一種采用變壓器的準(zhǔn)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)及一種采用變壓器的準(zhǔn)Z源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏、燃料電池等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展已成為解決化石燃料短缺的重要手 段之一。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要DC/DC變換器升壓。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(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，但由于寄生參數(shù)的影響，其增益受到 限制;又如準(zhǔn)Z源變換器，其電壓增益為1/Q-2D)，較Boost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，提出一種采用變壓器的準(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、應(yīng)比為l:n的變壓器、第一二極管、 第一電容、第二電容、第一電感、開(kāi)關(guān)管、第二二極管、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二電容的一端連 接。所述的變壓器副邊的異名端與第一二極管的陽(yáng)極連接。所述的第一二極管的陰極與第 一電容的一端和第一電感的一端連接。所述的第一電感的另外一端與第二電容的另外一 端、開(kāi)關(guān)管的漏極和第二二極管的陽(yáng)極連接。所述的第二二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 出電壓夫
和準(zhǔn)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、輸入電流連續(xù)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為一種采用變壓器的準(zhǔn)Z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[000引圖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。為了分 析方便，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、第一電感^電流iLl、變壓器T的勵(lì)磁電感Lm電流iLm、第一電容Cl電壓 Vci、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，第一二極管化和第二二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同時(shí)給變壓器T的勵(lì)磁電感Lm充電，第一電容Cl通過(guò)開(kāi)關(guān) 管S同時(shí)給第一電感^充電。此外，輸出電容CDUt給負(fù)載供電。
[0014] 在tl~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，第一二極管化和第二二極管化承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入 電源Vin和變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第一二極管化同時(shí)給第一電容Cl充電，直流輸入電源 Vin和變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第二二極管化同時(shí)給第二電容C2、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電， 第一電感^通過(guò)第一二極管化給第二電容C2充電，第一電感^通過(guò)第二二極管化給第一電容 Cl、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此夕h直流輸入電源Vin、變壓器T的勵(lì)磁電感Lm和第一電感^通 過(guò)第一二極管化和第二二極管化同時(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] 由第一電感^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。
[0019]又當(dāng)開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，輸出電壓Vout滿足下列關(guān)系式。[0020]
(3)
[0017] Cl)
[001 引 （2)
[0021] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)可得到輸出電壓Vout與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0022]
C4)
[0023] 傳統(tǒng)反激變換器與準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為nD/(l-D)和1/(1-2D)(D為占空 比），當(dāng)應(yīng)比n = 3時(shí)，本實(shí)用新型所提電路與反激變換器、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IOV時(shí)，本實(shí)用新型提出的電路只需占空比為0.18就可 W升至IOOV左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用變壓器的準(zhǔn)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、第一電容(&)、第二電容(C2)、第一電感(1^)、開(kāi)關(guān)管(S)、第二二極 管(D 2)、輸出電容(Ccmt)和負(fù)載； 所述的直流輸入電源的正極與變壓器(T)原邊的同名端連接； 所述的變壓器(T)原邊的異名端與變壓器(T)副邊的同名端和第二電容(C2)的一端連 接;所述的變壓器(T)副邊的異名端與第一二極管(DD的陽(yáng)極連接;所述的第一二極管(DD 的陰極與第一電容(Ci)的一端和第一電感(Li)的一端連接;所述的第一電感(Li)的另外一 端與第二電容(C2)的另外一端、開(kāi)關(guān)管(S)的漏極和第二二極管(D 2)的陽(yáng)極連接;所述的第 二二極管(D2 )的陰極與輸出電容(Cmjt)的一端和負(fù)載的一端連接;所述的輸出電容(Cmjt)與 負(fù)載并聯(lián);所述的直流輸入電源的負(fù)極與第一電容(&)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。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種采用變壓器的準(zhǔn)Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、第一二極管（<i>D</i>1）、第一電容（<i>C</i>1）、第二電容（<i>C</i>2）、第一電感（<i>L</i>1）、開(kāi)關(guān)管（<i>S</i>）、第二二極管（<i>D</i>2）、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、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】H02M3/155
【公開(kāi)號(hào)】CN205377662
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521144727
【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7月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日