一種高增益Trans-Z源升壓變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高增益Trans-Z源升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏、燃料電池等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展已成為解決化石燃料短缺和保護(hù)環(huán) 境的重要手段之一。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要DC/DC變換器升壓。然而 許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大幅度的升壓，如Boost變 換器，其電壓增益為1/(1-D)，D為占空比，但由于寄生參數(shù)的影響，其增益受到限制;又如準(zhǔn) Z源變換器，其電壓增益為1/(1-20),較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高增益化ans-z源升 壓變換器。
[0004] 本實(shí)用新型電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感所述、第一二極管所述、第 一電容所述、第二電容所述、第Ξ電容所述、第二二極管所述、應(yīng)比為l:n(n含2)所述的變壓 器所述、開(kāi)關(guān)管所述、第Ξ二極管所述、輸出電容所述和負(fù)載。
[0005] 本實(shí)用新型電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與第一電感所 述的一端連接。所述的第一電感所述的另外一端與第一二極管所述的陽(yáng)極和第二電容所述 的一端連接。所述的第一二極管所述的陰極與第一電容所述的一端、第Ξ電容所述的一端 和第二二極管所述的陽(yáng)極連接。所述的第二二極管所述的陰極與變壓器所述副邊的同名端 連接。所述的變壓器所述副邊的異名端與第Ξ電容所述的另外一端和變壓器所述原邊的同 名端連接。所述的變壓器所述原邊的異名端與第二電容所述的另外一端、開(kāi)關(guān)管所述的漏 極和第Ξ二極管所述的陽(yáng)極連接。所述的第Ξ二極管所述的陰極與輸出電容所述的一端和 負(fù)載的一端連接。所述的輸出電容所述與負(fù)載并聯(lián)。所述的直流輸入電源Vin的負(fù)極與第一 電容所述的另外一端、開(kāi)關(guān)管所述的源極、輸出電容所述的另外一端和負(fù)載的另外一端連 接。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型電路具有的優(yōu)勢(shì)為：相比于傳統(tǒng)的Boost變換器(其 輸出電壓女
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，本實(shí)用新型電路只需要較小 的占空比就可W將低等級(jí)電壓升至高等級(jí)的電壓，而且輸入輸出共地、輸入電流連續(xù)等，因 此本實(shí)用新型電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為一種高增益Trans-Z源升壓變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個(gè)開(kāi)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(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010]圖4為提出的電路、Boost和準(zhǔn)Z源變換器的增益Vout/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(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說(shuō)明，但本實(shí)用新型 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(shuō)明之過(guò)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] 本實(shí)用新型的基本拓?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。為了分 析方便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS、第一二極管化電流iDl、 第二二極管化電流iD2、第Ξ二極管化電流iD3、第一電感^電流?ι、變壓器T的勵(lì)磁電感Lm電 流iLm、第一電容Cl電壓Vci、第二電容C2電壓VC2、第^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(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖?，開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通，第一二極管化、第二二極管化和第Ξ二極管化承受反向電壓 截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第一電感^充電，第一電容Cl和第 立電容C3通過(guò)開(kāi)關(guān)管洞時(shí)給變壓器T的勵(lì)磁電感Lm充電。此外，輸出電容Ccmt給負(fù)載供電。
[0014] 在ti~t2階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖?，開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管化、第二二極管化和第Ξ二極管化承受正向電壓 導(dǎo)通。直流輸入電源Vin和第一電感^通過(guò)第一二極管化和第Ξ二極管化同時(shí)給第一電容Cl、 第二電容C2、第Ξ電容C3、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電，變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第一二極管 化和第二二極管化同時(shí)給第一電容Cl、第二電容C2、第Ξ電容C3、輸出電容Cout和負(fù)載充電。此 夕h直流輸入電源Vin、第一電感^和變壓器T的勵(lì)磁電感Lm通過(guò)第一二極管化、第二二極管化 和第Ξ二極管化同時(shí)給輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。
[0015] 本實(shí)用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由第一電感^與變壓器T的勵(lì)磁電感Lm的電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的平均值為零，可 得到下列關(guān)系式。
[0020] 又當(dāng)開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，輸出電壓滿足下列關(guān)系式。
[0021] v〇ut = Vci+Vc2 (4)
[0022] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)、（4)可得到輸出電壓與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0023]
(5)
[0024] 傳統(tǒng)Boost變換器與準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/(1-D)和（1-D)/(1-2D)(D為 占空比），當(dāng)應(yīng)比n = 2時(shí)，本實(shí)用新型所提電路與Boost變換器、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lOV時(shí)，本實(shí)用新型提出的電路只需占空比為 0.24就可W升至250V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高增益Trans-z源升壓變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感(LD、第 一二極管(DD、第一電容(&)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第二二極管(D 2)、匝比為l:n的 變壓器(T)、開(kāi)關(guān)管(S)、第三二極管(D3)、輸出電容(Ccmt)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一電感(Li)的一端連接;所述第一電感(Li)的另外一端 與第一二極管(DD的陽(yáng)極和第二電容(C2)的一端連接;所述第一二極管(DD的陰極與第一 電容(&)的一端、第三電容(C 3)的一端和第二二極管(D2)的陽(yáng)極連接;所述第二二極管(D2) 的陰極與變壓器(T)副邊的同名端連接;所述變壓器(T)副邊的異名端與第三電容(C 3)的另 外一端和變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名端與第二電容(C2)的另 外一端、開(kāi)關(guān)管(S)的漏極和第三二極管(D 3)的陽(yáng)極連接;所述第三二極管(D3)的陰極與輸 出電容(Cmjt)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(Cmjt)與負(fù)載并聯(lián);所述直流輸入電 源Vin的負(fù)極與第一電容(Cl)的另外一端、開(kāi)關(guān)管（S)的源極、輸出電容(Cmjt)的另外一端和 負(fù)載的另外一端連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高增益Trans-Z源升壓變換器。所述變換器包括直流輸入電源<i>Vin</i>、第一電感（<i>L</i>1）、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）、第三電容（<i>C</i>3）、第二二極管（<i>D</i>2）、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、開(kāi)關(guān)管（<i>S</i>）、第三二極管（<i>D</i>3）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。其主要特征在于：所述的直流輸入電源<i>Vin</i>的正極與第一電感（<i>L</i>1）的一端連接。本實(shí)用新型相比于Boost變換器、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(chǎng)合。
【IPC分類】H02M3/155
【公開(kāi)號(hào)】CN205336112
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521144628
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日