一種采用開(kāi)關(guān)電感的Trans-Z源變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種采用開(kāi)關(guān)電感的化ans-z源變換 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，世界各國(guó)都在大力開(kāi)發(fā)新型可再 生清潔能源，如太陽(yáng)能、燃料電池和風(fēng)能等。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要 經(jīng)過(guò)DC/DC變換器升壓，再經(jīng)過(guò)逆變器并網(wǎng)。然而許多升壓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，如反激變換器，其電壓增益為nD/(l-D)，n為變壓器應(yīng) 比，D為占空比，但由于變壓器等的寄生參數(shù)的影響，其增益受到限制；又如開(kāi)關(guān)電感型準(zhǔn)Z 源變換器，其電壓增益為(1+D)/(1-3D)，較Z源變換器有了一定的提高，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，提出一種采用開(kāi)關(guān)電感的 Trans-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、第一二極管、第二二極 管、第二電感、第Ξ二極管、第二電容、第四二極管、第一電容、應(yīng)比為l:n的變壓器、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的正極與第一二極管 的陽(yáng)極和第一電感的一端連接。所述的第一二極管的陰極與第二二極管的陰極和第二電感 的一端連接。所述的第二二極管的陽(yáng)極與第一電感的另外一端和第Ξ二極管的陽(yáng)極連接。 所述的第二電感的另外一端與第Ξ二極管的陰極、第二電容的一端和第四二極管的陽(yáng)極連 接。所述的第四二極管的陰極與變壓器副邊的同名端連接。所述的變壓器副邊的異名端與 第一電容的一端和變壓器原邊的同名端連接。所述的變壓器原邊的異名端與第二電容的另 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 一電容的另外一端、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)的反激變換器(其輸 出電壓為
和開(kāi)關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器(其輸出電壓關(guān)
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W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為一種采用開(kāi)關(guān)電感的Trans-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3曰、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、反激變換器和開(kāi)關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的增益Vnut/Vin隨占空比 D變化的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為W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，W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)用新型的基本拓?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(yàn) 證方便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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、 第一電感^電流iLl、第二電感L2電流iL2、變壓器T的勵(lì)磁電感Lm電流iLm、第一電容Cl電壓Vci 和第二電容C2電壓VC2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(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，第一二極管化和第Ξ二極管化承受正向電壓導(dǎo)通，第二二極 管化、第四二極管D4和第五二極管化承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2通過(guò) 開(kāi)關(guān)管S、第一二極管化和第Ξ二極管化同時(shí)給第一電感b和第二電感L2充電，第一電容Cl通 過(guò)開(kāi)關(guān)管S給變壓器T的勵(lì)磁電感Lm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(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，第一二極管化和第Ξ二極管化承受反向電壓截止，第二二極 管化、第四二極管D4和第五二極管化承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin、第一電感^和第 二電感L2通過(guò)第二二極管化和第五二極管化同時(shí)給第二電容C2、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電， 直流輸入電源Vin、第一電感^和第二電感L2通過(guò)第二二極管化和第四二極管〇4同時(shí)給第一 電容Cl充電，變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第四二極管〇4給第二電容C2充電，變壓器T的勵(lì)磁電 感Lm通過(guò)第五二極管化給第一電容Cl、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此外，直流輸入電源Vin、第 一電感b、第二電感L2和變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第二二極管化、第四二極管〇4和第五二極 管化同時(shí)給輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。
[0015] 本實(shí)用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感^與第二電感L2的電感值相等，則第一電感^與第二電感L2的電壓、 電流相等。
[0017] 由第一電感b、第二電感L2與變壓器T的勵(lì)磁電感Lm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。
[001引
（丄)
[0024] 傳統(tǒng)反激變換器與開(kāi)關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為nD/(l-D)和（1+D)/ (1-3D)(D為占空比，η為變壓器應(yīng)比），當(dāng)應(yīng)比n = 2時(shí)，本實(shí)用新型所提電路與反激變換器、 開(kāi)關(guān)電感型準(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0.2就可W升至150V左右，而另兩種變換器則需要較大 的占空比D
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用開(kāi)關(guān)電感的Trans-z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感 (LD、第一二極管(DD、第二二極管(D2)、第二電感(L2)、第三二極管(D3)、第二電容(C 2)、第 四二極管(D4)、第一電容(&)、匝比為l:n的變壓器(T)、開(kāi)關(guān)管(S)、第五二極管(D 5)、輸出電 容(C?t)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一二極管(DD的陽(yáng)極和第一電感(LD的一端連接;所述 第一二極管(DD的陰極與第二二極管(D2)的陰極和第二電感(L2)的一端連接;所述第二二 極管(D 2)的陽(yáng)極與第一電感(LD的另外一端和第三二極管(D3)的陽(yáng)極連接;所述第二電感 α2)的另外一端與第三二極管(D3)的陰極、第二電容(c2)的一端和第四二極管(D 4)的陽(yáng)極 連接;所述第四二極管(D4)的陰極與變壓器(T)副邊的同名端連接;所述變壓器(T)副邊的 異名端與第一電容(&)的一端和變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名 端與第二電容(c 2)的另外一端、開(kāi)關(guān)管(S)的漏極和第五二極管(D5)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(Cout)與負(fù)載 并聯(lián);所述直流輸入電源的負(fù)極與第一電容(c 1)的另外一端、開(kāi)關(guān)管(S )的源極、輸出電容 (c?t)的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種采用開(kāi)關(guān)電感的Trans-Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源、第一電感（<i>L</i>1）、第一二極管（<i>D</i>1）、第二二極管（<i>D</i>2）、第二電感（<i>L</i>2）、第三二極管（<i>D</i>3）、第二電容（<i>C</i>2）、第四二極管（<i>D</i>4）、第一電容（<i>C</i>1）、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、開(kāi)關(guān)管（<i>S</i>）、第五二極管（<i>D</i>5）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本實(shí)用新型相比于反激變換器、開(kāi)關(guān)電感型準(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。
【IPC分類(lèi)】H02M3/155
【公開(kāi)號(hào)】CN205336111
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521143869
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日