電壓。在兩個主開關(guān)管中的其中一個關(guān)斷時，兩個耦合電感的原副端共同串 聯(lián)在電路中放電。根據(jù)伏秒平衡的電路作用原理，該電路可以實現(xiàn)很高的電壓增益。同時， 由于該電路中引入了耦合電感的匝數(shù)比，充分的降低了電壓增益對占空比取值的依賴。
[0034] 該電路共有如表1所示的四種工作模態(tài)，在不同模態(tài)下電路中電流的流通路徑如 圖2、圖3和圖4所示。
[0035] 表1新型耦合電感型三電平zeta變換器開關(guān)模態(tài)
[0036]

[0037] 在該耦合電感型三電平Zeta變換器中，模態(tài)1和模態(tài)3時電路的作用方式完全一 致。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)處于模態(tài)1時和模態(tài)3時，開關(guān)管SJPS2導(dǎo)通、S^關(guān)斷，電路中電流的流通 路徑如圖2所示。此時兩個耦合電感的原端處于并聯(lián)狀態(tài)，電源對電容CdPC2進(jìn)行充電， 則有
[0038] U11=u21=Ui(1)；
[0039] Ulci=U^Suc-Uq (2);
[0040] 其中，U11為耦合電感L1兩端的電壓；U21為耦合電感L4兩端的電壓；Ui為電源Vi 兩端的電壓；Uui為電感LC1兩端的電壓；UC1為電阻RC1兩端的電壓；
[0041] 另外，根據(jù)耦合電感原副端的電壓關(guān)系可以得到耦合電感的副端電壓為
[0042] U12=U22=IiUi (3)；
[0043] 其中，U12為耦合電感L2兩端的電壓；U22為耦合電感L3兩端的電壓；n為耦合電感 的原副線圈比；
[0044] 當(dāng)開關(guān)處于模態(tài)2時，開關(guān)管SjPSC1導(dǎo)通，S2關(guān)斷，此時電路中電流的路徑如圖3 所示。在該模態(tài)下，耦合電感的副端（耦合電感L3、L4)通過輔助開關(guān)管Stl的作用處于串聯(lián) 狀態(tài)，此時有
[0048] 其中，u。為電容C4、C5兩端的電壓；
[0049] 當(dāng)開關(guān)作用處于模態(tài)4時，開關(guān)管S1關(guān)斷，S2和S^導(dǎo)通，此時電路中電流的流通路 徑如圖4所示。在該模態(tài)情況下，電感Ltl兩端的電壓應(yīng)力和模態(tài)2相同。
[0050] 假設(shè)該電路的主開關(guān)管SjPS2的占空比為D，該電路中模態(tài)1和模態(tài)3的作用方 式完全一致，模態(tài)2和模態(tài)4由于電路的對稱性作用方式也基本相同，則可以得到模態(tài)1和
[0054]將公式（7)和公式（8)聯(lián)立可得該耦合電感型三電平Zeta變換器的電壓增益為
[0056] 進(jìn)一步，可以得到主開關(guān)管SJPS2以及二極管D5和D6在關(guān)斷時兩端的電壓應(yīng)力 為
兩端的電壓應(yīng)力；
[0058]此外，在電容(：5和C6兩端的電壓應(yīng)力uc為：
[0060]
【具體實施方式】二、本【具體實施方式】是對【具體實施方式】一所述的一種耦合電感型三 電平Zeta變換器的進(jìn)一步說明，本實施方式中，耦合電感L1和耦合電感L4的線圈匝數(shù)均為N1;耦合電感L2和耦合電感L3的線圈匝數(shù)均為N2;其中，N:和N2均為正整數(shù)。
【具體實施方式】 [0061] 三、本是對一所述的一種耦合電感型三 電平Zeta變換器的進(jìn)一步說明，本實施方式中，電源仏的電壓為10V。
【具體實施方式】 [0062] 四、本是對一所述的一種耦合電感型三 電平Zeta變換器的進(jìn)一步說明，本實施方式中，開關(guān)管S1和開關(guān)管S2的驅(qū)動信號的頻率均 為 50kHz。
【具體實施方式】 [0063] 五、本是對一所述的一種耦合電感型 三電平Zeta變換器的進(jìn)一步說明，本實施方式中，開關(guān)管SJP開關(guān)管S2的導(dǎo)通相位相差 180。。
【具體實施方式】 [0064] 六、本是對一所述的一種耦合電感型三 電平Zeta變換器的進(jìn)一步說明，本實施方式中，開關(guān)管Stl的驅(qū)動信號的頻率為100kHz。
[0065] 為進(jìn)一步證明該親合電感型三電平Zeta變換器的理論分析結(jié)果，在Matlab軟件 中搭建仿真電路圖，對該電路的理論分析結(jié)果進(jìn)行驗證。其中，在所搭建的Matlab電路模 擬模型中，選擇電路中輸入電壓為10V，主開關(guān)管S1和開關(guān)管S2作用頻率為50kHz，兩個主 開關(guān)的導(dǎo)通相位相差180°，輔助開關(guān)管Stl與主開關(guān)管Si、S2S補(bǔ)導(dǎo)通，頻率為IOOkHz。在 Matlab軟件中通過模擬示波器對該耦合電感型三電平Zeta變換器中的元件進(jìn)行測量，得 到的仿真電路圖如圖5、圖6和圖7所示，將所得到了仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較。 進(jìn)一步搭建實驗平臺，測得的實驗結(jié)果如圖8、圖9和圖10所示。
