一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直流升壓變換器，特別涉及一種高增益直流升壓變換器，屬于電 力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石能源使用帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，以光伏、風(fēng)電和燃料電池為代表的 清潔型新能源發(fā)電得到飛速發(fā)展。在光伏和燃料電池發(fā)電中，光伏電池單體和燃料電池單 體輸出電壓較低，通常將多個(gè)單體進(jìn)行串并聯(lián)組合來(lái)滿(mǎn)足一定的功率和電壓等級(jí)。一方面 大量單體的串并聯(lián)需解決均壓和均流問(wèn)題，將大大降低系統(tǒng)的可靠性；另一方面光伏和燃 料電池的輸出隨外界環(huán)境和負(fù)載的變化而寬范圍變化，無(wú)法滿(mǎn)足用電設(shè)備或并網(wǎng)發(fā)電的要 求。
[0003] 為此，通常在輸出側(cè)接入DC/DC升壓變換器，用以穩(wěn)定和提高輸出電壓。目前常用 傳統(tǒng)Boost變換器作為該級(jí)升壓變換器，Boost變換器雖然理論上具備無(wú)窮大電壓增益，但 實(shí)際使用中能達(dá)到的電壓增益較低。為實(shí)現(xiàn)較高增益，開(kāi)關(guān)占空比將接近1，使得開(kāi)關(guān)器件 導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而截止時(shí)間過(guò)短，導(dǎo)致?lián)p耗和溫升過(guò)大，變換器工作效率較低。
[0004] 近幾年提出的基于Z源（阻抗源）的直流升壓變換器是一種高增益直流升壓變換 拓?fù)?，相較傳統(tǒng)Boost拓?fù)淇衫幂^低開(kāi)關(guān)占空比實(shí)現(xiàn)較高輸出電壓增益，同等條件下開(kāi) 關(guān)損耗更小，系統(tǒng)效率更高。但傳統(tǒng)Z源拓?fù)浯嬖趩?dòng)沖擊電流大，Z源網(wǎng)絡(luò)電容電壓應(yīng)力 高的問(wèn)題。另一方面，升壓比較高時(shí)，Z源拓?fù)渥儞Q器的開(kāi)關(guān)占空比接近0.5,仍將帶來(lái)開(kāi)關(guān) 損耗和系統(tǒng)效率問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)Boost變換器高增益時(shí)開(kāi)關(guān)損耗大，系統(tǒng)效率低和Z源型直流升 壓拓?fù)鋯?dòng)沖擊電流大、電容電壓應(yīng)力高和高增益時(shí)開(kāi)關(guān)損耗大的問(wèn)題。本發(fā)明公開(kāi)的一 種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器，要解決的技術(shù)問(wèn)題是降低傳統(tǒng)Boost變換器 高增益時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗，減小Z源型直流升壓拓?fù)涞膯?dòng)沖擊電流、電容電壓應(yīng)力和高增益 時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗，提尚系統(tǒng)效率。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明的一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器，包括直流電壓源、改進(jìn) 阻抗源網(wǎng)絡(luò)、MOS管和輸出濾波電路。所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)同樣輸出電壓增益下 可降低MOS管的占空比，進(jìn)而降低開(kāi)關(guān)損耗，此外，所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)還可用于抑制啟 動(dòng)沖擊電流。具體連接關(guān)系如下：
[0008] 直流電壓源正端連接改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的輸入端，改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)輸出端分別連接 MOS管的漏極和輸出濾波電路的正端，MOS管的源極分別連接直流電壓源負(fù)端和輸出濾波 電路的負(fù)端，輸出濾波電路的另兩端連接負(fù)載。由于所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)于直流電 壓源和MOS管之間，因此可降低電容電壓應(yīng)力。
[0009] 所述的一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器的工作過(guò)程為：直流電壓源 提供輸入電壓，改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)和MOS管組成升壓電路，將直流電壓源電壓升壓后，通過(guò)輸 出濾波電路供給負(fù)載。所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)同樣輸出電壓增益下可降低MOS管的 占空比，進(jìn)而降低高增益時(shí)開(kāi)關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率。由于所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)于直 流電壓源和MOS管之間，因此可降低電容電壓應(yīng)力。
[0010] 所述改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)由兩路相同的開(kāi)關(guān)電感、兩個(gè)等值電容Cl和C2、功率二極管 D7組成；所述的兩路相同的開(kāi)關(guān)電感包括第一路開(kāi)關(guān)電感和第二路開(kāi)關(guān)電感。所述第一路 開(kāi)關(guān)電感的上端作為改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的輸入，第二路開(kāi)關(guān)電感的上端作為改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò) 的輸出；所述兩個(gè)等值電容呈X形放置；兩個(gè)等值電容之間不連接；等值電容Cl的負(fù)端連 接第一路開(kāi)關(guān)電感的上端，等值電容Cl的正端連接功率二極管D7的陰極和第二路開(kāi)關(guān)電 感的下端；等值電容C2的正端連接第二路開(kāi)關(guān)電感的上端，等值電容C2的負(fù)端連接功率二 極管D7的陽(yáng)極和第一路開(kāi)關(guān)電感的下端。由于改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)采用兩路開(kāi)關(guān)電感代替?zhèn)?統(tǒng)阻抗源網(wǎng)絡(luò)電感，利用開(kāi)關(guān)電感的并聯(lián)充電和串聯(lián)放電特性，可利用較低的電感充電時(shí) 間，實(shí)現(xiàn)高電壓增益輸出，從而在同樣輸出電壓增益下，降低開(kāi)關(guān)占空比。
