一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直流升压变换器，特别涉及一种高增益直流升压变换器，属于电 力电子变换器技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源使用带来的环境问题日益严重，以光伏、风电和燃料电池为代表的 清洁型新能源发电得到飞速发展。在光伏和燃料电池发电中，光伏电池单体和燃料电池单 体输出电压较低，通常将多个单体进行串并联组合来满足一定的功率和电压等级。一方面 大量单体的串并联需解决均压和均流问题，将大大降低系统的可靠性；另一方面光伏和燃 料电池的输出随外界环境和负载的变化而宽范围变化，无法满足用电设备或并网发电的要 求。
[0003] 为此，通常在输出侧接入DC/DC升压变换器，用以稳定和提高输出电压。目前常用 传统Boost变换器作为该级升压变换器，Boost变换器虽然理论上具备无穷大电压增益，但 实际使用中能达到的电压增益较低。为实现较高增益，开关占空比将接近1，使得开关器件 导通时间过长而截止时间过短，导致损耗和温升过大，变换器工作效率较低。
[0004] 近几年提出的基于Z源（阻抗源）的直流升压变换器是一种高增益直流升压变换 拓扑，相较传统Boost拓扑可利用较低开关占空比实现较高输出电压增益，同等条件下开 关损耗更小，系统效率更高。但传统Z源拓扑存在启动冲击电流大，Z源网络电容电压应力 高的问题。另一方面，升压比较高时，Z源拓扑变换器的开关占空比接近0.5,仍将带来开关 损耗和系统效率问题。
【发明内容】
[0005] 本发明针对传统Boost变换器高增益时开关损耗大，系统效率低和Z源型直流升 压拓扑启动冲击电流大、电容电压应力高和高增益时开关损耗大的问题。本发明公开的一 种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器，要解决的技术问题是降低传统Boost变换器 高增益时的开关损耗，减小Z源型直流升压拓扑的启动冲击电流、电容电压应力和高增益 时的开关损耗，提尚系统效率。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明的一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器，包括直流电压源、改进 阻抗源网络、MOS管和输出滤波电路。所述的改进阻抗源网络在实现同样输出电压增益下 可降低MOS管的占空比，进而降低开关损耗，此外，所述的改进阻抗源网络还可用于抑制启 动冲击电流。具体连接关系如下：
[0008] 直流电压源正端连接改进阻抗源网络的输入端，改进阻抗源网络输出端分别连接 MOS管的漏极和输出滤波电路的正端，MOS管的源极分别连接直流电压源负端和输出滤波 电路的负端，输出滤波电路的另两端连接负载。由于所述的改进阻抗源网络串联于直流电 压源和MOS管之间，因此可降低电容电压应力。
[0009] 所述的一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器的工作过程为：直流电压源 提供输入电压，改进阻抗源网络和MOS管组成升压电路，将直流电压源电压升压后，通过输 出滤波电路供给负载。所述的改进阻抗源网络在实现同样输出电压增益下可降低MOS管的 占空比，进而降低高增益时开关损耗，提高系统效率。由于所述的改进阻抗源网络串联于直 流电压源和MOS管之间，因此可降低电容电压应力。
[0010] 所述改进阻抗源网络由两路相同的开关电感、两个等值电容Cl和C2、功率二极管 D7组成；所述的两路相同的开关电感包括第一路开关电感和第二路开关电感。所述第一路 开关电感的上端作为改进阻抗源网络的输入，第二路开关电感的上端作为改进阻抗源网络 的输出；所述两个等值电容呈X形放置；两个等值电容之间不连接；等值电容Cl的负端连 接第一路开关电感的上端，等值电容Cl的正端连接功率二极管D7的阴极和第二路开关电 感的下端；等值电容C2的正端连接第二路开关电感的上端，等值电容C2的负端连接功率二 极管D7的阳极和第一路开关电感的下端。由于改进阻抗源网络采用两路开关电感代替传 统阻抗源网络电感，利用开关电感的并联充电和串联放电特性，可利用较低的电感充电时 间，实现高电压增益输出，从而在同样输出电压增益下，降低开关占空比。