[0066] 圖5和圖8中iu為耦合電感L1的電流；U2為耦合電感L2的電流；圖6和圖9中 usl為開關(guān)管S:的電壓；uD5為二極管D5的電壓；圖7中U^為電阻R^兩端的電壓。
[0067] 該耦合電感型三電平Zeta變換器電路中的電壓增益得到了較高提升的同時減小 了對電路中開關(guān)占空比取值的依賴。此外，三電平電路在開關(guān)管和二極管等器件上電壓應(yīng) 力減半的特點，使得該電路具有更好的實用價值和應(yīng)用前景。
【主權(quán)項】
1. 一種耦合電感型三電平Zeta變換器，其特征在于，它包括：電源Vi、電容Ctl、電容Cp 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Li和耦合電感L2相互耦合；耦合電感L3和耦合電感L4 相互耦合； 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亦另一端同時連接電容C2的另一端、二極管D5的 陽極和二極管06的陰極； 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L。的一端和二極管D5的陰極；電感L。的另 一端同時連接電容Ctl的一端和電阻Rtl的一端； 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L 4的異名端和電 容(：6的一端；電容C 6的另一端同時連接二極管D 6的陽極、電容C ^的另一端和電阻R ^的另 一端； 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(：3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S^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；親合電感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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合電感型三電平Zeta變換器，其特征在于，耦合電感 L1和耦合電感L4的線圈匝數(shù)均為N1;耦合電感L2和耦合電感L3的線圈匝數(shù)均為N2;其中， &和N2均為正整數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合電感型三電平Zeta變換器，其特征在于，電源U^勺 電壓為10V。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合電感型三電平Zeta變換器，其特征在于，開關(guān)管Si 和開關(guān)管&的驅(qū)動信號的頻率均為50kHz。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合電感型三電平Zeta變換器，其特征在于，開關(guān)管S: 和開關(guān)管&的導(dǎo)通相位相差180°。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合電感型三電平Zeta變換器，其特征在于，開關(guān)管S。 的驅(qū)動信號的頻率為IOOkHz。
【專利摘要】一種耦合電感型三電平Zeta變換器，涉及電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域。解決了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。在該電路中耦合電感的原端在兩個主開關(guān)管導(dǎo)通時與電源并聯(lián)并由電源對其充電，相應(yīng)的在耦合電感和的副端產(chǎn)生了n倍的電壓，從而將自舉電容和兩端的電壓提升到n+1倍的電源電壓。在兩個主開關(guān)管中的其中一個關(guān)斷時，兩個耦合電感的原副端共同串聯(lián)在電路中放電。根據(jù)伏秒平衡的電路作用原理，該電路可以實現(xiàn)很高的電壓增益。同時，由于該電路中引入了耦合電感的匝數(shù)比，充分的降低了電壓增益對占空比取值的依賴。本發(fā)明適用于在直流變換器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)行改變。
【IPC分類】H02M3/155
【公開號】CN104967313
【申請?zhí)枴緾N201510427933
【發(fā)明人】劉洪臣, 管恩慧, 李飛
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月20日