一種采用變壓器和電壓舉升技術(shù)的準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種采用變壓器和電壓舉升技術(shù)的準(zhǔn)Z源 變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于化石燃料的日益減少，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。燃料電 池因其極高的發(fā)電效率和功率密度、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)而受到許多研究人員的關(guān)注。但燃料電 池的輸出為低壓大電流的直流電，故往往需要經(jīng)過DC/DC變換器輸出穩(wěn)定的高壓直流電。然 而許多升壓DC/DC變換器受到占空比、寄生參數(shù)和損耗的限制，無法實(shí)現(xiàn)大幅度的升壓，如 反激變換器，其電壓增益為nD/(l-D)，n為變壓器應(yīng)比，D為占空比，但由于寄生參數(shù)的影響， 其增益受到限制;又如電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器，其電壓增益為2/(1-30),較Z源變換器有了 一定的提高，但仍有提升的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用變壓器和電壓舉升技 術(shù)的準(zhǔn)Z源變換器。
[0004] 本發(fā)明電路中具體包括直流輸入電源Vin、應(yīng)比為l:n的變壓器、第一二極管、第一 電容、第二電容、第二二極管、第一電感、第二電感、第=電容、第=二極管、開關(guān)管、第四二 極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本發(fā)明電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與變壓器原邊的同 名端連接。所述的變壓器原邊的異名端與變壓器副邊的同名端和第二電容的一端連接。所 述的變壓器副邊的異名端與第一二極管的陽極連接。所述的第一二極管的陰極與第一電容 的一端、第一電感的一端和第二二極管的陽極連接。所述的第二二極管的陰極與第=電容 的一端和第二電感的一端連接。所述的第=電容的另外一端與第一電感的另外一端和第= 二極管的陽極連接。所述的第=二極管的陰極與第二電感的另外一端、第二電容的另外一 端、開關(guān)管的漏極和第四二極管的陽極連接。所述的第四二極管的陰極與輸出電容的一端 和負(fù)載的一端連接。所述的輸出電容與負(fù)載并聯(lián)。所述的直流輸入電源Vin的負(fù)極與第一電 容的另外一端、開關(guān)管的源極、輸出電容的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢為:相比于傳統(tǒng)的反激變換器(其輸出電 壓為
）和電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器(其輸出電壓為
）等DC/DC變 換器，在相同的占空比和輸入電壓的情況下，具有更高的輸出電壓，輸出電壓為
。在相同的輸入電壓和輸出電壓條件下，本發(fā)明電路只需要較小的占 空比就可W將低等級電壓升至高等級的電壓，而且輸入輸出共地、輸入電流連續(xù)等，因此本 發(fā)明電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種采用變壓器和電壓舉升技術(shù)的準(zhǔn)Z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009] 圖3曰、圖3b為一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為提出的電路、反激變換器和開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的增益Vnut/Vin隨占空比 D變化的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為W下結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。需指出的是，W下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可 參照現(xiàn)有技術(shù)理解或?qū)崿F(xiàn)的。
[0012] 本發(fā)明的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了驗(yàn)證方 便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS、第一二極管化電流iDl、第二 二極管化電流iD2、第S二極管化電流iD3、第四二極管〇4電流iD4、第一電感^電流iLl、第二電 感L2電流iL2、變壓器T的勵磁電感Lm電流iLm、第一電容Cl電壓Vci、第二電容C2電壓VC2、第S電 容C3電壓VC3的波形圖如圖2所示。
[OOU]在to~ti階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管S導(dǎo)通，第二二極管化和第=二極管化承受正向電壓導(dǎo)通，第一二極 管化和第四二極管D4承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2通過開關(guān)管S同時給 變壓器T的勵磁電感Lm充電，第一電容Cl通過第二二極管化和開關(guān)管S同時給第二電感L2充 電，第一電容Cl通過第=二極管化和開關(guān)管S同時給第一電感^充電，第一電容Cl通過第二 二極管化、第=二極管化和開關(guān)管S同時給第=電容C3充電。此外，輸出電容Cout給負(fù)載供電。
