一種耦合電感型三電平Zeta變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高增益DC-DC變換器被廣泛應(yīng)用于綠色能源系統(tǒng)之中，但目前在各領(lǐng)域所應(yīng)用的 DC-DC變換器多為兩電平變換器。三電平DC-DC變換器與兩電平電路結(jié)構(gòu)在具有的相同的 電壓增益的情況下，位于開關(guān)管和二極管等功率開關(guān)器件兩端的電壓應(yīng)力卻僅為兩電平變 換電路中的一半。與此同時，在驅(qū)動信號的開關(guān)頻率相同時，電感電流脈動和電容電壓的脈 動也相同的情況下，電感和電容等的儲能元件的取值僅為原兩電平電路中的一半。
[0003] 但由于傳統(tǒng)的三電平DC-DC變換器的電壓增益與兩電平電路中相同，并不能實現(xiàn) 較高的電壓轉(zhuǎn)換比。為實現(xiàn)較高的電壓增益該電路不得不工作在占空比取的極值的情況 下，通常要大于0. 9或者小于0. 1。而在開關(guān)的占空比選取極值情況的電路，其效率往往會 很低。為此，有人提出多個電路級聯(lián)的方式來實現(xiàn)高電壓轉(zhuǎn)換比。但是，由于級聯(lián)電路中每 個小的電路單元的電壓轉(zhuǎn)換比都并未得到提升，所以，這種方法在提升電路增益的同時，極 大地增加了電路的體積和損耗。
[0004] 進(jìn)而，學(xué)者們考慮通過對電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變來提升電路的電壓增益。開關(guān)電感、 開關(guān)電容結(jié)構(gòu)單元相繼被提出并應(yīng)用于DC-DC變換器中。在這種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電路中， 電路的電壓增益得到了較大的提升，但是，該電路的電壓增益嚴(yán)格的受到了占空比取值的 限制，使得電路的電壓轉(zhuǎn)換比對于開關(guān)占空比的選取過分的依賴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的采用開關(guān)電感、開關(guān)電容結(jié)構(gòu)單元的DC-DC變換器在電路 的電壓增益得到較大提升的同時，由于電壓增益受到占空比取值的限制，使得電路的電壓 轉(zhuǎn)換比對于開關(guān)占空比的選取過分依賴的問題，提出了一種耦合電感型三電平Zeta變換 器。
[0006] -種耦合電感型三電平Zeta變換器，它包括：電源Vi、電容Ctl、電容C1、電容C2、電 容C3、電容C4、電容C5、電容C6、開關(guān)管Sp開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、二極管D1、二極管D2、二極管 D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6、電阻Rtl、電感U、耦合電感L1、耦合電感L2、耦合電感LjP 耦合電感L4;親合電感Li和耦合電感L2相互耦合；親合電感L3和耦合電感L4相互耦合；
[0007] 電源Vi的正極同時連接開關(guān)管Si的源極和電容C:的一端；電源Vi的負(fù)極同時連 接開關(guān)管S2的源極和電容C2的一端；電容C:的另一端同時連接電容C2的另一端、二極管 〇5的陽極和二極管D6的陰極；
[0008] 開關(guān)管S1的漏極同時連接耦合電感1^的同名端、二極管03的陽極、二極管0 2的陽 極和電容仏的一端；電容C5的另一端同時連接電感LC1的一端和二極管D5的陰極；電感LQ 的另一端同時連接電容Q1的一端和電阻Rtl的一端；
[0009] 開關(guān)管SJi極同時連接二極管D1的陰極、二極管04的陰極、耦合電感1^4的異名端 和電容(；的一端；電容C6的另一端同時連接二極管D6的陽極、電容CC1的另一端和電阻R0 的另一端；
[0010] 耦合電感L1的異名端同時連接耦合電感L2的同名端和二極管D:的陽極；親合電 感L2的異名端連接電容C3的一端；電容C3的另一端同時連接二極管D3的陰極和開關(guān)管％ 的源極；開關(guān)管Stl的漏極同時連接電容C4的一端和二極管D4的陽極；電容C4的另一端連 接耦合電感L3的同名端；耦合電感L3的異名端同時連接耦合電感L4的同名端和二極管D2 的陰極。
[0011] 耦合電感L1和耦合電感L4的線圈匝數(shù)均為N1;親合電感L2和耦合電感L3的線圈 匝數(shù)均為N2;其中，NjPN2均為正整數(shù)。
[0012] 電源仏的電壓為10V。
[0013] 開關(guān)管SjP開關(guān)管S2的驅(qū)動信號的頻率均為50kHz。
[0014] 開關(guān)管SJP開關(guān)管S2的導(dǎo)通相位相差180°。
[0015] 開關(guān)管Stl的驅(qū)動信號的頻率為IOOkHz。
