一種高增益電壓舉升型準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種高增益電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源、第一電感、第一電容、第一二極管、第二電容、第二電感、第二二極管、第三電容、第四電容、第三二極管、第三電感、第五電容、第四電感、第四二極管、開(kāi)關(guān)管、第五二極管、輸出電容和負(fù)載。本實(shí)用新型相比于Boost變換器、電壓舉升型準(zhǔn)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(chǎng)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高増益電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種高增益電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在能源枯竭與環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，太陽(yáng)能作為可再生清潔能源，日益受到 國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)成為當(dāng)今利用太陽(yáng)能的最主要方式之一。光伏 陣列電池的輸出電壓等級(jí)較低，不能滿足現(xiàn)有用電設(shè)備的供電要求，也不能滿足并網(wǎng)的要 求，因此光伏陣列電池的輸出電壓必須經(jīng)過(guò)DC/DC變換器升壓后才能使用。截至目前，已經(jīng) 出現(xiàn)了多種高增益的DC/DC變換器，但許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限 制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大幅度的升壓，如Boost變換器，其電壓增益為1/(1-D)，D為占空比，但由于寄 生參數(shù)的影響，其增益受到限制;又如電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器，其電壓增益為2/(l-3D)，較 Boost變換器有了很大的提高，但仍有提升的空間。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高增益電壓舉升型準(zhǔn) Z源變換器。
[0004] 本實(shí)用新型電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感、第一電容、第一二極管、 第二電容、第二電感、第二二極管、第三電容、第四電容、第三二極管、第三電感、第五電容、 第四電感、第四二極管、開(kāi)關(guān)管、第五二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本實(shí)用新型電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與第一電感的 一端和第一電容的一端連接。所述的第一電感的另外一端與第一二極管的陽(yáng)極和第二電容 的一端連接。所述的第一二極管的陰極與第一電容的另外一端和第二電感的一端連接。所 述的第二電容的另外一端與第二電感的另外一端、第二二極管的陽(yáng)極和第四電容的一端連 接。所述的第二二極管的陰極與第三電容的一端、第三二極管的陽(yáng)極和第三電感的一端連 接。所述的第三二極管的陰極與第五電容的一端和第四電感的一端連接。所述的第五電容 的另外一端與第三電感的另外一端和第四二極管的陽(yáng)極連接。所述的第四電感的另外一端 與第四二極管的陰極、第四電容的另外一端、開(kāi)關(guān)管的漏極和第五二極管的陽(yáng)極連接。所述 的第五二極管的陰極與輸出電容的一端和負(fù)載的一端連接。所述的輸出電容與負(fù)載并聯(lián)。 所述的直流輸入電源Vin的負(fù)極與第三電容的另外一端、開(kāi)關(guān)管的源極、輸出電容的另外一 端和負(fù)載的另外一端連接。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型電路具有的優(yōu)勢(shì)為：相比于傳統(tǒng)的Boost變換器(其 輸出電壓^
和電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器(其輸出電壓戈
等 DC/DC變換器，在相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的輸出電壓，輸出電壓為 ，。在相同的輸入電壓和輸出電壓條件下，本實(shí)用新型電路只需要較小的占 空比就可以將低等級(jí)電壓升至高等級(jí)的電壓，而且輸入輸出共地等，因此本實(shí)用新型電路 具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為一種高增益電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個(gè)開(kāi)關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009]圖3a、圖3b為一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為提出的電路、Boost和電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器的增益占空比D變化 的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說(shuō)明，但本實(shí)用新型的 實(shí)施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說(shuō)明之過(guò)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(shí)例的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了便于驗(yàn) 證，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。電路中，開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào) VGS、第一二極管Di電流 iD1、第二二極管D2電流iD2、第三二極管D3電流i D3、第四二極管D4電流iD4、第五二極管D5電流 iD5、第一電感1^電流kl、第二電感L2電流iL2、第三電感L3電流iL3、第四電感L4電流iL4、第一電 容Cl電壓Vci、第二電容C2電壓VC2、第三電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓VC4、第五電容C5電壓 VC5的波形圖如圖2所示。
