本發(fā)明涉及DC/DC變換器領域，具體涉及一種耦合電感型準Z源DC-DC變換器。

背景技術：

近年來，光伏發(fā)電技術得到了前所未有的發(fā)展，其也成為太陽能的主要利用方式之一。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術對緩解能源危機、保護環(huán)境和保證經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。通常，光伏陣列電池的輸出電壓較低，必須經(jīng)過DC/DC變換器升壓才能滿足并網(wǎng)逆變器的要求，故要求DC/DC變換器擁有較高的增益和效率。但許多升壓DC/DC變換器受到占空比、寄生參數(shù)和損耗的限制，無法實現(xiàn)大幅度的升壓，如反激變換器，其電壓增益為nD/(1-D)，n為變壓器匝比，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Z源變換器，其電壓增益為1/(1-2D)，較Boost變換器有了一定的提高，但仍難以滿足實際應用的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種耦合電感型準Z源DC-DC變換器。

本發(fā)明電路中具體包括直流輸入電源、第一電感、第一二極管、第一電容、第二電容、匝比為1:n的變壓器、開關管、第二二極管、輸出電容和負載。

本發(fā)明電路具體的連接方式為：所述的直流輸入電源的正極與第一電感的一端連接。所述的第一電感的另外一端與第二電容的一端和第一二極管的陽極連接。所述的第一二極管的陰極與第一電容的一端和變壓器原邊的同名端連接。所述的第二電容的另外一端與變壓器副邊的異名端連接。所述的變壓器原邊的異名端與變壓器副邊的同名端、開關管的漏極和第二二極管的陽極連接。所述的第二二極管的陰極與輸出電容的一端和負載的一端連接。所述的輸出電容與負載并聯(lián)。所述的直流輸入電源的負極與第一電容的另外一端、開關管的源極、輸出電容的另外一端和負載的另外一端連接。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢為：相比于傳統(tǒng)的反激變換器(其輸出電壓為)和準Z源變換器(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(fā)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、輸入電流連續(xù)等，因此本發(fā)明電路具有很廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為一種耦合電感型準Z源DC-DC變換器結(jié)構圖。

圖2為一個開關周期主要元件的電壓電流波形圖。

圖3a、圖3b為一個開關周期內(nèi)不同階段電路模態(tài)圖。

圖4為實例中本發(fā)明的電路、反激變換器和準Z源變換器的增益V_out/V_in隨占空比D變化的波形圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細說明之過程或參數(shù)，均是本領域技術人員可參照現(xiàn)有技術理解或?qū)崿F(xiàn)的。

本發(fā)明的基本拓撲結(jié)構和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了驗證方便，電路結(jié)構中的器件均視為理想器件。開關管S的驅(qū)動信號v_GS、第一二極管D₁電流i_D1、第二二極管D₂電流i_D2、第一電感L₁電流i_L1、變壓器T的勵磁電感L_m電流i_Lm、第一電容C₁電壓V_C1、第二電容C₂電壓V_C2的波形圖如圖2所示。

(1)在t₀～t₁階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開關管S的驅(qū)動信號v_GS從低電平變?yōu)楦唠娖?，開關管S導通，第一二極管D₁和第二二極管D₂承受反向電壓截止。直流輸入電源V_in與第二電容C₂通過第一二極管D₁和開關管S同時給第一電感L₁充電，第一電容C₁通過開關管S給變壓器T的勵磁電感L_m充電。此外，輸出電容C_out給負載供電。

(2)在t₁～t₂階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開關管S的驅(qū)動信號v_GS從高電平變?yōu)榈碗娖?，開關管S關斷，第一二極管D₁和第二二極管D₂承受正向電壓導通。直流輸入電源V_in和第一電感L₁通過第一二極管D₁同時給第一電容C₁充電，直流輸入電源V_in和第一電感L₁通過第二二極管D₂同時給第二電容C₂、輸出電容C_out和負載充電，變壓器T的勵磁電感L_m通過第一二極管D₁給第二電容C₂充電，變壓器T的勵磁電感L_m通過第二二極管D₂給第一電容C₁、輸出電容C_out和負載充電。此外，直流輸入電源V_in、第一電感L₁和變壓器T的勵磁電感L_m通過第一二極管D₁和第二二極管D₂同時給輸出電容C_out和負載充電。

本發(fā)明電路的穩(wěn)態(tài)增益推導如下。

由第一電感L₁與變壓器T的勵磁電感L_m的電壓在一個開關周期內(nèi)的平均值為零，可得到下列關系式。

(V_in+V_C2+nV_C1)t_on+(V_in-V_C1)t_off＝0 (1)

又當開關管S關斷時，輸出電壓V_out滿足下列關系式。

聯(lián)立求解式(1)、(2)、(3)可得到輸出電壓V_out與直流輸入電壓V_in的關系。

傳統(tǒng)反激變換器與準Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為nD/(1-D)和1/(1-2D)(D為占空比，n為變壓器匝比)，當匝比n＝3時，本發(fā)明所提電路與反激變換器、準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，當輸入電壓為10V時，本發(fā)明提出的電路只需占空比為0.18就可以升至100V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。