一種嵌入式準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種嵌入式準(zhǔn)Z源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 高增益升壓變換器在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。例如，汽車(chē)?yán)酶邚?qiáng)度氣體放 電等需要將12V電壓升高到100V穩(wěn)定值;在UPS后備電源中，需要將48V蓄電池電壓升高到 380V甚至更高;在新能源發(fā)電領(lǐng)域，太陽(yáng)能光伏電池(33~43V)，燃料電池(22~48V)等輸出 電壓都很低，需要通過(guò)一級(jí)高增益升壓變換器與并網(wǎng)逆變器的輸入電壓(380V、760V)匹配。 但許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和損耗的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大幅度的升壓，如Boost 變換器，其電壓增益為1/(1-D)，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 Z源升壓變換器，其電壓增益為（1-D)/(1-2D)，較Boost變換器有了一定的提高，但仍有提升 的空間，此外還存在啟動(dòng)沖擊電流的問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種輸入電流斷續(xù)的混合 型準(zhǔn)Z源變換器。
[0004] 本實(shí)用新型電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感、第一二極管、第一電容、 第二電容、第二電感、第五電容、第Ξ二極管、第六電容、第Ξ電感、第Ξ電容、第二二極管、 第四電容、第四電感、開(kāi)關(guān)管、第四二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本實(shí)用新型電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與第一電感的 一端、第一電容的一端和第五電容的一端連接。所述的第一電感的另外一端與第一二極管 的陽(yáng)極和第二電容的一端連接。所述的第一二極管的陰極與第一電容的另外一端和第二電 感的一端連接。所述的第二電容的另外一端與第二電感的另外一端、第Ξ二極管的陽(yáng)極和 第六電容的一端連接。所述的第Ξ二極管的陰極與第五電容的一端、第Ξ電感的一端和第 Ξ電容的一端連接。所述的第Ξ電感的另外一端與第二二極管的陽(yáng)極和第四電容的一端連 接。所述的第二二極管的陰極與第Ξ電容的另外一端和第四電感的一端連接。所述的第四 電容的另外一端與第四電感的另外一端、開(kāi)關(guān)管的漏極和第四二極管的陽(yáng)極連接。所述的 第四二極管的陰極與輸出電容的一端和負(fù)載的一端連接。所述的輸出電容與負(fù)載并聯(lián)。所 述的直流輸入電源Vin的負(fù)極與開(kāi)關(guān)管的源極、輸出電容的另外一端和負(fù)載的另外一端連 接。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型電路具有的優(yōu)勢(shì)為：相比于傳統(tǒng)的Boost變換器(其 輸出電壓巧
和Z源升壓變換器(其輸出電壓天
害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，本實(shí)用新型電路只需要較小的占 空比就可w將低等級(jí)電壓升至高等級(jí)的電壓，而且輸入輸出共地等，因此本實(shí)用新型電路 具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為一種輸入嵌入式準(zhǔn)Z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個(gè)開(kāi)關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009] 圖3曰、圖3b為一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010]圖4為提出的電路、Boost和Z源升壓變換器的增益Vout/Vin隨占空比D變化的波形 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] W下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說(shuō)明，但本實(shí)用新型的 實(shí)施方式不限于此。需指出的是，W下若有未特別詳細(xì)說(shuō)明之過(guò)程或參數(shù)，均是本領(lǐng)域技術(shù) 人員可參照現(xiàn)有技術(shù)理解或?qū)崿F(xiàn)的。
[0012] 本實(shí)用新型的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各主要元件電壓電流參考方向如圖1所示。為了驗(yàn) 證方便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS、第一二極管化電流iDl、 第二二極管化電流iD2、第Ξ二極管化電流iD3、第四二極管〇4電流iD4、第一電感^電流U1、第 二電感L2電流iL2、第Ξ電感L3電流iL3、第四電感L4電流iL4、第一電容Cl電壓Vci、第二電容C2 電壓VC2、第Ξ電容C3電壓VC3、第四電容C4電壓VC4、第五電容C5電壓VC5、第六電容C6電壓VC6的 波形圖如圖2所示。
[OOU]在to~ti階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖?，開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通，第一二極管化、第二二極管化、第Ξ二極管化和第四二極管 〇4承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2和第六電容C6通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第一 電感b充電，直流輸入電源Vin與第一電容Cl和第六電容C6通過(guò)開(kāi)關(guān)管洞時(shí)給第二電感L2充 電，直流輸入電源Vin與第五電容C5和第四電容C4通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第Ξ電感L3充電，直流 輸入電源Vin與第五電容C5和第Ξ電容C3通過(guò)開(kāi)關(guān)管S同時(shí)給第四電感L4充電。此外，輸出電 容C?t給負(fù)載供電。
