一種采用變壓器和開關(guān)電感的準(zhǔn)z源變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種采用變壓器和開關(guān)電感的準(zhǔn)Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源、匝比為1:n的變壓器（T）、第一二極管（D1）、第一電容（C1）、第二電容（C2）、第二二極管（D2）、第一電感（L1）、第二電感（L2）、第三二極管（D3）、第四二極管（D4）、開關(guān)管（S）、第五二極管（D5）、輸出電容（Cout）和負(fù)載。本實用新型相比于反激變換器、開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源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合。
【專利說明】
一種采用變壓器和開關(guān)電感的準(zhǔn)Z源變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種采用變壓器和開關(guān)電感的準(zhǔn)Z源 變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，以光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，但光伏陣列 電池的輸出電壓等級較低，且受環(huán)境的影響很大，故往往需要經(jīng)過DC/DC變換器輸出穩(wěn)定的 高壓直流電。然而許多升壓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/(l-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；又如開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器，其電壓增益為（1+D)/(1-3D)，較Z源變換器有了一定的提高，但仍有提升的空間。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用變壓器和開關(guān)電 感的準(zhǔn)Z源變換器。
[0004] 本實用新型電路中具體包括直流輸入電源Vin、匝比為l:n的變壓器、第一二極管、 第一電容、第二電容、第二二極管、第一電感、第二電感、第三二極管、第四二極管、開關(guān)管、 第五二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本實用新型電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與變壓器原邊 的同名端連接。所述的變壓器原邊的異名端與變壓器副邊的同名端和第二電容的一端連 接。所述的變壓器副邊的異名端與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、第一電感的一端和第二二極管的陽極連接。所述的第二二極管的陰極與第 三二極管的陰極和第二電感的一端連接。所述的第三二極管的陽極與第一電感的另外一端 和第四二極管的陽極連接。所述的第四二極管的陰極與第二電感的另外一端、第二電容的 另外一端、開關(guān)管的漏極和第五二極管的陽極連接。所述的第五二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V i n的負(fù)極與 第一電容的另外一端、開關(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，本實用新型電路具有的優(yōu)勢為:相比于傳統(tǒng)的反激變換器(其輸 出電壓為
）和開關(guān)電感型準(zhǔn)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，本實用新型電路只 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，因此本實用新型電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007] 圖1為一種采用變壓器和開關(guān)電感的準(zhǔn)Z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為一個開關(guān)周期主要元件的電壓電流波形圖。
[0009]圖3a、圖3b為一個開關(guān)周期內(nèi)電路模態(tài)圖。
[0010] 圖4為提出的電路、反激變換器和開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的增益占空比 D變化的波形圖。
【具體實施方式】
[0011] 為以下結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本實用新型 的實施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特別詳細(xì)說明之過程或參數(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 證方便，電路結(jié)構(gòu)中的器件均視為理想器件。開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS、第一二極管Di電流iDi、 第二二極管D 2電流iD2、第三二極管D3電流iD3、第四二極管D4電流iD4、第五二極管D 5電流iD5、 第一電感1^電流iu、第二電感1^2電流iL2、變壓器T的勵磁電感Lm電流i Lm、第一電容&電壓VC1、 第二電容&電壓VC2的波形圖如圖2所示。
[0013]在如~。階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3a所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管S導(dǎo)通，第二二極管D2和第四二極管D4承受正向電壓導(dǎo)通，第一二極 管〕:、第三二極管D 3和第五二極管D5承受反向電壓截止。直流輸入電源Vin與第二電容C2通過 開關(guān)管S同時給變壓器T的勵磁電感Lm充電，第一電容Cl通過第二二極管D2和開關(guān)管S同時給 第二電感1^ 2充電，第一電容過第四二極管D4和開關(guān)管S同時給第一電感1^充電。此外，輸 出電容C?t給負(fù)載供電。
[0014] 在以~丨2階段，變換器在此階段的模態(tài)圖如圖3b所示，開關(guān)管S的驅(qū)動信號VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管S關(guān)斷，第二二極管D 2和第四二極管D4承受反向電壓截止，第一二極 管〕:、第三二極管D3和第五二極管D 5承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源Vin和變壓器T的勵磁 電感Lm通過第一二極管0:同時給第一電容&充電，直流輸入電源Vir^P變壓器T的勵磁電感L m 通過第五二極管〇5同時給第二電容(：2、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電，第一電感U和第二電感L 2 通過第一二極管〇:和第三二極管D3同時給第二電容&充電，第一電感U和第二電感L2通過第 三二極管D 3和第五二極管D5同時給第一電容&、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此外，直流輸入電 源Vin、變壓器T的勵磁電感Lm、第一電感1^和第二電感L 2通過第一二極管0:、第三二極管D3和 第五二極管D5同時給輸出電容Cmjt和負(fù)載充電。
[0015] 本實用新型電路的穩(wěn)態(tài)增益推導(dǎo)如下。
[0016] 由于第一電感Li與第二電感L2的電感值相等，則第一電感Li與第二電感L2的電壓、 電流相等。
[0017] 由第一電感1^與變壓器T的勵磁電感Lm的電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值為零，可 得到下列關(guān)系式。
[0018]
(.1)
[0019]
(:.2)
[0020] 又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，輸出電壓V?t滿足下列關(guān)系式。
[0021]
(3)
[0022] 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。
[0023]
(4)
[0024]傳統(tǒng)反激變換器與開關(guān)電感型準(zhǔn)Z源變換器的穩(wěn)態(tài)增益分別為nD/(l-D)和（1+D)/ (1-3D)(D為占空比，η為變壓器匝比），當(dāng)匝比n = 2時，本實用新型所提電路與反激變換器、 準(zhǔn)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(dāng)輸入電壓為10V時，本實用新型提 出的電路只需占空比為0.2就可以升至150V左右，而另兩種變換器則需要較大的占空比。
【主權(quán)項】
1. 一種采用變壓器和開關(guān)電感的準(zhǔn)Z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源、匝比為 1:/3的變壓器（71)、第一二極管(從）、第一電容（0)、第二電容（^2)、第二二極管(伙）、第一電 感(心）、第二電感(Z 2)、第三二極管(Λ)、第四二極管(Λ)、開關(guān)管（幻、第五二極管(及）、輸出 電容（C_)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與變壓器（Γ)原邊的同名端連接;所述變壓器（Γ)原邊的異名 端與變壓器（Γ)副邊的同名端和第二電容（β)的一端連接;所述變壓器（Γ)副邊的異名端與 第一二極管(Λ)的陽極連接;所述第一二極管(Λ)的陰極與第一電容（Ci)的一端、第一電感 (h)的一端和第二二極管(伙）的陽極連接;所述第二二極管(伙）的陰極與第三二極管(Λ) 的陰極和第二電感(心）的一端連接;所述第三二極管(Λ )的陽極與第一電感(心）的另外一 端和第四二極管(Λ)的陽極連接;所述第四二極管(Λ)的陰極與第二電感(Ζ2)的另外一端、 第二電容（β)的另外一端、開關(guān)管（幻的漏極和第五二極管(Α)的陽極連接;所述第五二極 管(7? )的陰極與輸出電容（Coi/i)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容（Coi/i)與負(fù)載并 聯(lián);所述直流輸入電源的負(fù)極與第一電容（Ci)的另外一端、開關(guān)管（50的源極、輸出電容 (C_)的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。
【文檔編號】H02M3/155GK205622504SQ201521144018
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請人】華南理工大學(xué)