一種開關(guān)準(zhǔn)z源型升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器。
【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，太陽能作為清潔的可再生能源，日益受 到國際社會的廣泛關(guān)注，W太陽能發(fā)電為基礎(chǔ)的供電系統(tǒng)和電氣裝置得到了深入的研究和 開發(fā)。太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為當(dāng)今利用太陽能最主要的方式之一。光伏陣列電池的輸出 電壓等級較低，不能滿足用電設(shè)備和并網(wǎng)的要求，因此光伏陣列電池的輸出電壓必須經(jīng)過 DC/DC變換器升壓后才能使用。但許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限制，無 法實現(xiàn)大幅度的升壓，如開關(guān)電感Boost變換器，其電壓增益為（1+D)/(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Z源升壓變換器，其電壓增益為（1-D)/(1-2D)， 較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器。
[0004] 本發(fā)明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 電感、第二電容、第Ξ二極管、第四二極管、第Ξ電感、第Ξ電容、第二二極管、第四電容、第 四電感、第五二極管、開關(guān)管、第六二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本發(fā)明電路具體的連接方式為:所述直流輸入電源Vin的正極與第一電感的一端、 第一電容的一端和第Ξ二極管的陽極連接。所述第一電感的另外一端與第一二極管的陽極 和第二電容的一端連接。所述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。所述第二電容的另外一端與第二電感的另外一端、第四二極管的陽極和第五二極管 的陽極連接。所述第四二極管的陰極與第Ξ二極管的陰極、第Ξ電感的一端和第Ξ電容的 一端連接。所述第Ξ電感的另外一端與第二二極管的陽極和第四電容的一端連接。所述第 二二極管的陰極與第Ξ電容的另外一端和第四電感的一端連接。所述第四電容的另外一端 與第四電感的另外一端、第五二極管的陰極、開關(guān)管的漏極和第六二極管的陽極連接。所述 第六二極管的陰極與輸出電容的一端和負(fù)載的一端連接。所述輸出電容與負(fù)載并聯(lián)。所述 直流輸入電源Vin的負(fù)極與開關(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，本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢為:相比于開關(guān)電感Boost變換器(其輸 出電壓為
和Z源升壓變換器(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，本發(fā)明電路只需要較小的占空比 就可W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，因此本發(fā)明 電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器結(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3曰、圖3b為一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為提出的電路、開關(guān)電感Boost變換器和Z源升壓變換器的增益Vnut/Vin隨占空 比D變化的波形圖。
【具體實施方式】
[0011] W下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實施方式 不限于此。需指出的是，W下若有未特別詳細(xì)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] 本發(fā)明的基本拓?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、第一二極管化電流iDl、第二 二極管化電流iD2、第Ξ二極管化電流iD3、第四二極管〇4電流iD4、第五二極管化電流iD5、第六 二極管化電流iD6、第一電感^電流U1、第二電感L2電流iL2、第Ξ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Ξ電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓VC4的 波形圖如圖2所示。
[OOU]在to~ti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，第一二極管化、第二二極管化、第四二極管D4和第六二極管 化承受反向電壓截止，第Ξ二極管化和第五二極管化承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin與 第一電容Cl通過開關(guān)管S和第五二極管化同時給第二電感L2充電，直流輸入電源Vin與第二電 容C2通過開關(guān)管S和第五二極管化同時給第一電感^充電，直流輸入電源Vin與第Ξ電容C3通 過開關(guān)管S和第Ξ二極管化同時給第四電感L4充電，直流輸入電源Vin與第四電容C4通過開關(guān) 管S和第Ξ二極管化同時給第Ξ電感L3充電，第一電容Cl、第二電容C2、第Ξ電容C3和第四電 容C4通過第Ξ二極管化和第五二極管化同時給第一電感^、第二電感L2、第Ξ電感L3和第四 電感L4充電。此外，輸出電容Ccmt給負(fù)載供電。
