一種寬增益zeta變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種寬增益zeta變換器，主要包括一個開關管，三個功率電感，兩個中間儲能電容，一個輸出電容，和三個二極管。本實用新型利用電感-電容-二極管網絡的內在特性，開關管關斷時，第二功率電感給第一中間儲能電容充電，第一功率電感放電，當開關管導通時，第一中間儲能電容和輸入電源同時給第一功率電感充電，從而升高輸出電壓，結合傳統zeta變換器的原有特性實現變換器輸出電壓增益的拓展。
【專利說明】—種寬增益zeta變換器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力電子變換器【技術領域】，具體涉及一種寬增益zeta變換器。
【背景技術】
[0002]隨著生活和工業的發展，對電力電子變換器的要求越來越高，同時具有升壓和降壓功能的傳統zeta變換器也得到了越來越多的應用。但是傳統zeta變換器由于其固有特性的限制，輸出電壓的變化范圍較小，輸出電壓通常只能在輸入電壓的O?9倍范圍內變化。在對輸出電壓有特殊要求的場合，如不間斷電源系統和燃料電池系統等低壓輸入高電壓輸出的場合，傳統zeta變換器變得不再適用。為了擴大傳統zeta變換器的適用范圍，有必要通過技術改進拓展其輸出電壓增益。通過級聯的方法可以實現上述目標但是會帶來開關管數量增加、系統穩定性降低和效率下降等不足。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種寬增益zeta變換器。
[0004]本實用新型通過如下技術方案實現:
[0005]一種寬增益zeta變換器，主要包括輸入電源、開關管、第一功率電感、第二功率電感、第三功率電感、第一中間儲能電容、第二中間儲能電容、輸出電容、第一二極管、第二二極管、第三二極管和負載。
[0006]所述開關管的漏極與輸入電源的正極連接；
[0007]所述開關管的源極分別與第一功率電感的一端、第一二極管的陽極和第二中間儲能電容的一端連接；
[0008]所述第一二極管的陰極分別與第二二極管的陰極和第二功率電感的一端連接；
[0009]所述第二二極管的陽極分別與第一功率電感的另一端和第一中間儲能電容的一端連接；
[0010]所述第二中間儲能電容的另一端分別與第三二極管的陰極和第三功率電感的一端連接；
[0011]所述第三功率電感的另一端分別與輸出電容的一端和負載的一端連接；
[0012]所述第一中間儲能電容的另一端、第二功率電感的另一端、第三二極管的陽極、輸出電容的另一端和負載的另一端均與輸入電源的負極連接。
[0013]所述第一二極管、第二二極管、第三二極管為快恢復二極管。
[0014]與現有技術相比本實用新型具有如下優點:
[0015]本實用新型無需額外的開關管，結構簡單，控制方便。本實用新型利用電感-電容-二極管網絡的內在特性，開關管關斷時，第二功率電感給第一中間儲能電容充電，第一功率電感放電，當開關管導通時，第一中間儲能電容和輸入電源同時給第一功率電感充電，從而升高輸出電壓，結合傳統zeta變換器的原有特性實現變換器輸出電壓增益的拓展。【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型所述的一種寬增益zeta變換器的實施例的電路圖；
[0017]圖2a和圖2b分別是圖1所示電路圖在一個開關周期內的主要工作模態圖。其中圖2a是工作模態I的電路圖，圖2b是工作模態2的電路圖。圖中實線表示變換器中有電流流過的部分，虛線表示變換器中沒有電流流過的部分；
[0018]圖3是本實用新型所述變換器與傳統zeta變換器的增益對比曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0020]實施例
[0021]如圖1所示，一種寬增益zeta變換器，主要包括輸入電源Vg、開關管S、第一功率電感L1、第二功率電感L2、第三功率電感L3、第一中間儲能電容C1、第二中間儲能電容C2、輸出電容C3、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和負載R。
[0022]所述開關管S的漏極與輸入電源Vg的正極連接；
[0023]所述開關管S的源極分別與第一功率電感L1的一端、第一二極管D1的陽極和第二中間儲能電容C2的一端連接；
[0024]所述第一二極管D1的陰極分別與第二二極管D2的陰極和第二功率電感L2的一端連接；
[0025]所述第二二極管D2的陽極分別`與第一功率電感L1的另一端和第一中間儲能電容C1的一端連接；
