一种非对称型双输出z源半桥变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种非对称型双输出Z源半桥变换器，包括直流电源、二极管，第一电容、第二电容，第一电感、第二电感，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一负载和第二负载。第一电感、第二电感、第一电容和第二电容组成Z源阻抗，Z源阻抗的存在一方面避免了因开关管直通而引起的损毁，另一方面当开关管直通时还起到升压的作用。通过控制三个开关管的导通占空比，可以分别控制两路输出的升压和降压，并实现两路输出电压的正负脉冲的对称和不对称。本实用新型只用了三个开关管，且在电源侧不需要并联任何电容，能够实现双路输出。本实用新型具有高可靠性、宽输出电压范围和丰富的输出交流脉冲波形，特别适用于双输出的电解电镀等电化学电源装置。
【专利说明】一种非对称型双输出Z源半桥变换器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电力电子变换器【技术领域】，具体涉及一种非对称型双输出Z源半 桥变换器。
【背景技术】
[0002] 常规的半桥变换器，逆变桥臂直接与直流电压源并联，当逆变桥臂的上、下开关管 因误触发而直通时，会流过非常大的电流而使开关管损毁。而且，这类半桥逆变器输出交流 电压的幅值只有输入电压的一半，属于降压型逆变器，输出电压的范围比较窄。为了提高输 出交流电压的幅值，传统的做法是在逆变器前级加入升压环节，或在输出端接变压器进行 升压。在逆变器前级加入升压环节的方案中至少需要多用一个开关管，这增加了功率传递 中的开关损耗，也增加了控制的复杂性。在逆变器输出端接变压器虽然可以提高输出电压 的幅值，但是当变压器匝比固定时，输出交流电压的幅值是一定值。
[0003] 目前，有相关专利提出使用Z源半桥变换器来解决上述问题，但是当需要两路输 出的时候，就需要两个Z源半桥变换器。而两个Z源半桥变换器，需要两个电源，四个储能 电容，四个开关管，以及两个Z源阻抗。除此，相应的控制会增加成本和控制难度，降低系统 的稳定性。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种非对称型双输出Z源 半桥变换器。本实用新型只需要一个电源，三个开关管，以及一个Z源阻抗。比传统的两个 Z源半桥变换器，少了一个电源，四个储能电容，一个开关管和一个Z源阻抗，却能达到比传 统Z源半桥变换器高的输出增益，且具有高可靠性、宽输出电压范围和丰富的输出交流脉 冲波形，特别适用于双输出的电解电镀等电化学电源装置。
[0005] 本实用新型通过如下技术方案实现：
[0006] -种非对称型双输出Z源半桥变换器，包括直流电源、二极管，第一电容、第二电 容、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一负载和第二负载。本实 用新型所述一种非对称型双输出Z源半桥变换器，Z源阻抗的一端口并联在直流电源和二 极管串联而成的输入端，Z源阻抗另外一端口并联在三个开关管串联而成的桥臂两端，且第 一负载连接在第一开关管与第二开关管的连接点和第一电容的一端之间，第二负载连接在 第二开关管与第三开关管的连接点和第二电容一端之间。所述Z源阻抗，是由第一电感、第 二电感、第一电容和第二电容组成。
[0007] 上述的一种非对称型双输出Z源半桥变换器中，所述输入电源的正极与二极管的 阳极相连接，二极管的阴极、第一电感的一端和第一电容的一端连接于一点，第一电感的另 外一端、第二电容的一端和第一开关管的漏极连接于一点，第一开关管的源极、第二开关管 的漏极和第一负载的一端连接于一点，第二开关管的源极、第三开关管的漏极和第二负载 的一端连接于一点，第一负载的另外一端、第二电感的一端和第一电容的另外一端连接于 一点，第二负载的另外一端、第二电感的另外一端、第二电容的另外一端和电源的负极连接 于一点。
[0008] 与现有技术相比本实用新型具有如下优点：
[0009] 本实用新型只需要一个电源，三个开关管，以及一个Z源阻抗。比传统的具有两路 输出的两个Z源半桥变换器，少了一个电源，四个储能电容，一个开关管和一个Z源阻抗，却 能达到比传统Z源半桥变换器高的输出增益，且具有高可靠性、宽输出电压范围和丰富的 输出交流脉冲波形，特别适用于双输出的电解电镀等电化学电源装置。
[0010] 本实用新型的变换器可以防止开关管的直通对电路造成的损坏，且开关管直通时 能得到较高的输出增益，克服传统半桥变换器输出局限于输入电压的缺点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本实用新型所述的一种非对称型双输出Z源半桥变换器的实施例的电路 图；
[0012] 图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f分别是图1所示电路图在一个开关周期内的 主要工作模态图。
