一种高增益电压举升型准z源变换器的制造方法
一种高增益电压举升型准z源变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及DC/DC变换器领域，具体设及一种高增益电压举升型准Z源变换器。
【背景技术】
[0002] 在能源枯竭与环境污染日益严重的今天，太阳能作为可再生清洁能源，日益受到 国际社会的广泛关注。太阳能光伏发电已经成为当今利用太阳能的最主要方式之一。光伏 阵列电池的输出电压等级较低，不能满足现有用电设备的供电要求，也不能满足并网的要 求，因此光伏阵列电池的输出电压必须经过DC/DC变换器升压后才能使用。截至目前，已经 出现了多种高增益的DC/DC变换器，但许多升压DC/DC变换器受到占空比、生热和损耗的限 审IJ，无法实现大幅度的升压，如Boost变换器，其电压增益为1/(1-D)，D为占空比，但由于寄 生参数的影响，其增益受到限制;又如电压举升型准Z源变换器，其电压增益为2/Q-3D)，较 Boost变换器有了很大的提高，但仍有提升的空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种高增益电压举升型准Z源 变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第一电容、第一二极管、第二 电容、第二电感、第二二极管、第Ξ电容、第四电容、第Ξ二极管、第Ξ电感、第五电容、第四 电感、第四二极管、开关管、第五二极管、输出电容和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感的一端 和第一电容的一端连接。所述的第一电感的另外一端与第一二极管的阳极和第二电容的一 端连接。所述的第一二极管的阴极与第一电容的另外一端和第二电感的一端连接。所述的 第二电容的另外一端与第二电感的另外一端、第二二极管的阳极和第四电容的一端连接。 所述的第二二极管的阴极与第Ξ电容的一端、第Ξ二极管的阳极和第Ξ电感的一端连接。 所述的第Ξ二极管的阴极与第五电容的一端和第四电感的一端连接。所述的第五电容的另 外一端与第Ξ电感的另外一端和第四二极管的阳极连接。所述的第四电感的另外一端与第 四二极管的阴极、第四电容的另外一端、开关管的漏极和第五二极管的阳极连接。所述的第 五二极管的阴极与输出电容的一端和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所述 的直流输入电源Vin的负极与第Ξ电容的另外一端、开关管的源极、输出电容的另外一端和 负载的另外一端连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有的优势为:相比于传统的Boost变换器(其输出 电压夫
和电压举升型准Z源变换器(其输出电压为
等DC/DC 变换器，在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占空比 就可w将低等级电压升至高等级的电压，而且输入输出共地等，因此本发明电路具有很广 泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种高增益电压举升型准Z源变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009] 图3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010] 图4为提出的电路、Boost和电压举升型准Z源变换器的增益Vnut/Vin随占空比D变化 的波形图。
【具体实施方式】
[0011] W下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式 不限于此。需指出的是，W下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参 照现有技术理解或实现的。
[0012] 本实例的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了便于验 证，电路结构中的器件均视为理想器件。电路中，开关管S的驱动信号VGS、第一二极管化电流 IDI、第二二极管化电流iD2、第Ξ二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第五二极管化电流 105、第一电感。电流U1、第二电感L2电流iL2、第Ξ电感L3电流iL3、第四电感L4电流iL4、第一电 容Cl电压Vci、第二电容C2电压VC2、第Ξ电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4、第五电容C5电压 Vc5的波形图如图2所示。
