Z源高增益直流升压变换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种Z源高增益直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，该变换器不仅采用X型Z源网络，提高了泵升电容的端口电压，而且利用电感电容并联充电串联放电的特性，获得了较高的电压转换增益，使得单级直流变换器实现了与两级变换器类似的性能。该变换器在低占空比条件下，实现了高增益；由于缩短了主开关的导通时间，有效降低了输入电流的峰值，并减小了导通损耗；无需使用变压器、耦合电感和多级联接方式，电路拓扑结构简单；与传统型升压直流变换器相比，高增益型升压直流变换器可实现高效、小型、低噪音、低成本的目标。
【专利说明】Z源高增益直流升压变换器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直流升压电路，特别涉及一种Z源高增益直流升压变换器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着传统化石能源的匮乏，国内外对新能源开发和利用的研究越来越广 泛和深入，对光伏发电系统的研究尤为突出。然而光伏板单体输出电压较低，需要增加一个 直流升压变换器将电压升高以满足后级直流母线电压的要求。传统型直流升压变换器由于 拓扑简单，得到了广泛的应用。然而，在实现高电压增益转换时，开关管的占空比几乎接近 1，极易引起导通损耗大，转换效率较低的问题。为了获得低占空比条件下的高电压增益，采 用级联型拓扑，该拓扑不仅结构复杂，控制难度大，而且随着级联级数的增加，后级开关管 的电压应力也随之增大。采用高匝数比变压器或耦合电感的拓扑，虽然可以较大幅度的提 高升压增益比，变压器和耦合电感的漏电感和寄生电容极易导致高频振荡发生，产生开关 电压尖峰和EMI。为了抑制各种寄生参数产生的尖峰信号和EMI、必须额外设计缓冲电路， 造成器件数量增加和转换效率降低，并使设计流程复杂化。而且变压器和耦合电感也会使 体积增大，成本上升。
【发明内容】
[0003] 本发明是针对现在直流升压变换器拓扑结构存在的问题，提出了一种Z源高增益 直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，该变换器不仅采用X型Z源 网络，提高了泵升电容的端口电压，而且利用电感电容并联充电串联放电的特性，获得了较 高的电压转换增益，使得单级直流变换器实现了与两级变换器类似的性能。
[0004] 本发明的技术方案为：一种Z源高增益直流升压变换器，输入电源正极一路直接 接Z源输入，另一路经过第一二极管进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路 依次经过钳位电容、第三二极管接M0SFET开关管漏极，另一路通过第三电感接M0SFET开关 管漏极，Z源另一路输出接第三二极管正极；M0SFET开关管源极接输入电源负极，第三二极 管负极依次通过续流二极管、滤波电容回输入电源负极，负载并联在滤波电容两端，Z源由 两个电感和两个电容组成。
[0005] 本发明的有益效果在于：本发明Z源高增益直流升压变换器，该变换器在低占空 比条件下，实现了高增益；由于缩短了主开关的导通时间，有效降低了输入电流的峰值，并 减小了导通损耗；无需使用变压器、耦合电感和多级联接方式，电路拓扑结构简单；与传统 型升压直流变换器相比，高增益型升压直流变换器可实现高效、小型、低噪音、低成本的目 标。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1为传统型升压直流变换器拓扑图；
[0007] 图2为本发明Z源高增益升压直流变换器拓扑图；
[0008] 图3为本发明Z源高增益升压直流变换器Q充电状态图；
[0009] 图4为本发明Z源高增益升压直流变换器L2放电，C。充电状态图；
[0010] 图5为本发明Z源高增益升压直流变换器L3充电状态图；
[0011] 图6为本发明Z源高增益升压直流变换器U、C。及L3放电状态图；
[0012] 图7为本发明Z源高增益升压直流变换器L2充电状态图；
[0013] 图8为本发明Z源高增益直流升压变换器主要波形图；
[0014] 图9为本发明占空比和输出电压的关系曲线图；
[0015] 图10为本发明电感电流仿真波形图。
【具体实施方式】
[0016] 如图1所示传统型升压直流变换器拓扑图，输入电源正极经过电感L后一路通过 M0SFET开关管回输入电源负极，另一路依次通过续流二极管D。、滤波电容C。回输入电源负 极，负载R。并联在滤波电容C。两端。
[0017] 图2所示本发明Z源高增益升压直流变换器拓扑图，输入电源正极一路直接接Z 源输入，另一路经过二极管Di进入Z源；Z源一路输出经过二极管D 2分两路，一路依次经过 钳位电容C。、二极管D3接M0SFET开关管漏极，另一路通过电感L 3接M0SFET开关管漏极，Z 源另一路输出接二极管D3正极;M0SFET开关管源极接输入电源负极，二极管D 3负极依次通 过续流二极管D。、滤波电容C。回输入电源负极，负载R。并联在滤波电容C。两端。Z源为由 两个电感U、L 2和两个电容Q、C2组成的X型Z源网络。
[0018] 两升压直流变换器对比：
[0019] 传统型开关的电压应力：Vds = V。，其中Vds为开关S的漏极-源极电压，V。为输出 电压；
[0020] Z源高增益型开关的电压应力：Vdsl = 1/3V。；
[0021] 传统型
【权利要求】
1. 一种Z源高增益直流升压变换器，其特征在于，输入电源正极一路直接接Z源输入， 另一路经过第一二极管进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路，一路依次经过钳位 电容、第三二极管接MOSFET开关管漏极，另一路通过第三电感接MOSFET开关管漏极，Z源 另一路输出接第三二极管正极；MOSFET开关管源极接输入电源负极，第三二极管负极依次 通过续流二极管、滤波电容回输入电源负极，负载并联在滤波电容两端，Z源为由两个电感 和两个电容组成的X型Z源网络。
【文档编号】H02M3/155GK104052271SQ201410235430
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】屈克庆, 梁晓霞, 赵晋斌 申请人:上海电力学院