[0014] 在tl~t2階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管S關(guān)斷，第二二極管化和第=二極管化承受反向電壓截止，第一二極 管化和第四二極管D4承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin和變壓器T的勵磁電感Lm通過第一 二極管化同時給第一電容Cl充電，直流輸入電源Vin和變壓器T的勵磁電感Lm通過第四二極管 〇4同時給第二電容C2、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電，第一電感^、第二電感L2和第=電容C3通過 第一二極管化同時給第二電容C2充電，第一電感b、第二電感L2和第=電容C3通過第四二極 管〇4同時給第一電容Cl、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此外，直流輸入電源Vin、變壓器T的勵磁 電感Lm、第一電感^、第二電感L2和第=電容C3通過第一二極管化和第四二極管〇4同時給輸 出電容Cout和負(fù)載充電。
[0015] 本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感^與第二電感L2的電感值相等，則第一電感^與第二電感L2的電壓、 電流相等。
[0017] 由第一電感Li與變壓器T的勵磁電感Lm的電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零，可 得到下列關(guān)系式。 (1) (2)
[0020] Vci = Vc3 (3)
[0021] 又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，輸出電壓Vout滿足下列關(guān)系式。
(4)
[0023]聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)和(4)可得到輸出電壓Vout與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
(5)
[0025]傳統(tǒng)反激變換器與電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為nD/(l-D)和2/(1-3DKD為占空比，n為變壓器應(yīng)比），當(dāng)應(yīng)比n=l時，本發(fā)明所提電路與反激變換器、電壓舉升 型準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益比較圖如圖4所示，從圖4可知，當(dāng)輸入電壓為IOV時，本發(fā)明提出 的電路只需占空比為0.18就可W升至200V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用變壓器和電壓舉升技術(shù)的準(zhǔn)z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源、應(yīng) 比為l:n的變壓器(T)、第一二極管(Di)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第二二極管(〇2)、第 一電感山）、第二電感化2)、第立電容惦）、第立二極管(〇3)、開關(guān)管(S)、第四二極管(〇4)、輸 出電容(Cnut)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名 端與變壓器(T)副邊的同名端和第二電容(C2)的一端連接;所述變壓器(T)副邊的異名端與 第一二極管(Di)的陽極連接;所述第一二極管(Di)的陰極與第一電容(Cl)的一端、第一電感 (Ll)的一端和第二二極管(D2)的陽極連接;所述第二二極管(〇2)的陰極與第Ξ電容(C3)的 一端和第二電感化2)的一端連接;所述第Ξ電容(C3)的另外一端與第一電感化1)的另外一 端和第Ξ二極管(〇3)的陽極連接;所述第Ξ二極管(〇3)的陰極與第二電感化2)的另外一端、 第二電容(C2)的另外一端、開關(guān)管(S)的漏極和第四二極管(D4)的陽極連接;所述第四二極 管(〇4)的陰極與輸出電容(Cout)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容（Cout)與負(fù)載并 聯(lián);所述直流輸入電源的負(fù)極與第一電容（Cl)的另外一端、開關(guān)管（S)的源極、輸出電容 (Cnut)的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用變壓器和電壓舉升技術(shù)的準(zhǔn)Z源變換器，其特征在于 輸出電壓V?t與直流輸入電壓Vin的關(guān)系為D為占至比。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用變壓器和電壓舉升技術(shù)的準(zhǔn)Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、第一二極管（<i>D</i>1）、第一電容（<i>C</i>1）、第二電容（<i>C</i>2）、第二二極管（<i>D</i>2）、第一電感（<i>L</i>1）、第二電感（<i>L</i>2）、第三電容（<i>C</i>3）、第三二極管（<i>D</i>3）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第四二極管（<i>D</i>4）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本發(fā)明相比于反激變換器、電壓舉升型準(zhǔn)Z源變換器等具有較高的電壓增益，適用于非隔離型高增益直流電壓變換的場合。
【IPC分類】H02M3/07, H02M3/156
【公開號】CN105553257
【申請?zhí)枴緾N201511034572
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月31日