一种级联电压举升型准Z源变换器的制作方法

本实用新型涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种级联电压举升型准Z源变换器。

背景技术：

在可再生能源发电系统，如光伏发电和燃料电池等系统需要DC/DC变换器有高电压增益和小输入电流纹波，便于并入交流电网并保护输入输出。然而传统的DC/DC升压变换器受到占空比、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，当占空比接近于1时才能获得较高的电压增益，但与此同时会遇到上述的问题；此外，许多基于Z源和准Z源的DC/DC变换器，虽利用阻抗源网络实现了升压，但电压增益仍有提升的空间，如准Z源变换器的电压增益为(1-D)/(1-2D)，此外还存在不共地、开关管应力较大等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种级联电压举升型准Z源变换器。

一种级联电压举升型准Z源变换器，具体包括直流输入电源、第一电感、第一二极管、第一电容、第二电容、第二二极管、第二电感、第三电感、第三电容、第三二极管、第四二极管、第四电容、第四电感、第五二极管、第五电感、开关管、输出电容和负载。

本实用新型电路具体的连接方式为：直流输入电源V_in的正极与第一电感的一端连接。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。第一二极管的阴极与第一电容的一端、第二二极管的阳极和第二电感的一端连接。第二二极管的阴极与第四二极管的阳极、第三电感的一端和第三电容的一端连接。第二电感的另外一端与第三电容另外一端和第三二极管的阳极连接。第四二极管的阴极与第四电感的一端和第四电容的一端连接。第三电感的另外一端与第四电容另外一端、第五二极管的阳极和第三二极管的阴极连接。第五二极管的阴极与第四电感的另外一端、第二电容的另外一端、开关管的漏极和第五电感的一端连接。第五电感的另外一端与输出电容的一端和负载的一端连接。输出电容与负载并联。直流输入电源V_in的负极与第一电容的另外一端、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。

与现有技术相比，本实用新型电路具有的优势为：相比于传统的Boost变换器(其输出电压为)和准Z源变换器(其输出电压为)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，本实用新型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、输入输出电流连续等，因此本实用新型电路具有很广泛的应用前景。

附图说明

图1为实例中一种级联电压举升型准Z源变换器结构图。

图2为实例中一个开关周期主要元件的电压电流波形图。

图3a、图3b为实例中一个开关周期内电路模态图。

图4为本实用新型实例中的电路、Boost和准Z源变换器的增益V_o/V_in随占空比D变化的波形图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型的内容和特点，以下结合附图对本实用新型的具体实施方案进行具体说明，但本实用新型的实施不限于此。

作为实例，级联电压举升型准Z源变换器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V_GS、第一二极管D₁电流i_D1、第二二极管D₂电流i_D2、第三二极管D₃电流i_D3、第四二极管D₄电流i_D4、第五二极管D₅电流i_D5、第一电感L₁电流i_L1、第二电感L₂电流i_L2、第三电感L₃电流i_L3、第四电感L₄电流i_L4、第五电感L₅电流i_L5、第一电容C₁电压V_C1、第二电容C₂电压V_C2、第三电容C₃电压V_C3、第四电容C₄电压V_C4、第五电容C₅电压V_C5的波形图如图2所示。

本级联电压举升型准Z源变换器的工作过程/模态如下：

(1)在(t₀～t₁)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V_GS从低电平变为高电平，开关管S导通，第一二极管D₁承受反向电压截止，第二二极管D₂、第三二极管D₃、第四二极管D₄和第五二极管D₅承受正向电压导通。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L₁充电，第一电容C₁通过开关管S给第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄、第三电容C₃和第四电容C₄充电。此外，第五电感L₅通过开关管S给输出电容C_out充电和负载供电。

(2)在(t₁～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V_GS从高电平变为低电平，开关管S关断，第一二极管D₁承受正向电压导通，第二二极管D₂、第三二极管D₃、第四二极管D₄和第五二极管D₅承受反向电压截止。直流输入电源V_in和第一电感L₁通过第一二极管D₁同时给第一电容C₁充电，第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄、第三电容C₃和第四电容C₄同时给第二电容C₂、第五电感L₅和负载充电。

本实用新型级联电压举升型准Z源变换器电路的稳态增益推导如下:

由于第一电感L₁与第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄的电感值相同，第一电容C₁与第二电容C₂、第三电容C₃的电容值相同，则第二电感L₂与第三电感L₃、第四电感L₄的电压、电流相等，第二电容C₂与第三电容C₃的电压、电流相等。

由第一电感L₁与第二电感L₂、第三电感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。

(V_in+V_C2)t_on+(V_in-V_C1)t_off＝0 (1)

-V_outt_on+(V_C1+V_C2-V_out)t_off＝0 (3)

联立求解式(1)、(2)、(3)可得到输出电压V_out与直流输入电压V_in的关系。

传统Boost变换器与Z源升压变换器的稳态增益分别为1/(1-D)和(1-D)/(1-2D)(D为占空比)，实例所提电路与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，本实用新型提出的电路只需占空比为0.2就可以升至120V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比，效果显著。