一种采用开关电感和电压举升技术的准z源变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及DC/DC变换器领域，具体设及一种采用开关电感和电压举升技术的准Z 源变换器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，世界各国都在大力开发新型可再 生清洁能源，如太阳能、燃料电池和风能等。而可再生能源发电系统通常需要具有较强升压 能力的直流功率变换器，将从可再生能源中获得的低压直流电（18~50V)转换为足够高的 直流电压(200~400V)，然后再进行逆变W并网发电。但许多升压DC/DC变换器受到寄生参 数、生热和损耗的限制，无法实现大幅度的升压，如Boost变换器，其电压增益为1/(1-D)，D 为占空比，但由于寄生参数的影响，其增益受到限制;又如双开关电感型准Z源变换器，其电 压增益为(1+D)/(1-3D)，较Boost变换器有了很大的提高，但仍有提升的空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种采用开关电感和电压举升 技术的准Z源变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一二极管、第一电感、第二二极管、第 二电感、第Ξ二极管、第二电容、第四二极管、第一电容、第五二极管、第Ξ电容、第Ξ电感、 第四电感、第六二极管、开关管、第屯二极管、输出电容和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一二极管的阳 极和第一电感的一端连接。所述的第一二极管的阴极与第二二极管的阴极和第二电感的一 端连接。所述的第二二极管的阳极与第一电感的另外一端和第Ξ二极管的阳极连接。所述 的第二电感的另外一端与第Ξ二极管的阴极、第二电容的一端和第四二极管的阳极连接。 所述的第四二极管的阴极与第一电容的一端、第五二极管的阳极和第Ξ电感的一端连接。 所述的第五二极管的阴极与第Ξ电容的一端和第四电感的一端连接。所述的第Ξ电容的另 外一端与第Ξ电感的另外一端和第六二极管的阳极连接。所述的第六二极管的阴极与第四 电感的另外一端、第二电容的另外一端、开关管的漏极和第屯二极管的阳极连接。所述的第 屯二极管的阴极与输出电容的一端和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所述 的直流输入电源Vin的负极与第一电容的另外一端、开关管的源极、输出电容的另外一端和 负载的另外一端连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有的优势为:相比于传统的Boost变换器(其输出 电压关
和双开关电感型准Z源变换器(其输出电压关
等DC/ DC变换器，在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占 空比就可w将低等级电压升至高等级的电压，而且输入输出共地等，因此本发明电路具有 很广泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种采用开关电感和电压举升技术的准Z源变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009] 图3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010] 图4为提出的电路、Boost和双开关电感型准Z源变换器的增益Vcmt/Vin随占空比D变 化的波形图。
【具体实施方式】
[0011] 为W下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方 式不限于此。需指出的是，W下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可 参照现有技术理解或实现的。
[0012] 本发明的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了验证方 便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号VGS、第一二极管化电流iDl、第二 二极管化电流iD2、第Ξ二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第五二极管化电流iD5、第六 二极管化电流iD6、第屯二极管化电流iD7、第一电感^电流iLl、第二电感L2电流iL2、第Ξ电感 L3电流iL3、第四电感L4电流iL4、第一电容Cl电压Vci、第二电容C2电压VC2、第Ξ电容C3电压VC3 的波形图如图2所示。
[OOU]在to~ti阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管化、第Ξ二极管化、第五二极管化和第六二极管 化承受正向电压导通，第二二极管化、第四二极管〇4和第屯二极管化承受反向电压截止。直 流输入电源Vin与第二电容C2通过第一二极管化和开关管S同时给第二电感L2充电，直流输入 电源Vin与第二电容C2通过第Ξ二极管化和开关管S同时给第一电感^充电，第一电容Cl通过 第五二极管化和开关管S给第四电感L4充电，第一电容Cl通过第六二极管化和开关管S给第 Ξ电感L3充电，第一电容Cl通过第五二极管化、第六二极管化和开关管S给第Ξ电容C3充电。 此外，输出电容Cnut给负载供电。