[OOU]在to~ti阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第Ξ二极管化和第四二极管D4承受正向电压导通，第一二极 管化、第二二极管化和第五二极管化承受反向电压截止。直流输入电源Vin与第二电容C2和第 四电容C4通过开关管S同时给第一电感^充电，直流输入电源Vin与第一电容Cl和第四电容C4 通过开关管S同时给第二电感L2充电，第Ξ电容C3通过第Ξ二极管化、第四二极管D4和开关 管S同时给第Ξ电感L3、第四电感L4和第五电容C5充电。此外，输出电容Ccut给负载供电。
[0014] 在ti~t2阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS从高 电平变为低电平，开关管S关断，第Ξ二极管化和第四二极管D4承受反向电压截止，第一二极 管化、第二二极管化和第五二极管化承受正向电压导通。第一电感^通过第一二极管化给第 一电容Cl充电，第二电感L2通过第一二极管化给第二电容C2充电，直流输入电源Vin、第一电 感^和第二电感L2通过第一二极管化和第二二极管化同时给第Ξ电容C3充电，第Ξ电感L3、 第四电感L4和第五电容C5通过第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管〇4给第四电容C4充 电。此外，直流输入电源Vin、第一电感Ll、第二电感1^2、第；电感L3、第四电感L4和第五电容C5 通过第一二极管化、第二二极管化和第五二极管化同时给输出电容Cout和负载供电。
[0015] 本实例电路的稳态增益推导：
[0016] 由于第一电感^与第二电感L2的电感值相等，第Ξ电感L3与第四电感L4的电感值 相等，第一电容Cl与第二电容C2的电容值相等，则第一电感b与第二电感L2的电压、电流相 等，第Ξ电感L3与第四电感L4的电压、电流相等，第一电容Cl与第二电容C2的电压、电流相 等。
[0017]由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电压在一个开关周期内的 平均值为零，可得到下列关系式。
[0020] 又当开关管S关断时，输出电压满足下列关系式。
[0021] V〇ut = Vc3+Vc4 (3)
[0022] 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压与直流输入电压Vin的关系。
[0023]
(4)
[0024] 传统Boost变换器与电压举升型准Z源变换器的稳态增益分别为1/Q-D)和2/(1-3D)(D为占空比），本实施例所提电路与Boost变换器、电压举升型准Z源变换器的稳态增益 比较图如图4所示，从图4可知，当输入电压为10V时，本发明提出的电路只需占空比为0.16 就可W升至100V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种高增益电压举升型准Z源变换器，包括直流输入电源、第一电感(L1)、第一电容 (CD、第一二极管(D 1)、第二电容(C2)、第二电感(L2)、第二二极管(D2)、第三电容(C 3)、第四 电容(C4)、第三二极管(D3)、第三电感(L3)、第五电容(C 5)、第四电感(L4)、第四二极管(D4)、 开关管(S)、第五二极管(D5)、输出电容(C ciut)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一电感(Li)的一端和第一电容(Ci)的一端连接;所述第 一电感(Li)的另外一端与第一二极管(Di)的阳极和第二电容(C2)的一端连接;所述第一二 极管（D1)的阴极与第一电容（C 1)的另外一端和第二电感(L2)的一端连接;所述第二电容 (C2)的另外一端与第二电感(L 2)的另外一端、第二二极管(D2)的阳极和第四电容(C4)的一 端连接;所述第二二极管(D 2)的阴极与第三电容(C3)的一端、第三二极管(D3)的阳极和第三 电感(L 3)的一端连接;所述第三二极管(D3)的阴极与第五电容(C5)的一端和第四电感(L 4) 的一端连接;所述第五电容(C5)的另外一端与第三电感(L3)的另外一端和第四二极管(D4) 的阳极连接;所述第四电感(L 4)的另外一端与第四二极管(D4)的阴极、第四电容(C4)的另外 一端、开关管(S)的漏极和第五二极管(D 5)的阳极连接;所述第五二极管(D5)的阴极与输出 电容(Cout)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cmjt)与负载并联;所述直流输入电源 的负极与第三电容(C3)的另外一端、开关管（S)的源极、输出电容(Cout)的另外一端和负载 的另外一端连接。2. 根据权利要求1所述的一种高增益电压举升型准Z源变换器，其特征在于输出电压 乂_与直流输入电压关系为：
