一种开关准z源型升压变换器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及DC/DC变换器领域，具体设及一种开关准Z源型升压变换器。
【背景技术】
[0002] 在能源枯竭与环境污染日益严重的今天，太阳能作为清洁的可再生能源，日益受 到国际社会的广泛关注，W太阳能发电为基础的供电系统和电气装置得到了深入的研究和 开发。太阳能光伏发电已经成为当今利用太阳能最主要的方式之一。光伏阵列电池的输出 电压等级较低，不能满足用电设备和并网的要求，因此光伏阵列电池的输出电压必须经过 DC/DC变换器升压后才能使用。但许多升压DC/DC变换器受到占空比、生热和损耗的限制，无 法实现大幅度的升压，如开关电感Boost变换器，其电压增益为（1+D)/(1-D)，D为占空比，但 由于寄生参数的影响，其增益受到限制;又如Z源升压变换器，其电压增益为（1-D)/(1-2D)， 较Boost变换器有了一定的提高，但仍有提升的空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种开关准Z源型升压变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第一电容、第一二极管、第二 电感、第二电容、第Ξ二极管、第四二极管、第Ξ电感、第Ξ电容、第二二极管、第四电容、第 四电感、第五二极管、开关管、第六二极管、输出电容和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述直流输入电源Vin的正极与第一电感的一端、 第一电容的一端和第Ξ二极管的阳极连接。所述第一电感的另外一端与第一二极管的阳极 和第二电容的一端连接。所述第一二极管的阴极与第一电容的另外一端和第二电感的一端 连接。所述第二电容的另外一端与第二电感的另外一端、第四二极管的阳极和第五二极管 的阳极连接。所述第四二极管的阴极与第Ξ二极管的阴极、第Ξ电感的一端和第Ξ电容的 一端连接。所述第Ξ电感的另外一端与第二二极管的阳极和第四电容的一端连接。所述第 二二极管的阴极与第Ξ电容的另外一端和第四电感的一端连接。所述第四电容的另外一端 与第四电感的另外一端、第五二极管的阴极、开关管的漏极和第六二极管的阳极连接。所述 第六二极管的阴极与输出电容的一端和负载的一端连接。所述输出电容与负载并联。所述 直流输入电源Vin的负极与开关管的源极、输出电容的另外一端和负载的另外一端连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有的优势为:相比于开关电感Boost变换器(其输 出电压为
和Z源升压变换器(其输出电压戈
等DC/DC变换 器，在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
，在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占空比 就可W将低等级电压升至高等级的电压，而且输入输出共地、输入电流连续等，因此本发明 电路具有很广泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种开关准Z源型升压变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009] 图3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010] 图4为提出的电路、开关电感Boost变换器和Z源升压变换器的增益Vnut/Vin随占空 比D变化的波形图。
【具体实施方式】
[0011] W下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式 不限于此。需指出的是，W下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参 照现有技术理解或实现的。
[0012] 本发明的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了验证方 便，电路结构中的器件均视为理想器件。开关管S的驱动信号VGS、第一二极管化电流iDl、第二 二极管化电流iD2、第Ξ二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第五二极管化电流iD5、第六 二极管化电流iD6、第一电感^电流U1、第二电感L2电流iL2、第Ξ电感L3电流iL3、第四电感L4 电流iL4、第一电容Cl电压Vci、第二电容C2电压VC2、第Ξ电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4的 波形图如图2所示。
[OOU]在to~ti阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管化、第二二极管化、第四二极管D4和第六二极管 化承受反向电压截止，第Ξ二极管化和第五二极管化承受正向电压导通。直流输入电源Vin与 第一电容Cl通过开关管S和第五二极管化同时给第二电感L2充电，直流输入电源Vin与第二电 容C2通过开关管S和第五二极管化同时给第一电感^充电，直流输入电源Vin与第Ξ电容C3通 过开关管S和第Ξ二极管化同时给第四电感L4充电，直流输入电源Vin与第四电容C4通过开关 管S和第Ξ二极管化同时给第Ξ电感L3充电，第一电容Cl、第二电容C2、第Ξ电容C3和第四电 容C4通过第Ξ二极管化和第五二极管化同时给第一电感^、第二电感L2、第Ξ电感L3和第四 电感L4充电。此外，输出电容Ccmt给负载供电。
