一種輸入電流斷續(xù)的混合型準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種輸入電流斷續(xù)的混合型準(zhǔn)Z源變換 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，世界各國都在大力開發(fā)新型可再 生清潔能源，因此諸如太陽能光伏、燃料電池等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)的研究 在全球范圍內(nèi)得到了廣泛重視。因為單體燃料電池和光伏電池的輸出電壓較低，通常需要 具有更高升壓功能的直流功率變換器作為接口電路把較低的電池電壓（18~50V)轉(zhuǎn)換到足 夠高的直流電壓(200~400V)，然后進(jìn)行逆變W并網(wǎng)發(fā)電，或供給獨立交流負(fù)載。但許多升 壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限制，無法實現(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源直流 變換器，其電壓增益為1/Q-2D)，較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間，此外 還存在啟動沖擊電流的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種輸入電流斷續(xù)的混合型準(zhǔn) Z源變換器。
[0004] 本發(fā)明電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感、第一二極管、第一電容、第二 電容、第二電感、第二二極管、第Ξ電容、第四電容、第Ξ電感、第Ξ二極管、第五電容、第六 電容、第四電感、開關(guān)管、第四二極管、輸出電容和負(fù)載。
[000引本發(fā)明電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與第一電感的一端 和第一電容的一端連接。所述的第一電感的另外一端與第一二極管的陽極和第二電容的一 端連接。所述的第一二極管的陰極與第一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二電容的另外一端、第四電容的一端和第二二極管的陽極連接。 所述的第二二極管的陰極與第Ξ電容的一端、第Ξ電感的一端和第五電容的一端連接。所 述的第Ξ電感的另外一端與第Ξ二極管的陽極和第六電容的一端連接。所述的第Ξ二極管 的陰極與第五電容的另外一端和第四電感的一端連接。所述的第四電感的另外一端與第六 電容的另外一端、第四電容的另外一端、開關(guān)管的漏極和第四二極管的陽極連接。所述的第 四二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Vin的負(fù)極與第Ξ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，本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢為:相比于傳統(tǒng)的Boost變換器(其輸出 電壓式
和Z源直流變換器(其輸出電壓戈
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，本發(fā)明電路只需要較小的占空比就可W將低等級電 壓升至高等級的電壓，而且輸入輸出共地等，因此本發(fā)明電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種輸入電流斷續(xù)的混合型準(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)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為提出的電路、Boost和Z源直流變換器的增益Vout/Vin隨占空比D變化的波形 圖。
【具體實施方式】
[0011] 為W下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實施方 式不限于此。需指出的是，W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] 本發(fā)明的基本拓?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、第一二極管化電流iDl、第二 二極管化電流iD2、第Ξ二極管化電流iD3、第四二極管〇4電流iD4、第一電感^電流U1、第二電 感L2電流iL2、第Ξ電感L3電流iL3、第四電感L4電流iL4、第一電容Cl電壓Vci、第二電容C2電壓 VC2、第Ξ電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓VC4、第五電容C5電壓VC5、第六電容C6電壓VC6的波形 圖如圖2所示。
[001引在to~ti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)楦唠娖剑_關(guān)管S導(dǎo)通，第一二極管化、第二二極管化、第Ξ二極管化和第四二極管 04承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2和第四電容C4通過開關(guān)管S同時給第一 電感b充電，直流輸入電源Vin與第一電容Cl和第四電容C述過開關(guān)管洞時給第二電感L2充 電，第Ξ電容C3和第六電容C6通過開關(guān)管S同時給第Ξ電感L3充電，第Ξ電容C3和第五電容C5 通過開關(guān)管S同時給第四電感L4充電。此外，輸出電容CDut給負(fù)載供電。
