一種共地的高增益z源升壓變換器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及DC/DC變換器領域,具體涉及一種共地的高增益Z源升壓變換器。
【背景技術】
[0002] 在可再生能源發電系統中,大多數的可再生能源如太陽能、風能和燃料電池等輸 出一般都是低等級的直流電壓,若要并網的話,需要使用高增益的變換器將低壓直流電轉 換為高壓直流電,然后再經過逆變器的作用輸出交流電以并網。然而傳統的DC/DC升壓變換 器受到占空比、生熱和損耗的限制,無法實現大幅度的升壓,如Boost變換器,其電壓增益為 1/(1_D),D為占空比,當占空比接近于1時才能獲得較高的電壓增益,但與此同時會遇到上 述的問題;而許多Z源DC/DC變換器,雖利用Z源網絡實現了升壓,但電壓增益仍有提升的空 間,如Z源升壓變換器的電壓增益為(1-D)/(1-2D),此外還存在不共地、開關管應力較大等 問題。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服上述現有技術的不足,提出一種共地的高增益Z源升壓變 換器。
[0004] 本發明電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一二極管、第一電感、第二電感、第一 電容、第二電容、開關管、第二二極管、輸出電容和負載。
[0005] 本發明電路具體的連接方式為:直流輸入電源Vin的一端與第一二極管的陽極連 接。第一二極管的陰極與第一電感的一端、第一電容的一端和第二二極管的陽極連接。第一 電感的另外一端與第二電容的一端和開關管的漏極連接。第一電容的另外一端與開關管的 源極和第二電感的一端連接。第二二極管與輸出電容的一端和負載的一端連接。輸出電容 與負載并聯。直流輸入電源Vin的另外一端與第二電容的另外一端、第二電感的另外一端、輸 出電容的另外一端和負載的另外一端連接。
[0006] 與現有技術相比,本發明電路具有的優勢為:相比于傳統的Boost變換器(其輸出
和Z源升壓變換器(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,本發明電路只需要較小的占空 比就可以將低等級電壓升至高等級的電壓,而且輸入輸出共地、開關管應力較低、結構簡單 以及效率高,因此本發明電路具有很廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種共地的高增益Z源升壓變換器結構圖。
[0008] 圖2為一個開關周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009]圖3a~圖3b為一個開關周期內電路模態圖。
[0010] 圖4為本發明的電路、Boost和Z源升壓變換器的增益¥。八化隨占空比D變化的波形 圖。
【具體實施方式】
[0011] 為進一步闡述本發明的內容和特點,以下結合附圖對本發明的具體實施方案進行 具體說明,但本發明的實施不限于此。
[0012] 本發明的基本拓撲結構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,電路結構中的器件均視為理想器件。開關管S的驅動信號Vgs、第一二極管Di電流iDi、第二 二極管D2電流iD2、第一電感1^電流iu、第二電感L2電流k2、第一電容&電壓VC1、第二電容C2 電壓Vc2的波形圖如圖2所示。
[0013] (1)在(to~階段,變換器在此階段的模態圖如圖3a所示,開關管S的驅動信號 Vcs從低電平變為高電平,開關管S導通,第一二極管Di承受反向電壓截止,第二二極管02承 受正向電壓導通。第一電容Cl與第二電容C2通過開關管S分別給第一電感Li與第二電感L2充 電,此外,第一電容Cl與第二電容C2通過開關管S同時給輸出電容Cmjt充電和負載供電。
[0014] (2)在(以~^)階段,變換器在此階段的模態圖如圖3b所示,開關管S的驅動信號 Vcs從高電平變為低電平,開關管S關斷,第一二極管Di承受正向電壓導通,第二二極管02承 受反向電壓截止。直流輸入電源Vin和第一電感U通過第一二極管0:同時給第二電容&充電, 直流輸入電源Vin和第二電感L2通過第二二極管02同時給第一電容&充電。輸出電容Ccmt給負 載供電,以維持輸出電壓V?t不變。
[0015] (3)本發明電路的穩態增益
[0016] 由于第一電感U與第二電感L2的電感值相同,第一電容Ci與第二電容C2的電容值 相同,且是一個對稱結構,故第一電感Li、第一電容Ci分別與第二電感L2、第二電容C2的電 壓、電流相等。
[0017] 由式⑴得到輸入電壓Vin與第一電容Ci電壓Vci的關系式(2)。
[0018] VciD=(Vci-Vin)(l-D) (1)
[0020]由于第一電容&與第二電容C2的電壓相等,因此得到式(3)。
[0022]由于輸出電壓¥咖等于第一電容(:^1與第二電容(:是2之和,所以由式(2)、(3)得到 輸出電壓Vout與直流輸入電壓Vin的關系式(4)。
[0024] 傳統Boost變換器與Z源升壓變換器的穩態增益分別為1/(1-D)和(1-D)/(1_2D)(D為占空比),本文所提電路與Boost變換器、Z源升壓變換器的穩態增益比較圖如圖4所示,從 圖4可知,當輸入電壓為24V時,本文提出的電路只需占空比為0.4就可以升至144V左右,而 另兩種變換器需要較大的占空比。
【主權項】
1. 一種共地的高增益Z源升壓變換器,其特征在于包括直流輸入電源(νιη)、第一二極管 (〇1)、第一電感(1^)、第二電感(1^)、第一電容(&)、第二電容((: 2)、開關管(5)、第二二極管 (〇2)、輸出電容((^)和負載。2. 根據權利1要求所述的一種共地的高增益Z源升壓變換器,其主要特征在于:所述的 直流輸入電源(Vin)的一端與第一二極管(DJ的陽極連接;所述的第一二極管(DO的陰極與 第一電感(Li)的一端、第一電容(Ci)的一端和第二二極管(D2)的陽極連接;所述的第一電感 (U)的另外一端與第二電容(C2)的一端和開關管(S)的漏極連接;所述的第一電容(&)的另 外一端與開關管(S)的源極和第二電感(L2)的一端連接;所述的第二二極管(D2)與輸出電容 (C。ut)的一端和負載的一端連接;所述的輸出電容(C。ut)與負載并聯;所述的直流輸入電源 Vin的另外一端與第二電容(c2)的另外一端、第二電感(L2)的另外一端、輸出電容((:_)的另 外一端和負載的另外一端連接。
【專利摘要】本發明提供一種共地的高增益Z源升壓變換器,包括直流輸入電源、第一二極管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、開關管、第二二極管、輸出電容和負載。直流輸入電源的一端與第一二極管的陽極連接。第一二極管的陰極與第一電感的一端、第一電容的一端和第二二極管的陽極連接。第一電感的另外一端與第二電容的一端和開關管的漏極連接。第一電容的另外一端與開關管的源極和第二電感的一端連接。第二二極管與輸出電容的一端和負載的一端連接。直流輸入電源的另外一端與第二電容的另外一端、第二電感的另外一端、輸出電容的另外一端和負載的另外一端連接。本發明相比于Boost變換器、傳統Z源升壓變換器等具有較高的電壓增益。
【IPC分類】H02M3/156
【公開號】CN105450020
【申請號】CN201510224460
【發明人】張波, 沈瀚云, 丘東元, 周麗萍, 肖文勛
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年5月1日