一种高增益Trans-Z源升压变换器的制造方法
【技术领域】
[00011 本发明涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种高增益Trans-Z源升压变换器。
【背景技术】
[0002] 光伏、燃料电池等可再生能源发电系统的发展已成为解决化石燃料短缺和保护环 境的重要手段之一。但光伏、燃料电池等输出的电压很低，一般需要DC/DC变换器升压。然而 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Boost变 换器，其电压增益为1/(1_D)，D为占空比，但由于寄生参数的影响，其增益受到限制;又如准 Z源变换器，其电压增益为1/(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，提出一种高增益Trans-Z源升压变 换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感所述、第一二极管所述、第一电 容所述、第二电容所述、第三电容所述、第二二极管所述、匝比为l:n(n 2 2)所述的变压器所 述、开关管所述、第三二极管所述、输出电容所述和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感所述的 一端连接。所述的第一电感所述的另外一端与第一二极管所述的阳极和第二电容所述的一 端连接。所述的第一二极管所述的阴极与第一电容所述的一端、第三电容所述的一端和第 二二极管所述的阳极连接。所述的第二二极管所述的阴极与变压器所述副边的同名端连 接。所述的变压器所述副边的异名端与第三电容所述的另外一端和变压器所述原边的同名 端连接。所述的变压器所述原边的异名端与第二电容所述的另外一端、开关管所述的漏极 和第三二极管所述的阳极连接。所述的第三二极管所述的阴极与输出电容所述的一端和负 载的一端连接。所述的输出电容所述与负载并联。所述的直流输入电源V in的负极与第一电 容所述的另外一端、开关管所述的源极、输出电容所述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:相比于传统的Boost变换器(其输出 电压为1 = 7^匕,）和准Z源变换器(其输出电压为匕》^DC/DC变换器，在 I - L) \ - 1L) 相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为匕。 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以将低等级电 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为一种高增益Trans-Z源升压变换器结构图。
[0008]图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009]图3a、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010]图4为提出的电路、Boost和准Z源变换器的增益Vout/Vir^占空比D变化的波形图。
【具体实施方式】
[0011]为以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，以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。为了分析方 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Di电流iDi、第二 二极管D2电流i D2、第三二极管D3电流iD3、第一电感1^电流iL1、变压器T的励磁电感L m电流iLm、 第一电容&电压VC1、第二电容&电压V C2、第三电容C3电压VC3的波形图如图2所示。
[0013]在如~。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Di、第二二极管D2和第三二极管D3承受反向电压 截止。直流输入电源V in与第二电容C2通过开关管S同时给第一电感1^充电，第一电容Q和第 三电容C3通过开关管S同时给变压器T的励磁电感Lm充电。此外，输出电容Ccmt给负载供电。 [00M]在以~。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Di、第二二极管D2和第三二极管D 3承受正向电压 导通。直流输入电源Vin和第一电感U通过第一二极管0:和第三二极管D 3同时给第一电容&、 第二电容(：2、第三电容C3、输出电容Ccmt和负载充电，变压器T的励磁电感Lm通过第一二极管 Di和第二二极管D2同时给第一电容&、第二电容C2、第三电容C3、输出电容Ccmt和负载充电。此 外，直流输入电源V in、第一电感LdP变压器T的励磁电感Lm通过第一二极管0:、第二二极管D2 和第三二极管D3同时给输出电容Ccmt和负载充电。
[0015]本发明电路的稳态增益推导如下。
[0016]由第一电感1^与变压器T的励磁电感Lm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。
[0017] ( Vin+Vc2 ) t〇n+ ( Vin-Vci ) toff = 0 (1)
[0018] (vci+vc.^on-V-^toff=0 (2) n
[0019] = Vc，-VC1 (3) n
[0020] 又当开关管s关断时，输出电压V?t满足下列关系式。
[0021] V〇ut = Vci+Vc2 (4)
[0022] 联立求解式(1)、（2)、（3)、（4)可得到输出电压￥_与直流输入电压￥1"的关系。
[。。23]:匕(5)
[0024] 传统Boost变换器与准Ζ源变换器的稳态增益分别为1/(1-D)和（1-D)/(1_2D)(D为 占空比），当匝比n = 2时，本发明所提电路与Boost变换器、准Z源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0.24就可以 升至250V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种高增益Trans-Z源升压变换器，其特征在于包括直流输入电源、第一电感(L1)、第 一二极管(DD、第一电容(C 1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第二二极管(D2)、匝比为l:n的 变压器(T)、开关管(S)、第三二极管(D 3)、输出电容(Cciut)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一电感(Li)的一端连接;所述第一电感(Li)的另外一端 与第一二极管(D1)的阳极和第二电容(C2)的一端连接;所述第一二极管(D1)的阴极与第一 电容(C 1)的一端、第三电容(C3)的一端和第二二极管(D2)的阳极连接;所述第二二极管(D 2) 的阴极与变压器(T)副边的同名端连接;所述变压器(T)副边的异名端与第三电容(C3)的另 外一端和变压器(T)原边的同名端连接;所述变压器(T)原边的异名端与第二电容(C 2)的另 外一端、开关管(S)的漏极和第三二极管(D3)的阳极连接;所述第三二极管(D 3)的阴极与输 出电容(Cmjt)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cmjt)与负载并联;所述直流输入电 源Vin的负极与第一电容(Cl)的另外一端、开关管（S)的源极、输出电容(Cout)的另外一端和 负载的另外一端连接。2. 如权利要求1所述的一种高增益Trans-Z源升压变换器，其特征在于输出电压￥_与 直流输入电压关系为，D为占空比。
【专利摘要】本发明提供一种高增益Trans-Z源升压变换器。所述变换器包括直流输入电源<i>Vin</i>、第一电感（<i>L</i>1）、第一二极管（<i>D</i>1）、第一电容（<i>C</i>1）、第二电容（<i>C</i>2）、第三电容（<i>C</i>3）、第二二极管（<i>D</i>2）、匝比为1:<i>n</i>的变压器（<i>T</i>）、开关管（<i>S</i>）、第三二极管（<i>D</i>3）、输出电容（<i>Cout</i>）和负载。其主要特征在于：所述的直流输入电源<i>Vin</i>的正极与第一电感（<i>L</i>1）的一端连接。本发明相比于Boost变换器、准Z源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】H02M3/155
【公开号】CN105529918
【申请号】CN201511034574
【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27日
【申请日】2015年12月31日