[0014] 在ti~t2階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開(kāi)關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖剑_(kāi)關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管化、第二二極管化、第Ξ二極管化和第四二極管 〇4承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin與第一電感b、第二電感L2和第Ξ電感L3通過(guò)第一二 極管化、第二二極管化和第Ξ二極管化同時(shí)給第一電容Cl、第二電容C2、第Ξ電容C3、第四電 容C4、第五電容C5和第六電容C6充電。此夕h直流輸入電源Vin、第一電感Ll、第二電感1^2、第； 電感L3和第四電感L4通過(guò)第一二極管化、第二二極管化、第Ξ二極管化和第四二極管〇4同時(shí) 給輸出電容Cnut和負(fù)載供電。
[0015] 本實(shí)用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感b與第二電感L2、第Ξ電感L3、第四電感L4的電感值相等，第一電容Cl 與第二電容C2、第Ξ電容C3、第四電容C4的電容值相等，則第一電感b與第二電感L2、第Ξ電 感L3、第四電感L4的電壓、電流相等，第一電容Cl與第二電容〔2、第立電容C3、第四電容C4的電 壓、電流相等。
[0017]由第一電感b與第二電感L2、第Ξ電感L3、第四電感L4的電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的 平均值為零，可得到下列關(guān)系式。
[001 引（Vin+Vci+Vc5)t0n-Vcit0ff = 0 (1)
[0019] 又
[0020] V巧= 2Vci (2)
[0021] 當(dāng)開(kāi)關(guān)管(S)關(guān)斷時(shí)，輸出電壓滿足下列關(guān)系式。
[0022] V〇ut = Vin+Vc5+Vc6 (3)
[0023] 聯(lián)立求解式(1)、（2)、（3)可得到輸出電壓與直流輸入電壓Vin的關(guān)系。
[0024]
(4)
[0025] 傳統(tǒng)Boost變換器與Z源升壓變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為1/Q-D)和（1-D)/(1-2D)(D 為占空比），本實(shí)用新型所提電路與Boost變換器、Z源直流變換器的穩(wěn)態(tài)增益比較圖如圖4 所示，從圖4可知，當(dāng)輸入電壓為10V時(shí)，本實(shí)用新型提出的電路只需占空比為0.225就可W 升至100V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種嵌入式準(zhǔn)Z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源Vin、第一電感(Ll)、第一二 極管(DD、第一電容(&)、第二電容(C2)、第二電感α2)、第五電容(C 5)、第三二極管(D3)、第 六電容(C6)、第三電感(L3)、第三電容(C 3)、第二二極管(D2)、第四電容(C4)、第四電感(L4)、 開(kāi)關(guān)管(S)、第四二極管(D 4)、輸出電容(Ccmt)和負(fù)載； 所述直流輸入電源Vin的正極與第一電感(Ll)的一端、第一電容(Cl)的一端和第五電容 (C5)的一端連接;所述第一電感(Ll)的另外一端與第一二極管(Di)的陽(yáng)極和第二電容(C2) 的一端連接;所述第一二極管(Di)的陰極與第一電容(Cl)的另外一端和第二電感(L2)的一 端連接;所述第二電容(C 2)的另外一端與第二電感(L2)的另外一端、第三二極管(D3)的陽(yáng)極 和第六電容(C 6)的一端連接;所述第三二極管(D3)的陰極與第五電容(C5)的一端、第三電感 (L 3)的一端和第三電容(C3)的一端連接;所述第三電感(L3)的另外一端與第二二極管(D 2) 的陽(yáng)極和第四電容(C4)的一端連接;所述第二二極管(D2)的陰極與第三電容(C 3)的另外一 端和第四電感(U)的一端連接;所述第四電容(C4)的另外一端與第四電感(U)的另外一端、 開(kāi)關(guān)管（S)的漏極和第四二極管(D 4)的陽(yáng)極連接;所述第四二極管(D4)的陰極與輸出電容 (Cmjt)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(Cmjt)與負(fù)載并聯(lián);所述直流輸入電源Vin的 負(fù)極與開(kāi)關(guān)管(S)的源極、輸出電容(C?t)的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種嵌入式準(zhǔn)Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源<i>Vin</i>、第一電感（<i>L</i>1）、第一二極管（<i>D</i>1）、第一電容（<i>C</i>1）、第二電容（<i>C</i>2）、第二電感（<i>L</i>2）、第五電容（<i>C</i>5）、第三二極管（<i>D</i>3）、第六電容（<i>C</i>6）、第三電感（<i>L</i>3）、第三電容（<i>C</i>3）、第二二極管（<i>D</i>2）、第四電容（<i>C</i>4）、第四電感（<i>L</i>4）、開(kāi)關(guān)管（<i>S</i>）、第四二極管（<i>D</i>4）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本實(shí)用新型相比于Boost變換器、Z源升壓變換器等具有較高的電壓增益，適用于非隔離型高增益直流電壓變換的場(chǎng)合。
【IPC分類(lèi)】H02M3/07
【公開(kāi)號(hào)】CN205336102
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521118535
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月22日
【申請(qǐng)日】2015年12月27日