一種采用抽頭電感和開關(guān)電感的準z源變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種采用抽頭電感和開關(guān)電感的準Z源變換器，包括直流輸入電源、匝比為1:n的變壓器（T）、第一二極管（D1）、第二二極管（D2）、第三二極管（D3）、第一電容（C1）、第二電容（C2）、第四二極管（D4）、第一電感（L1）、第二電感（L2）、第五二極管（D5）、第六二極管（D6）、開關(guān)管（S）、第七二極管（D7）、輸出電容（Cout）和負載。本實用新型相比于反激變換器、開關(guān)電感型準Z源變換器等具有較高的電壓增益，適用于非隔離型高增益直流電壓變換的場合。
【專利說明】
一種采用抽頭電感和開關(guān)電感的準Z源變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種采用抽頭電感和開關(guān)電感的準Z 源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在新能源發(fā)電中，燃料電池因其極高的發(fā)電效率、低噪聲、可連續(xù)工作等優(yōu)點而受 到研究人員的廣泛關(guān)注。針對燃料電池輸出電壓低、范圍寬、動態(tài)響應(yīng)慢的缺點，首先需要 在燃料電池和負載之間加入一級DC/DC變換器輸出穩(wěn)定的高壓直流電，然后再經(jīng)過逆變器 輸出交流電。然而許多升壓DC/DC變換器受到占空比、寄生參數(shù)和損耗的限制，無法實現(xiàn)大 幅度的升壓，如反激變換器，其電壓增益為nD/(l-D)，n為變壓器匝比，D為占空比，但由于寄 生參數(shù)的影響，其增益受到限制；又如開關(guān)電感型準Z源變換器，其電壓增益為（1+D)/(1-2D-D 2)，較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用抽頭電感和開關(guān) 電感的準Z源變換器。
[0004] 本實用新型電路中具體包括直流輸入電源、匝比為l:n的變壓器、第一二極管、第 二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容、第四二極管、第一電感、第二電感、第五二極 管、第六二極管、開關(guān)管、第七二極管、輸出電容和負載。
[0005] 本實用新型電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與變壓器原邊 的同名端連接。所述的變壓器原邊的異名端與變壓器副邊的同名端和第一二極管的陽極連 接。所述的變壓器副邊的異名端與第二二極管的陽極連接。所述的第二二極管的陰極與第 一二極管的陰極、第二電容的一端和第三二極管的陽極連接。所述的第三二極管的陰極與 第一電容的一端、第一電感的一端和第四二極管的陽極連接。所述的第四二極管的陰極與 第五二極管的陰極和第二電感的一端連接。所述的第五二極管的陽極與第一電感的另外一 端和第六二極管的陽極連接。所述的第六二極管的陰極與第二電感的另外一端、第二電容 的另外一端、開關(guān)管的漏極和第七二極管的陽極連接。所述的第七二極管的陰極與輸出電 容的一端和負載的一端連接。所述的輸出電容與負載并聯(lián)。所述的直流輸入電源V in的負極 與第一電容的另外一端、開關(guān)管的源極、輸出電容的另外一端和負載的另外一端連接。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型電路具有的優(yōu)勢為:相比于傳統(tǒng)的反激變換器(其輸 出電壓為
和開關(guān)電感型準Z源變換器(其輸出電壓為
等DC/DC變換器，在相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的湔出電壓，湔出電壓為
。在相同的輸入電壓和輸出電壓條件下，本實用新型電路只需 要較小的占空比就可以將低等級電壓升至高等級的電壓，而且輸入輸出共地、輸入電流連 續(xù)等，因此本實用新型電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種采用抽頭電感和開關(guān)電感的準Z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009] 圖3a、圖3b為一個開關(guān)周期內(nèi)不同階段的電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為實例中本實用新型的電路、反激變換器和開關(guān)電感型準Z源變換器的增益 V〇ut/Vir^占空比D變化的波形圖。
【具體實施方式】
[0011] 以下結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述說明，但本實用新型的 實施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù) 人員可參照現(xiàn)有技術(shù)理解或?qū)崿F(xiàn)的。
