Z源高增益低开关应力的直流升压变换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构的基础上，通过采用X型Z源网络以及简单的电感和电容串并连方式，实现了一种新的电路拓扑结构。它不仅可以获得较高的电压转换增益，而且还降低了加在主开关两端的电压应力，有效满足了升压直流变换器高效、小型、低噪音、低成本的发展目标。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；开关管的电压应力由Vo降低到Vo/3，2Vo/3，降低硬件制造成本；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；可实现高效、小型、低噪音、低成本的目标。
【专利说明】Z源高增益低开关应力的直流升压变换器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直流升压变换器，特别涉及一种Z源高增益低开关应力的直流升 压变换器。
【背景技术】
[0002] 近年来，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。我国光伏产业发展快速，市场占有率位居世界前列。然而光伏板单体输 出电压较低，难以满足后级逆变器直流母线电压的要求。要求见1、李学斌，赵彩宏，黄 晓华，等级联型换流器在超导储能系统中的应用[J].电网技术，2006, 30(16) :54-58 ;2、 方宇，马旭东，一种新型耦合电感式双Boost光伏微逆变器拓扑分析[J].电力系统自动 化，2011，35(17) : 32-37。
[0003] 因此，如果在系统前端串联一个具有高增益比的直流升压变换器，不仅可以有效 的增大输入电压范围，而且可以降低制造成本，将具有十分重要的作用。为了获得较高的电 压转换增益，通常采用的方法是，在传统型升压直流变换器中采用较大的占空比，但是由于 寄生参数的影响不可能达到很高的输入输出电压比；其他的方法就是采用变压器、耦合电 感和多级联接等方式。然而，在那些不需要隔离或体积要求较小的应用场合，通过这些方式 升压就很难实现以上要求。另外，采用多级联接的方法，存在电路结构复杂，制造成本上升 以及转换效率降低等一系列问题；采用耦合电感或是变压器的方法，其漏感带来的电磁干 扰等问题势必会对周围设备造成一些不良的影响。
[0004] 传统型直流升压变换器，一般都采取增大开关占空比的方法来获得高增益。由于 开关需要的导通时间较长，导通损耗增大，输入电流纹波增大、电路的转换效率降低，且在 实际运用中开关频率也会受到多方面限制。多级联接方法在结构上使得主电路拓扑较为复 杂，制造成本增加，控制的难度增大，电路效率降低。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。主开关的电压应力被输出电压钳位，必须选择耐压等级较高的功率器件，提高了硬件成 本，增加了主开关导通阻抗，降低了转换效率。鉴于以上原因，传统型升压直流变换器难以 达成高效、小型、低噪音、低成本的目标。
【发明内容】
[0005] 本发明是针对直流升压变换器为获得较高的电压转换增益现有技术存在的问题， 提出了一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，在传统型升压直流变换器拓扑结构 的基础上，通过采用X型Z源网络以及简单的电感和电容串并连方式，实现了一种新的电路 拓扑结构。它不仅可以获得较高的电压转换增益，而且还降低了加在主开关两端的电压应 力，有效满足了升压直流变换器高效、小型、低噪音、低成本的发展目标。
[0006] 本发明的技术方案为：一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，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Di进入Z源；Z源一路输出经过第二二极 管分两路，一路经过钳位电容接第一 MOSFET开关管漏极，另一路依次通过第三电感、第二 MOSFET开关管接第一 MOSFET开关管漏极，Z源另一路直接接第一 MOSFET开关管漏极；第一 MOSFET开关管源极接输入电源负极，第二MOSFET开关管漏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。
[0007] 本发明的有益效果在于：本发明Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，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；开关管的电压应力由V。降低到V。/% 2V/3,可选择耐压等级 较低的开关器件，降低硬件制造成本；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，Z源高增益低开关应力的升压直流变换器可 实现高效、小型、低噪音、低成本的目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为传统型升压直流变换器拓扑结构图；
[0009] 图2为本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器拓扑结构图；
[0010] 图3为本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器U充电状态图；
[0011] 图4为本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L2放电，C。充电状态图；
[0012] 图5为本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L3充电状态图；
[0013] 图6为本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器U、C。及L3放电状态图；
[0014] 图7为本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器L2充电状态图；
[0015] 图8为本发明Z源高增益低开关应力的直流升压变换器主要波形图；
[0016] 图9为本发明Z源高增益低开关应力的直流升压变换器主要仿真波形
[0017] 图10为本发明Z源高增益低开关应力的升压变换器及传统升压变换器占空比为 0.5时输出电压波形对比图；
[0018] 图11为本发明Z源高增益低开关应力的升压变换器占空比为0. 5时及传统升压 变换器占空比为〇. 83时开关管电压波形对比图。
【具体实施方式】
[0019] 如图1所示传统型升压直流变换器拓扑结构图，输入电源正极经过电感L后一路 通过MOSFET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。
[0020] 图2所示本发明Z源高增益低开关应力的升压直流变换器拓扑结构图，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，一路经过钳位电容C。接MOSFET开关管Si漏极，另一路依次通过电感L3、M0SFET开关 管S 2接MOSFET开关管Si漏极，Z源另一路直接接MOSFET开关管Si漏极；MOSFET开关管Si 源极接输入电源负极，MOSFET开关管S 2漏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Li、L 2和两个电容组成的 X型Z源网络。
[0021] 两升压直流变换器对比：
[0022] 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；
[0023] Z源高增益型开关的电压应力：
[0024]
【权利要求】
1. 一种Z源高增益低开关应力的直流升压变换器，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久进入Z源；Z源一路输出经过第二二极管分两路， 一路经过钳位电容接第一MOSFET开关管漏极，另一路依次通过第三电感、第二MOSFET开关 管接第一 MOSFET开关管漏极，Z源另一路直接接第一 MOSFET开关管漏极；第一 MOSFET开 关管源极接输入电源负极，第二MOSFET开关管漏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】H02M3/155GK104052272SQ201410235438
【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】赵晋斌, 梁晓霞, 屈克庆 申请人:上海电力学院