[0016] 為了解決現(xiàn)有的采用開關(guān)電感、開關(guān)電容結(jié)構(gòu)單元的DC-DC變換器中，電路的電 壓轉(zhuǎn)換比對于開關(guān)占空比的選取過分依賴的問題，將耦合電感元件應(yīng)用于高增益DC-DC變 換器中。在DC-DC變換器中耦合電感匝數(shù)比這一變量的引入，充分的解決了在DC-DC變換 器中占空比取值對電路中電壓增益的限制，同時，更好的滿足了可再生能源設(shè)備等對直流 變換器中更高性能的要求。
[0017] 本發(fā)明是在三電平zeta變換器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)，得到了新型 的自耦合型三電平Zeta變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該電路的電壓增益得到了較大提升的 同時，充分的降低了電壓增益對電路占空比取值的依賴。同時，三電平電路在同兩電平電路 輸出電壓相同的情況下，開關(guān)管和二極管的電壓應(yīng)力均為兩電平電路的開關(guān)管和二極管電 壓應(yīng)力的一半；同時，在開關(guān)頻率相同，電感電流脈動和電容電壓脈動也相同的情況下，儲 能元件比其原型電路大大減小。
【附圖說明】
[0018] 圖1為一種耦合電感型三電平Zeta變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為一種耦合電感型三電平Zeta變換器在工作模態(tài)1和工作模態(tài)3時電路中 電流的流通路徑圖；
[0020] 圖3為一種耦合電感型三電平Zeta變換器在工作模態(tài)2時電路中電流的流通路 徑圖；
[0021] 圖4為一種耦合電感型三電平Zeta變換器在工作模態(tài)4時電路中電流的流通路 徑圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明進(jìn)行Matlab仿真獲得的耦合電感原端和副端的部分電流波形圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明進(jìn)行Matlab仿真獲得的開關(guān)管S1和二極管D5兩端電壓應(yīng)力的部分 波形圖；
[0024] 圖7為本發(fā)明進(jìn)行Matlab仿真獲得的輸出電壓及電容C5兩端電壓的部分波形 圖；
[0025] 圖8為本發(fā)明進(jìn)行Matlab仿真后得到的耦合電感原副端電流波形圖；
[0026] 圖9為本發(fā)明進(jìn)行Matlab仿真后得到的開關(guān)管SJP二極管D5兩端的電壓應(yīng)力 圖；
[0027] 圖10為本發(fā)明進(jìn)行Matlab仿真后得到的輸出電壓以及電容C5兩端電壓波形圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0028] 一、參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種耦合電 感型三電平Zeta變換器，它包括：電源Vi、電容Ctl、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、 電容C6、開關(guān)管Sp開關(guān)管S1、開關(guān)管S2、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管 D5、二極管D6、電阻Rtl、電感U、耦合電感L1、耦合電感L2、耦合電感L3和耦合電感L4;耦合電 感L1和耦合電感L2相互耦合；親合電感L3和耦合電感L4相互耦合；
[0029] 電源Vi的正極同時連接開關(guān)管Si的源極和電容C:的一端；電源Vi的負(fù)極同時連 接開關(guān)管S2的源極和電容C2的一端；電容C:的另一端同時連接電容C2的另一端、二極管 〇5的陽極和二極管D6的陰極；
[0030] 開關(guān)管S1的漏極同時連接耦合電感1^的同名端、二極管03的陽極、二極管0 2的陽 極和電容仏的一端；電容C5的另一端同時連接電感LC1的一端和二極管D5的陰極；電感LQ 的另一端同時連接電容Q1的一端和電阻Rtl的一端；
[0031] 開關(guān)管SJi極同時連接二極管D1的陰極、二極管04的陰極、耦合電感1^4的異名端 和電容(；的一端；電容C6的另一端同時連接二極管D6的陽極、電容CC1的另一端和電阻R0 的另一端；
[0032] 耦合電感L1的異名端同時連接耦合電感L2的同名端和二極管D滿陽極；親合電 感L2的異名端連接電容C3的一端；電容C3的另一端同時連接二極管D3的陰極和開關(guān)管％ 的源極；開關(guān)管Stl的漏極同時連接電容C4的一端和二極管D4的陽極；電容C4的另一端連 接耦合電感L3的同名端；耦合電感L3的異名端同時連接耦合電感L4的同名端和二極管D2 的陰極。
[0033] 本發(fā)明所述的一種耦合電感型三電平Zeta變換器，在該電路中耦合電感的原端 ㈨和L4)在兩個主開關(guān)管SjPS2導(dǎo)通時與電源Vi并聯(lián)并由電源V其充電，相應(yīng)的在 耦合電感的副端（LjPL3)產(chǎn)生了n倍的電壓，從而將自舉電容CjPC6兩端的電壓提升到 (n+1)倍的電源