[0011] 作为优选，所述第一路开关电感由功率二极管D1、D2、D3和电感L1、L2组成；所述 功率二极管Dl的阳极连接Ll的上端，Dl的阴极连接D2的阴极和L2的上端，D2的阳极连 接Ll的下端和D3的阳极，D3的阴极连接L2的下端。
[0012] 所述第二路开关电感由功率二极管D4、D5、D6和电感L3、L4组成；所述功率二极 管D4的阳极连接电感L3的下端，功率二极管D4的阴极连接功率二极管D5的阴极和电感 L4的下端，功率二极管D5的阳极连接电感L3的上端和功率二极管D6的阳极，功率二极管 D6的阴极连接电感L4的上端。
[0013] 所述电感1^1、1^2、1^3、1^4电感值均相同。
[0014] 作为优选，所述MOS管Sl的漏极连接阻抗源网络输出端，Sl的源极连接电源负端。
[0015] 作为优选，所述输出滤波电路由功率二极管D8和电容Cf组成；所述功率二极管 D8的阳极作为输出滤波电路的正端，功率二极管D8的阳极连接MOS管Sl的漏极，功率二 极管D8的阴极连接电容Cf的正端；所述电容Cf的负端作为输出滤波电路的负端，电容Cf 负端连接直流电压源的负端。
[0016] 有益效果：
[0017] 1、在同样电压增益下，相较传统Boost升压变换器和Z源型直流升压变换器，本发 明公开的一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器，采用改进阻抗源网络，改进阻抗 源网络在同样输出电压增益下可降低MOS管的占空比，进而降低高增益时开关损耗，工作 效率更高。此外，改进阻抗源网络还可用于抑制启动冲击电流，相比传统Z源型直流升压变 换器，本发明所提拓扑不存在启动冲击电流。
[0018] 2、本发明公开的一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器，由于改进阻抗源 网络串联于直流电压源和MOS管之间，因此可降低电容电压应力。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明所提出的高增益直流升压变换器拓扑结构图；
[0020] 图2为基于Z源的直流升压变换器启动电流通路示意图（图中实线部分表示有电 流流过，虚线部分表示无电流流过）；
[0021] 图3为本发明所提变换器工作在MOS管导通时的电路图；
[0022] 图4为本发明所提变换器工作在MOS管关断时的电路图；
[0023] 图5(a)为三种升压变换器输出电压增益对比图，图5(b)为本发明和基于传统Z 源的直流升压拓扑电容电压应力对比图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明进行详细描述。本实施例在以本发明技术方案为前提下进 行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实 施例。
[0025] 实施例1
[0026] 图1为本实施例一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器的拓扑示意图，如 图1所示，一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器包括直流电压源、改进阻抗源网 络、MOS管和输出滤波电路。所述的改进阻抗源网络在同样输出电压增益下可降低MOS管 的占空比，进而降低高增益时开关损耗，此外，所述的改进阻抗源网络还可用于抑制启动冲 击电流。
[0027] 具体连接关系如下：直流电压源正端连接改进阻抗源网络的输入端，改进阻抗源 网络输出端分别连接MOS管的漏极和输出滤波电路的正端，MOS管的源极分别连接直流电 压源负端和输出滤波电路的负端，输出滤波电路的另两端连接负载。由于所述的改进阻抗 源网络串联于直流电压源和MOS管之间，因此可降低电容电压应力。
[0028] 所述的一种基于改进阻抗源的高增益直流升压变换器的工作过程为：直流电压源 提供输入电压，改进阻抗源网络和MOS管组成升压电路，将直流电压源电压升压后，通过输 出滤波电路供给负载。所述的改进阻抗源网络在同样输出电压增益下可