本发明涉及一种宽输入输出升降压dc/dc变换器,具体是一种新型可扩展zetadc-dc变换器。
背景技术:
常见非隔离型升降压dc-dc变换器有buck-boost、cuk、sepic以及zeta电路。理论上通过调节占空比d,这些变换器的输入输出增益可以在零至无穷大之间变化,但当这些变换器工作于升压模式时,受电路和元器件寄生参数的影响,输入输出增益受到了较大的限制。特别地,当占空比接近1时,变换器输入输出增益比会出现降低的现象。目前文献中提高dc-dc变换器输入输出增益的方案多基于boost电路而构建,这些电路通常只能实现升压,不能实现降压,在输入和输出电压变化均较大的应用场合中难以适用。因此在现有升降压dc-dc变换器的基础上研究即可实现高增益升压,同时保留降压能力的新型宽输入输出升降压dc/dc变换器具有重要意义。
技术实现要素:
为解决现有非隔离型高增益dc-dc变换器在宽输入输出电压应用场合中的局限性,本发明基于基本zetadc-dc变换器提出一种新型可扩展zetadc-dc变换器。
一种新型可扩展zetadc-dc变换器,该变换器包含一个直流输入源,一个负载rl,一个基本zetadc-dc变换器,n个扩展单元。其中:
基本zetadc-dc变换器包含两个电感l1、l2,两个电容c1、c2,一个功率开关s1,一个二极管d1。其连接形式如下:功率开关s1的漏极接输入电源的正极,源极连接功率电感l1的上端以及电容c1的左端,电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阴极相连,电感l2的右端与电容c2的上端相连,电感l1的下端、二极管d1的阳极以及电容c2的下端与输入电源的负极相连。
n个扩展单元的元器件和内部连接形式均相同,以第i个扩展单元为例说明,其含有:一个电感li1,一个二极管di1,两个电容ci1、ci2。其中电容ci1的右端与电感li1的左端以及二极管di1的阴极相连,电感li1的右端与电容ci2的上端相连。
各个扩展单元之间的连接形式如下(1<i≤n):第i-1个扩展单元中电容c(i-1)1的右端、电感l(i-1)1的左端以及二极管d(i-1)1的阴极相连的交点与第i个扩展单元中电容ci1的左端相连,第i-1个扩展单元中电感l(i-1)1的右端与电容c(i-1)2的上端相连的交点与第i个扩展单元中二极管di1的阳极相连,第i-1个扩展单元中电容c(i-1)2的下端与第i个扩展单元中电容ci2的下端以及输入电源的负极相连。
第1个扩展单元与基本zetadc-dc变换器之间的连接关系如下:基本zetadc-dc变换器中电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阴极相连的交点与第1个扩展单元中电容c11的左端相连,基本zetadc-dc变换器中电感l2的右端与电容c2的上端相连的交点与第1个扩展单元中二极管d11的阳极相连。
负载rl的两端与第n个扩展单元中电容cn2的两端相连。
所述功率开关s1的栅极接其控制器,其占空比可以在0至1之间变化。
本发明一种新型可扩展zetadc-dc变换器,技术效果如下:
1、在提高变换器输入输出增益的基础上,保留了变换器的降压能力,且开关器件电压应力低。具体如下(电感l1的电流连续导通时):
输入输出增益为:
开关管电压应力为:
其中d为占空比,uin为输入电压,uo为输出电压,us为功率开关电压应力,n为扩展单元数量。
2、仅含有1个功率开关,控制策略及驱动电路简单。
附图说明
图1是本发明电路原理图。
图2是本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图。
图3是传统zetadc-dc变换器电路原理图
图4是本发明扩展单元数为1时的输入输出增益与传统zetadc-dc变换器的输入输出增益对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2所示为本发明扩展单元数为1时的电路拓扑图:
一种新型可扩展zetadc-dc变换器,该变换器包含一个直流输入源,一个负载rl,一个基本zetadc-dc变换器,一个扩展单元。其中:
基本zetadc-dc变换器包含两个电感l1、l2,两个电容c1、c2,一个功率开关s1,一个二极管d1。其连接形式如下:功率开关s1的漏极接输入电源的正极,源极连接功率电感l1的上端以及电容c1的左端,电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阴极相连,电感l2的右端与电容c2的上端相连,电感l1的下端、二极管d1的阳极以及电容c2的下端与输入电源的负极相连。
扩展单元含有:一个电感l11,一个二极管d11,两个电容c11、c12。其中电容c11的右端与电感l11的左端以及二极管d11的阴极相连,电感l11的右端与电容c12的上端相连。
扩展单元与基本zetadc-dc变换器之间的连接关系如下:基本zetadc-dc变换器中电容c1的右端与电感l2的左端以及二极管d1的阴极相连的交点与扩展单元中电容c11的左端相连,基本zetadc-dc变换器中电感l2的右端与电容c2的上端相连的交点与扩展单元中二极管d11的阳极相连。
负载rl的两端与扩展单元中电容c12的两端相连。
所述功率开关s1的栅极接其控制器,其占空比可以在0至1之间变化。
在电感l1的电流连续导通时,根据功率开关状态的不同,可以将电路分为2种工作状态:
(1)功率开关s1导通,二极管d1、d11均关断,此时电感l1、l2、l11、电容c2、c12充电,电容c1、c11放电;电感l1、l2、l11端电压如下式所示:
(2)功率开关s1关断,二极管d1、d11均导通,此时电感l1、l2、l11、电容c2、c12放电,电容c1、c11充电;电感l1、l2、l11端电压如下式所示:
本发明的上述实施实例仅仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案,所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。