軌道交通自動接地系統的準z源升降壓電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種變換器電路，屬于電力設備領域，具體涉及一種軌道交通自 動接地系統的準Z源升降壓電路電路。
【背景技術】
[0002] 非隔離型升降壓直流-直流變換器在當今工業生產中應用非常廣泛，然而傳統的 升降壓電路不但輸入輸出電流具有較大脈動，二極管反向恢復會造成短路環問題，而且較 強的電磁干擾易導致開關錯誤動作而損害電路。在一些要求較高的場合，如軌道交通自動 接地系統，傳統的開關升降壓拓撲無法滿足應用要求。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型主要是解決現有技術所存在的輸入輸出電流脈動大，存在短路環，以 及電磁干擾導致開關錯誤動作而損害電路等技術問題，提供了一種軌道交通自動接地系統 的準Z源升降壓電路。該電路能夠減小輸入輸出電流脈動及輸出波形畸變，還能抑制二極 管反向恢復會造成短路環問題，提高電路的抗干擾能力。
[0004] 本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：
[0005] 一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，包括：依次串聯的電壓源Vin、 二極管VD、準Z源阻抗網絡、第一MOS管S1、第二MOS管S2,在所述第二MOS管S2的兩端接 有輸出電路。
[0006] 優化的，上述的一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，所述準Z源阻抗 網絡包括：依次串聯的第一電感LI、Z源二極管VD1、第二電感L2，其中：所述第二電感L2的 負極與第一MOS管Sl的漏極連接；第一電感Ll的正極與二極管VD的陰極連接；所述第一 電感Ll的負極還通過一個第二電容C2與第二電感L2的負極連接，所述Z源二極管VDl的 陰極通過一個第一電容Cl與電壓源Vin的負極相連，
[0007] 優化的，上述的一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，所述輸出電路 包括：輸出電感L3、輸出電容C3、負載R，其中：輸出電感L3和輸出電容C3串聯后再連接至 第二MOS管S2的兩端，所述負載R并聯于輸出電容C3的兩端。
[0008] 優化的，上述的一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，所述第一MOS管 Sl的漏極和柵極之間接有二極管；所述第二MOS管S2的漏極和柵極之間接有二極管。
[0009] 因此，本實用新型具有如下優點：輸入電流連續工作，輸入輸出電流紋波較小，能 有效地抑制啟動沖擊電流和電壓，防止二極管反向恢復造成的短路環問題，提高了變流器 的抗干擾性與可靠性。
【附圖說明】
[0010] 圖1顯示了本實用新型的電路結構圖。
[0011] 圖2 (a)顯示了本實用新型第一MOS管Sl和第二MOS管S2同時導通時的等效電 路圖。
[0012] 圖2(b)顯示了本實用新型第一MOS管導通，第二MOS管關斷時的等效電路圖。
[0013] 圖2(c)顯示了本實用新型第一MOS管、第二MOS管均關斷時的等效電路圖。
[0014] 圖3顯示了本實用新型升壓工作模式的主要波形圖。
[0015] 圖4顯示了本實用新型降壓工作模式的主要波形圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
[0017] 實施例：
[0018] 參照圖1，本實用新型所述的一種準Z源直流-直流升降壓變換器電路，其包括電 壓源Vin、二極管VD、準Z源阻抗網絡、第一MOS管Sl、第二MOS管S2、輸出電感L3、輸出電 容C3和負載R。
[0019] 其中：電壓源Vin、二極管VD、準Z源阻抗網絡、第一MOS管Sl和第二MOS管S2依 次連接構成升降壓電路；輸出電感L3、輸出電容C3和負載R構成輸出電路；第一電感Ll、第 二電感L2、第一電容Cl、第二電容C2和Z源二極管VDl構成Z源阻抗網絡；電壓源Vindt Z源網絡，第一MOS管S1、第二MOS管S2以及輸出電路結合構成降壓電路。
[0020] 本實用新型中，二極管VD用以防止準Z網絡升壓時電流倒灌入電壓源Vin。第一 MOS管Sl和第二MOS管S2同時導通時，電壓源Vin與第二電容C2串聯對第一電感Ll充電 儲能，第一電容Cl與第二電感串聯，對第二電感L2充電儲能，輸出電感L3和輸出電容C3 為負載R供電；當第一MOS管導通，第二MOS管關斷，電壓源Vin、第一電感LUZ源二極管 VDl、第二電感L2、輸出電感L3串聯連接，為負載R供電，同時第一電容Cl、第二電容C2儲 能；當第一MOS管、第二MOS管同時關斷時，電壓源Vin與第一電感LUZ源二極管VD1、第 一電容Cl串聯，第一電容Cl儲能，第二電感L2與第二電容C2串聯，第二電容C2儲能，輸 出電感L3為負載R供電。本實用新型，輸入輸出電流紋波較小，準Z源阻抗電容電壓應力 低，電路不存在啟動沖擊問題，抑制了二極管反向恢復時的短路環問題，抗干擾性能提高。
[0021] 本實用新型電路具體連接如下：所述電壓源Vin的正極與二極管VD的陽極相連； 二極管VD的陰極連接第一電感Ll的一端；第一電感Ll的另一端分別連接第二電容C2的 負極和Z源二極管VDl的陽極；Z源二極管VDl的陰極分別連接第二電感L2的一端和第一 電容Cl的正極；第二電感L2的另一端分別連接第二電容C2的正極和第一MOS管Sl的漏 極；第一MOS管Sl的源極分別連接輸出電感L3的一端和第二MOS管S2的漏極；輸出電感 L3的另一端分別連接輸出電容C3的一端和負載R的一端；電壓源Vin的負極分別與第一 電容Cl的負極、第二MOS管S2的源極、輸出電容C3的另一端和負載R的另一端相連。
