一種輸入電流連續(xù)的混合型準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種輸入電流連續(xù)的混合型準(zhǔn)Z源變換器，所述變換器包括直流輸入電源、第一電感（<i>L</i>1）、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）、第二二極管（<i>D</i>2）、第二電感（<i>L</i>2）、第三電感（<i>L</i>3）、第三電容（<i>C</i>3）、第三二極管（<i>D</i>3）、第四電容（<i>C</i>4）、開(kāi)關(guān)管（<i>S</i>）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本實(shí)用新型相比于Boost變換器、傳統(tǒng)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(chǎng)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種輸入電流連續(xù)的混合型準(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，具體涉及一種輸入電流連續(xù)的混合型準(zhǔn)Z源變 換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏、燃料電池等可再生能源的發(fā)展已成為最有效的彌補(bǔ)化石燃料短缺和保護(hù)環(huán) 境的手段之一。高增益DC/DC變換器能夠大幅度提高直流電壓等級(jí)，被廣泛地應(yīng)用于新能源 發(fā)電系統(tǒng)。在其他工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，例如高壓氣體放電燈、X光機(jī)直流電源等，高增益DC/DC變 換器也有重要的應(yīng)用價(jià)值。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 一定的提尚，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，提出一種輸入電流連續(xù)的混合 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、第一電感本實(shí)用新型、第一二極管 本實(shí)用新型、第一電容本實(shí)用新型、第二電容本實(shí)用新型、第二二極管本實(shí)用新型、第二電 感本實(shí)用新型、第三電感本實(shí)用新型、第三電容本實(shí)用新型、第三二極管本實(shí)用新型、第四 電容本實(shí)用新型、開(kāi)關(guān)管本實(shí)用新型、輸出電容本實(shí)用新型和負(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的正極與第一電感本 實(shí)用新型的一端連接。所述的第一電感本實(shí)用新型的另外一端與第一二極管本實(shí)用新型的 陽(yáng)極和第二電容本實(shí)用新型的一端連接。所述的第一二極管本實(shí)用新型的陰極與第一電容 本實(shí)用新型的一端、第二電感本實(shí)用新型的一端和第三電容本實(shí)用新型的一端連接。所述 的第二電感本實(shí)用新型的另外一端與第二二極管本實(shí)用新型的陽(yáng)極和第四電容本實(shí)用新 型的一端連接。所述的第二二極管本實(shí)用新型的陰極與第三電容本實(shí)用新型的另外一端和 第三電感本實(shí)用新型的一端連接。所述的第三電感本實(shí)用新型的另外一端與第四電容本實(shí) 用新型的另外一端、第二電容本實(shí)用新型的另外一端、開(kāi)關(guān)管本實(shí)用新型漏極和第三二極 管本實(shí)用新型的陽(yáng)極連接。所述的第三二極管本實(shí)用新型的陰極與輸出電容本實(shí)用新型的 一端和負(fù)載的一端連接。所述的輸出電容本實(shí)用新型與負(fù)載并聯(lián)。所述的直流輸入電源V in 的負(fù)極與第一電容本實(shí)用新型的另外一端、開(kāi)關(guān)管本實(shí)用新型的源極、輸出電容本實(shí)用新 型的另外一端和負(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 輸出電壓為
）和Z源升壓變換器(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
6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、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為一種輸入電流連續(xù)的混合型準(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、B〇〇St和Z源升壓變換器的增益Vcmt/Vir^占空比D變化的波形 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為以下結(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Di電流iDi、第二 二極管D 2電流iD2、第三二極管D3電流iD3、第一電感1^電流iLl、第二電感L 2電流iL2、第三電感 L3電流il3、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 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，第一二極管Di、第二二極管D2和第三二極管D3承受反向電壓 截止。直流輸入電源V in與第二電容C2通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第一電感1^充電，第一電容Q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，第一電容&和第三電容C3通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí) 給第三電感L3充電。此外，輸出電容Ccmt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，第一二極管Di、第二二極管D 2和第三二極管D3承受正向電壓 導(dǎo)通。直流輸入電源Vin和第一電感U通過(guò)第一二極管口:同時(shí)給第一電容&充電，第二電感L 2 和第三電感L3通過(guò)第一二極管口:和第二二極管02同時(shí)給第二電容C2、第三電容C 3和第四電容 C4充電。此外，直流輸入電源Vin、第一電感U、第二電感L2和第三電感L3通過(guò)第一二極管Dh 第二二極管D2和第三二極管D3同時(shí)給輸出電容Ccmt和負(fù)載供電。
[0015] 本實(shí)用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第二電感L2與第三電感L3的電感值相同，第三電容C3與第四電容C4的電容值 相同，則第二電感L 2與第三電感L3的電壓、電流相等，第三電容C3與第四電容C4的電壓、電流 相等。
[0017] 由第一電感U與第二電感L2、第三電感L3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] ( Vin+Vc2 ) t〇n+ ( Vin-Vci ) toff = 0 (1) (2)
[0020] 又當(dāng)開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，輸出電壓V?t滿(mǎn)足下列關(guān)系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (3)
[0022] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)可得到輸出電壓乂_與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
⑷
[0024] 傳統(tǒng)Boost變換器與Z源升壓變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/(1-D)和（1-D)/(1_2D)(D 為占空比），本實(shí)用新型所提電路與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(shí)，本實(shí)用新型提出的電路只需占空比為0.3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. 一種輸入電流連續(xù)的混合型準(zhǔn)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、第一電容(CD、第二電容(C 2)、第二二極管(D2)、第二電感(L2)、第三 電感(L3)、第三電容(C 3)、第三二極管(D3)、第四電容(C4)、開(kāi)關(guān)管(S)、輸出電容(Ccmt)和負(fù) 載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端連接;所述第一電感(Li)的另外一端 與第一二極管(DD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(&)的一端、第二電感(L 2)的一端和第三電容(C3)的一端連接;所述第二電感(L2)的另 外一端與第二二極管( D2)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)的另外一端和第三電感(L3)的一端連接;所述第三電感(L3)的另外一端與 第四電容(C4)的另外一端、第二電容(C2)的另外一端、開(kāi)關(guān)管(S)漏極和第三二極管(D3)的 陽(yáng)極連接;所述第三二極管(D 3)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Vin的負(fù)極與第一電容(Cl)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。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK205453494SQ201521118533
【公開(kāi)日】2016年8月10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)