一種高增益抽頭電感型準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種高增益抽頭電感型準(zhǔn)Z源變換器，包括直流輸入電源Vin、匝比為1:n的變壓器（T）、第一二極管（D1）、第二二極管（D2）、第三二極管（D3）、第一電容（C1）、第二電容（C2）、第一電感（L1）、第三電容（C3）、第四二極管（D4）、第四電容（C4）、第二電感（L2）、開關(guān)管（S）、第五二極管（D5）、輸出電容（Cout）和負(fù)載。本實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合。
【專利說明】
一種高増益抽頭電感型準(zhǔn)Z源變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種高增益抽頭電感型準(zhǔn)Z源變換 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源需求的日益增加以及傳統(tǒng)化石能源所引起的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，人們開 始關(guān)注新能源的發(fā)展和應(yīng)用。新能源發(fā)電就是應(yīng)用之一，但在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，燃料電池 和光伏電池的輸出電壓較低且波動范圍大，故通常需要經(jīng)過升壓DC/DC變換器將低壓電轉(zhuǎn) 換為穩(wěn)定的高壓直流電，然后再經(jīng)過逆變器并網(wǎng)。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，無法實現(xiàn)大幅度的升壓，如反激變換器，其電壓增益為nD/(l-D)，n 為變壓器匝比，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/(1_2D)，較Boost變換器有了一定的提高，但仍難以滿足實際應(yīng)用的需求。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高增益抽頭電感型準(zhǔn) Z源變換器。
[0004] 本實用新型電路中具體包括直流輸入電源、匝比為l:n的變壓器、第一二極管、第 二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容、第一電感、第三電容、第四二極管、第四電容、 第二電感、開關(guān)管、第五二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本實用新型電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源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一二極管的陽極連 接。所述的變壓器副邊的異名端與第二二極管的陽極連接。所述的第二二極管的陰極與第 一二極管的陰極、第二電容的一端和第三二極管的陽極連接。所述的第三二極管的陰極與 第一電容的一端、第一電感的一端和第三電容的一端連接。所述的第一電感的另外一端與 第四二極管的陽極和第四電容的一端連接。所述的第四二極管的陰極與第三電容的另外一 端和第二電感的一端連接。所述的第二電感的另外一端與第四電容的另外一端、第二電容 的另外一端、開關(guān)管的漏極和第五二極管的陽極連接。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V in的負(fù)極 與第一電容的另外一端、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，本實用新型電路具有的優(yōu)勢為:相比于傳統(tǒng)的反激變換器(其輸 出電壓爻
，)和準(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，本實用新型電路只需要較小的占空比就可以將低等 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，因此本實用新型電路具有 很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種高增益抽頭電感型準(zhǔn)Z源變換器結(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3a、圖3b為一個開關(guān)周期內(nèi)不同階段的電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為實例中本實用新型的電路、反激變換器和準(zhǔn)Z源變換器的增益Vcmt/Vin隨占空 比D變化的波形圖。
【具體實施方式】
[0011] 以下結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本實用新型的 實施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(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] 本實用新型的基本拓?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 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Di電流iDi、 第二二極管D 2電流iD2、第三二極管D3電流iD3、第四二極管D4電流iD4、第五二極管D 5電流iD5、 變壓器T的勵磁電感Lm電流km、第一電感1^電流iL1、第一電容&電壓V C1、第二電容&電壓VC2、 第三電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓V C4的波形圖如圖2所示。
[0013] (1)在如~以階段，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Di承受正向電壓導(dǎo)通，第二二極管D2、第三 二極管D3、第四二極管D4和第五二極管D5承受反向電壓截止。直流輸入電源V in與第二電容C2 通過第一二極管Dl和開關(guān)管S同時給變壓器T的勵磁電感Lm充電，第一電容Cl和第四電容C4 通過開關(guān)管S同時給第一電感1^充電，第一電容α和第三電容C 3通過開關(guān)管S同時給第二電 感1^2充電。此外，輸出電容Ccmt給負(fù)載供電。
[0014] ^在。~^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Di承受反向電壓截止，第二二極管D2、第三 二極管D 3、第四二極管D4和第五二極管D5承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin和變壓器T的 勵磁電感L m通過第二二極管02和第三二極管D3同時給第一電容心充電，直流輸入電源 變壓器T的勵磁電感U通過第二二極管D2和第五二極管D5同時給第二電容C2、輸出電容Ccmt 和負(fù)載充電，第一電感U和第二電感。通過第三二極管D3同時給第二電容&、第三電容C3和 第四電容C 4充電，第一電感U和第二電感Udi過第四二極管D4和第五二極管D5同時給第一電 容心、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此外，直流輸入電源V in、變壓器T的勵磁電感Lm、第一電感1^ 和第二電感。通過第二二極管D2、第三二極管D 3、第四二極管D4和第五二極管D5同時給輸出 電容C?t和負(fù)載充電。
[0015] 本實用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益的推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感U與第二電感L2的電感值相等，第三電容C3與第四電容C4的電容值 相等，則第一電感L!與第二電感L 2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1^與變壓器T的勵磁電感Lm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。
[0018] (1)
[0019] (2)
[0020] Vc2 = 2Vc3 (3)
[0021] 又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，輸出電壓V?t滿足下列關(guān)系式。
[0022] V〇ut = Vci+Vc2 (4)
[0023] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)、（4)可得到輸出電壓￥_與直流輸入電壓￥1"的關(guān)系。
[0024]
(5 )
[0025] 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，η為變壓器匝比），當(dāng)匝比n=l時，本實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10V時，本實用新型提出的電路只需占 空比為0.25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】
1. 一種高增益抽頭電感型準(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、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第一電容(CD、第二電容 (C 2)、第一電感(1^)、第三電容(C3)、第四二極管(D4)、第四電容(C4)、第二電感(L 2)、開關(guān)管 (3)、第五二極管(05)、輸出電容((：。此)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名 端與變壓器(T)副邊的同名端和第一二極管(DD的陽極連接;所述變壓器(T)副邊的異名端 與第二二極管(D2)的陽極連接;所述第二二極管(D 2)的陰極與第一二極管(DD的陰極、第二 電容（C2)的一端和第三二極管（D3)的陽極連接;所述第三二極管(D 3)的陰極與第一電容 (Ci)的一端、第一電感(Li)的一端和第三電容(C3)的一端連接;所述第一電感(Li)的另外一 端與第四二極管(D 4)的陽極和第四電容(C4)的一端連接;所述第四二極管(D4)的陰極與第 三電容(C 3)的另外一端和第二電感(L2)的一端連接;所述第二電感(L2)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、開關(guān)管（S)的漏極和第五二極管(D5)的陽 極連接;所述第五二極管(D 5)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(Cl)的另外一端、開關(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】H02M3/155GK205622505SQ201620102217
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年1月31日
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學(xué)