[0022] 圖2(a)、2(b)、2 (c)分別對應MOS管SUMOS管S2不同開關狀態時本實用新型電 路的等效電路。
[0023] 本實用新型電路的工作過程如下：
[0024] 開關模式1，如圖2 (a)所示：第一MOS管Sl和第二MOS管S2同時導通，此時Z源 二極管VDl處于關斷狀態。電路形成三個回路，分別是：電壓源Vin與開關管VD、第一電感 Ll、第二電容C2形成回路，第一電感Ll儲能；第一電容Cl與第二電感L2形成回路，第二電 感L2儲能；輸出電感L3與輸出電容C3、負載R形成回路。
[0025] 開關模式2,如圖2 (b)所示：第一MOS管導通，第二MOS管關斷，此時Z源二極管 VDl導通。電路形成三個回路，分別為：電壓源Vin與二極管VD、第一電感Ll、第一電容Cl 構成回路，第一電容Cl儲能；電壓源Vin與二極管VD、第一電感L1、Z源二極管VD1、第二電 感L2、輸出電感L3以及輸出電容、負載R形成回路，為負載R供電；Z源二極管VDl與第二 電感L2、第二電容C2相連形成回路，第二電容C2儲能。
[0026] 開關模式3,如圖2(c)所示：第一MOS管、第二MOS管均關斷，此時Z源二極管VDl 導通。電路形成三個回路，分別為：電壓源Vin與二極管VD、第一電感LUZ源二極管VD1、 第一電容Cl形成的回路，第一電容Cl儲能；Z源二極管VDl與第二電感L2、第二電容C2構 成的回路，第二電容C2儲能；輸出電感L3與輸出電容C3、負載R，以及第二MOS管的反并聯 二極管形成回路。
[0027] 綜合上述情況，設MOS管的開關周期為Ts，開關模式1的占空比為dl，開關模式2 的占空比為d2,開關模式3對應的占空比為（l-dl-d2)。vLl、vL2、vL3分別為電感L1、電 感L2、電感L3的電壓。VCl、VC2分別為電容CU電容C2的電壓。Vin為電壓源輸入電壓， Vout為負載輸出電壓。當開關管進入穩態工作后，分析電感電流連續模式（CCM，Current ContinuousMode)，得到以下的電壓關系推導過程。
[0028] 開關模式1，占空比為dl，對應第一MOS管、第二MOS管同時導通工作情形，有如下 公式：
[0029] Vli=Vin+VC2 (I)
[0030] vL2=Vcl (2)
[0031]vL3=-Vout (3)
[0032] 開關模式2,占空比為d2,對應第一MOS管導通，第二MOS管關斷的工作情形，有如 下公式：
[0033] Vli=Vin-VC1 (4)
[0034] vL2=-VC2 (5)
[0035] Vl3=Vcl-VL2-Vout (6)
[0036] 開關模式3,占空比為（l-dl-d2)，對應第一MOS管、第二MOS管均關斷的工作情 形，有如下公司：
[0037] Vli=Vin-VC1 7)
[0038] vL2=-VC2 (8)
[0039] Vl3=-Vout (9)
[0040] 由以上分析，根據電感伏秒平衡原理，聯立以上各式有：
[0041] (Vin+VC2)Cl1+(Vin-Vci)d2+(Vin-Vci) (I-Cl1-Cl2) =0 (10)
[0042] VciCl1+(~VC2) d2+(~VC2) (l-d「d2) = 0 (11)
[0043] (-Vout) (I1+(Vci-Vl2-Vout)d2+(-Vout) (I-Cl1-(I2) =0 (12)
[0044]由式（10)、（11)、（12)可得：
【主權項】
1. 一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，其特征在于，包括：依次串聯的電 壓源Vin、二極管VD、準Z源阻抗網絡、第一 MOS管Sl、第二MOS管S2,在所述第二MOS管S2 的兩端接有輸出電路。
2. 根據權利要求1所述的一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，其特征在 于，所述準Z源阻抗網絡包括：依次串聯的第一電感L1、Z源二極管VD1、第二電感L2,其中： 所述第二電感L2的負極與第一 MOS管Sl的漏極連接；第一電感Ll的正極與二極管VD的 陰極連接；所述第一電感Ll的負極還通過一個第二電容C2與第二電感L2的負極連接，所 述Z源二極管VDl的陰極通過一個第一電容Cl與電壓源Vin的負極相連。
3. 根據權利要求1所述的一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，其特征在 于，所述輸出電路包括：輸出電感L3、輸出電容C3、負載R，其中：輸出電感L3和輸出電容C3 串聯后再連接至第二MOS管S2的兩端，所述負載R并聯于輸出電容C3的兩端。
4. 根據權利要求1所述的一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路，其特征在 于，所述第一 MOS管Sl的漏極和柵極之間接有二極管；所述第二MOS管S2的漏極和柵極之 間接有二極管。
【專利摘要】本實用新型涉及一種變換器電路，屬于電力設備領域，具體涉及一種軌道交通自動接地系統的準Z源升降壓電路。包括：依次串聯的電壓源Vin、二極管VD、準Z源阻抗網絡、第一MOS管S1、第二MOS管S2，在所述第二MOS管S2的兩端接有輸出電路。因此，本實用新型具有如下優點：輸入電流連續工作，輸入輸出電流紋波較小，能有效地抑制啟動沖擊電流和電壓，防止二極管反向恢復造成的短路環問題，提高了變流器的抗干擾性與可靠性。
【IPC分類】H02M3-155, H02M1-32
【公開號】CN204316331
【申請號】CN201520029918
【發明人】高美玲, 莊圣賢, 趙濤, 田江華, 郭允豐
【申請人】四川瑞新軌道交通科技發展有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月16日