【专利摘要】本发明提供一种高增益电压举升型准Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源、第一电感、第一电容、第一二极管、第二电容、第二电感、第二二极管、第三电容、第四电容、第三二极管、第三电感、第五电容、第四电感、第四二极管、开关管、第五二极管、输出电容和负载。本发明相比于Boost变换器、电压举升型准Z源变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【IPC分类】H02M3/07, H02M3/156
【公开号】CN105490536
【申请号】CN201511010664
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月27日
【技术领域】
[0001] 本发明设及DC/DC变换器领域，具体设及一种高增益电压举升型准Z源变换器。
【背景技术】
[0002] 在能源枯竭与环境污染日益严重的今天，太阳能作为可再生清洁能源，日益受到 国际社会的广泛关注。太阳能光伏发电已经成为当今利用太阳能的最主要方式之一。光伏 阵列电池的输出电压等级较低，不能满足现有用电设备的供电要求，也不能满足并网的要 求，因此光伏阵列电池的输出电压必须经过DC/DC变换器升压后才能使用。截至目前，已经 出现了多种高增益的DC/DC变换器，但许多升压DC/DC变换器受到占空比、生热和损耗的限 审IJ，无法实现大幅度的升压，如Boost变换器，其电压增益为1/(1-D)，D为占空比，但由于寄 生参数的影响，其增益受到限制;又如电压举升型准Z源变换器，其电压增益为2/Q-3D)，较 Boost变换器有了很大的提高，但仍有提升的空间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种高增益电压举升型准Z源 变换器。
[0004] 本发明电路中具体包括直流输入电源Vin、第一电感、第一电容、第一二极管、第二 电容、第二电感、第二二极管、第Ξ电容、第四电容、第Ξ二极管、第Ξ电感、第五电容、第四 电感、第四二极管、开关管、第五二极管、输出电容和负载。
[0005] 本发明电路具体的连接方式为:所述的直流输入电源Vin的正极与第一电感的一端 和第一电容的一端连接。所述的第一电感的另外一端与第一二极管的阳极和第二电容的一 端连接。所述的第一二极管的阴极与第一电容的另外一端和第二电感的一端连接。所述的 第二电容的另外一端与第二电感的另外一端、第二二极管的阳极和第四电容的一端连接。 所述的第二二极管的阴极与第Ξ电容的一端、第Ξ二极管的阳极和第Ξ电感的一端连接。 所述的第Ξ二极管的阴极与第五电容的一端和第四电感的一端连接。所述的第五电容的另 外一端与第Ξ电感的另外一端和第四二极管的阳极连接。所述的第四电感的另外一端与第 四二极管的阴极、第四电容的另外一端、开关管的漏极和第五二极管的阳极连接。所述的第 五二极管的阴极与输出电容的一端和负载的一端连接。所述的输出电容与负载并联。所述 的直流输入电源Vin的负极与第Ξ电容的另外一端、开关管的源极、输出电容的另外一端和 负载的另外一端连接。
[0006] 与现有技术相比，本发明电路具有的优势为:相比于传统的Boost变换器(其输出 电压夫
和电压举升型准Z源变换器(其输出电压为
等DC/DC 变换器，在相同的占空比和输入电压的情况下，具有更高的输出电压，输出电压为
在相同的输入电压和输出电压条件下，本发明电路只需要较小的占空比 就可w将低等级电压升至高等级的电压，而且输入输出共地等，因此本发明电路具有很广 泛的应用前景。
【附图说明】
[0007] 图1为一种高增益电压举升型准Z源变换器结构图。
[0008] 图2为一个开关周期主要元件的电压电流波形图。
[0009] 图3曰、图3b为一个开关周期内电路模态图。
[0010] 图4为提出的电路、Boost和电压举升型准Z源变换器的增益Vnut/Vin随占空比D变化 的波形图。
【具体实施方式】
[0011] W下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施方式 不限于此。需指出的是，W下若有未特别详细说明之过程或参数，均是本领域技术人员可参 照现有技术理解或实现的。
[0012] 本实例的基本拓扑结构和各主要元件电压电流参考方向如图1所示。为了便于验 证，电路结构中的器件均视为理想器件。电路中，开关管S的驱动信号VGS、第一二极管化电流 IDI、第二二极管化电流iD2、第Ξ二极管化电流iD3、第四二极管〇4电流iD4、第五二极管化电流 105、第一电感。电流U1、第二电感L2电流iL2、第Ξ电感L3电流iL3、第四电感L4电流iL4、第一电 容Cl电压Vci、第二电容C2电压VC2、第Ξ电容C3电压VC3、第四电容C4电压VC4、第五电容C5电压 Vc5的波形图如图2所示。
[OOU]在to~ti阶段，变换器在此阶段的模态图如图3a所示，开关管S的驱动信号VGS从低 电平变为高电平，开关管S导通，第Ξ二极管化和第四二极管D4承受正向电压导通，第一二极 管化、第二二极管化和第五二极管化承受反向电压截止。直流输入电源Vin与第二电容C2和第 四电容C4通过开关管S同时给第一电感^充电，直流输入电源Vin与第一电容Cl和第四电容C4 通过开关管S同时给第二电感L2充电，第Ξ电容C3通过第Ξ二极管化、第四二极管D4和开关 管S同时给第Ξ电感L3、第四电感L4和第五电容C5充电。此外，输出电容Ccut给负载供电。