[0013] 图3为一种双输出Z源半桥变换器的对应主要波形图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实 施方式不限于此。
[0015] 实施案例
[0016] 如图1所示，一种非对称型双输出Z源半桥变换器，其特征在于，包括直流电源vd、 二极管D，第一电容(^、第二电容C 2、第一电感、第二电感L2、第一开关管Si、第二开关管S2、 第三开关管S 3、第一负载&和第二负载R2。本实用新型所述一种非对称型双输出Z源半桥 变换器，Z源阻抗的一端口并联在直流电源和二极管串联而成的输入端，其另外一端口并联 在三个开关管串联而成的桥臂两端，且第一开关管Si与第二开关管S 2的连接点和第一电容 Q的一端连接着第一负载1^，第二开关管与第三开关管S3的连接点和的第二电容(：2-端连 接着第二负载r 2 ;
[0017] 所述Z源阻抗，是由第一电感Q、第二电感L2、第一电容Q和第二电容c2组成；
[0018] 一种非对称型双输出Z源半桥变换器，其特征在于，所述输入电源1的正极与二 极管D的阳极相连接，二极管D的阴极、第一电感Li的一端和第一电容Ci的一端连接于一 点，第一电感U的另外一端、第二电容C 2的一端和第一开关管Si的漏极连接于一点，第一 开关管Si的源极、第二开关管S2的漏极和第一负载Ri的一端连接于一点，第二开关管S 2的 源极、第三开关管S3的漏极和第二负载R2的一端连接于一点，第一负载&的另外一端、第 二电感L 2的一端和第一电容Q的另外一端连接于一点，第二负载R2的另外一端、第二电感 l2的另外一端、第二电容c2的另外一端和电源的负极连接于一点。
[0019] 如图2a、2b、2c、2d、2e和2f所示，其中图2a是工作模态1的电路图，图2b是工作 模态2的电路图，图2c是工作模态3的电路图，图2d是工作模态4的电路图，图2e是工作 模态5的电路图，图2f是工作模态6的电路图。图中实线表示变换器中有电流流过的部分， 虚线表示变换器中没有电流流过的部分，参考图3对其对应工作模态分析如下。其中第一 开关管Si、第二开关管S2和第三开关管S3三个开关管依次滞后DJ时间段后开通，导通时 间为D 2T，T为开关管开关周期。以顺时钟方向为电压的正参考方向。
[0020] 第一电容Q的电压为Va，第二电容C2的电压为V a，第一电感Q的电压为Vu，第 二电感L2的电压为'2,第一负载的电压为 V()1，第二负载的电压为V()2。
[0021] 工作模态1:
[0022] 如图3时间段[t^tj所示，第一开关管Si、第二开关管S2和第三开关管S 3三个 开关管都导通，二极管D关断，此时的等效电路图如图2a所示。此时第一电容Q为第一电 感U充电，第一电感Q电流直线上升，第一负载&被第二开关管S2和第三开关管S3导通 而短路，输出电压为0。同时，第二电容C 2分别为第二电感L2与第二负载R2传输能量， 电感L2电流直线上升。第一电感Q电压为：
【权利要求】
1. 一种非对称型双输出Z源半桥变换器，其特征在于，包括直流电源（Vd)、二极管（D)、 第一电容(G)、第二电容(G)、第一电感(A)、第二电感(4)，第一开关管（Si)、第二开关管 (s 2)、第三开关管（s3)、第一负载（?)和第二负载（r2);第一电感（LJ、第二电感（L 2)、第一 电容（Ci)和第二电容（C2)组成Z源阻抗，Z源阻抗的一端口并联在直流电源和二极管串联 而成的输入端，Z源阻抗的另外一端口并联在第一开关管（Si)、第二开关管（s 2)、第三开关 管（S3)串联而成的桥臂两端，第一负载（?)连接在第一开关管（Si)与第二开关管（S 2)的连 接点和第一电容（Ci)的一端之间，第二负载（R2)连接在第二开关管与第三开关管（s 3)的连 接点和第二电容（c2) -端之间。
2. 根据权利要求1所述的一种非对称型双输出Z源半桥变换器，其特征在于，所述直流 电源（vd)的正极与二极管（D)的阳极相连接，二极管（D)的阴极、第一电感（U)的一端和第 一电容（Q)的一端连接于一点，第一电感（LJ的另外一端、第二电容（c 2)的一端和第一开 关管（Si)的漏极连接于一点，第一开关管（Si)的源极、第二开关管（s2)的漏极和第一负载 (?)的一端连接于一点，第二开关管（S 2)的源极、第三开关管（S3)的漏极和第二负载（R2) 的一端连接于一点，第一负载（?)的另外一端、第二电感（l 2)的一端和第一电容（Ci)的另 外一端连接于一点，第二负载（r2)的另外一端、第二电感α 2)的另外一端、第二电容（c2)的 另外一端和电源的负极连接于一点。
【文档编号】H02M7/5387GK203872079SQ201420056559
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】张波, 张桂东, 丘东元 申请人:华南理工大学