[0014]在tl~t2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)榈碗娖剑_關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管化、第二二極管化、第Ξ二極管化和第四二極管 〇4承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin與第一電感b和第二電感L2通過第一二極管化和第 二二極管化同時給第一電容Cl、第二電容C2和第Ξ電容C3充電，第Ξ電感L3和第四電感L4通 過第Ξ二極管化和第二二極管化同時給第四電容C4、第五電容C5和第六電容C6充電。此外，直 流輸入電源Vin、第一電感Ll、第二電感1^2、第；電感L3和第四電感L4通過第一二極管Dl、第二 二極管化、第Ξ二極管化和第四二極管〇4同時給輸出電容Cout和負(fù)載供電。
[0015] 本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感^與第二電感L2的電感值相等，第Ξ電感L3與第四電感L4的電感值 相等，第一電容Cl與第二電容C2的電容值相等，第五電容C5與第六電容C6的電容值相等，貝U 第一電感^與第二電感L2的電壓、電流相等，第立電感L3與第四電感L4的電壓、電流相等，第 一電容Cl與第二電容C2的電壓、電流相等，第五電容Cs與第六電容C6的電壓、電流相等。
[0017]由第一電感b與第二電感L2、第Ξ電感L3、第四電感L4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。
[0020] 又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，輸出電壓Vout滿足下列關(guān)系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (3)
[0022] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)可得到輸出電壓與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0023]
(4)
[0024] 傳統(tǒng)Boost變換器與Z源直流變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/(1-D)和1/(1-2D)(D為占 空比），本發(fā)明所提電路與Boost變換器、Z源直流變換器的穩(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，本發(fā)明提出的電路只需占空比為0.225就可W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. 一種輸入電流斷續(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(D 1)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第二電感(L2)、第二二極管(D 2)、第三 電容(C3)、第四電容(C4)、第三電感(L3)、第三二極管(D 3)、第五電容(C5)、第六電容(C6)、第 四電感(L4)、開關(guān)管(S)、第四二極管(D 4)、輸出電容(Cciut)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端和第一電容(Ci)的一端連接； 所述第一電感(Li)的另外一端與第一二極管(Di)的陽極和第二電容(C2)的一端連接； 所述第一二極管(Di)的陰極與第一電容(Cl)的另外一端和第二電感(L2)的一端連接;所述 第二電感(L2)的另外一端與第二電容(C 2)的另外一端、第四電容(C4)的一端和第二二極管 (D2)的陽極連接;所述第二二極管(D 2)的陰極與第三電容(C3)的一端、第三電感(L3)的一端 和第五電容(C 5)的一端連接;所述第三電感(L3)的另外一端與第三二極管(D3)的陽極和第 六電容(C6)的一端連接;所述第三二極管(D3)的陰極與第五電容(C5)的另外一端和第四電 感(L4)的一端連接;所述第四電感(L4)的另外一端與第六電容(C 6)的另外一端、第四電容 (C4)的另外一端、開關(guān)管(S)的漏極和第四二極管(D4)的陽極連接;所述第四二極管(D 4)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Vin的負(fù)極與第三電容(C3)的另外一端、開關(guān)管(S)的源極、輸出電容(C ciut)的另 外一端和負(fù)載的另外一端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸入電流斷續(xù)的混合型準(zhǔn)Z源變換器，其特征在于輸出電 壓乂_與直流輸入電壓關(guān)系為：
【專利摘要】本發(fā)明提供一種輸入電流斷續(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）、第二電感（<i>L</i>2）、第二二極管（<i>D</i>2）、第三電容（<i>C</i>3）、第四電容（<i>C</i>4）、第三電感（<i>L</i>3）、第三二極管（<i>D</i>3）、第五電容（<i>C</i>5）、第六電容（<i>C</i>6）、第四電感（<i>L</i>4）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第四二極管（<i>D</i>4）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本發(fā)明相比于Boost變換器、Z源直流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。
【IPC分類】H02M3/07, H02M3/156
【公開號】CN105490535
【申請?zhí)枴緾N201511010661
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月27日