[0026]所述第二中間儲能電容C2的另一端分別與第三二極管D3的陰極和第三功率電感L3的一端連接；
[0027]所述第三功率電感L3的另一端分別與輸出電容C3的一端和負載R的一端連接；
[0028]所述第一中間儲能電容C1的另一端、第二功率電感L2的另一端、第三二極管D3的陽極、輸出電容C3的另一端和負載R的另一端均與輸入電源Vg的負極連接。
[0029]如圖2a和圖2b所示，一種寬增益zeta變換器在一個開關周期內主要有2個工作模態，分別描述如下:
[0030]工作模態1:
[0031]如圖2a所示，開關管S開通，第一二極管D1導通，第二二極管D2和第三二極管D3截止。輸入電源Vg和第一中間儲能電容C1共同給第一功率電感L1充電，同時輸入電源Vg單獨給第二功率電感L2充電，第一功率電感L1和第二功率電感L2儲能，第一中間儲能電容C1釋放能量。第二中間儲能電容C2向負載側釋放能量，第三功率電感L3儲能。
[0032]此工作模態下，相關電氣參數關系式為:
[0033]Vli = Vg+Vcl(I)
[0034]VL2 = Vg(2)
[0035]VL3 = Vg+VC2_V。 (3)
[0036]其中,Vg表不輸入電源電壓，Vu表不第一功率電感L1在此工作模態下的兩端電壓，Vl2表示第二功率電感L2在此工作模態下的兩端電壓，Vu表示第三功率電感L3在此工作模態下的兩端電壓，Vci表示第一中間儲能電容C1兩端電壓，Vk表示第二中間儲能電容C2兩端電壓，V0表不輸出電壓。
[0037]工作模態2:
[0038]如圖2b所示，開關管S關斷，第二二極管D2和第三二極管D3導通，第一二極管D1截止。第二功率電感L2經第二二極管D2向第一中間儲能電容C1釋放能量，第一中間儲能電容C1儲能。第一功率電感L1經第三二極管D3續流，向第二中間儲能電容C2釋放能量，第二中間儲能電容C2儲能。第三功率電感L3經第三二極管D3續流，向負載釋放能量。
[0039]此工作模態下，相關電氣參數關系式為:
[0040]V' L1 = Vc2-Vci (4)
[0041]N' L2 = Vci(5)
[0042]N' L3 = V0(6)
[0043]其中，V' u表示第一功率電感L1在此工作模態下的兩端電壓，V' L2表示第二功率電感L2在此工作模態下的兩端電壓，V' L3表示第三功率電感L3在此工作模態下的兩端電壓。
[0044]變換器穩定工作時電壓增益分析:
[0045]設開關管工作的開關周期為Ts，占空比為D，即工作模態I持續時間為DTs，工作模態2持續時間為(1-D)TS。根據電感伏秒平衡特性，可得:
[0046]VliDTs = N' L1 (1_D)TS (7)
[0047]Vl2DTs = N' L2 (1-D)Ts (8)
[0048]Vl3DTs = Y1 L3(1-D)TS (9)
[0049]聯立式(I)~式(9)可得:
【權利要求】
1.一種寬增益Zeta變換器,其特征在于,包括輸入電源(Vg)、開關管(S)、第一功率電感(U)、第二功率電感(l2)、第三功率電感(l3)、第一中間儲能電容(Q)、第二中間儲能電容(c2)、輸出電容(C3)、第一二極管(D1X第二二極管(D2)、第三二極管(D3)和負載(R)。
2.根據權利要求1所述的一種寬增益zeta變換器，其特征在于: 所述開關管(S)的漏極與輸入電源(Vg)的正極連接； 所述開關管(S)的源極分別與第一功率電感(L1)的一端、第一二極管(D1)的陽極和第二中間儲能電容(C2)的一端連接； 所述第一二極管(D1)的陰極分別與第二二極管(D2)的陰極和第二功率電感(L2)的一端連接； 所述第二二極管(D2)的陽極分別與第一功率電感(L1)的另一端和第一中間儲能電容(C1)的一端連接； 所述第二中間儲能電容(C2)的另一端分別與第三二極管(D3)的陰極和第三功率電感(L3)的一端連接； 所述第三功率電感(L3)的另一端分別與輸出電容(C3)的一端和負載(R)的一端連接； 所述第一中間儲能電容(C1)的另一端、第二功率電感(L2)的另一端、第三二極管(D3)的陽極、輸出電容(C3)的另一端和負載(R)的另一端均與輸入電源(Vg)的負極連接。
3.根據權利要求1所述的一種寬增益zeta變換器，其特征在于:所述第一二極管(D1X第二二極管(D2)、第三二極管(D3)為快恢復二極管。
【文檔編號】H02M3/156GK203434857SQ201320575068
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】張波, 張能, 黃子田, 丘東元, 肖文勛 申請人:華南理工大學