一種改進型z源升壓dc-dc變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進型Z源升壓DC-DC變換器，包括電壓源、Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)、MOS管、第二二極管、輸出濾波電容和負載；所述Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)由第一電感、第二電感、第一電容、第二電容和第一二極管構(gòu)成，所述電壓源Vs、Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)及MOS管構(gòu)成升壓電路，第二二極管、輸出濾波電容和負載構(gòu)成輸出電路。本發(fā)明整個電路結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的輸出電壓增益，且Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電容電壓應力低，電路不存在啟動沖擊問題。
【專利說明】—種改進型Z源升壓DC-DC變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種改進型Z源升壓DC-DC變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃料電池發(fā)電、光伏發(fā)電中，由于單個太陽能電池或者單個燃料電池提供的直流電壓較低，無法滿足現(xiàn)有用電設(shè)備的用電需求，也不能滿足并網(wǎng)的需求，往往需要將多個電池串聯(lián)起來達到所需的電壓。這種方法一方面大大降低了整個系統(tǒng)的可靠性，另一方面還需解決串聯(lián)均壓問題。為此，需要能夠把低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓的高增益DC-DC變換器。近幾年提出的Z源升壓DC-DC變換器是一種高增益DC-DC變換器，但該電路具有較高的Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)電容電壓應力，且電路啟動時存在很大的啟動沖擊電流和電壓，限制了該電路在實際中的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供了一種改進型Z源升壓DC-DC
變換器。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種改進型Z源升壓DC-DC變換器，包括電壓源Vs，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)、MOS管S、第二二極管D2、輸出濾波電容C。和負載所述電壓源Vs、Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)及MOS管S構(gòu)成升壓電路，所述第二二極管D2、輸出濾波電容C。和負載Rlj構(gòu)成輸出電路。
[0006]所述Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)由第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1、第二電容C2和第一二極管D2構(gòu)成；
[0007]所述電壓源Vs的正極分別與第一電感L1的一端和第一電容C1的負極連接，所述第一二極管D1的陽極分別與第一電感L1的另一端和第二電容C2的負極連接；所述第一二極管D1的陰極分別與第一電容C1的正極和第二電感L2的一端連接，所述第二電感L2的另一端分別與第二電容C2的正極、MOS管S的漏極和第二二極管D2的陽極連接，所述第二二極管D2的陰極分別與輸出濾波電容C。的正極和負載&的一端連接，所述負載&的另一端分別與輸出濾波電容C。的負極、MOS管S的源極和電壓源Vs的負極連接。
[0008]所述第一電容C1、第二電容C2和輸出濾波電容C。均為電解電容。
[0009]MOS管導通時，電壓源與第一電容串聯(lián)對第二電感充電儲能；同時電壓源與第二電容串聯(lián)對第一電感充電儲能；輸出濾波電容對負載供電；M0S管關(guān)斷時，電壓源與第一電感和第二電感一起對輸出濾波電容和負載供電，完成升壓功能。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]本發(fā)明電壓增益較高，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電容電壓應力低，對啟動沖擊電流和電壓具有很好的抑制作用；
[0012]本發(fā)明電路適用于輸入電壓變化寬的場合，如燃料電池發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種改進型Z源升壓DC-DC變換器電路圖；
[0014]圖2 (a)?圖2 (b)分別是圖1中所示電路在其MOS管S導通和關(guān)斷時的等效電路圖，圖中實線表示變換器中有電流流過的部分，虛線表示變換器中無電流流過的部分；
[0015]圖3 (a)?圖3 (e)是本發(fā)明電路工作時的波形圖，其中圖3 (a)是MOS管的驅(qū)動波形圖，圖3 (b)是輸入電壓源的波形圖，圖3 (c)是Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)中第一電感和第二電感的電流波形圖，圖3 (d)是輸出電壓的波形圖，圖3 (e)是Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)中第一電容和第二電容的電壓波形圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0017]實施例
[0018]如圖1所示，一種改進型Z源升壓DC-DC變換器，包括電壓源VS，Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)、MOS管S、第二二極管D2、輸出濾波電容C。和負載& ;所述電壓源Vs、Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)及MOS管S構(gòu)成升壓電路，所述第二二極管D2、輸出濾波電容C。和負載Rlj構(gòu)成輸出電路。
[0019]所述Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)由第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1、第二電容C2和第一二極管D1構(gòu)成；
[0020]電路的具體連接方式為:
[0021]所述電壓源Vs的正極分別與第一電感L1的一端和第一電容C1的負極連接，所述第一二極管D1的陽極分別與第一電感L1的另一端和第二電容C2的負極連接；所述第一二極管D1的陰極分別與第一電容C1的正極和第二電感L2的一端連接，所述第二電感L2的另一端分別與第二電容C2的正極、MOS管S的漏極和第二二極管D2的陽極連接，所述第二二極管D2的陰極分別與輸出濾波電容C。的正極和負載&的一端連接，所述負載&的另一端分別與輸出濾波電容C。的負極、MOS管S的源極和電壓源Vs的負極連接。
[0022]所述第一電容C1、第二電容C2和輸出濾波電容C。均為電解電容。
[0023]MOS管S導通時，電壓源Vs與第一電容C1串聯(lián)對第二電感L2充電儲能，同時電壓源Vs與第二電容C2串聯(lián)對第一電感L1充電儲能；輸出濾波電容C。對負載&供電；M0S管S關(guān)斷時，電壓源Vs與第一電感L1和第二電感L2 —起對輸出濾波電容C。和負載&供電，完成升壓功能。整個電路結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的輸出電壓增益，且Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電容電壓應力低，電路不存在啟動沖擊問題。
[0024]本發(fā)明的具體工作過程:
[0025]階段1，如圖2 (a)所示:MOS管S導通，此時第一二極管D1和第二二極管D2處于關(guān)斷狀態(tài)。電路形成了三個回路，分別是:電壓源Vs與第二電容C2 —起對第一電感L1進行充電儲能，形成回路；電壓源Vs與第一電容C1 一起對第二電感L2進行充電儲能，形成回路；輸出濾波電容C。對負載&供電，形成回路。
[0026]階段2，如圖2 (b)所示:MOS管S關(guān)斷，此時第一二極管D1和第二二極管D2均導通。電路形成了三個回路，分別是:電壓源Vs與第一電感L1和第二電感L2 —起對輸出濾波電容C。和負載Rlj供電,形成升壓回路；第一電感L1對第一電容C1充電,形成回路；第二電感L2對第二電容C2充電，形成回路。
[0027]綜上情況，假定MOS管S的占空比為D，開關(guān)周期為Ts。由于Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的對稱性，即第一電感L1與第二電感L2的電感量相等，第一電容C1與第二電容C2的電容值相等。因此，有VU=VL2=VL，Va=VC2=VC:。VL1、^L2 > VC:1和VC2分別是第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1和第二電容C2的電壓，從而設(shè)定\和V。分別為Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電感電壓和電容電壓。
[0028]在一個開關(guān)周期內(nèi)，令輸出電壓為V。，當變換器進入穩(wěn)態(tài)工作后，得出以下的電壓關(guān)系推導過程。
[0029]MOS管S導通期間，電壓源Vs與第一電感L1和第二電容C2串聯(lián)，由于電壓源Vs的極性與第二電容C2的電壓極性保持一致，因此有公式:
[0030]vL1=vL=Vs+VC2=Vs+VG (I)
[0031 ] 同時，電壓源Vs與第二電感L2和第一電容C1串聯(lián)，同樣由于電壓源Vs的極性與第一電容C1的電壓極性保持一致，因此有公式:
[0032]vL2=vL=Vs+Vcl=Vs+Vc (2)
[0033]MOS管S在一個開 關(guān)周期Ts內(nèi)的導通時間為DTS。
[0034]MOS管S關(guān)斷期間,第一二極管D1導通,第一電感L1與第一電容C1并聯(lián),因此有公式:
[0035]vL1=vL=-Vcl=-Vc (3)
[0036]同時，第二電感L2與第二電容C2并聯(lián)，因此有公式:
[0037]Vl2=Vl=-Vc2=-Vc (4)
[0038]電壓源Vs與第一電感L1、第二電感L2和輸出電路部分串聯(lián)，因此有公式:
[0039]V0=Vs-vL1-vL2=Vs-2vL=Vs+2Vc (5)
[0040]MOS管S在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)的關(guān)斷時間為(1-D) Ts。
[0041]由以上分析，根據(jù)Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的對稱性和電感伏秒數(shù)守恒原理，聯(lián)立式(I)~(4)，可得:
[0042](Vs+Vc)DTs+ (-Vc) (1-D)Ts=O (6)
[0043]因此，可得到Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)的電容電壓V。與電壓源Vs的關(guān)系表達式為:
【權(quán)利要求】
1.一種改進型Z源升壓DC-DC變換器，包括電壓源(Vs)，其特征在于，還包括Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)、MOS管(S)、第二二極管(D2)、輸出濾波電容(C。)和負載(?);所述Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)由第一電感(L1)'第二電感(L2)、第一電容(C1)'第二電容(C2)和第一二極管(D1)構(gòu)成； 所述電壓源(Vs)的正極分別與第一電感(L1)的一端和第一電容(C1)的負極連接，所述第一二極管(D1)的陽極分別與第一電感(L1)的另一端和第二電容(C2)的負極連接；所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一電容(C1)的正極和第二電感(L2)的一端連接，所述第二電感(L2)的另一端分別與第二電容(C2)的正極、MOS管(S)的漏極和第二二極管(D2)的陽極連接，所述第二二極管(D2)的陰極分別與輸出濾波電容(C。)的正極和負載(?)的一端連接，所述負載(?)的另一端分別與輸出濾波電容(C。)的負極、MOS管(S)的源極和電壓源(Vs)的負極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進型Z源升壓DC-DC變換器，其特征在于，所述電壓源(VS)、Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)及MOS管(S)構(gòu)成升壓電路，第二二極管(D2)、輸出濾波電容(C。)和負載(?)構(gòu)成輸出電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進型Z源升壓DC-DC變換器，其特征在于，所述第一電容(C1X第二電容(C2)和輸出濾波電容(C。)均為電解電容。
【文檔編號】H02M1/32GK103633839SQ201310611112
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】丘東元, 楊立強, 張波, 張桂東, 黃子田 申請人:華南理工大學