[0012] 本實用新型的基本拓撲結(jié)構(gòu)和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了驗 證方便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS、第一二極管Di電流iDi、 第二二極管D2電流iD2、第三二極管D3電流iD3、第四二極管D4電流iD4、第五二極管D 5電流iD5、 第六二極管D6電流iD6、第七二極管D7電流iD7、變壓器T的勵磁電感Lm電流i Lm、第一電感。電 流iu、第二電感1^2電流iL2、第一電容&電壓V C1、第二電容&電壓VC2的波形圖如圖2所示。 [0013] (1)在如~以階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號 VGS 從低電平變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管S導(dǎo)通，第一二極管Di、第四二極管D4和第六二極管D6承受正向 電壓導(dǎo)通，第二二極管D2、第三二極管D3、第五二極管D5和第七二極管D?承受反向電壓截止。 直流輸入電源V in與第二電容C2通過開關(guān)管S同時給變壓器T的勵磁電感Lm充電，第一電容Q 通過第四二極管D4和開關(guān)管S給第一電感Li充電，第一電容Cl通過第六二極管D6和開關(guān)管S 給第二電感L2充電。此外，輸出電容Ccmt給負載供電。
[0014] ^在。~^階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS 從高電平變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管Di、第四二極管D4和第六二極管D6承受反向 電壓截止，第二二極管D 2、第三二極管D3、第五二極管D5和第七二極管D?承受正向電壓導(dǎo)通。 直流輸入電源變壓器T的勵磁電感Lm通過第二二極管0 2和第三二極管D3同時給第一電 容&充電，直流輸入電源VdP變壓器T的勵磁電感Lm通過第二二極管0 2和第七二極管D7同時 給第二電容C2、輸出電容Ccmt和負載充電，第一電感U和第二電感。通過第三二極管D 3和第 五二極管D5同時給第二電容C2充電，第一電感Ll和第二電感L2通過第五二極管D5和第七二極 管D7同時給第一電容心、輸出電容Ccmt和負載充電。此外，直流輸入電源V in、變壓器T的勵磁 電感U、第一電感Ll和第二電感L2通過第二二極管D2、第三二極管D3、第五二極管D5和第七二 極管D7同時給輸出電容Ccmt和負載充電。
[0015] 本實用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感Ll與第二電感L2的電感值相等，則第一電感Ll與第二電感L2的電壓、 電流相等。
[0017] 由第一電感1^與變壓器T的勵磁電感Lm的電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零，可 得到下列關(guān)系式。
[0018] (1)
[0019] (2)
[0020] 又當開關(guān)管S關(guān)斷時，輸出電壓V?t滿足下列關(guān)系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (3)
[0022] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)可得到輸出電壓￥_與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0023]
(4)
[0024]傳統(tǒng)反激變換器與開關(guān)電感型準Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為nD/(l-D)和（1+D)/ (1-2D-D2)(D為占空比，η為變壓器匝比），當匝比n=l時，本實用新型所提電路與反激變換 器、開關(guān)電感型準Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益比較圖如圖4所示，從圖4可知，當輸入電壓為10V 時，本實用新型提出的電路只需占空比為0.3就可以升至130V左右，而另兩種變換器則需要 較大的占空比。
【主權(quán)項】
1. 一種采用抽頭電感和開關(guān)電感的準Z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源、匝比 為l:n的變壓器(T)、第一二極管(DD、第二二極管(D 2)、第三二極管(D3)、第一電容(&)、第 二電容(C2)、第四二極管(D4)、第一電感(Li)、第二電感(L 2)、第五二極管(D5)、第六二極管 (D6)、開關(guān)管(S)、第七二極管(D7)、輸出電容(Cout)和負載； 所述直流輸入電源的正極與變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名 端與變壓器(T)副邊的同名端和第一二極管(DD的陽極連接;所述變壓器(T)副邊的異名端 與第二二極管(D2)的陽極連接;所述第二二極管(D 2)的陰極與第一二極管(DD的陰極、第二 電容（C2)的一端和第三二極管（D3)的陽極連接;所述第三二極管(D 3)的陰極與第一電容 (⑴的一端、第一電感山）的一端和第四二極管(D4)的陽極連接;所述第四二極管(D 4)的陰 極與第五二極管(D5)的陰極和第二電感(L2)的一端連接;所述第五二極管(D 5)的陽極與第 一電感(U)的另外一端和第六二極管(D6)的陽極連接;所述第六二極管(D 6)的陰極與第二 電感(L2)的另外一端、第二電容(C2)的另外一端、開關(guān)管（S)的漏極和第七二極管(D7)的陽 極連接;所述第七二極管(D 7)的陰極與輸出電容(Cout)的一端和負載的一端連接;所述輸出 電容(Cout)與負載并聯(lián);所述直流輸入電源的負極與第一電容(Cl)的另外一端、開關(guān)管（S) 的源極、輸出電容(C? t)的另外一端和負載的另外一端連接。
【文檔編號】H02M3/155GK205622507SQ201620102309
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年1月30日
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學(xué)