[0014] 在ti~t2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，第一二極管化、第二二極管化、第四二極管D4和第六二極管 化承受正向電壓導(dǎo)通，第Ξ二極管化和第五二極管化承受反向電壓截止。第一電感b和第二 電感L2通過第一二極管化同時給第一電容Cl和第二電容C2充電，第Ξ電感L3和第四電感L4通 過第二二極管化同時給第Ξ電容C3和第四電容C4充電。此外，直流輸入電源Vin、第一電感^、 第二電感1^2、第；電感L3和第四電感L4通過第一二極管Dl、第四二極管〇4、第二二極管化和第 六二極管化同時給第一電容Cl、第二電容C2、第Ξ電容C3、第四電容C4、輸出電容Cout和負(fù)載供 電。
[0015] 本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下：
[0016] 由于第一電感b與第二電感L2、第Ξ電感L3、第四電感L4的電感值相同，第一電容Cl 與第二電容C2、第Ξ電容C3、第四電容C4的電容值相同，則第一電感b與第二電感L2、第Ξ電 感L3、第四電感L4的電壓、電流相等，第一電容Cl與第二電容〔2、第立電容C3、第四電容C4的電 壓、電流相等。
[0017]由第一電感b與第二電感L2、第Ξ電感L3、第四電感L4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。
[001 引（Vin+Vci)t0n-Vcit0ff = 0 (1)
[0019]又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，輸出電壓Vout滿足下列關(guān)系式。
[0020] V〇ut = Vin+Vci+Vc2+Vc3+Vc4 (2)
[0021 ] 聯(lián)立求解式(1 )、（2)可得到輸出電壓Vout與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0022]
(4)
[0023] 開關(guān)電感Boost變換器與Z源升壓變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為（1+D)/(1-D)和（1-D)/ (1-2DKD為占空比），本發(fā)明所提電路與Boost變換器、Z源升壓變換器的穩(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，本發(fā)明提出的電路只需占空比為0.4就可W升至 90V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項】
1. 一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感(LD、第一電 容(C 1)、第一二極管(D1)、第二電感(L2)、第二電容(C2)、第三二極管(D 3)、第四二極管(D4)、 第三電感(L3)、第三電容(C3)、第二二極管(D 2)、第四電容(C4)、第四電感(L4)、第五二極管 (D5)、開關(guān)管(S)、第六二極管(D6)、輸出電容(CmJt)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端、第一電容(Ci)的一端和第三二極管 (D3)的陽極連接;所述第一電感(L1)的另外一端與第一二極管(D1)的陽極和第二電容(C 2) 的一端連接;所述第一二極管(Di)的陰極與第一電容(Cl)的另外一端和第二電感(L2)的一 端連接;所述第二電容(C 2)的另外一端與第二電感(L2)的另外一端、第四二極管(D4)的陽極 和第五二極管(D 5)的陽極連接;所述第四二極管(D4)的陰極與第三二極管(D3)的陰極、第三 電感(L 3)的一端和第三電容(C3)的一端連接;所述第三電感(L3)的另外一端與第二二極管 (D 2)的陽極和第四電容(C4)的一端連接;所述第二二極管(D2)的陰極與第三電容(C 3)的另 外一端和第四電感(L4)的一端連接;所述第四電容(C4)的另外一端與第四電感(L 4)的另外 一端、第五二極管(D5)的陰極、開關(guān)管(S)的漏極和第六二極管(D6)的陽極連接;所述第六二 極管(D6)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(Cout)與負(fù)載并 聯(lián);所述直流輸入電源V ln的負(fù)極與開關(guān)管(S)的源極、輸出電容(Cciut)的另外一端和負(fù)載的 另外一端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器，其特征在于輸出電壓Vciut與直 流輸入電壓V in的關(guān)系為：
【專利摘要】本發(fā)明提供一種開關(guān)準(zhǔn)Z源型升壓變換器。所述變換器包括直流輸入電源、第一電感（<i>L</i>1）、第一電容（<i>C</i>1）、第一二極管（<i>D</i>1）、第二電感（<i>L</i>2）、第二電容（<i>C</i>2）、第三二極管（<i>D</i>3）、第四二極管（<i>D</i>4）、第三電感（<i>L</i>3）、第三電容（<i>C</i>3）、第二二極管（<i>D</i>2）、第四電容（<i>C</i>4）、第四電感（<i>L</i>4）、第五二極管（<i>D</i>5）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第六二極管（<i>D</i>6）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本發(fā)明相比于開關(guān)電感Boost變換器、Z源升壓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。
【IPC分類】H02M3/07
【公開號】CN105490523
【申請?zhí)枴緾N201511009697
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月27日