[0011] 作為優(yōu)選，所述第一路開(kāi)關(guān)電感由功率二極管D1、D2、D3和電感L1、L2組成；所述 功率二極管Dl的陽(yáng)極連接Ll的上端，Dl的陰極連接D2的陰極和L2的上端，D2的陽(yáng)極連 接Ll的下端和D3的陽(yáng)極，D3的陰極連接L2的下端。
[0012] 所述第二路開(kāi)關(guān)電感由功率二極管D4、D5、D6和電感L3、L4組成；所述功率二極 管D4的陽(yáng)極連接電感L3的下端，功率二極管D4的陰極連接功率二極管D5的陰極和電感 L4的下端，功率二極管D5的陽(yáng)極連接電感L3的上端和功率二極管D6的陽(yáng)極，功率二極管 D6的陰極連接電感L4的上端。
[0013] 所述電感1^1、1^2、1^3、1^4電感值均相同。
[0014] 作為優(yōu)選，所述MOS管Sl的漏極連接阻抗源網(wǎng)絡(luò)輸出端，Sl的源極連接電源負(fù)端。
[0015] 作為優(yōu)選，所述輸出濾波電路由功率二極管D8和電容Cf組成；所述功率二極管 D8的陽(yáng)極作為輸出濾波電路的正端，功率二極管D8的陽(yáng)極連接MOS管Sl的漏極，功率二 極管D8的陰極連接電容Cf的正端；所述電容Cf的負(fù)端作為輸出濾波電路的負(fù)端，電容Cf 負(fù)端連接直流電壓源的負(fù)端。
[0016] 有益效果：
[0017] 1、在同樣電壓增益下，相較傳統(tǒng)Boost升壓變換器和Z源型直流升壓變換器，本發(fā) 明公開(kāi)的一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器，采用改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)，改進(jìn)阻抗 源網(wǎng)絡(luò)在同樣輸出電壓增益下可降低MOS管的占空比，進(jìn)而降低高增益時(shí)開(kāi)關(guān)損耗，工作 效率更高。此外，改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)還可用于抑制啟動(dòng)沖擊電流，相比傳統(tǒng)Z源型直流升壓變 換器，本發(fā)明所提拓?fù)洳淮嬖趩?dòng)沖擊電流。
[0018] 2、本發(fā)明公開(kāi)的一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器，由于改進(jìn)阻抗源 網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)于直流電壓源和MOS管之間，因此可降低電容電壓應(yīng)力。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明所提出的高增益直流升壓變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2為基于Z源的直流升壓變換器啟動(dòng)電流通路示意圖（圖中實(shí)線部分表示有電 流流過(guò)，虛線部分表示無(wú)電流流過(guò)）；
[0021] 圖3為本發(fā)明所提變換器工作在MOS管導(dǎo)通時(shí)的電路圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明所提變換器工作在MOS管關(guān)斷時(shí)的電路圖；
[0023] 圖5(a)為三種升壓變換器輸出電壓增益對(duì)比圖，圖5(b)為本發(fā)明和基于傳統(tǒng)Z 源的直流升壓拓?fù)潆娙蓦妷簯?yīng)力對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn) 行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí) 施例。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 圖1為本實(shí)施例一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器的拓?fù)涫疽鈭D，如 圖1所示，一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器包括直流電壓源、改進(jìn)阻抗源網(wǎng) 絡(luò)、MOS管和輸出濾波電路。所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)在同樣輸出電壓增益下可降低MOS管 的占空比，進(jìn)而降低高增益時(shí)開(kāi)關(guān)損耗，此外，所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)還可用于抑制啟動(dòng)沖 擊電流。
[0027] 具體連接關(guān)系如下：直流電壓源正端連接改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)的輸入端，改進(jìn)阻抗源 網(wǎng)絡(luò)輸出端分別連接MOS管的漏極和輸出濾波電路的正端，MOS管的源極分別連接直流電 壓源負(fù)端和輸出濾波電路的負(fù)端，輸出濾波電路的另兩端連接負(fù)載。由于所述的改進(jìn)阻抗 源網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)于直流電壓源和MOS管之間，因此可降低電容電壓應(yīng)力。
[0028] 所述的一種基于改進(jìn)阻抗源的高增益直流升壓變換器的工作過(guò)程為：直流電壓源 提供輸入電壓，改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)和MOS管組成升壓電路，將直流電壓源電壓升壓后，通過(guò)輸 出濾波電路供給負(fù)載。所述的改進(jìn)阻抗源網(wǎng)絡(luò)在同樣輸出電壓增益下可