一种输入电流断续的混合型准z源变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种输入电流断续的混合型准Z源变换器，所述变换器包括直流输入电源、第一电感（L1）、第一二极管（D1）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第二电感（L2）、第二二极管（D2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第三电感（L3）、第三二极管（D3）、第五电容（C5）、第六电容（C6）、第四电感（L4）、开关管（S）、第四二极管（D4）、输出电容（Cout）和负载。本实用新型相比于Boost变换器、Z源直流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。
【专利说明】
一种输入电流断续的混合型准Z源变换器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及DC/DC变换器领域，具体涉及一种输入电流断续的混合型准Z源变 换器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，世界各国都在大力开发新型可再 生清洁能源，因此诸如太阳能光伏、燃料电池等可再生能源并网发电及其相关技术的研究 在全球范围内得到了广泛重视。因为单体燃料电池和光伏电池的输出电压较低，通常需要 具有更高升压功能的直流功率变换器作为接口电路把较低的电池电压（18~50V)转换到足 够高的直流电压（200~400V)，然后进行逆变以并网发电，或供给独立交流负载。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Z源直流 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，此外 还存在启动冲击电流的问题。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种输入电流断续的混合 型准Z源变换器。
[0004] 本实用新型电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第一二极管、第一电容、 第二电容、第二电感、第二二极管、第三电容、第四电容、第三电感、第三二极管、第五电容、 第六电容、第四电感、开关管、第四二极管、输出电容和负载。
[0005] 本实用新型电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感的 一端和第一电容的一端连接。所述的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。所述的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 述的第二电感的另外一端与第二电容的另外一端、第四电容的一端和第二二极管的阳极连 接。所述的第二二极管的阴极与第三电容的一端、第三电感的一端和第五电容的一端连接。 所述的第三电感的另外一端与第三二极管的阳极和第六电容的一端连接。所述的第三二极 管的阴极与第五电容的另外一端和第四电感的一端连接。所述的第四电感的另外一端与第 六电容的另外一端、第四电容的另外一端、开关管的漏极和第四二极管的阳极连接。所述的 第四二极管的阴极与输出电容的一端和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所 述的直流输入电源Vin的负极与第三电容的另外一端、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。
[0006] 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Z源直流变换器(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，而且输入输出共地等，因此本实用新型电路 具有很广泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种输入电流断续的混合型准Z源变换器结构图。
[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Z源直流变换器的增益Vcmt/Vi^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实用新型作进一步详细的描述说明，但本实用新型 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] 本实用新型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Di电流iDi、 第二二极管D 2电流iD2、第三二极管D3电流iD3、第四二极管D4电流iD4、第一电感1^电流i L1、第 二电感L2电流iL2、第三电感L3电流iL3、第四电感L4电流iL4、第一电容&电压V C1、第二电容C2 电压VC2、第三电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4、第五电容C5电压VC5、第六电容C6电压VC6的 波形图如图2所示。
[0013]在阶段，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、第三二极管D3和第四二极管 D4承受反向电压截止。直流输入电源Vin与第二电容C2和第四电容C4通过开关管S同时给第一 电感U充电，直流输入电源V in与第一电容&和第四电容C4通过开关管S同时给第二电感。充 电，第三电容C3和第六电容C 6通过开关管S同时给第三电感L3充电，第三电容C3和第五电容C5 通过开关管S同时给第四电感L4充电。此外，输出电容Ccmt给负载供电。
[0014] 在以~丨2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D 2、第三二极管D3和第四二极管 D4承受正向电压导通。直流输入电源Vin与第一电感U和第二电感L2通过第一二极管0:和第 二二极管〇 2同时给第一电容心、第二电容C2和第三电容C3充电，第三电感L3和第四电感L4通 过第三二极管D 3和第二二极管02同时给第四电容C4、第五电容(：5和第六电容C6充电。此外，直 流输入电源Vin、第一电感1^、第二电感L 2、第三电感L3和第四电感L4通过第一二极管0:、第二 二极管D2、第三二极管D 3和第四二极管D4同时给输出电容C?t和负载供电。
[0015] 本实用新型电路的稳态增益推导如下。
[0016] 由于第一电感U与第二电感L2的电感值相等，第三电感L3与第四电感L4的电感值 相等，第一电容Ci与第二电容C 2的电容值相等，第五电容C5与第六电容C6的电容值相等，则 第一电感1^与第二电感L 2的电压、电流相等，第三电感L3与第四电感L4的电压、电流相等，第 一电容Cl与第二电容c2的电压、电流相等，第五电容C5与第六电容C 6的电压、电流相等。
[0017] 由第一电感Li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。
[0018] (1)
[0019] (2)
[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 (3)
[0022] 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压￥_与直流输入电压Vin的关系。
[0023]
(4)
[0024] 传统Boost变换器与Z源直流变换器的稳态增益分别为1/(1-D)和1/(1_2D)(D为占 空比），本实用新型所提电路与Boost变换器、Z源直流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0.225就可以升至 100V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种输入电流断续的混合型准Z源变换器，其特征在于:包括直流输入电源、第一电 感(心）、第一二极管(A)、第一电容（G)、第二电容（β)、第二电感(Z 2)、第二二极管(伙）、第 三电容（c3)、第四电容（C4)、第三电感(z3)、第三二极管(/?)、第五电容（c 5)、第六电容（α)、 第四电感(h)、开关管⑶、第四二极管(Λ)、输出电容（C_)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一电感(h )的一端和第一电容（G )的一端连接； 所述第一电感(Ιι)的另外一端与第一二极管(A)的阳极和第二电容（β)的一端连接； 所述第一二极管(Λ)的阴极与第一电容（G)的另外一端和第二电感(Ζ2)的一端连接;所述 第二电感(Z2)的另外一端与第二电容（β)的另外一端、第四电容（C4)的一端和第二二极管 (伙）的阳极连接;所述第二二极管(伙）的阴极与第三电容（β)的一端、第三电感(Ζ 3)的一端 和第五电容（C5)的一端连接;所述第三电感(Ζ3)的另外一端与第三二极管(Λ)的阳极和第 六电容（C6)的一端连接;所述第三二极管(Λ)的阴极与第五电容（G)的另外一端和第四电 感(Z4)的一端连接;所述第四电感(Z4)的另外一端与第六电容（C 6)的另外一端、第四电容 (c4)的另外一端、开关管的漏极和第四二极管(A)的阳极连接;所述第四二极管(Λ)的 阴极与输出电容（Coi/i)的一端和负载的一端连接;所述输出电容（Coi/i)与负载并联;所述直 流输入电源L的负极与第三电容（β )的另外一端、开关管（幻的源极、输出电容（的另 外一端和负载的另外一端连接。
【文档编号】H02M3/07GK205622510SQ201521116788
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年12月27日
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学