[0014] 在ti~t2阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS从高 电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管化、第Ξ二极管化、第五二极管化和第六二极管 化承受反向电压截止，第二二极管化、第四二极管〇4和第屯二极管化承受正向电压导通。直 流输入电源Vin与第一电感^和第二电感L2通过第二二极管化、第四二极管〇4和第屯二极管 化同时给第一电容Cl、第二电容C2、输出电容Cout和负载充电，第Ξ电感L3、第四电感L4和第Ξ 电容C3通过第四二极管〇4和第屯二极管化同时给第一电容Cl、第二电容C2、输出电容Ccmt和负 载充电。此夕h直流输入电源Vin、第一电感Ll、第二电感1^2、第；电感L3、第四电感L4和第；电 容C3通过第二二极管化、第四二极管〇4和第屯二极管化同时给输出电容Ccmt和负载供电。
[0015] 本发明电路的稳态增益推导如下。
[0016] 由于第一电感^与第二电感L2的电感值相等，第Ξ电感L3与第四电感L4的电感值 相等，则第一电感^与第二电感L2的电压、电流相等，第立电感L3与第四电感L4的电压、电流 相等。
[0017]由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电压在一个开关周期内的 平均值为零，可得到下列关系式。
[0020] 又当开关管(S)关断时，输出电压满足下列关系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (3)
[0022] 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压与直流输入电压Vin的关系。
[0023]
(斗）
[0024] 传统Boost变换器与双开关电感型准Z源变换器的稳态增益分别为1/Q-D)和（1 + D)/(1-3D)(D为占空比），本发明所提电路与Boost变换器、开关电感型准Z源变换器的稳态 增益比较图如图4所示，从图4可知，当输入电压为10V时，本发明提出的电路只需占空比为 0.2就可W升至150V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种采用开关电感和电压举升技术的准Z源变换器，其特征在于包括直流输入电源、 第一二极管(Dl·)、第一电感(1^)、第二二极管(D 2)、第二电感α2)、第三二极管(D3)、第二电容 (C2)、第四二极管(D4)、第一电容(C1)、第五二极管(D5)、第三电容(C 3)、第三电感(L3)、第四 电感(L4)、第六二极管(D6)、开关管(S)、第七二极管(D7)、输出电容(Cout)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一二极管(D1)的阳极和第一电感(L1)的一端连接;所述 第一二极管(D1)的阴极与第二二极管(D2)的阴极和第二电感(L2)的一端连接;所述第二二 极管(D 2)的阳极与第一电感(L1)的另外一端和第三二极管(D3)的阳极连接;所述第二电感 (L 2)的另外一端与第三二极管(D3)的阴极、第二电容(C2)的一端和第四二极管(D 4)的阳极 连接;所述第四二极管(D4)的阴极与第一电容(C1)的一端、第五二极管(D 5)的阳极和第三电 感(L3)的一端连接;所述第五二极管(D5)的阴极与第三电容(C 3)的一端和第四电感(L4)的 一端连接;所述第三电容(C3)的另外一端与第三电感(L 3)的另外一端和第六二极管(D6)的 阳极连接;所述第六二极管(D6)的阴极与第四电感(L 4)的另外一端、第二电容(C2)的另外一 端、开关管(S)的漏极和第七二极管(D7)的阳极连接;所述第七二极管(D 7)的阴极与输出电 容(Cciut)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cciut)与负载并联;所述直流输入电源V in 的负极与第一电容(Cl)的另外一端、开关管（S)的源极、输出电容(Ccjut)的另外一端和负载 的另外一端连接。2. 根据权利要求1所述的一种采用开关电感和电压举升技术的准Z源变换器，其特征在 于输出电压Vout与直流输入电压Vin的关系为：
【专利摘要】本发明提供一种采用开关电感和电压举升技术的准Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源<i>Vin</i>、第一二极管（<i>D</i>1）、第一电感（<i>L</i>1）、第二二极管（<i>D</i>2）、第二电感（<i>L</i>2）、第三二极管（<i>D</i>3）、第二电容（<i>C</i>2）、第四二极管（<i>D</i>4）、第一电容（<i>C</i>1）、第五二极管（<i>D</i>5）、第三电容（<i>C</i>3）、第三电感（<i>L</i>3）、第四电感（<i>L</i>4）、第六二极管（<i>D</i>6）、开关管（<i>S</i>）、第七二极管（<i>D</i>7）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。本发明相比于Boost变换器、开关电感型准Z源变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【IPC分类】H02M3/155
【公开号】CN105490530
【申请号】CN201511010663
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月27日