[0013]在階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖?，開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通，第三二極管D3和第四二極管D4承受正向電壓導(dǎo)通，第一二極 管 〇1、第二二極管D2和第五二極管D5承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C 2和第 四電容C4通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第一電感1^充電，直流輸入電源Vin與第一電容&和第四電容C4 通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第二電感1^ 2充電，第三電容C3通過(guò)第三二極管D3、第四二極管D4和開(kāi)關(guān) 管S同時(shí)給第三電感L 3、第四電感L4和第五電容C5充電。此外，輸出電容C?t給負(fù)載供電。
[0014] 在以~丨2階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖?，開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷，第三二極管D 3和第四二極管D4承受反向電壓截止，第一二極 管〇1、第二二極管D 2和第五二極管D5承受正向電壓導(dǎo)通。第一電感Ll通過(guò)第一二極管〇1給第 一電容Ci充電，第二電感L 2通過(guò)第一二極管0:給第二電容C2充電，直流輸入電源Vin、第一電 感1^和第二電感L 2通過(guò)第一二極管0:和第二二極管D2同時(shí)給第三電容C3充電，第三電感l(wèi) 3、 第四電感L4和第五電容(：5通過(guò)第二二極管D2、第三二極管D 3和第四二極管D4給第四電容C4充 電。此外，直流輸入電源Vin、第一電感1^、第二電感L2、第三電感L 3、第四電感L4和第五電容C5 通過(guò)第一二極管〇:、第二二極管D2和第五二極管05同時(shí)給輸出電容c?t和負(fù)載供電。
[0015] 本實(shí)例電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)：
[0016] 由于第一電感U與第二電感L2的電感值相等，第三電感L3與第四電感L4的電感值 相等，第一電容Ci與第二電容C 2的電容值相等，則第一電感U與第二電感L2的電壓、電流相 等，第三電感L3與第四電感L4的電壓、電流相等，第一電容Ci與第二電容C2的電壓、電流相 等。
[0017] 由第一電感Li與第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4的電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的 平均值為零，可得到下列關(guān)系式。
[0018] ⑴
[0019] (2)
[0020] 又當(dāng)開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，輸出電壓V?t滿足下列關(guān)系式。
[0021] V〇ut = Vc3+Vc4 (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)Boost變換器與電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/(1-D)和2/(1- 3D)(D為占空比），本實(shí)施例所提電路與Boost變換器、電壓舉升型準(zhǔn)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(dāng)輸入電壓為10V時(shí)，本實(shí)用新型提出的電路只需占空比為 0.16就可以升至100V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高增益電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器，包括直流輸入電源、第一電感(LD、第一電容 (CD、第一二極管(DD、第二電容(C2)、第二電感(L2)、第二二極管(D2)、第三電容(C 3)、第四 電容(C4)、第三二極管(D3)、第三電感(L3)、第五電容(C 5)、第四電感(L4)、第四二極管(D4)、 開(kāi)關(guān)管(S)、第五二極管(D5)、輸出電容(C〇 ut)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端和第一電容(Ci)的一端連接;所述第 一電感(Li)的另外一端與第一二極管(Di)的陽(yáng)極和第二電容(C2)的一端連接;所述第一二 極管（DD的陰極與第一電容（CD的另外一端和第二電感(L 2)的一端連接;所述第二電容 (C2)的另外一端與第二電感(L2)的另外一端、第二二極管(D 2)的陽(yáng)極和第四電容(C4)的一 端連接;所述第二二極管(D2)的陰極與第三電容(C 3)的一端、第三二極管(D3)的陽(yáng)極和第三 電感(L3)的一端連接;所述第三二極管(D 3)的陰極與第五電容(C5)的一端和第四電感(L4) 的一端連接;所述第五電容(C5)的另外一端與第三電感(L3)的另外一端和第四二極管(D4) 的陽(yáng)極連接;所述第四電感(L 4)的另外一端與第四二極管(D4)的陰極、第四電容(C4)的另外 一端、開(kāi)關(guān)管(S)的漏極和第五二極管(D 5)的陽(yáng)極連接;所述第五二極管(D5)的陰極與輸出 電容(Cout)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(Cmjt)與負(fù)載并聯(lián);所述直流輸入電源 的負(fù)極與第三電容(C3)的另外一端、開(kāi)關(guān)管（S)的源極、輸出電容(Cout)的另外一端和負(fù)載 的另外一端連接。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK205622511SQ201521116789
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年12月27日
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)