[0014] 在ti~t2阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS从高 电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管化、第二二极管化、第四二极管D4和第六二极管 化承受正向电压导通，第Ξ二极管化和第五二极管化承受反向电压截止。第一电感b和第二 电感L2通过第一二极管化同时给第一电容Cl和第二电容C2充电，第Ξ电感L3和第四电感L4通 过第二二极管化同时给第Ξ电容C3和第四电容C4充电。此外，直流输入电源Vin、第一电感^、 第二电感1^2、第；电感L3和第四电感L4通过第一二极管Dl、第四二极管〇4、第二二极管化和第 六二极管化同时给第一电容Cl、第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电容C4、输出电容Cout和负载供 电。
[0015] 本发明电路的稳态增益推导如下：
[0016] 由于第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电感值相同，第一电容Cl 与第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电容C4的电容值相同，则第一电感b与第二电感L2、第Ξ电 感L3、第四电感L4的电压、电流相等，第一电容Cl与第二电容〔2、第立电容C3、第四电容C4的电 压、电流相等。
[0017]由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电压在一个开关周期内的 平均值为零，可得到下列关系式。
[001 引（Vin+Vci)t0n-Vcit0ff = 0 (1)
[0019]又当开关管S关断时，输出电压Vout满足下列关系式。
[0020] V〇ut = Vin+Vci+Vc2+Vc3+Vc4 (2)
[0021 ] 联立求解式(1 )、（2)可得到输出电压Vout与直流输入电压Vin的关系。
[0022]
(4)
[0023] 开关电感Boost变换器与Z源升压变换器的稳态增益分别为（1+D)/(1-D)和（1-D)/ (1-2DKD为占空比），本发明所提电路与Boost变换器、Z源升压变换器的稳态增益比较图如 图4所示，从图4可知，当输入电压为10V时，本发明提出的电路只需占空比为0.4就可W升至 90V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种开关准Z源型升压变换器，其特征在于包括直流输入电源、第一电感(LD、第一电 容(C 1)、第一二极管(D1)、第二电感(L2)、第二电容(C2)、第三二极管(D 3)、第四二极管(D4)、 第三电感(L3)、第三电容(C3)、第二二极管(D 2)、第四电容(C4)、第四电感(L4)、第五二极管 (D5)、开关管(S)、第六二极管(D6)、输出电容(CmJt)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一电感(Li)的一端、第一电容(Ci)的一端和第三二极管 (D3)的阳极连接;所述第一电感(L1)的另外一端与第一二极管(D1)的阳极和第二电容(C 2) 的一端连接;所述第一二极管(Di)的阴极与第一电容(Cl)的另外一端和第二电感(L2)的一 端连接;所述第二电容(C 2)的另外一端与第二电感(L2)的另外一端、第四二极管(D4)的阳极 和第五二极管(D 5)的阳极连接;所述第四二极管(D4)的阴极与第三二极管(D3)的阴极、第三 电感(L 3)的一端和第三电容(C3)的一端连接;所述第三电感(L3)的另外一端与第二二极管 (D 2)的阳极和第四电容(C4)的一端连接;所述第二二极管(D2)的阴极与第三电容(C 3)的另 外一端和第四电感(L4)的一端连接;所述第四电容(C4)的另外一端与第四电感(L 4)的另外 一端、第五二极管(D5)的阴极、开关管(S)的漏极和第六二极管(D6)的阳极连接;所述第六二 极管(D6)的阴极与输出电容(Cout)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cout)与负载并 联;所述直流输入电源V ln的负极与开关管(S)的源极、输出电容(Cciut)的另外一端和负载的 另外一端连接。2. 根据权利要求1所述的一种开关准Z源型升压变换器，其特征在于输出电压Vciut与直 流输入电压V in的关系为：
【专利摘要】本发明提供一种开关准Z源型升压变换器。所述变换器包括直流输入电源、第一电感（<i>L</i>1）、第一电容（<i>C</i>1）、第一二极管（<i>D</i>1）、第二电感（<i>L</i>2）、第二电容（<i>C</i>2）、第三二极管（<i>D</i>3）、第四二极管（<i>D</i>4）、第三电感（<i>L</i>3）、第三电容（<i>C</i>3）、第二二极管（<i>D</i>2）、第四电容（<i>C</i>4）、第四电感（<i>L</i>4）、第五二极管（<i>D</i>5）、开关管（<i>S</i>）、第六二极管（<i>D</i>6）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。本发明相比于开关电感Boost变换器、Z源升压变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【IPC分类】H02M3/07
【公开号】CN105490523
【申请号】CN201511009697
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月27日