一種采用開關(guān)電感的Trans-Z源變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體涉及一種采用開關(guān)電感的Trans-Z源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，世界各國(guó)都在大力開發(fā)新型可再 生清潔能源，如太陽能、燃料電池和風(fēng)能等。但光伏、燃料電池等輸出的電壓很低，一般需要 經(jīng)過DC/DC變換器升壓，再經(jīng)過逆變器并網(wǎng)。然而許多升壓DC/DC變換器受到占空比、生熱和 損耗的限制，無法實(shí)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，但由于變壓器等的寄生參數(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。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種采用開關(guān)電感的Trans-Z 源變換器。
[0004] 本發(fā)明電路中具體包括直流輸入電源Vin、第一電感、第一二極管、第二二極管、第 二電感、第三二極管、第二電容、第四二極管、第一電容、匝比為l:n的變壓器、開關(guān)管、第五 二極管、輸出電容和負(fù)載。
[0005] 本發(fā)明電路具體的連接方式為:所述的直流輸入電源Vin的正極與第一二極管的陽 極和第一電感的一端連接。所述的第一二極管的陰極與第二二極管的陰極和第二電感的一 端連接。所述的第二二極管的陽極與第一電感的另外一端和第三二極管的陽極連接。所述 的第二電感的另外一端與第三二極管的陰極、第二電容的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變壓器副邊的同名端連接。所述的變壓器副邊的異名端與第一 電容的一端和變壓器原邊的同名端連接。所述的變壓器原邊的異名端與第二電容的另外一 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Vin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，本發(fā)明電路具有的優(yōu)勢(shì)為:相比于傳統(tǒng)的反激變換器(其輸出電 壓為匕f )和開關(guān)電感型準(zhǔn)z源變換器(其輸出電壓為匕匕）等DC/DC變 1 - D .1-3:/) 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 匕,=?-(π + 2)〇〇(nK'"。在麵白勺默帳料俞觸釀?dòng)?，描獅各Η驗(yàn) 較小的占空比就可以將低等級(jí)電壓升至高等級(jí)的電壓，而且輸入輸出共地等，因此本發(fā)明 電路具有很廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0007]圖1為一種米用開關(guān)電感的Trans-z源變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2為一個(gè)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(gè)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(shí)施方式】
[0011] 為以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述說明，但本發(fā)明的實(shí)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] 本發(fā)明的基本拓?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。開關(guān)管S的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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i D4、第五二極管D5電流iD5、第一 電感U電流iL1、第二電感1^ 2電流iL2、變壓器T的勵(lì)磁電感Lm電流iLm、第一電容&電壓V C1和第 二電容C2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(dòng)信號(hào)VGS從低 電平變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管s導(dǎo)通，第一二極管m和第三二極管D3承受正向電壓導(dǎo)通，第二二極 管出、第四二極管D 4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、第一二極管Di和第三二極管D 3同時(shí)給第一電感1^和第二電感L2充電，第一電容&通 過開關(guān)管S給變壓器T的勵(lì)磁電感Lm充電。此外，輸出電容Cmjt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(dòng)信號(hào)VGS從高 電平變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管m和第三二極管D 3承受反向電壓截止，第二二極 管出、第四二極管D4和第五二極管D5承受正向電壓導(dǎo)通。直流輸入電源V in、第一電感U和第 二電感L2通過第二二極管D2和第五二極管0 5同時(shí)給第二電容C2、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電， 直流輸入電源vin、第一電感U和第二電感L 2通過第二二極管02和第四二極管D4同時(shí)給第一 電容Cl充電，變壓器T的勵(lì)磁電感U通過第四二極管D4給第二電容C2充電，變壓器T的勵(lì)磁電 感Lm通過第五二極管0 5給第一電容Cl·、輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。此外，直流輸入電源Vin、第 一電感Li、第二電感L2和變壓器T的勵(lì)磁電感U通過第二二極管D2、第四二極管D4和第五二極 管〇 5同時(shí)給輸出電容Ccmt和負(fù)載充電。
[0015] 本發(fā)明電路的穩(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Li、第二電感L2與變壓器T的勵(lì)磁電感Lm的電壓在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平 均值為零，可得到下列關(guān)系式。
[0018] {￥in + VC2 )ton + -ξ------^-+ / C' ν toff = 〇 〇.):
[0019] Vclton~^-io￡f=Q (2> M+1力
[0020] 又當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，輸出電壓V?t滿足下列關(guān)系式。
[0021] Vailt^Vcl+-^-VC2 (3) // 1-1
[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] L _ 1 - (n + 2)D -("十 1)￡>:2 匕 ⑷
[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(shí)，本發(fā)明所提電路與反激變換器、開關(guān) 電感型準(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(shí)，本發(fā)明 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(xiàng)】
1. 一種采用開關(guān)電感的Trans-Z源變換器，其特征在于包括直流輸入電源、第一電感 (LD、第一二極管(D 1)、第二二極管(D2)、第二電感(L2)、第三二極管(D3)、第二電容(C 2)、第 四二極管(D4)、第一電容(&)、匝比為l:n的變壓器(T)、開關(guān)管(S)、第五二極管(D 5)、輸出電 容(Ult)和負(fù)載； 所述直流輸入電源的正極與第一二極管(D1)的陽極和第一電感(L1)的一端連接;所述 第一二極管(D1)的陰極與第二二極管(D2)的陰極和第二電感(L2)的一端連接;所述第二二 極管(D 2)的陽極與第一電感(L1)的另外一端和第三二極管(D3)的陽極連接;所述第二電感 (L 2)的另外一端與第三二極管(D3)的陰極、第二電容(C2)的一端和第四二極管(D 4)的陽極 連接;所述第四二極管(D4)的陰極與變壓器(T)副邊的同名端連接;所述變壓器(T)副邊的 異名端與第一電容(C 1)的一端和變壓器(T)原邊的同名端連接;所述變壓器(T)原邊的異名 端與第二電容(C2)的另外一端、開關(guān)管(S)的漏極和第五二極管(D 5)的陽極連接;所述第五 二極管(D5)的陰極與輸出電容(Cout)的一端和負(fù)載的一端連接;所述輸出電容(Cout)與負(fù)載 并聯(lián);所述直流輸入電源的負(fù)極與第一電容(C1)的另外一端、開關(guān)管(S )的源極、輸出電容 (Cciut)的另外一端和負(fù)載的另外一端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用開關(guān)電感的Trans-Z源變換器，其特征在于輸出電壓 乂_與直流輸入電壓關(guān)系為
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用開關(guān)電感的Trans-Z源變換器。所述變換器包括直流輸入電源、第一電感（<i>L</i>1）、第一二極管（<i>D</i>1）、第二二極管（<i>D</i>2）、第二電感（<i>L</i>2）、第三二極管（<i>D</i>3）、第二電容（<i>C</i>2）、第四二極管（<i>D</i>4）、第一電容（<i>C</i>1）、匝比為1:<i>n</i>的變壓器（<i>T</i>）、開關(guān)管（<i>S</i>）、第五二極管（<i>D</i>5）、輸出電容（<i>Cout</i>）和負(fù)載。本發(fā)明相比于反激變換器、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(chǎng)合。
【IPC分類】H02M3/155
【公開號(hào)】CN105529922
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511035057
【發(fā)明人】張波, 沈瀚云, 羅安
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日