本發(fā)明涉及電力電子變換器的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種雙管z源直流電壓變換器。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，大功率、高增益的變換器在需要電能變換的場(chǎng)合發(fā)揮著越來越重要的作用。近些年來提出的z源變換器實(shí)現(xiàn)了低占空比時(shí)獲得較大的輸出電壓，克服了boost變換器由于極限占空比所導(dǎo)致的開關(guān)管和二極管峰值電流過大等缺陷。然而，傳統(tǒng)的z源變換器輸入電流不連續(xù)，不利于輸入側(cè)濾波，同時(shí)z源變換器采用了兩個(gè)電容、兩個(gè)電感，不利于減小系統(tǒng)的體積和提高系統(tǒng)的功率密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供了一種雙管z源直流電壓變換器，適用于需要高增益非隔離型的電力電子電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種雙管z源直流電壓變換器，包括電壓源、電感、電容、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管和負(fù)載；所述電壓源的正極與電感的一端連接，其負(fù)極分別與第一開關(guān)管的源極和第一二極管的陰極連接；所述第一開關(guān)管的漏極分別與第二二極管的陰極、電容的正極和負(fù)載的一端連接；所述第二開關(guān)管的漏極分別與第二二極管的陽極和電感的另一端連接；所述第二開關(guān)管的源極分別與第一二極管的陽極、電容的負(fù)極和負(fù)載的另一端連接。

所述電壓源和電感依次串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)支路，在同一個(gè)支路內(nèi)，電壓源和電感的位置能夠交換，但依據(jù)電流的流向必須是電壓源的正極串聯(lián)電感的一端，或電感的另一端串聯(lián)電壓源的負(fù)極。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式方便，輸入電流連續(xù)，且能夠在低占空比實(shí)現(xiàn)較高的輸出電壓增益，電路不存在啟動(dòng)沖擊問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述雙管z源直流電壓變換器的電路原理圖。

圖2a、圖2b分別是本發(fā)明所述雙管z源直流電壓變換器在第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2導(dǎo)通和關(guān)斷中兩個(gè)主要階段的等效電路圖，圖中實(shí)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。

圖3是本發(fā)明電路的仿真主要工作波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見圖1所示，本實(shí)施例所提供的雙管z源直流電壓變換器，包括電壓源vi、電感l(wèi)、電容c、第一開關(guān)管s1、第二開關(guān)管s2、第一二極管d1、第二二極管d2和負(fù)載r；所述電壓源vi的正極與電感l(wèi)的一端連接，其負(fù)極分別與第一開關(guān)管s1的源極和第一二極管d1的陰極連接；所述第一開關(guān)管s1的漏極分別與第二二極管d2的陰極、電容c的正極和負(fù)載r的一端連接；所述第二開關(guān)管s2的漏極分別與第二二極管d2的陽極和電感l(wèi)的另一端連接；所述第二開關(guān)管s2的源極分別與第一二極管d1的陽極、電容c的負(fù)極和負(fù)載r的另一端連接。

電壓源vi和電感l(wèi)依次串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)支路，在同一個(gè)支路內(nèi)，電壓源vi和電感l(wèi)的位置可以交換，但依據(jù)電流的流向必須是電壓源vi的正極串聯(lián)電感l(wèi)的一端，或電感l(wèi)的另一端串聯(lián)電壓源vi的負(fù)極。

第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2導(dǎo)通時(shí)，電壓源vi和電容c對(duì)電感l(wèi)充電；電容c為負(fù)載r供電。第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2關(guān)斷時(shí)，電壓源vi和電感l(wèi)通過第一二極管d1和第二二極管d2對(duì)電容c充電，同時(shí)給負(fù)載r供電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式方便，能夠在低占空比實(shí)現(xiàn)較高的輸出電壓增益。

參見圖2a、圖2b所示，給出了第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2導(dǎo)通和關(guān)斷中兩個(gè)主要階段的等效電路圖。結(jié)合圖2a、圖2b，本實(shí)施例上述的雙管z源直流電壓變換器的工作過程如下：

階段1，如圖2a：第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2導(dǎo)通，此時(shí)第一二極管d1和第二二極管d2關(guān)斷；電路中形成2個(gè)回路，分別是：電壓源vi和電容c對(duì)電感l(wèi)充電；電容c為負(fù)載r供電。

階段2，如圖2b：第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2關(guān)斷，此時(shí)第一二極管d1和第二二極管d2導(dǎo)通；電路中形成2個(gè)回路，分別是：電壓源vi和電感l(wèi)通過第一二極管d1和第二二極管d2對(duì)電容c充電，同時(shí)給負(fù)載r供電。

綜上情況，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，設(shè)開關(guān)管占空比為d，設(shè)電感l(wèi)和電容c的電壓分別為vl、vc，設(shè)輸出電壓為vo，得出以下電壓增益的推導(dǎo)過程。

第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2導(dǎo)通期間，對(duì)應(yīng)階段1所述的工作情形，因此有如下公式：

vl＝vi+vc(1)

第一開關(guān)管s1和第二開關(guān)管s2關(guān)斷期間，對(duì)應(yīng)階段2所述的工作情形，因此有如下公式：

vl＝vi-vc(2)

由以上分析，根據(jù)電感的伏秒特性，有，

(vi+vc)d+(vi-vc)(1-d)＝0(3)

由式子(3)可得，電容電壓為：

在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，輸出電壓與電容電壓相等，即

由式子(5)可知，本發(fā)明所述的雙管z源直流電壓變換器的電壓增益為與傳統(tǒng)的z源變換器的電壓增益一致。故本發(fā)明在占空比d小于0.5的情況下，能實(shí)現(xiàn)較大的電壓增益。同時(shí)，本發(fā)明只使用一個(gè)電感和一個(gè)電容，實(shí)現(xiàn)了輸入電流的連續(xù)，減少了系統(tǒng)的體積和提高了系統(tǒng)的功率密度。

在電壓源vi＝1v，占空比d＝0.4的情況下，由式子(5)得到的輸出電壓的理論分析結(jié)果為vo＝5v。圖3所示對(duì)應(yīng)參數(shù)下的仿真波形，可以看出輸出電壓的仿真結(jié)果也接近5v，從而有效驗(yàn)證了理論分析的正確性。在占空比d＝0.4的情況下，本發(fā)明的變換器的電壓增益為5，而傳統(tǒng)boost變換器的增益為1.67。可見，故本發(fā)明在占空比d小于0.5的情況下，能實(shí)現(xiàn)較大的電壓增益。同時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，實(shí)現(xiàn)了輸入電流的連續(xù)，提高了系統(tǒng)的功率密度，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

以上所述實(shí)施例只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙管Z源直流電壓變換器，包括電壓源、電感、電容、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管和負(fù)載；所述電壓源的正極與電感的一端連接，其負(fù)極分別與第一開關(guān)管的源極和第一二極管的陰極連接；所述第一開關(guān)管的漏極分別與第二二極管的陰極、電容的正極和負(fù)載的一端連接；所述第二開關(guān)管的漏極分別與第二二極管的陽極和電感的另一端連接；所述第二開關(guān)管的源極分別與第一二極管的陽極、電容的負(fù)極和負(fù)載的另一端連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方式方便，輸入電流連續(xù)，且能夠在低占空比實(shí)現(xiàn)較高的輸出電壓增益，電路不存在啟動(dòng)沖擊問題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳艷峰;陳柱;張波;丘東元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.11
技術(shù)公布日：2017.07.21