[0014] 在ti~t2阶段，变换器在此阶段的模态图如图3b所示，开关管S的驱动信号VGS从高 电平变为低电平，开关管S关断，第Ξ二极管化和第四二极管D4承受反向电压截止，第一二极 管化、第二二极管化和第五二极管化承受正向电压导通。第一电感^通过第一二极管化给第 一电容Cl充电，第二电感L2通过第一二极管化给第二电容C2充电，直流输入电源Vin、第一电 感^和第二电感L2通过第一二极管化和第二二极管化同时给第Ξ电容C3充电，第Ξ电感L3、 第四电感L4和第五电容C5通过第二二极管化、第Ξ二极管化和第四二极管〇4给第四电容C4充 电。此外，直流输入电源Vin、第一电感Ll、第二电感1^2、第；电感L3、第四电感L4和第五电容C5 通过第一二极管化、第二二极管化和第五二极管化同时给输出电容Cout和负载供电。
[0015] 本实例电路的稳态增益推导：
[0016] 由于第一电感^与第二电感L2的电感值相等，第Ξ电感L3与第四电感L4的电感值 相等，第一电容Cl与第二电容C2的电容值相等，则第一电感b与第二电感L2的电压、电流相 等，第Ξ电感L3与第四电感L4的电压、电流相等，第一电容Cl与第二电容C2的电压、电流相 等。
[0017]由第一电感b与第二电感L2、第Ξ电感L3、第四电感L4的电压在一个开关周期内的 平均值为零，可得到下列关系式。
[0020] 又当开关管S关断时，输出电压满足下列关系式。
[0021] V〇ut = Vc3+Vc4 (3)
[0022] 联立求解式(1)、（2)、（3)可得到输出电压与直流输入电压Vin的关系。
[0023]
(4)
[0024] 传统Boost变换器与电压举升型准Z源变换器的稳态增益分别为1/Q-D)和2/(1-3D)(D为占空比），本实施例所提电路与Boost变换器、电压举升型准Z源变换器的稳态增益 比较图如图4所示，从图4可知，当输入电压为10V时，本发明提出的电路只需占空比为0.16 就可W升至100V左右，而另两种变换器则需要较大的占空比。
【主权项】
1. 一种高增益电压举升型准Z源变换器，包括直流输入电源、第一电感(L1)、第一电容 (CD、第一二极管(D 1)、第二电容(C2)、第二电感(L2)、第二二极管(D2)、第三电容(C 3)、第四 电容(C4)、第三二极管(D3)、第三电感(L3)、第五电容(C 5)、第四电感(L4)、第四二极管(D4)、 开关管(S)、第五二极管(D5)、输出电容(C ciut)和负载； 所述直流输入电源的正极与第一电感(Li)的一端和第一电容(Ci)的一端连接;所述第 一电感(Li)的另外一端与第一二极管(Di)的阳极和第二电容(C2)的一端连接;所述第一二 极管（D1)的阴极与第一电容（C 1)的另外一端和第二电感(L2)的一端连接;所述第二电容 (C2)的另外一端与第二电感(L 2)的另外一端、第二二极管(D2)的阳极和第四电容(C4)的一 端连接;所述第二二极管(D 2)的阴极与第三电容(C3)的一端、第三二极管(D3)的阳极和第三 电感(L 3)的一端连接;所述第三二极管(D3)的阴极与第五电容(C5)的一端和第四电感(L 4) 的一端连接;所述第五电容(C5)的另外一端与第三电感(L3)的另外一端和第四二极管(D4) 的阳极连接;所述第四电感(L 4)的另外一端与第四二极管(D4)的阴极、第四电容(C4)的另外 一端、开关管(S)的漏极和第五二极管(D 5)的阳极连接;所述第五二极管(D5)的阴极与输出 电容(Cout)的一端和负载的一端连接;所述输出电容(Cmjt)与负载并联;所述直流输入电源 的负极与第三电容(C3)的另外一端、开关管（S)的源极、输出电容(Cout)的另外一端和负载 的另外一端连接。2. 根据权利要求1所述的一种高增益电压举升型准Z源变换器，其特征在于输出电压 乂_与直流输入电压关系为：
【专利摘要】本发明提供一种高增益电压举升型准Z源变换器。所述变换器包括直流输入电源、第一电感、第一电容、第一二极管、第二电容、第二电感、第二二极管、第三电容、第四电容、第三二极管、第三电感、第五电容、第四电感、第四二极管、开关管、第五二极管、输出电容和负载。本发明相比于Boost变换器、电压举升型准Z源变换器等具有较高的电压增益，适用于非隔离型高增益直流电压变换的场合。
【IPC分类】H02M3/07, H02M3/156
【公开号】CN105490536
【申请号】CN201511010664
【发明人】张波, 沈瀚云, 罗安
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月27日
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