联的升压电路，分别是:电源与第一电感L1串联后再与第二电感L2串联，对第一储能电容C1充电，完成第一级升压；第一级升压模块与第三电感L3串联后再与第四电感L4串联，对第二储能电容C2充电，完成第二次升压，同时对负载R供电。
[0019]综上情况，设开关管占空比为D。在一个开关周期内，输出电压为U。。得出以下的电压增益推导过程。
[0020]开关管Q导通期间，第一电感L1和第二电感L2分别并联于电源Vs两端，两电感电压都等于输入电压Vs，有公式:VU = VL2 = Vs,导通时间为DT ;第三电感L3和第四电感L4分别并联于第一储能电容仏两端，它们的电压都等于第一储能电容C1两端电压Va。有公式:VL3 = Vl4 = Va，导通时间为DT。其中，T为开关周期，Vu、Vl2、Vl3和Vm分别是第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4电压。
[0021]开关管Q关断期间，电源与第一电感L1串联后再与第二电感L2串联，再并于第一储能电容C1两端为其充电，有公式:Vs+Vu+'2 = Vci,导通时间为T-DT ；第一级升压模块与第三电感L3串联后再与第四电感L4串联，再并联于第二储能电容C2两端，有公式:VS+VL1+VL2+VL3+VL4 = VC1+VL3+VL4 = Vc2 = u0。
[0022]由以上分析，根据电感伏秒数守恒原理，有:
[0023]对于第一电感L1 和第二电感 L2: (VL1+VL2) D=2VS= (1-D) (Vc1-Vs)；
[0024]对于第三电感L3 和第四电感 L4: (VL3+VL4)D=2VC1= (1-D) (U0-Vci)；
[0025]联立以上两式子，可得到该电路的增益表达式为:
[0027]—般的Boost电路，其增益因子只有:I两个级联的Boost电路，其增益因子
为:A ，通过比较可以得出本发明电路的增益因子明显高于级联Boost电路的增益因 子。
[0028]如图3所示，图上方的波形图为开关管的驱动波形Vq，图下方的波形图中，上面的直线为本发明电路输出电压的波形Uw，下面的直线为两个传统Boost电路级联后的输出电压U02波形，由图中可见高增益3-Z型boost电路明显比两个传统Boost电路级联后增加了￡)(2+ D) r
T,一的输出电压，如图3所不。
[0029]本发明是高增益3-Z型Boost电路。本发明解决了传统Boost电路的增益局限问题，提出一种高增益3-Z型Boost电路。
【权利要求】
1.高增益3-Z型Boost电路，其特征在于包括顺次连接的第一Z网络(I)、第二 Z网络(2)、第三Z网络(3)和输出电路，其中第一 Z网络(I)由第一电感(L1X第二电感化2)、第一二极管(D1X第二二极管(D2)和第三二极管(D3)构成；第二 Z网络由开关管(Q)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)和第一储能电容(C1)构成；第三Z网络由第三电感(L3)、第四电感(L4)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)和第八二极管(D8)构成；输出电路由第九二极管(D9)、第二储能电容(C2)和负载(R)构成。
2.根据权利要求1所述的高增益3-Z型Boost电路，其特征在于，直流电源(Vs)的正极分别与第一电感(L1)的一端和第一二极管(D1)的阳极连接；第一二极管(D1)的阴极分别与第二电感(L2)的一端和第二二极管(D2)的阴极连接；第二二极管(D2)的阳极分别与第三二极管(D3)的阳极和第一电感(L1)的另外一端连接；第二电感(L2)的另外一端分别与第三二极管(D3)的阴极、第四二极管(D4)的阳极和第五二极管(D5)的阳极连接；第五二极管(D5)的阴极分别与第一储能电容(C1)的一端、第三电感(L3)的一端和第六二极管(D6)的阳极连接；第六二极管(D6)的阴极分别与第四电感(L4)的一端和第七二极管(D7)的阴极连接；第七二极管(D7)的阳极分别与第八二极管(D8)的阳极和第三电感(L3)的另外一端连接；开关管(Q)的源极分别与第四二极管(D4)的阴极、第四电感(L4)的另外一端、第八二极管(D8)的阴极和第九二极管(D9)的阳极连接；第九二极管(D9)的阴极分别与第二储能电容(C2)的一端和负载(R)的一端连接；第二储能电容(C2)的另外一端分别与负载(R)的另外一端、开关管(Q)的漏极、第一储能电容(C1)的另外一端和电源(Vs)的负极连接。
【文档编号】H02M3/07GK103490619SQ201310423140
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】张波, 张桂东, 杨立强, 丘东元, 肖文勋, 黄子田 申请人:华南理工大学